11031

250

3. Расчет водосборной системы

Назначение системы – собрать фильтрат и отвести в зумпф (водоприемник, приямок), откуда затем откачать с помощью насоса в ливневой коллектор.

3.1. Конструирование водосбора внутри котлована

По периметру дна котлована прокладываем два открытых лотка прямоугольного поперечного сечения. Каждый из них, имеющий протяженность (B+L), рассредоточенно по всей длине принимает и отводит в зумпф фильтрационный поток с расчетным расходом

Условно принимается, что весь расчетный расход сосредоточенно приходит в начало каждого лотка. Расчет ведем для одного лотка.

В оплывающих грунтах рекомендуется прокладывать стационарные лотки из легкого материала. Примем в курсовой работе стандартные лотки из жести (шероховатость п=0,011 согласно [12]) с минимальными размерами 30×30 см, т.к. ширина по дну лотка b должна быть не меньше ширины лопаты (30 см). Поскольку фильтрат самотеком собирается в зумпф, уклон дна лотка выдерживается в пределах 0,001÷0,005 [10, 11]. Примем для нашей задачи i=0,001.

Гидравлический расчет лотка проводится графо-аналитическим методом: задаваясь глубиной h, определяется расход воды в лотке Qрасч.. Для нескольких полученных значений строится график связи глубины воды в лотке и расхода воды в нем. Искомая глубина hиск. определяется по расчетному значению Qрасч..

Для водоотводящего лотка используются зависимости гидравлически наивыгоднейшего поперечного сечения, при котором достигается максималь-

252

Рисунок 4 - Развертка по трассе от истока до зумпфа

3.2. Выбор конструкции зумпфа

Местоположение зумпфа задается таким образом, чтобы водоотводящие лотки выполняли свои функции. Зумпф рекомендуется заглублять ниже самого низкого уровня воды в нем на 0,7 м с тем, чтобы всасывающий патрубок насоса находился всегда под водой и в него не попадал воздух, а также грунт, поступающий с фильтратом со дна, что может привести к поломке насоса. Вместимость зумпфа должна быть больше пятиминутного притока фильтрационных вод [10, 11]

где t - время наполнения, 5 минут.

Wзп5′ ³ 1,55·10-3=0,465 м3.

Исходя из опыта строительного производства, конструкцию зумпфа можно принять в виде железобетонной круглой трубы, которая заглубляется в отрытый колодец, чтобы его стенки не обрушались. Размеры зумпфа назначаются:

Приняв для условий нашей задачи заглубление зумпфа hзп=1 м, а вместимость зумпфа округлить до 0,5 м3, можно вычислить диаметр трубы

Стандартный диаметр трубы равен 1 м, поэтому для сбора фильтрационных вод назначаем размеры зумпфа d=1 м; hзп=1 м.

Вычислим время заполнения зумпфа

Условие (14) выполняется. Расположение зумпфа и его размеры показаны на рис. 4.

4. Расчет насосной установки

Назначение насосной установки состоит в обеспечении перекачки собранного фильтрата в приемник удаляемой воды, в качестве последнего может служить в черте населенного пункта ливневая канализационная сеть. При расчете насоса следует знать [10], что подача насоса должна быть несколько больше притока воды в котлован (примерно в полтора раза) для возможности работы насоса с перерывами

а также напор насоса должен обеспечивать перекачку воды, т.е. должно соблюдаться условие

4.1. Расчет всасывающей и напорной линий

При расчете всасывающей и напорной линий воспользуемся некоторыми рекомендациями:

-скорость во всасывающем и напорном трубопроводе в первом приближении принимается равной 1 м/с;

-на практике, обычно диаметр всасывающего трубопровода больше диаметра напорного, и скорость во всасывающей линии около 0,7 м/с, а в напорной

–около 1 м/с;

-напорная линия рассчитывается как простой трубопровод без учета местных потерь;

-всасывающая линия рассчитывается как короткий трубопровод с учетом потерь и по длине, и в местных сопротивлениях. А именно: на входе всасывающего трубопровода установлена сетка с обратным клапаном. Труба имеет

плавный поворот на 90°. Потери на вход воды в насос не учитываются, т.к. эта величина входит в КПД насоса.

Напорная линия Из уравнения неразрывности потока

определяется диаметр напорного трубопровода d:

Принимается стандартный диаметр dст=50 мм [5, 7, 15], диаметры приводятся в приложении 2.

Для выбранного стандартного диаметра уточняется скорость в трубопроводе – фактическая скорость υф

Определяются потери напора по длине по формуле Дарси-Вейсбаха hl:

254

где λ - коэффициент гидравлического трения (коэффициент Дарси), при грубых расчетах можно принять равным 0,03÷0,04 [12]; l=lнап - длина трубы, отводящей

фильтрат, т.е. расстояние от оси насоса до оси ливневого коллектора, принимается в курсовой работе равной 200 м; g - ускорение свободного падения, м/с2 .

Строится пьезометрическая линия Р-Р (рис. 5), для чего назначается величина свободного напора Нсв . Из опыта строительного производства, обычно Нсв принимается равной 5÷10 м, так называемый запас, чтобы система хорошо работала и вода била струей, примем Нсв=5 м.

