Водозаборный гидроузел. Ч. 1

НПУ = дна + hmax + ∑hw,

где дна– максимальнаяотметка днавканалахоросительных систем; hmax – максимальная глубина воды в канале с максимальной от-

меткой дна;

∑hw – гидравлические потери на пути воды из верхнего бьефа ГУ к каналу с максимальной отметкой дна.

При этом должна так же обеспечиваться возможность промыва отстойников с гидравлическим промывом наносов, если они входят в состав сооружений гидроузла. В задании на курсовое проектирование не задаются дна и hmax. Вместе с тем результаты расчета отстойника позволяют оценить значение заданного НПУ с точки зрения возможности промыва наносов при уровне воды в реке, соответствующем максимальному расчетному расходу Qр.п, с учетом того, что конец пульповода у отстойников с периодическим промывом должен располагаться не ниже этого уровня, а у отстойников с непрерывным промывом – не выше его [4].

При движении воды из верхнего бьефа ГУ в камеру отстойника и из нее через пульповод в реку имеет место сосредоточенное падение уровня воды (потери напора) на водоприемнике Zв, сетке рыбозащитного сооружения Zр, входном оголовке отстойника Z1 и потери на промыв наносов Zпр.

Значения Zв для водоприемника могут быть заданы в первом приближении в пределах 0,1–0,5 м [7], Zр – 0,05–0,15 м [2], Z1 мо-

жет быть определено при расчете оголовка или принято в пределах 0,05–0,2 м [4, 5]. Потери напора в отстойниках при промыве Zпр определяются при их гидравлическом расчете. Тогда для определения возможности промыва отстойников необходимо по кривой

Н f Q определить уровень воды в реке, соответствующий мак-

симальному расчетному расходу Qр.п, и добавить к нему указанные выше потери напора. Если в результате будет получено значение, равное или меньшее НПУ, заданного в задании на курсовое проектирование, то возможность промыва наносов будет обеспечена. В противном случае, необходимо откорректировать НПУ и согласовать его значение с руководителем проекта.

21

2.4 Отстойники с периодическим гидравлическим промывом

Наименьшее число камер в отстойниках с периодическим промывом – 2. При этом рабочий расход воды в одной камере принимают, как правило, равным 5–10 м3/с, промывной расход – 0,5–1 от рабочего расхода воды в камере. Скорость потока воды в камере принимается в пределах 0,2–0,5 м/с. Заиление камер допускается на 25–30 % средней глубины или объема. Скорость воды при промыве принимают более 2 м/с. Уклон дна для обеспечения смыва ориентировочно равен 0,005–0,02; глубина промывного потока воды – 10–30 % глубины при осаждении наносов.

Промыв камеры производится не более двух раз в сутки, но не реже одного раза за 2–3 суток при интенсивном движении наносов. Длительность промывок – не более 0,5–1 часа [2].

При конструировании камеры отстойника можно воспользоваться рекомендациями, изложенными в [5].

Камера имеет прямоугольное сечение. Береговые устои и раздельные стенки, формирующие камеры, при высоте до 5 м проектируют бетонными, а при высоте более 5 м – железобетонными. Запас в высоте стенок над уровнем воды в камере 0,6–0,7 м. Бетонные раздельные стенки выполняют шириной поверху 0,5 м, понизу – 0,4 ее высоты, с глубиной фундамента, равной около 0,25–0,33 высоты стенки, и шириной, равной высоте стенки. По верху стенки по всей длине располагают железобетонную плиту шириной 1–1,5 м и толщиной, изменяющейся от 0,1 до 0,15 м, вдоль которой с двух сторон устанавливают металлические перила.

Ширина по верху бетонных стен устоев – 0,7 м, по обрезу фундамента – 0,5 от высоты стены. Глубина заложения фундамента – 0,33 высоты, ширина фундамента – 0,7–1 высоты (первая цифра относится к стенкам, установленным на гравелисто-песчаных грунтах, вторая – на суглинистых). Бетонный пол толщиной 0,7 м отделяют от стенок швами. По длине камеру через 20–25 м разрезают поперечными швами.

Железобетонные раздельные стенки принимают шириной поверху 0,4 м, понизу примерно 0,2 ее высоты, с фундаментной плитой шириной, равной ширине камеры, и толщиной в свободном конце 0,6–1 м. По верху стенки также располагают железобетонную плиту.

22

Горизонтальность пола по ширине камеры обеспечивается укладкой плит толщиной 0,10–0,15 м. Пространство под плитой заполняют гравелистым грунтом. При ширине камеры более 10 м на дне по всей ее длине устраивают направляющую стенку высотой 0,5–0,6 м, толщиной 0,2–0,3 м. Выходной оголовок представляет собой водослив с порогом на отметке, совпадающей с отметкой дна отводящего канала.

Водослив делят на стандартные отверстия, число которых равно числу камер или их удвоенному числу, с быками толщиной 1–1,5 м. Отверстия перекрывают сегментными или плоскими затворами. В каждой камере перед водосливным порогом устанавливают плоский донный затвор, перекрывающий входное отверстие пульповода. На участке, соединяющем отстойник с магистральным каналом, устраивают водобойную стенку сквозной конструкции или смесительный колодец глубиной 0,5 м и длиной lk = 3,5(hk + 0,5) м. Выходные открылки принимают по типу косых плоскостей или ныряющих стенок.

