15. Выбор типа и определение основных размеров водовыпускных сооружений

Водовыпускные сооружения обеспечивают плавное сопряжение напорных трубопроводов с водоприемником (каналом, водохранилищем и др.).

В практике мелиоративного строительства обычно применяют три типа водовыпускных сооружений: прямоточные с механически! запорными устройствами, сифонные и переливной стенкой.

Выбор типа водовыпускного сооружения зависит от условий пуска, остановки и количества работающих на один трубопровод основных агрегатов, размеров напорных трубопроводов и амплитуды колебаний уровней воды в водоприемнике.

В проекте рекомендуется принимать следующие типы водовыпускного сооружения:

• при амплитуде колебаний уровней воды в водоприемнике до 0,5 м

• водовыпускное сооружение с переливными стенками;

• при амплитуде колебаний уровней воды в водоприемнике > 0,5 м - сифонные водовыпускные сооружения;

• а в случае, если зарядный расход сифона превышает минимальную подачу насосов по одному из напорных трубопроводов - водовыпускные сооружения с механическими запорными устройствами;

15.1. Сифонные водовыпускные сооружения

Особенностью водовыпусков сифонного типа является сопряжение напорных трубопроводов насосной станции с бассейном водовыпуска при помощи сифона (рис. 32,38). Расположение порога сифона выше максимального уровня воды в водоприемнике и оборудование сифона клапаном срыва вакуума предотвращает обратный ток воды по напорному трубопроводу в случае остановки насоса.

Сифоны проектируются с укороченным или удлиненным нижним отводом. В зависимости от диаметра напорного трубопровода.

Рис. 15.1 Водовыпускное сооружение сифонного типа с удлиненным нижним отводом

Рис. 15.2. Водовыпускное сооружение сифонного типа с укороченным нижним отводом

1 - напорный трубопровод, 2 - восходящая ветвь сифона,

3 - люк для установки клапана срыва вакуума, 4 - горло сифона,

5 - нисходящая ветвь сифона, 6 -успокоительный колодец.

применять три типа проточной части сифонов:

• круглого сечения с укороченным нижним отводом, для напорных трубопроводов D_тр ≤ 1,2 м;

• круглого сечения с удлиненным нижним отводом, для напорных трубопроводов 1,2< D_тр ≤ 2,2 м

• прямоугольного сечения с удлиненным отводом, для напорного трубопровода D_тр > 2,2 м

Определение основных размеров сифонных водовыпусков

Таблица 15.1

VВЫХ	1,5…2,0м/с.	z1	Vвых/2q
ДВЫХ.		a	0,35…0,8м
НВЫХ.		θ	8º
ДС.С.	ДГ.С.=ДТР	β1	8º
h	(0,5…0,6)ДТР	β2	8º
b	(1,57…1,31)ДТР	l	(1,25…1,5)ДВЫХ
LКОЛ.	(1,5…2,0)ДВЫХ (1,5…2,0)НВЫХ	l1	2ДТР
LСОПР	mhл·(4…5)hл	l2	(0,3…0,4)h
α1	30…40º	dГР.	( ׃ )ДТР
α2	30…45º	dС.	(2…3)dТР
δ	0,2м	hКР.	HКР.М.ДГ,С 0,482(Q/b)⅔
r0	(1,5…3,5)ДГ.С. 3,5h	t	HОБР.-dТР/4 h- HПР
R1	(1,5…2,0)ДТР	ΔHОБР.	(6׃8)
R2	(2,0…2,5)ДВЫХ (2,5…3,0)h	ΔHПР.	(8׃10)
z0	(4…5)V2ВЫХ/2q,но 0,2м

При конструировании проточной части сифонов необходимо руководствоваться следующими положениями (табл. 11):

- зарядный расход сифона должен быть меньше минимальной подачи по напорному трубопроводу; для сифонов круглого сечения САНИИРИ предложена формула:

(15.1)

а для прямоугольного сечения

(15.2)

где Q_min - минимальный расход, м³/с;

Q_зар - зарядный расход, обеспечивающий работу сифона

полным сечением, м³/^;

D_r.c - диаметр горлового сечения сифона, м;

h - высота горлового сечения, м;

b - ширина горлового сечения, м;

а₁ - угол наклона восходящей ветви сифона к горизонту;

а = 1,05 - коэффициент-Кориолиса;

g = 9,81 - ускорение свободного падения, м/с² ;

Д = 1,06 - 0,16 (b/h) - коэффициент, зависящий от форм

сифонного водовыпуска. Если Q_зар > Q_min сифонный водовыпуск не применяем;

• угол наклона восходящей ветви сифона принимать равным 30..., . 45°, что снижает величину зарядного расхода и улучшает условия работы сифона;.

