Размещено на http://www.allbest.ru/

Проектирование водозаборного сооружения на реке Илим

1. Данные для проектирования

Общие данные

1. Источник водоснабжения: река Илим;

2. Расчетный расход воды объекта водоснабжения - 1,7 ,

режим подачи воды - равномерный в течение суток

3. Заданная пьезометрическая отметка воды

в конечной точке водоводов: 27 м

4. Длина напорных водоводов: 300 м

5. Число напорных водоводов: 2

6. Требуемая обеспеченность водоподачи: 97%

Данные по реке

1. Расход воды:

- минимальный: 40

- максимальный : 600

2. Горизонты воды:

- минимальный летний 8 м

- минимальный зимний 7 м

- минимальный ледохода 9 м

- максимальный половодья 17 м

- максимальный ледохода 16 м

3. Использование реки: для судоходства

4. Водоприёмные сооружения запроектировать на левом берегу

5. Водозаборные сооружения 2-й категории надёжности

Общие данные для поверхностных источников

1. Толщина льда: 17м

2. Наличие шуги и характер шуго-ледовых условий: в средних количествах

3. Максимальная мутность воды

- в половодье 17

- в межень 1,7

4. Средний диаметр частицы взвеси 1 мм

5. Расчётная гидравлическая крупность наносов при температуре 10:

105 мм/с

6. Длина рыб, которые в соответствии с нормами не должны попадать в

водоприемные сооружения: 10 мм

2. Объём и состав курсового проектирования

Курсовой проект состоит из графической части (2 листа А1) и пояснительной записки ( страниц).

Графическая часть включает:

1) План участка реки в М 1:1000 с нанесёнными на него створом водозаборного сооружения, границами первого пояса зоны санитарной охраны, и границами крепления объекта;

2) Профиль по створу водозаборного сооружения в М 1:100

с нанесёнными на него уровнями воды в реке, колонкой грунтов

геологического строения берега, контурами конструктивных частей

сооружения;

3) Продольный профиль сооружения (водоприёмников, самотечных

трубопроводов, берегового колодца насосной станции первого

подъёма, камеры переключения водоводов) в М 1:100;

4) План сооружения на отметке пола насосной станции первого

подъёма в М 1:100;

5) План берегового колодца и насосной станции первого подъёма

на отметке пола первого этажа в М 1:100;

6) Поперечное сечение берегового колодца в М 1:100;

7) Водоприёмник (оголовок) в трёх проекциях М 1:100.

3.Обоснование выбора места расположения и типа водозаборного сооружения, его компоновки и конструктивных форм

водозаборный сооружение река

Краткая гидрологическая характеристика реки

Предпосылки к выбору створа водозаборного сооружения и обоснование проектируемого места расположения водозаборного узла

Выбор берега, на котором следует запроектировать водозаборное сооружение, определяется местоположением потребителя. По заданию потребитель располагается на левом берегу реки. Поэтому водозаборный узел проектируется на левом берегу реки.

Выбранный для размещения водозабора участок реки Каменка прямолинейный, следовательно для проектирования водозаборного сооружения практически все створы равнозначны. Для надёжного отбора воды необходимо стабилизировать движение наносов в русле реки, т.е. укрепить донную гряду или побочни камнем или фашинами. Выбранный створ показан на выкопировке плана. Также на выкопировке плана обозначены берега и русло реки в межень (синим цветом заливки) и берега, заливаемые в половодье (голубым цветом заливки). По выбранному створу в М 1: 100 построен профиль левого берега, на котором нанесены характерные уровни воды в реке. По профилю определяем среднее заложение откоса берега:

1 : m = 20 : 115 1 : 7 - берег пологий

Выбор типа водозаборного сооружения

На крутых берегах проектируются береговые водозаборные сооружения, а на пологих - русловые.

В нашем случае берег промежуточный, но тяготеющий к пологому, следовательно, можно запроектировать русловое водозаборное сооружение. В русло реки выносится оголовок. На берегу проектируется береговой колодец. Оголовок с береговым колодцем соединяется самотечными линиями, так как проектируемые водозаборные сооружения средней производительности и в створе прокладки линий отсутствуют плывуны, а также скальные породы.

