m1037

h 1

Макс. УВ

Рис. 4.3. Вращающаяся каркасная сетка типа ТН с внешним подводом воды: 1 – электродвигатель; 2 – натяжное устройство; 3 – промывное устройство с фильтром; 4 – транспортные втулочно-роликовые цепи; 5 – секции сетки

11

4.5. Самотечные трубопроводы

Самотечные трубопроводы применяют в русловых водозаборах. Их количество определяется числом секций берегового колодца, но в любом случае их должно быть не менее двух. Самотечные трубопроводы устраивают из стальных, железобетонных, чугунных, асбестоцементных труб, причем стальные трубы должны быть обработаны антикоррозийным составом. Укладка их ведется как в траншеи, так и бестраншейным способом при прямом, обратном уклоне и уклоне, равном нулю. Самотечные трубопроводы должны быть защищены от подмыва речным потоком, в противном случае их нужно заглубить ниже отметки дна на 0,8–1,0 м на судоходных реках и на 0,5 м на несудоходных реках. Район водозабора на реке должен быть отмечен береговыми и плавучими знаками навигационного ограждения. В этих районах запрещены путевые дноуглубительные, руслоочистительные работы, остановка и стоянка судов всех типов и плотов.

Самотечные трубопроводы должны обеспечивать пропуск требуемого расхода воды.

Диаметр одной нитки определяется по формуле

где Qр – расчетный расход воды по одной нитке трубопровода, м3/с; v – скорость течения воды в трубе, м/с.

Скорость течения в трубе должна быть больше незаиляющей vнз (критической) и в то же время не должна быть слишком большой, так как это ведет к увеличению потерь напора и понижению отметок дна берегового колодца. Поэтому ее принимают в преде-

13

частиц взвеси, м/с; D – диаметр трубы, м; U – скорость выпадения взвеси, м/с, U ≈ 0,07v.

Незаилящая скорость может быть также определена по формуле

чению эквивалентного диаметра частиц при температуре воды 10 °С по табл. 4.4.

При других температурах воды гидравлическую крупность, ввиду весьма малого диаметра частиц осадка, можно определять по формуле Стокса

где ν – кинематический коэффициент вязкости воды, м2/с; s – плотность наносов, принимают равной 2,6·103 кг/м3; – плотность воды, кг/м3; d – диаметр частиц отложений, м.

Потери напора в самотечных трубопроводах определяются по формуле

где i – гидравлический уклон; lc – длина самотечной линии, м; ∑ζ – сумма коэффициентов местных сопротивлений трубопровода (вход и выход из трубы, плавный поворот, задвижка):

∑ζ = ζвх + ζк + ζзадв + ζвых. (4.9)

Указанные коэффициенты можно принять:

14

ζвх = 1,1…1,4; ζк = 0,1…0,2; ζзадв = 1,0…2,0; ζвых = 1,0.

Потери напора рассчитывают при нормальном и аварийном режимах, когда одна нитка выключена на ремонт, и принимают наибольшую величину.

Несмотря на соблюдение условия (4.4), в самотечных трубах все же откладываются твердые частицы с гидравлической крупностью, превышающей средневзвешенную. Поэтому для нормальной эксплуатации водозабора должна быть обеспечена возможность гидравлического удаления наносов, отложившихся в водоводах, путем прямой или обратной промывки.

Для промывки прямым способом закрывается задвижка на одной из двух самотечных линий, включаются все насосы, чтобы использовать максимально возможный перепад уровней воды в реке и колодце z и обеспечить наибольшую скорость движения воды во втором (промываемом) трубопроводе:

После промывки одной линии аналогично промывается следующая.

При обратной промывке условие (4.11) выполнить проще, так как самотечные линии соединяются с напорными трубопроводами насосной станции первого подъема. Для повышения эффекта промывки в самотечных линиях должна быть создана скорость:

vпром 1,5 2 vнз , vпром 1,25 1,5 v. (4.12)

Обратная промывка имеет ряд преимуществ по сравнению с прямой и поэтому является основным видом промывки самотечных труб русловых водозаборов. Время обратной промывки можно определить по методике, изложенной в литературе [9], либо воспользоваться номограммой, разработанной по указанной

15

методике, в зависимости от длины, диаметра трубопровода и эквивалентного диаметра отложений (рис. 4.6).

Описанными способами промываются трубы относительно небольших диаметров (до 300 мм).

Рис. 4.6. Номограмма для определения времени обратной промывки самотечных труб

Промывка труб средних (350–600 мм) и больших диаметров осуществляется водовоздушными потоками. При таком способе промывки может быть нарушена статическая устойчивость самотечных линий. Поэтому должна быть проверена устойчивость трубопровода на всплытие:

где Kвспл – коэффициент устойчивости на всплытие, Kвспл ≈ 1,2…1,3; G – вес трубы погонной длины 1 м, Н; ρ – плотность воды, кг/м3; ω – площадь поперечного сечения трубы по наружному диаметру, м2.