• угол наклона нисходящей ветви сифона принимать в пределах 30... 40°, что обеспечивает безотрывный перевод потока в концевой диффузор;

• превышение гребня сифона над максимальным уровнем воды в водоприемнике должно быть не менее 20 см (с учетом ветровых волн и волн пуска основных агрегатов);

• рекомендуемые радиусы закруглений горлового сечения r = (2. ..3,5) D, нижнего колена нисходящей и восходящей ветви сифона r = (1,5... 2) D где D — диаметр круглого или высота прямоугольного горлового сечения;

• выходное сечение сифона должно быть заглублено под минимальный уровень воды в водоприемнике на величину (4...5) V²_вых / 2g , но не менее 0,2 м;

• площадь выходного сечения сифона принимать по максимально допустимой скорости выхода 2 м/с, минимально допустимое расстояние между выходными сечениями в плане - 0,2 м;

• выходной диффузор выполнять раструбом вверх с углом конусности ß₂ до 8°; для улучшения гидравлической формы проточной части можно нисходящую ветвь сифона выполнить расширяющейся в плане с углом конусности Ө не более 8°;

• длину горизонтальной части колодца принимать равной L_кол=(1,5…2)*D_вых

• длину сопрягающей части колодца L_сопр = (4...5)h_n , где h_n - высота порога;

• длина переходного участка, который имеется в сооружениях, где ширина бассейна не равна ширине по дну отводящего канала, принимается равной:

(15.3)

B_кол - ширина бассейна водовыпускного сооружения;

B_к - ширина по дну отводящего канала;

ß - центральный угол конусности, равный 30°...40°;

• высота подпорных стенок и стенок бассейна устанавливается из условия возвышения их верха над форсированным уровнем воды на величину от 0,4 м до 0,6 м в зависимости от форсированного расхода воды в отводящем канале.

15.2 Водовыпускные сооружения с механическими запорными устройствами

Сооружение представляет собой несколько камер (по количеству ниток напорных трубопроводов), разделенных между собой бычками толщиной 60...100 см и оборудованных механическими запорными устройствами, предотвращающими обратный ток воды при остановке насосных агрегатов (рис. 15.3).

В качестве запорных устройств применяются:

• клапаны-захлопки однодисковые при диаметре выходного отверстия напорного трубопровода до 1,2 м;

• обратные клапаны (поворотные) или дисковые затворы при диаметре выходного отверстия напорного трубопровода от 1,2 м до 1,6 м;

• поворотные затворы с гидроприводом при диаметре выходного отверстия напорного трубопровода более 1,6 м.

Рис. 15.3. Водовыпускное сооружение с механическими запорными устройствами

При конструировании водовыпуска необходимо руководствоваться следующими рекомендациями (см. табл. 15.2):

Определение основных размеров водовыпускных сооружений с механическими запорными устройствами

Таблица 15.2

VВЫХ	1,5…2,0 м/с	LСОПР	Mhn=(4…5)hn
ДВЫХ		LПЕР
HВЫХ		LКР	(4…5)hk
	(6…7)(ДВЫХ-ДТР)		45º
	15º		30…40º
P	0,3м	b	0,4м
Z0	(4…5)V2ВЫХ/2q но 0,2м	BК	ДВЫХ+2b
d	0,35…0,8	δ	0,1H,но 0,4м
t	0,7м	BОС	ДВЫХ+δδ+2b
	1,2м	BТР	0,7…1,5м
	0,2м	BКОЛ	ВОС+2b+ДВЫХ
LКОЛ	(2…3)ДВЫХ	dТР	( ׃ )ДТР

• площадь выходного отверстия принимать по максимально допустимой скорости выхода V_вых = 2 м/с;

• выходной диффузор выполнять с центральным углом конусности до 16°;

• выходное отверстие должно быть заглублено под минимальный Уровень воды в водоприемнике на величину (4...5) V²_вых / 2g, но не менее 0,2 м;

• ширину уплотнительного пояса вокруг выходного отверстия принимать равной (0,2-0,4) м (зависит от типа затворного устройства) ;

• длина бычков камеры 2Д_вых > L_б > Д_вых ;

• ширина пазов ремонтных затворов (0,2 -0,4) м;

• длину горизонтальной части дна колодца принимать равной (2...3) Д_вых.

Длину сопрягающей части колодца, переходного участка, высоту подпорных стенок определяем в соответствии с рекомендациями, приведенными в предыдущем параграфе.

15.3 Водовыпускные сооружения с переливными стенками.

Сооружение конструктивно представляет собой специальный резервуар, в который вода поступает из напорного трубопровода. Через стенки резервуара вода переливается в бассейн и поступает в водоприемник. При остановке насосов вода из водоприемника в трубопровод, попасть не сможет, так как отметка гребня стенок резервуара выше, чем отметка максимального уровня воды в водоприемнике.

Конструкция бассейна и основные размеры приведены на рис. 15.4 и в таблице 15.3.

Определение основных размеров водовыпускных сооружений с переливными стенками.