Итак, необходимо запроектировать русловое водозаборное сооружение, в состав которого входят: оголовок, самотечные линии и береговой колодец.

Выбор компоновки водозаборного узла

Оголовок следует размещать на отметке дна реки, обеспечивающей бесперебойный отбор воды из источника.

На водозаборных сооружениях средней производительности слой воды над оголовком должен быть 0,4 м и отсчитываться от нижней кромки льда.

Порог между дном и низом водоприемных окон оголовка должен быть на водозаборных сооружениях средней производительности равным 1 м.

Высота водоприемных окон проектируется для водозаборных сооружений в зависимости от их производительности, принимаем

h=1,4 м.

h₁ - толщина льда под уровнем воды, м

h₁ = Г_л ·А,

где

Г_л - плотность льда, Г_л = 0.9; А - толщина льда, А=1,7 м;

h₁ = 0.9 · 1,7 = 1,53(м)

Б - отметка нижней кромки льда, м

Б = Н₃ - h₁,

где

Н₃ - горизонт зимней межени; Н₃ = 7 м.

Б = 7 - 1,23 = 5,17(м)

Расчет отметки дна (Нд) в месте расположения оголовка.

Нд = Н₃ - (h₁ + h₂ + h₃ + h₄ + h₅), где

Н₃ - горизонт зимней межени, Н₃ = 7 м;

h₁ - толщина льда под уровнем воды, h₁=1,53 м;

h₂ - слой воды над оголовком до нижней кромки льда, h₂=0,4 м;

h₃ - высота водопроводных окон; h₃=1,4 м;

h₄ - высота порога между дном и низом водопроводных окон, h₄=1 м;

h₅ - толщина потолочной балки водоприемника, h₅=0,2 м;

Нд = 7 - (1,53+0,4+1,4+1+0,2) = 2,47(м)

Нд =2,47 м

Толщина крепления дна 0,3 м. Дно вокруг крепится каменной наброской. Также устанавливается гидротехническая подпорная стенка, для предотвращения размыва берега.

Расчет отметки земли (Нб) у берегового колодца

На водозаборных сооружениях средней производительности береговой колодец должен располагаться на 2 м выше уровня горизонта половодья при требуемой обеспеченности водоподачи 97%.

Н_б = В + Г,

где

В - горизонт половодья, В = 17 м;

Г - превышение, Г = 2 м;

Н_б = 17 + 2 = 19 (м)

Выбор конструктивных форм водозаборного узла

Выбор конструкции оголовка зависит от:

1) хозяйственного назначения реки;

2) производительности водозаборного сооружения;

3) использование для молевого лесосплава;

4) использование для лесосплава плотами;

5) использование для судоходства.

На судоходных реках проектируют бетонные, железобетонные и дощатые оголовки.

На водозаборных сооружениях средней производительности проектируются ряжевые, бетонные, железобетонные оголовки.

Функциональное назначение, производительность и условия экологического равновесия в водоеме обуславливают гидравлическую схему.

По гидрологическим условиям оголовки проектируются обтекаемой и не обтекаемой формы в плане.

По функциональному назначению и условиям экологического равновесия в водоеме оголовки бывают с равномерными и неравномерными скоростями отбора воды вдоль водозаборного фронта.

В данном проекте по совокупности признаков целесообразно запроектировать железобетонный оголовок.

Береговой колодец проектируется совмещенным с насосной станцией 1-го подъёма, т.к. раздельная схема допустима только на водозаборах малой производительности.

В данном проекте целесообразно запроектировать насосную станцию с насосами марки Д.

Итак, в курсовом проекте разрабатывается водозаборное сооружение средней производительности руслового типа с железобетонным оголовком, соединенным двумя самотечными линиями с береговым колодцем, который совмещён с насосной станцией первого подъема.