Всасывающая линия Для определения напора и фактического вакуума надо знать гидравличе-

ские потери на всасывающей линии:

Потери напора в местных сопротивлениях hj определяются по формуле Вейсбаха:

местных сопротивлений данной задачи значения даются в [12]; некоторые значения ξi можно найти в приложении 3.

Скорость во всасывающем трубопроводе примем равной скорости в напорном трубопроводе. Величина общих потерь в местных сопротивлениях будет равна

hj= 0×,82 (10,0 + 0,3)=0,34 м. 2 9,81

Линейные потери определяются по формуле (22). Длина всасывающего трубопровода вычисляется из геометрии расчетной схемы: вертикальный участок равен сумме глубины котлована Нк, глубины зумпфа hзп и расстояния от верха котлована до оси насоса (примерно 0,3÷0,5 м); горизонтальный участок равен расстоянию от бровки котлована до оси насоса (примерно 0,5 м)

Строится напорная линия Е-Е, и пьезометрическая линия Р-Р рис. 5, для этого необходимо посчитать:

- местные потери на входе воды в трубу с сеткой и обратным клапаном

- линейные потери по длине вертикального участка трубы

256

Вакуум насоса можно найти, соединяя уравнением Бернулли сечение 1-1, намеченное по поверхности воды в зумпфе, и сечение 2-2, проведенное на входе воды в насос. Плоскость сравнения 0-0 проводим по уровню воды в зумпфе, рис. 5.

Выражение (27) показывает превышение атмосферного давления над давлением p2 в парубке у входа в насос и является вакуумом насоса или вакуумметрической высотой всасывания.

Насос подбирается для полученных значений по [3, 8, 11].

Приведем марку подобранного центробежного насоса и его характеристики (как один вариантов):

-подача Qнас=54 м3/час;

-напор Hнас=27 м;

-вакуум Hвак=4,5 м;

-мощность N=7,5 кВт;

-масса агрегата 121 кг

-изготовитель Ереванское ПО Армхиммаш.

5. Расчет ливневого коллектора

Ливневой коллектор служит для транспортировки отводящих вод в очистные сооружения. Ливневые коллекторы выполняются в виде каналов замкнутого поперечного профиля. Гидравлический расчет в условии безнапорно-

257

Чтобы рассчитать ливневой коллектор, необходимо воспользоваться методом расчета по модулю расхода [12]. Он заключается в определении расхода

и скорости для различных степеней наполнения коллектора а= h , как некоторой

где В и А – коэффициенты, зависящие от формы поперечного профиля и степени наполнения канала а, принято представлять графиком, называемым «Рыбка» [12]; Wп , Kп - модули скорости и расхода при полном наполнении коллектора,

для каналов различной формы сечения, приводятся в справочной литературе [5, 12].

Расчет выполняется с учетом некоторых замечаний:

- в практике строительного производства обычно принимают степень наполнения, равную а=0,50÷0,75, чтобы был некоторый запас для неожиданно-

го увеличения подачи расхода, а также для вентиляции. Примем а=0,6;

- коэффициент шероховатости канализационных труб n принимается равным 0,012÷0,014, обычно вне зависимости от материала, из которого выполне-

ны стенки труб, т.к. такие трубы с течением времени покрываются осадками,

что в значительной мере сглаживает различие шероховатости разных материа-

лов [14]. Пусть п=0,011;

-уклон коллектора можно принять в пределах i=0,001÷0,005, как при конструировании водосборных каналов (лотков). Возьмем i=0,001;

-расход принимается равным подаче насоса Q=Qнас=54 м3/час=0,015 м3/с С графика «Рыбка» (приложение 4) определим значение А для заданной

степени наполнения а=0,6. А=0,68.

Из формулы (31) определим модуль расхода для полного наполнения Кп:

Из таблицы приложения 5 подбираем ближайший стандартный диаметр d трубы коллектора, соответствующий вычисленному модулю расхода Kп=0,7 и выписываем соответствующие табличные данные Kпт , Wпт для заданной шеро-

ховатости п=0,011: d=250 мм; Kпт =0,7036 м3/с; Wпт =14,3 м/с. Поскольку мо-

дуль расхода для принятого диаметра не соответствует вычисленному, то это приведет к изменению заданного наполнения. Истинное наполнение найдем, решив формулу (32) относительно величины А, приняв в ней модуль расхода табличный

Q

А= , (33)

Кпт i

0,015

А= =0,67,

0,7036 0,001

258

тогда по графику «Рыбка» для вычисленного по (33) значения А определяется степень наполнения а=0,58. Этому наполнению соответствует величина В=1,07.

Глубина равномерного движения найдется из зависимости а= h

h=0,58·0,25=0,15 м.

Скорость движения воды в коллекторе определяется по формуле (30), в которой Wп= Wпт

υ=1,07·14,30,001 =0,48 м/с.

259

Приложения

Приложение 1

Коэффициент фильтрации kф, м/сут [1]

Приложение 2

Рекомендуемые внутренние диаметры стальных труб d, мм [5]

Приложение 3

Некоторые значения коэффициента местного сопротивления ξ в квадратичной области сопротивления [14]