Таблица 15.3

VВЫХ	1,5…2,0 м/с	BОС
DВЫХ		BТР	0,7…1,5м
	(6…7)(ДВЫХ-ДТР)	BКОЛ	ВОС+ДВЫХ
Z0	(4…5)V2ВЫХ/2q но 0,2м		hk
H			5hКР
	0,35…0,8 м		hКР
	0,05…0,1 м		C1
LКОЛ			C2
LПЕР		C1	0,35 hk
LКР	(4…5)hk	C2	0,7 C1
b	(0,5…1,0)ДВЫХ

Рис. 15.4. Водовыпускное сооружение с переливными стенками

Верхняя кромка (шелыга) выходного отверстия трубопровода размещается на отметке максимального уровня воды в водоприемнике. Площадь выходного отверстия определяется по максимально допустимой скорости выхода V_вых=1,5 м/с. Выходной диффузор выполняется с центральным углом конусности не более 16°. Диаметр выходного отверстия принимается в соответствии с сортаментом на трубы. Толщина стенки резервуара определяется статическим расчетом в проекте можно принимать б = (0,15 - 0,2) м.

Длина приемного резервуара, согласно рекомендациям УкрНИИ ГИМ принимается равной 4 Д_вых.

Отметка гребня водослива обычно принимается на (10...15)см выше максимального уровня воды в водоприемнике.

Максимальный геометрический напор на гребне водослива определяется по формуле:

(15.4)

где Q_мах - максимальный расход, подаваемый насосами по одному трубопроводу, м³/с,

m₁- коэффициент расхода, определяемый по формуле: m₁=0,25+0,043 Q_max/D_вых

L - длина гребня водослива, м

L = 2 L_кол + D_вых ≈ 9 D_вых

Выравнивание скоростей в бассейне достигается устройством

гасителя, состоящего из двух рядов зубьев. Высота зуба первого порога С₁ равна:

С₁ = 0,35 h_кр.ср.л м; (15.5)

где h_кр.ср.л - критическая глубина воды в среднем лотке, м;

м; (15.6)

м; (15.7)

где Q_мах.н.с - максимальная подача насосной станции, м³/с; д

n - количество ниток напорного трубопровода. угол между направлением порогов и осью канала принимается ß = (60...70)°. Высота зуба второго порога С₂ равна:

С₂ = (0,6 - 0,8) C₁ ;

С ≥ 0,1 м.

16. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

При составлении проекта мелиоративной насосной станции экономическая целесообразность запроектированных мероприятий может быть установлена путем определения технико-экономических показателей, которые не должны превышать нормативные. Технико-экономические показатели определяются на основе доставленных смет на капитальные s вложения и эксплуатационные затраты.

16.1. Смета на капитальные вложения при строительстве гидроузла машинного водоподъема

Смета составляется по укрупненным показателям, которые учитывают полную стоимость сооружений и оборудования с учетом накладных расходов, плановых накоплений и т.д. Укрупненными показателями могут быть 1 кВт установленной мощности, параметр QH 1 м³/с поданной воды, 1 м³ объема 'здания, 1 кг оборудования и т.д. Расчет по смете удобно вести в таблице 12.1. Числовой расчет соответствует рассматриваемому примеру.

Таблица 16.1

Смета капитальных вложений

Наименование сооружения и оборудования	Еденица измерения	Количество	Стоимость
			Единицы, тыс. руб	Общая, тыс. руб
Здание насосной станции с водозабором Qмах, Hp=4,5*26
Подводящий канал L=291м, Qмах=4,5 м3/с
Напорный водовод с учетом 4% на неучтенные работы и 6% плановых накоплений
Водовыпускное сооружение Q=4,5 м3/с c учетом 10% на указанные выще статьи
Всего

Стоимость определяется по параметру Q_p H_p согласно приложению 6; напорного водовода - взята из табл. 10.2. с учетом коэффициента 1,1 (на плановые накопления 6% и неучтенные работы 4%), водовыпускного - по применению 6 с учетом указанного коэффициента сооружения 1,1

16.2. Смета на эксплуатационные затраты.

Эксплуатационные издержки включают в себя затраты на содержание штата, затраты на электроэнергию, амортизационные отчисления на ремонт и восстановление сооружений и оборудования и прочие затраты.

Для определения затрат на содержание штата необходимо его установись согласно приложению 7.

Зарплата начальнику станции, главному инженеру, наружной охране и уборщице предусматривается на весь год, а дежурным механикам, электрикам и рабочим - только на время работы насосной станции, плюс две недели на расконсервацию и необходимое время на отпуск Расчет затрат на содержание штата для рассматриваемого примера выполнен в табл. 16.2

Таблица 16.2.

За граты на содержание штата

№ п/п	Наименование ДОЛЖНОСТИ	Кол-во единиц	Зарплата в месяц, руб	Количество оплачиваемых месяцев	Сумма зарплаты, руб.
1	Директор	I	100	12	19,20
3	Дежурный Гидротехник	4	120	6	28,80
4	Дежурный Электрик	4	120	6	28,8?
5	Рабочий	1	100	6	600
Итого					82,80
Начисление на зарплату по соцстраху 4% от итого 311
ВСЕ 10 по смете 86,11

Для определения стоимости затраченной электроэнергии необходимо выполнить вводно-энергетический расчет по насосной станции и определить количество по потребляемой электроэнергии (табл. 16.3).