4. Гидравлические расчеты, определяющие размеры сооружений

Гидравлический расчет раструбного оголовка

S - площадь водопроводных окон, м²

S = ,

где

1.25 - коэффициент стеснения площади окон;

Q_р = 1,7 м³/c - расчетный расход водопроводного оголовка;

k - коэффициент сжатия струн стержнями решетки;

k = ,

где

а - диаметр стержня решетки, см (для круглого стержня а = 1см);

d - расстояние между стержнями, см (принимается в зависимости от мутности и содержания шуги в речной воде, для реки Каменка принимаем d=10 см);

k =

- скорость входа в водоприемные окна, м/с;

Скорость входа воды в водоприёмные окна должна определяться в соответствии с рекомендациями приведёнными в таблице 4.1

Таблица 4.1

№п/п	Условия, являющиеся приоритетными при определении скорости отбора воды из реки	Скорость , м/с
1	Сохранение гидрологического режима равнинной реки	0,2
2	Сохранение поверхности раздела в двухслойном стратифицированном водоёме	0,2
3	Условия рыбозащиты на нерыбоводческих реках
4	На шугоносных реках Севера	0,05
5	На реках с тяжёлыми шуголедовыми условиями	0,05

Кроме того для русловых сооружений

Исходя из вышеперечисленного принимаем скорость равной 0,15 м/с

S =

Ориентируясь на рекомендации принимаем размеры одного водоприёмного окна 1,4 х 1,4м, тогда площадь одного водоприемного окна равна 1,96 м².

Количество водоприёмных окон N:

N =

Общее число окон должно быть не меньше расчётного, поэтому принимаем 5 водоприёмных окон.

Теперь определим фактическую скорость входа воды в водоприёмные окна:

Фактическая скорость входа воды в водоприёмные окна меньше принятой, что увеличивает предпосылки надёжности отбора воды.

При нормальной работе оголовка и скорости 0,15 м/с рассчитаем потери напора в решетках:



При аварии скорость будет равной:

Потери напора при аварии:

Потери напора в коллекторе раструбного оголовка должны определятся по формуле для определения скоростного напора на выходе из оголовка. Поэтому сначала определяем диаметр самотечной линии.

R_c - радиус самотечной линии определяем по формуле:

R_c = , где

Q_р - расчётный расход,

V_c - скорость в самотечной линии, м/с

р = 3,14

При производительности водозаборных сооружений 1,7

V_c принимаем равной 1,7 м/с, тогда радиус самотечной линии:

R_c =

Диаметр самотечной линии равен: D_C = 2R_c = 2 · 0.4 = 0.8 м = 800 мм;

Определим скорость в самотечной линии при аварии:

V_са =

Определяем потери напора в коллекторе оголовка при нормальном режиме работы водозабора:

h_к =

V_к - скорость в коллекторе, м/с

Определяем потери напора в коллекторе оголовка при аварийном режиме:

h_ка = =

V_ка - скорость в коллекторе при аварии, м/с

Определяем суммарные потери в оголовке:

при нормальном режиме: S_h0 = h_p + h_k = 0,0007 + 0,147 ? 0,15 м

при аварии: S_h0а = h_pa + h_ka = 0,0029 + 0,374 ? 0,38 м.

Гидравлический расчет самотечной линии

Длина самотечной линии по плану и профилю составляет 74 м, диаметр 800 мм определён в параграфе 4.1. По самотечным линиям вода поступает из водопремника в береговой сеточный колодец или в сеточное отделение насосной станции, совмещённой с береговым колодцем. Самотечные водоводы, как правило, выполняют из стальных труб. Самотечные водоводы должны укладываться в плане и вертикальной плоскости без резких поворотов, вызывающих отложение наносов, сора и шуги, затрудняющих промыв и очистку водоводов. Прокладка водоводов с уклоном или без практически не влияет на характер движения в водоводах наносов (при промывке или заборе воды). Поэтому высотное положение водоводов определяется исходя из необходимости их заглубления в пределах русла под но для защиты от подмыва речным потоком и повреждения якорями судов и плотов на судоходных реках - на 0,8 - 1,5 м ( с учётом возможного размыва и дно углубления). Достаточно часто самотечные водоводы прокладывают с некоторым подъёмом в сторону береговых сооружений водозаборного узла. Высотное положение самотечных линий назначают с таким расчётом, чтобы водоводы располагались не менее, чем на 0,5 м ниже пьезометрической линии.