При невыполнении условия (4.13) самотечные линии пригружают, например, бетонными блоками.

4.6. Береговой колодец

Береговой колодец в варианте руслового водозабора размещается в некотором удалении от реки с тем, чтобы исключить подтопление колодца водой при высоких ее горизонтах. Реко-

16

мендуется превышение поверхности земли у колодца над максимальным уровнем воды в реке расчетной обеспеченности не менее чем на 1 м.

В варианте берегового водозабора колодец частично выдвигается в русло. В этом случае необходимо особо тщательно проработать мероприятия по обеспечению его устойчивости. Глубина подземной части колодца рассчитывается по формуле

Hпк = (Zmax + 1) – (Zmin – hп – hmin), (4.14)

где Zmax, Zmin – соответственно наибольший и наименьший расчетные уровни воды в реке, м; hп – суммарные потери напора при движении воды от водоприемника до колодца, м; hmin – минимально необходимая глубина воды в колодце, определяется из условий размещения коммуникаций и оборудования [1, 2, 7, 8, 10].

В проекте следует решить вопрос удаления осадка из приемных и всасывающих камер берегового колодца.

4.7. Определение размеров водоприемной камеры берегового колодца

Размеры колодца в плане и его форма назначаются из условий размещения оборудования и коммуникаций [1, 2, 7, 8, 10], но наиболее широко применяются круглая и прямоугольная формы. Колодец круглой формы возводится опускным способом. Толщина стенок круглых колодцев принимается равной 40–80 см, прямоугольных – 60–100 см.

Размер А1 (см. рис. 4.7) принимается равным от 2 м в малых до 3–4 м в больших водоприемных колодцах. Величина В1, м, определяется следующим образом:

В1 = nb + (n + 1)l, (4.15)

где n – число водоприемных окон (решеток); b – ширина окна, м; l – размер простенка, м, l = 0,2…0,4.

Расстояние от низа приемного окна или лотка самотечной трубы до днища приемной камеры колодца принимается не менее 0,7 м, от низа сетки – 0,5–0,7 м.

При установке вращающихся сеток расстояние от центра нижней звездочки до днища принимается равным 1 м.

17

– потери напора соответственно в решетках, сетках, самотечных, всасывающих и напорных трубопроводах.

Далее необходимо подобрать марку насоса и электродвигателя, определить отметку оси насоса, отметку пола в машинном зале, определить диаметры всасывающих и напорных трубопроводов, подобрать запорно-регулирующую арматуру, приборы учета и контроля, подъемно-транспортные механизмы, выполнить анализ совместной работы насосов и трубопроводов для случаев нормальной работы, аварии на одной нитке напорного водовода, восстановления противопожарного запаса в резервуарах чистой воды.

5.Специальные вопросы

5.1.Мероприятия по борьбе с оледенением водоприемников

ишугой

При переохлаждении воды на поверхностях контакта элементов водоприемника начинается процесс льдообразования, и в первую очередь в месте контакта решетки с водой. Быстро формирующийся лед на поверхности стержней сужает просвет между ними, что затрудняет движение воды. Для предотвращения указанного явления либо применяют специальные водоотталкивающие покрытия (резина, некоторые виды пластика, дерево), либо предусматривают обогрев решетки горячей водой, паром, горячим воздухом или электрическим током. В соответствии с видом обогрева используют стержни решетки соответствующей конструкции. Так, например, для пропуска воды, пара или воздуха используют полые стержни (трубки), последовательно соединенные между собой. При использовании электрического тока применяют решетки, изображенные на рис. 4.2.

В целях предотвращения попадания шуги в водоприемник используют:

–малые входные скорости потока воды в решетках (до

0,06 м/с);

–отсыпку в русло реки шугоотводящих дамб и шпор;

–установку шугоотбойных запаней и коробов;

19

–формирование перед водоприемником шугоотбойных завес из воздушных пузырьков;

–устройство водоприемных ковшей (см. п. 5.2).

В случае попадания шуги в водоприемник снижают производительность водозабора и путем «обратной» промывки вытесняют шугу из самотечных труб и аванкамеры руслового оголовка. Подробнее о перечисленных способах борьбы с оледенением и шугой изложено в литературе [1, 2, 10].

5.2. Расчет и конструирование водоприемного ковша

При проектировании водоприемных ковшей основными задачами являются:

1)определение параметров ковша (длины, ширины по дну, заложения откосов, глубины);

2)защита ковшовой акватории от заносимости песком, илом;

3)защита водозабора от воздействия ледохода и шуги;

4)разработка мероприятий по рыбозащите;

5)защита поверхности оградительных дамб и прилегающих участков берега от размыва.

Прежде всего выбирают тип ковша (с низовым или верховым входом, врезанный в берег или выдвинутый в реку, с оградительными дамбами или без них). Практика эксплуатации ковшовых водозаборов показывает, что наиболее часто применяется ковш с низовым входом, врезанным в берег, с оградительными дамбами (шпорами) или без них (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Система водоворотов в ковше без защитных дамб

20