Промывные галереи с безнапорным потоком постоянного сечения размещают под водосливным порогом. Их размеры, а также размеры пульповода и уклон его дна назначают из условия получения промывной скорости 3–5 м/с. Желательно, чтобы ширина галереи была не больше половины ширины камеры. Пульповод, соединяющий промывные галереи с рекой, выполняют в виде железобетонной трубы или открытого лотка. Его длина зависит от топографических условий. Для предварительных расчетов длину пульповода ориентировочно можно принимать: для горных водозаборов с головным отстойником от 0,5 до 1,5 длины камеры LP; для предгорных водозаборов – около 2,5LP. Для создания в потоке винтового движения, способствующего лучшему продвижению наносов, пульповоду в плане придают 2–3 излома с внутренними углами в 120–140°. Угол отвода потока для горных водозаборов чаще всего колеблется в пределах 30–45°, а у предгорных доходит до 80–90°.

Расчетные формулы и методика, используемые при расчете отстойников с периодическим промывом наносов, представлены в [2, 4, 5, 7]. Ниже приводится пример расчета запроектированного с использованием вышеприведенных рекомендаций отстойника.

23

Пример расчета отстойника с периодическим гидравлическим промывом

Исходные данные:

Расход воды в начале магистральной части отводящего канала,

Крупность наносов, задерживаемых в отстойнике, d ≥ 0,2 мм. Мутностьпотокаводыврекеρ0 = 2,4 кг/м3, температураводы– 10 С.

Принимается число камер n 2 для обеспечения бесперебойности работы водозабора при промыве отстойника, не смотря на то, что расход одной камеры меньше рекомендуемого. Расход воды одной камеры составляет

Qк Q2р 6,082 3,04 м3/с.

Принимается средняя глубина воды в камере в пределах рекомендуемого диапазона 4–6 м: Hср 4 м, средняя скорость потока

vср 0,3 м/c.

Определяются основные размеры отстойника (рисунок 2.3) [4]. Ширина камеры

24

Рисунок 2.3 – Схемы к определению размеров отстойника

Гидравлическая крупность расчетной фракции wp 0,0171 м/с

для частиц наносов с крупностью 0,2 мм (приложение 5). Определяется длина камеры

Транспортирующая способность потока по весу определяется по формуле Шкундина:

Гидравлические характеристики живого сечения промывного потока определяются по известным формулам:

Bкhпр 2,6 0,39 1,014 м2 (площадь живого сечения);Bк 2hпр 2,6 2 0,39 3,38 м (смоченный периметр);

нятый коэффициент шероховатости для бетона n 0,012).

Определяется уклон дна отстойника:

Глубины в начале H1 и в конце H2 камеры отстойника определяются следующим образом:

Определяется скорость движения воды в начале v1 и в конце v2 камеры отстойника:

26

Расчет заиления отстойника

Массовая i и объемная i мутность определяется по следующим формулам:

i p100i 0 ;

i i ,n

где n 1, 4 мт3 – плотность наносных отложений.

Значение гидравлической крупности для каждой фракции берется из приложения 5.

Расчет сводится в таблицу 2.2.

Таблица 2.2 – Фракционный состав, мутность и гидравлическая крупность взвешенных наносов

27

Расчет заиления отстойника ведется в табличной форме. Таблицы 2.3 и 2.4 заполняются одновременно в нижеприведен-

ном порядке:

Задаются интервалом времени t 4 ч. Для первого интервала принимаются:

Глубины в начале и конце отстойника определяются по следующим формулам:

h1 h2 H2 H1 ,

где h2 vwм.рv. 2Lк;

1 2

wм.р. 0,0051 м/с – гидравлическая крупность рассматриваемой

фракции (для фракций меньше расчетной).

Определяется дальность отлета частиц L для каждой фракции наносов для всех интервалов времени:

где w – гидравлическая крупность каждой фракции (для фракций крупнее расчетной);

Результат записывают в таблицу 2.4 для первого интервала времени.

Для фракций наносов с диаметром менее 0,2 мм – L 100 м. Определяется толщина слоя каждой фракции , образующегося

в рассматриваемый интервал времени:

3,6 t qк – для фракций крупнее 0,2 мм;

L

м.р. 3,6 t qкh1 – для фракций меньше 0,2 мм.

LкH1

28

Определяются H1, H2 , v1, v2 для второго интервала времени:

Результаты расчетов заносят в таблицы 2.3 и 2.4, а цикл повторяется. Из этих же таблиц видно, что расчет следует прекратить на четвертом интервале, так как скорость движения воды в начале отстойника становится больше не размывающей для наносных отложений (Vнр 0,5 м/с), и наносы расчетных фракций начинают

попадать в магистральный канал, что недопустимо. Определяется длительность меж промывного периода:

t N t 3 4 12 ч,

где N 3 – число интервалов;

t 4 ч – продолжительность одного интервала.

Окончательно принимается рабочая длина камеры отстойника Lк 100 м, а ширина Bк 2,6 м. Камеры запроектированного от-

стойника необходимо промывать два раза в сутки.

Расчет промыва камеры отстойника

Определяется общий объем наносных отложений в камере к концу межпромывного периода:

W0 Bк Li 2,6 20,19 19,37 18,84 151,84 м3.

За это же время в камеру поступило и частично ее покинуло следующее количество наносов:

Wt 0Qкt 3,6 1,71 3,04 12 3,6 224,6 м3.

29