Определяем потери напора по длине самотечной линии при нормалном режиме работы:

h_c = 1000i · l_c ,

где 1000i =3,98м при расходе 850 л/с - определяем по таблицам Шевелёва;

h_c = 3,98 · 0,074 ? 0,29 (м)

Потери при аварийном режиме:

h_cа = 1000i · l_c , где 1000i = 7,81м при расходе 1180 л/с - определяем по таблицам Шевелёва;

h_cа = 7,81· 0,074? 0,58 (м)

Определяем потери напора в самотечной линии на местные сопротивления при нормальном режиме работы:

h_сн =

где S_k - суммарные местные сопротивления в самотечной линии;

k_задв. = 1 - задвижка

k_муф. = 1 - муфта

Определяем потери напора на местные сопротивления при аварийном режиме:

h_cна =

Определяем суммарные потери напора в самотечной линии при нормальном режиме работы:

S_hс = h_с + h_сн = 0,29 + 0,35 = 0,64 м

Определяем суммарные потери напора в самотечной линии при аварии:

S_hса = h_са + h_сна = 0,58 + 0,28 = 0,86 м

Расчет уровней воды в первом водоприемно-сеточном отделении берегового колодца

Определяем суммарные потери напора (Е) по пути движения воды из реки через оголовок и самотечную линию в береговой колодец при нормальном режиме работы:

Е = S_h0 + S_hс = 0,15 + 0,64 = 0,79 (м)

Определяем суммарные потери напора по пути движения воды из реки в случае аварии:

Ж = S_h0а + S_hса = 0.38 + 0,86= 1,24(м)

Определяем уровни воды в первом отделении:

З = И - Е =17 - 0,45= 16,21 (м) - в половодье.

И = 17 м - горизонт половодья;

К = Л - Е = 8 - 0,79= 7,21 (м) - летом.

Л = 8 м - уровень летней межени;

М = Н - Е =7- 0,45 = 6,21 (м) - зимой.

Н = 7 м - уровень зимней межени;

Уровни воды в первом отделении при аварии:

О = И - Ж = 17 - 1,24=15,76 м - в половодье.

П = Л - Ж = 8 - 1,24 = 6,76 м - летом.

Р = Н - Ж = 7 - 1.24 = 5,76 м - зимой.

Абсолютный минимум уровня воды в первом водоприемно-сеточном отделении: 5,76 м.

Расчет сеток

В водозаборных сооружениях малой производительности проектируются вращающиеся сетки.

Определяем коэффициент сетки:

k_c = - коэффициент сетки

а - расстояние между проволоками, а = 1мм;

d - диаметр проволоки, d = 1мм.

Определяем площадь сеток S_c, м²:

S_c =

V_c - скорость входа воды в сетки, 0,9 м/с.

Принимаем стандартные вращающиеся сетки размером 2 х 2 м.

Общее число сеток в сооружении: n = S_c/W_c;

W_c - площадь одной сетки, 4 м²;

n =10/4 = 2,4? 3 сетки

Определяем фактическую скорость прохождения воды через сетки:

V_сф =

S_cф = 3·4 = 12 () - фактическая площадь сеток

V_сф = - в пределах допустимой.

В аварийном режиме работы сетки поднимаются, и вода проходит к насосам, минуя сетки. Поэтому расчет скорости прохождения воды через сетки в аварийном режиме не требуется.

Определяем потери напора в сетках.

h_c =

Расчет уровня воды во втором водоприемно-сеточном отделении берегового колодца

Перед сетками уровни воды равны: 16,21 м, 7,21 м, 6,21 м - потери 0,02 м.

Уровни воды за сетками: 16,19 м, 7,19 м, 6,19 м

Расчет отметки днища берегового колодца

Над самотечной линией слой воды в береговом колодце должен быть не менее 0,2 м . Порог между дном и лотком трубы должен быть равным 1 м.

Определяем отметку дна берегового колодца перед сетками:

Ндн.₁ = С - Т - D_c - Y ,

где

где D_c - диаметр сифонной линии, м;

C - абсолютный минимум уровня воды в первом водоприемно-сеточном отделении, м;

Т - минимальный слой воды в береговом колодце над самотечной линией,м;

Y - порог между дном и лотком трубы самотечной линии, м;

Ндн.₁ = С - Т - D_c - Y = 6,21 - 0,2 - 0,8 - 1 = 4,21 (м).

