- •1 Введение
- •Глава I
- •Выбор двух вариантов схемы энергетического использования участка реки
- •Определение основных показателей гэс
- •Определение величины годового стока.
- •2.1 Схема 1
- •Определение объема водохранилища
- •Определение полезного объема водохранилища и вида регулирования речного стока
- •Определение основных показателей гэс
- •2.2 Схема 2
- •Определение основных показателей гэс
- •3.Выбор варианта для дальнейших расчетов по энергетическим показателям.
- •4.Подбор гидравлических турбин
- •3.Определение частоты вращения турбины.
- •Глава I I Расчет экономических показателей выбранной схемы.
- •Глава I I I Проектирование напорного водоприемника.
- •Определение основных размеров отстойника.
- •Литература.
- •Выбор удельного расхода на рисберме.
- •Определение количества водосливных пролетов, ширины быков
Глава I I I Проектирование напорного водоприемника.
Для данной схемы принимаем водоприемник береговой, т.к. колебание верхнего бьефа составляет около 10 м, то водоприемник глубинный с не очищаемой сороудерживающей решеткой, затворами (аварийными и ремонтными), обводами, подъёмниками, сороочистительными устройствами.
Средняя скорость в створе решёток водоприёмника выбирается в пределах 0,4 ÷ 1,2 м/с и зависит от заглубления водоприёмников под НПУ. В нашем случае принимаем скорость равной 0,5 м/с и определяем для данной скорости необходимую площадь решетки.
Очертание и сопряжение отдельных элементов водоприёмника подчиняем требованию минимальных потерь напора, удобства эксплуатации и экономичности сооружения в целом. Из этого условия принимаем уширение в начале водоприемника. Подвод воды по двум секциям по условиям монтажа решетки и затворов меньших пролетов, после затворов две секции переходят в одну и из прямоугольного очертания переходят в круглое.
Определение основных размеров отстойника.
Основной задачей при проектировании отстойника является определение размеров рабочей части камер (глубины, ширины и длины), в которых происходит осаждение наносов. Размеры и формы других элементов отстойника определяются исходя из этих размеров.
Глубина и ширина отстойника.
Площадь живого сечения отстойника определяется по расходу ГЭС Qи горизонтальной скорости потокаv(принимается в пределах 0,2-0,5) из:
,
Наивыгоднейшая расчетная глубина отстойника определяется на основании технико-экономического сравнения вариантов, так как от глубины зависят ширина и рабочая длина камер отстойника: с уменьшениемширина, а следовательно, и число камер отстойника увеличиваются, а рабочая длина уменьшается и наоборот. Расчетная глубина составляет обычно 3-5,5 м и при значительных расходах достигает 6-8м.
В отстойниках с камерами периодического действия предусматривается мертвый объем высотой для отложения наносов. Высотаориентировочно принимается равной 20-25% полной глубины воды в отстойнике и уточняется на основании расчетов допустимой (удобной для эксплуатации) продолжительности заполнения наносами мертвого объема отстойника.
Определение длины рабочей части отстойника с учетом осредненной пульсационной вертикальной компоненты скорости. Рабочая длина камер отстойника должна быть достаточной для выпадения наиболее мелких, но еще опасных для турбин наносов (наносов расчетной крупности), находившихся у поверхности воды в начале рабочей части отстойника. Для отстойников с камерами периодического действия предполагается, что мертвый объем полностью занесен наносами. В соответствии с этим время выпадения наносов с расчетной гидравлической крупностью wпринимается равным времени их осаждения на рабочую глубину отстойникав неподвижной воде, т.е.. Тогда длина рабочей части отстойника без учета турбулентности потока при горизонтальной скоростиvравняется:
.
В методе послойного расчета осаждения наносов в отстойнике, разработанном И.Е.Михайловым, рассматривается распределение наносов непосредственно на дне при их осаждении. Этот метод основан на физической сущности процесса расчета отстойника, он позволяет учитывать реальное распределение наносов по глубине потока и при известном законе распределения наносов на дне (после их осаждения) с достаточной точностью определить необходимую длину камер отстойника.
Расчет отстойника с камерами периодического действия.
Исходные данные:
Рабочий объем отстойника: ;
Расчетная мутность потока (расход взвешенных наносов 5487,7;
Фракционный состав взвешенных наносов:
Крупность, мм |
Процентное содержание,% |
Расход наносов, |
Мутность,
|
<0,05 |
46,6 |
1954 |
12,77 |
0,05-0,25 |
25,1 |
1052 |
6,88 |
0,25-0,5 |
13,4 |
562 |
3,67 |
0,5-1,0 |
11,1 |
465 |
3,04 |
>1,0 |
3,8 |
159 |
1,04 |
Уклон дна отстойника =0,02;
Разность уровней в верхнем и нижнем бьефах z=430,8 м.
Расчет ведется на осаждение опасных фракций 1, 2, 3, расчетная гидравлическая крупность которых (по наименьшему диаметру частиц) устанавливается по графику (см. учебник стр.324).
Для фракции d>1,0 мм;
Для фракции 1,0>d=0,5 мм;
Для фракции 0,5>d=0,25 мм.
