6. Расчет скорых фильтров

Полезная производительность фильтра станции Q_сут ^полз=23199 м³/сут.

К проектированию принимаем скорые фильтры с двух слойной загрузкой (рис. 4)

Рис.3. Скорый фильтр.

1. Площадь фильтров определяем по формуле:

F= Q_сут ^полз/(Т V_н-3.6 n W t₁-n t₂ V_n), м²

Где; Т- продолжительность работы станции в течение суток в часах.

V_н- расчетная скорость фильтров при нормальном режиме, м/ч.

n- количество промывок каждого фильтра в сутки при нормальном режиме эксплуатации.

W- интенсивность промывки(16), л/(с м²).

t₁- продолжительность промывки(0,1ч), ч.

t₂- время простоя фильтра в связи с промывкой(0,33ч), ч.

Предусматриваем круглосуточную работу станции.

Согласно пункта 6.110 [1] принимаем интенсивность промывки W=16л/с м²

F=23199/(24 7-3,6 3 16 0,1-3 0,33 7)= 161,34 м²

2. Ориентировочное количество фильтров определяем по формуле

N_ф=0,5 √F=0.5 √161,34=6,35 шт. ~ 7шт.

Принимаем 5 фильтров с боковым карманом размером в плане 6,0 6,0 метров. Полезная площадь фильтрования 1 фильтра составит

F_ф= F / N_ф =161,34/5=32,3 м²

3. Скорость фильтрования воды при форсированном режиме определяется :

V_ф=V_рн N_ф/(N_ф-N₁)= 7 5/(5-1)=8,75 м/ч

V_рн- расчетная скорость фильтрования при нормальном режиме, м/ч, принимаемая по таб.21[1].

N₁ –количество фильтров находящихся в ремонте или на промывку (согласно п.6.95 [1] N₁=1)

Согласно таблице 21 [1] при форсированном режиме работы допускается скорость фильтрования до 8.5-12 м/ч.

4. Загрузку фильтров принимаем согласно таблице 21 [1].

1 слой. Кварцевый песок Н=0,7 м, к_н=1.8-2, d_min=0,6 мм,

d_max=1,2 мм, d_экв=0,7-0,8 мм.

2 слой. Антрацид. Н=0,5 м, к_н=1,6-1,8, d_min=0,8 мм,

d_max=1,8 мм, d_экв=0,9-1,1 мм.

Предусматриваем для фильтра распределительную систему большого сопротивления.

В соответствии с 22 [1] принимаем крупность зерен поддерживающих гравийных слоев 2-40 мм при H_н.с.=0,6 м.

5. Расстояние от поверхности фильтрующей загрузки до кромок желобов определяем по формуле

h_ж=Н_ф.с а/100+0,3=1.20 50/100+0.3=0.9 м.

Где Н_ф.с- высота фильтросного слоя, м.

а - относительное расширение фильтрующей загрузки при промывке, принятая согласно 23[1], 50%.

Высота фильтра определяется:

Н_ф =Н_пс+ h_ф.с+ h_cв+h_стр ,м

Согласно пункта 6 [1] строительную высоту борта принимаем 0,5 м.

Н_ф =0,6+1,2+2,2+0,5=4,5 м.

Где h_с.в- высота слоя воды над поверхностью загрузки принимаемая по 6.101 [1].

Н_п.с - высота поддерживающих слоев

h_ф.с - высота фильтрующих слоев

6. При интенсивности промывки W=16 л/с м², и рабочей площади фильтра F₁=32,3 м² необходимый расход промывной воды составит:

q_пр= F_ф W=32,3 16=516,3 л/с=0,516м³/с.

При продолжительной промывки t₁=6мин количество воды на промывку составит:

W_пр=(60 q_пр t₁)/1000=(60 516,3 6)/1000=185,9 м³

Промывная вода подается в центральный коллектор, от которого отходят боковые ответвления. Диаметр коллектора d=800мм, Q_пр=516,3 л/с,V= 1,3м/с, i= 0,00240.

Расстояние между осями труб, боковых ответвлений принимаем l =250 мм 6.105 [1], количество ответвлений для каждого фильтра составит:

n₁= L/l=5,8/0.25=24шт

L-длина одного фильтра =6 м

Расход промывной воды на одно ответвление составит:

q_отв= q_n/n₁=516,3/24=21,5 л/с.

Скорость воды в начале ответвлений составит 1,6-2 м/с.

Принимаем диаметр ответвлений 125 мм при скорости входа воды V=1.6 м/с согласно 6.106 [1]. На ответвлениях трубчатого дренажа предусматриваем отверстия, согласно 6.105 [1] 0.25-0.5% рабочей площади фильтра.

Находятся в пределах:

∑f₀^н=0,25 F₁/100=0.25 32,3/100=0.08 м².

∑f₀^b=0.08 2=0.16 м².

При длине 4,95 и шаге оси отверстий 0,25 м количество их на каждом ответвлении составит:

n₀=(L_к/L₁) 2=(4,95/0.25) 2=40 шт.

Общее число отверстий для каждого фильтра составит:

n=n₀ n_тр=40 24=960 шт. отв.

При d₀=12 мм и f₀=0.000113 м² общая площадь отверстий составит:

∑f₀= f₀ n=0.00016 960=0.15 м².

Отверстия располагаем в 2 ряда в шахматном порядке под углом 45⁰ к низу от вертикали.