Определяем отметку днища за сетками:

Ндн.₂ =Ф - Т - Х - Ц , где

Ф - уровень воды за сетками при нормальном режиме работы, Ф = 6,19 м

Т - минимальный слой воды в береговом колодце над самотечной линией,м;

Х - высота вращающейся сетки, Х = 2 м;

Ц - порог между дном и лотком трубы самотечной линии, м;

Ндн.₂ = 6,19 - 0,2 - 2 - 1 = 2,99 (м)

Из двух отметок выбираем минимальную - 2,99 м.

Итак, береговой колодец строится на отметке 19 м.

r - высота (в свету) подземной части берегового колодца, м;

r = Ш - Ндн.₂ , где Ш - отметка пола берегового колодца, Ш = 19,15 м

r = 19,15 - 2,99= 15,84(м).

Расчет геометрической высоты подъема насосов первого подъема

Пьезометрическая отметка подачи воды 27 м. Геометрическая высота подъема (Щ) равна пьезометрической отметке воды (Э) минус отметка уровня воды в береговом колодце за сетками при половодье (Ю).

Щ = Э - Ю = 27 - 16,19 = 10,81 м.

Геометрическая высота при нормальном режиме работы при летней межени:

Я = Э - А₁ = 27 - 7,53 = 19,81 м.

А₁ - уровень воды при нормальном режиме работы при летней межени за сетками, м;

А₁ = 7,19 м

Геометрическая высота подъема при нормальном режиме работы при зимней межени:

Б₂ = Э - Ф = 27 - 6,19 = 20,81 м.

Ф - уровень воды за сетками при нормальном режиме работы, Ф = 6,19 м

В аварийном режиме работы геометрические высоты подъема останутся такими же, т.к. сетки при аварии поднимаются.

Подбор насосов станции первого подъема

Принимаем (в первом варианте) в насосной станции два рабочих насоса.

Q_H = Q_P/2 = 1,7/2 = 0,85 м³/с - производительность одного насоса;

Q_P - расчётная производительность водозабора, м³/с;

Напор одного насоса (м) равен:

Н_н = Н_гmax + h_вс + h_нагн.

где

H_вс - потери во всасывающих коммуникациях, h_вс 0,5м.

Н_гmax = 20,81 м - максимальная геометрическая высота подъема воды.

h_начн. - потери в напорных водоводах;

Диаметр напорных водоводов принимаем равным диаметру самотечных линий, D_н = 800 мм

h_начн. = 1000i · l_в ; 1000 i = 3,98 м - при D_н = 800 мм и Q = 850 л/c;

l_в - длина напорных трудопроводов;

h_начн. = 1000i · l_в = 3,98· 0,3 = 1,19(м);

Н_н = Н_гmax + h_вс + h_нагн = 20,81 + 0,5 + 1,19 = 22,5 (м).

По каталогу насосов расчетным параметром соответствует насос:

Д2000-21 с диаметром рабочего колеса 460 мм. Проектируем на насосной станции два рабочих насоса, два резервных и один насос - на перспективное развитие.

График совместной работы насосов и водоводов построен для двух характерных режимов работы.

5. Описание рыбозаградителя

В проекте применён гидравлический рыбозаградитель. Он представляет собой перфорированные трубы в два ряда окольцовывающие оголовок, в которые подается сжатый воздух. Таким образом, вокруг оголовка на период нереста рыбы создается водо-воздушная завеса, препятствующая попаданию рыбы в оголовок. В остальное время (после нереста) рыбозащита достигается за счет малых скоростей отбора воды.

6. Промывка самотечной линии

Производится профилактически 1 раз в год после окончания половодья, если река мутная, то промывка производится чаще при заносимости лотка трубы. Промывка производится с целью размыва отложений наносов в трубе и очистки сороудерживающих решёток оголовка.

1. Прямая промывка применяется только для удаления наносов из труб;

2. Обратная промывка для удаления наносов и очистки решёток;

3. Импульсная промывка - очистка решёток и частично для очистки трубы;

4. Промывка с помощью гидравлического удара - очистка решёток;

5. Комбинированная - обратным током воды и сжатым воздухом для очистки труб и решёток.