Определяется необходимая обеспеченность осаждения наносов: в 1 воды содержится 7,75 кг опасных взвешенных наносов, допускается пропускать через турбину не более 0,2, следовательно, требуемая обеспеченность осаждения наносов составляет:
Рабочая глубина отстойника разбивается на 10 элементарных слоев, (слоев может быть больше или меньше) толщиной; принимается, что в начальном створе все частицы наносов каждого элементарного слоя сосредоточены на верхней его границе; таким образом, высоты падения из каждого элементарного слоя равны: из первого, из второго, …., из десятого.
Определяется количество (масса) наносов отдельных опасных фракций, поступающих в секунду в каждый элементарный слой в соответствии с их распределением по глубине в начальном створе.
Задаются скорость в отстойнике v=0,5и различные отношения длины камерык глубине в начальном створе:
Ниже приведены таблицы расчеты для этих соотношений.
Для каждого элементарного слоя и каждой фракции наносов определяется отношение :
Фракция 1:
Первый слой:
второй слой:
…………………………………………………..
десятый слой:
аналогично определяются значения и.
По графику (см. учебник стр.323) для значений определяются обеспеченностиосаждения каждой фракции наносов из каждого элементарного слоя. По значениями количеству поступивших в каждом слое наносов вычисляется количество осевших наносов из каждого слоя.
Определяется количество осевших наносов каждой фракции:
;;; и общее количество осевших наносов.
По количеству поступивших опасных наносов и количеству осевших наносов определяется обеспеченность осаждения наносов (при):
.
Аналогичные расчеты проводим для других отношений :
Для P=79,32 %;
Для P=97,63 %;
Строится график, по которому для требуемой обеспеченностиопределяется отношение, обеспечивающее осаждение наносов при скорости в отстойникеv=0,5.
Расчетная длина отстойника зависит от скорости - это позволяет построить график зависимости , который и используется для выбора размеров отстойника.
По зависимости можно определить различные варианты размеров отстойника, обеспечивающие одинаковую очистку воды от опасных взвешенных наносов.
Принимаем:
по графику определяем , следовательно,.
Ширина живого сечения отстойника определяется по формуле:
.
Выбор числа камер.
Для обеспечения равномерного распределения скоростей по ширине камер должно быть удовлетворено условие:
.
Следовательно, число рабочих камер должно удовлетворять выражению:
где Q-общий расход отстойника.
Для отстойников с камерами периодического действия требуется одна дополнительная камера, поскольку во время удаления наносов одна камера выключается из работы.
С учетом приведенных выше выражений принимаем: и. Общее число камер.
Глубина мертвого объема в начальном створе предварительно принимается , что составляет примерно 25 % от полной глубины отстойника.
Объем отстойника определяется выражением:
.
По значениям идля всех рассматриваемых вариантов производится предварительная оценка возможной стоимости отстойника и выбираются варианты, требующие наименьших затрат, для более подробного технико-экономического расчета.
Время заполнения мертвого объема и промыв отстойников.
Время заполнения объема рассчитывается для отстойников с камерами периодического действия. Им определяется частота циклов промывки камер и уточняется мертвый объем.
При вычислении времени заполнения мертвого объема нужно учитывать не только опасные фракции, но и более мелкие с диаметром частиц , которые также будут оседать в отстойнике.
Время заполнения мертвого объема, с,
где - мертвый объем,;
количество всех наносов, оседающих в отстойнике,;
плотность наносов, заполняющих мертвый объем,.
Время заполнения должно удовлетворять условию:
где полная продолжительность удаления наносов из одной камеры.
Количество наносов опасных фракций (в килограммах), оседающих в отстойнике в секунду, устанавливается требуемой обеспеченностью осаждения определено выше.
;;.
Количество мелких наносов, оседающих в отстойнике в секунду, рассчитывается так же, как и опасных фракций, но за расчетную гидравлическую крупность принимается гидравлическая крупность частиц со средним диаметром для данной фракции.
Таким образом, в отстойнике в секунду оседает наносов:
При плотности наносов вычисляем время заполнения мертвого объема:
Продолжительность промыва отстойников с камерами периодического действия. Полная продолжительность промыва одной камеры включает времясмыва наносов, время маневрирования затворами и время опорожнения и наполнения камеры. Время смываопределяется расчетом и, как правило, не должно превышать 0,5ч, а полное время промыва одной камеры обычно составляет.
При расчете размеры камеры и объем подлежащих удалению наносовявляются известными. Задаются расчетным промывным расходом: желательно, чтобы он составлял не более 30-40% общего расхода камеры.
Находят удельный промывной расход:
где ширина промываемой части камеры.
.
Глубина промывного потока:
продольный уклон дна камеры;
n=0,0275- коэффициент шероховатости дна, покрытого наносами.
.
Зная и, определяем промывную скорость:
и процентное содержание в промывном потоке наносов по массе:
,
где и- диаметр и гидравлическая крупность подлежащих промыву частиц наносов, мельче которых в отложениях содержится 75% частиц.
.
Зная концентрацию промывного потока, определяем в секундах:
где плотность наносов;
1,2- коэффициент запаса.
определяем :
Выполняем проверку:
неравенство выполняется.