7. Для сбора и отвода промывной воды предусматриваем железобетонные желоба полукруглого сечения. Принимаем по 3 желоба в фильтре, расстояние между осями 2,0 м. Расстояние от осей крайних желобов до стенки 1,0 м.

Ширина желоба определяется по формуле 23 [1].

В_ж=к_ж ⁵√q_ж²/(1,57+а_ж)³, м.

Где q_ж- расход воды по желобу, м³/с.

q_ж= 0,219 м³/с.

Где q_ж- отношение высоты прямоугольной части желоба к половине его ширины.

к_ж- коэффициент принимаемый для желобов с полукруглым лотком равным двум.

В_ж=2 ⁵√0,219²/(1,57+1,13)³=0,6 м.

Высота прямоугольной части желоба определяется:

h_пр=0,5 В_ж=0,5 0,06=0,3 м.

Полезная высота желоба:

h_ж^плз= В_ж=0,6 м.

Конструктивная высота с учетом толщины днища составит:

h_к= h_ж^плз+0,06=0,6+0,06=0,66 м.

Что не превышает расстояние от поверхности фильтрующей загрузки до кромок желобов. Лотки желобов имеют уклон 0,01 в сторону сборного канала.

Минимальное расстояние от дна желоба до дна канала определяется по формуле 24 [1].

Н_кан=1,73 ³√q_кан²/g B_кан²+0,2, м.

Н_кан=1,73 ³√0,657²/9,81 0,7²+0,2=0,66 м.

Где q_кан- расход воды по каналу, м³/с.

B_кан- ширина канала в чистоте, м.

При ширине канала 0,7 метра и высоте нижней части 1,26 метра, скорость в начале канала при промывке составит:

V_к=0,87 м/с.

8. Для удаления воздуха из трубопровода подающего воду на промывку фильтров, предусматриваем стояки воздушники ф100 мм с установкой на них запорной арматуры. На коллекторе фильтра предусматриваем стояк воздушник ф50 мм с установкой винтеля для выпуска воздуха.

9. Определяем потери в фильтре при промывке.

9.1. Потеря напора в распределительной системе фильтра определим по формуле.

h_рс=ξ V_k²/2g+V₀²/2g, м.

Где V_к- скорость вначале коллектора при промывке, м/с.

V₀- средняя скорость при входе в ответвление, м/с.

ξ - коэффициент гидравлического сопротивления принимается согласно пункта 6-86 [1].

Для распределительного канала с ответвлениями и круглыми отверстиями

ξ =2,2/к_п²+1

к_п- коэффициент перфорации, отношение суммарной площади отверстий к площади поперечного сечения канала.

к_п=Σf₀/(В_к h_н)=0,2/(0,7 1,26)=0,12

ξ =2,2/0,23²+1=42,59

h_рс=42,59 0,87²/2 9,81+1,6²/2 9,81=0,59+0,13=1,77 м.

2. Потеря напора в гравийном поддерживающем слое.

h_нс=0.022 H_нс W=0.022 0.60 16=0.21 м.

2. Потеря напора в фильтрующем слое.

h_фс= H_фс(1-m_оп)γ_фп+ H_фс(1-m_оа)γ_фа, м.

γ_ф-удельный вес загрузки

γ_фп-1,65т/м³

γ_фа-0,7т/м³

m_о-коэффициент пористости

m_оп-0,4

m_оа-0,5

hфс=0,7(1-0,4)*1,65+0,5(1-0,5)*0,7=0,9м.

2. Потери напора в трубопроводе подводящих промывную воду.

h_a=i-L, м.

L- длина трубопровода подводящего промывную воду, от насосов промывной воды или от башни включая высоту башни и заглубление трубопровода до наиболее удаленного фильтра.

При расходе промывной воды q_пр=0,516л/с, трубопровод подающий воду к фильтрам примем диаметром 800 мм, при скорости 1,3 м/с.

При L=70 м.

h_л=4,38 L/1000=4,38 70/1000=0,3066м.~0,31м

9.5. Потеря напора на местные сопротивления в фасонных частях и арматуре составит:

h_м=0.2 h_л=0,2 0,31=0,06 м.

6. Полная величина потерь напора при промывке скорого фильтра составит:

Н=h_рс+h_нс+h_фс+h_л+h_м=1,77+0,21+0,9+0,31+0,06=3,25 м.

9. Обьем воды для 1 промывки составит:

W_пр=60 q_пр t₁/1000=60 516,3 6/1000=185,9 м³

Согласно пункта 6.117 [1] при любом варианте промывки, обьем бака промывной воды должен быть рассчитан на две промывки при промывке одного фильтра или на три промывки при одновременной промывке двух фильтров.

При промывке фильтров из бака насос для подачи воды в бак должен обеспечивать его пополнение за время не больше чем интервалы между промывками фильтров. Забор воды насосом подающим воду в бак следует производить из резервуара фильтровой воды.

Время пополнения бака подпитывающим насосом:

t=T/(N_ф n)=24/(6 3)= 1,33 ч.

Емкость бака промывной воды составит:

W_б=W_пр n_пр=185,9 2=317,7 м³

Принимаем Н/Д=0,7.

Д=1,25 ³√W_Б=1,25 ³√317,7=8,5 м.

Н_б=0,7 Д=0,7 8,5=5,9 м.