При расчёте промывки необходимо определить объём наносов, которые нужно промыть из трубопровода:

, где

- площадь наносов в поперечном сечении;

- площадь в поперечном сечении;

- 0,2 для середней производительности;

d - диаметр самотечной линии;

l - длина самотечной линии.

Время промывки рассчитывается по формуле:

,

где

г = 1700 ;

- транспортная способность промывного потока, ;

- количество наносов в промывной воде (определяется по таблице

незамеляющей скорости), ;

- промывной расход, ;

Скорость промывки определяем из формулы:



Прямая промывка

Порядок промывки. 1 этап: Промывается верхняя самотечная линия. Для этого закрывается задвижка на низовой самотечной линии. В водоприемно-сеточном отделении берегового колодца открываются все шесть перепускных окон. В работу помимо рабочих включаются все резервные насосы. В камере переключения закрываются задвижкиНа напорных трубопроводах, открываются две задвижки на соединительной линии и задвижка на сбросной линии. Расход воды, увеличенный по сравнению с нормальным ? в 1,8 раза, забирается, минуя сетки, и через напорные коммуникации сбрасывается в реку. После окончания промыва иловые насосы НС-1 очищают приямки водоприемно-сеточного отделения от песка. 2 этап: Промывается низовая самотечная линия.

Обратная промывка

Порядок промывки. 1 этап: Промывается верхняя самотечная линия, для этого задвижка на верхней самотечной линии закрывается, открываются шесть перепускных окон в водоприемно-сеточном отделении. В камере переключения отключаются напорные водоводы, открываются две разделительные задвижки и открываются задвижки на верховой обводной линии. В работу включаются резервные насосы, вода из реки забирается через низовую самотечную линию, проходит водоприемно-сеточное отделение, по напорным трубопроводам подаётся в верховую обводную линию и через верховую самотечную линию сбрасывается в реку. Расход при промывке в 1,8 раза больше нормального. Таким образом. Одновременно низовая самотечная линия промывается прямым током воды, а верховая - обратным . После окончания промывки иловые насосы очищают приямки от песка. 2 этап: В аналогичном порядке промывается низовая самотечная линия.

Импульсная промывка

Место отсасываемого воздуха занимает вода, которая подаётся по верху колонны, затем открывается шаровой кран, тем самым срывается вакуум, объём колонны вытекает в самотечную линию через коллектор.

Импульсная промывка повторяется многократно, время промывки рассчитывается.

Задвижка на самотечной линии остаётся открытой, поворотный затвор на промывной колонне закрыт. Через линию наполнения вода заливается в промывную колонну, открывается поворотный затвор, и объём воды из промывной колонны создаёт гидравлический удар в самотечной линии. Промывка повторяется многократно.

Комбинированная промывка

В самотечном трубопроводе у задвижки монтируется эжектор. Схема трубопроводов такая же как при обратной промывке. В дополнение к обратной гидравлической промывке через эжектор в трубопровод подаётся сжатый воздух, который увеличивает транспортную способность промывного потока. Порядок промывки такой же как и при обратной промывке.

7. Зоны санитарной охраны

Зона первого пояса санитарной охраны огораживает площадь 100м ниже по течению реки от створа водозаборного узла; 200 м - выше по течению; до середины реки от правого к левому берегу; до границ заливаемой поймы правого берега. Зона охраняется. В ней запрещено всякое строительство и пребывание людей помимо обслуживаемого персонала.

Зона второго пояса санитарной охраны проектируется на 4 км выше по течению реки от границ зоны первого пояса. В ней устанавливается контрольный режим, соответствующий требованиям СНиП 2.04.02-84.

Литература

1. СНиП 2.04.02 - 84 . "Водоснабжение. Наружные сети и сооружения."

2. Витрешко И.А. "Глубинные водоприемники", МИСИ , 1989 г.

3. Сомов М.А. "Водопроводные системы и сооружения", МИСИ , 1989 г.

4. Справочное пособие: "Таблицы для гидравлического расчета водопроводных труб", МИСИ , 1984 г.

5. Николадзе Г.И. , Сомов М.А. "Водоснабжение", М. С.И , 1995 г.

Размещено на Allbest.ru

...