Размещено на http://www.allbest.ru/

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра водоснабжения

Курсовой проект

"Водозаборные сооружения"

Студент Носик А.Н.

Курс 4 группа 4.

Отделение дневное.

Факультет ВиВ.

Руководитель проекта Витрешко И.А.

Москва 2003

Оглавление

Данные для проектирования

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

1.1 Краткая гидрологическая характеристика реки

1.2 Предпосылки к выбору створа водозаборного сооружения, обоснование проектируемого места расположения водозаборного узла

1.3 Выбор типа водозаборного сооружения

1.4 Выбор компоновки водозаборного узла

1.4.1 Расчет отметки дна (Нд) в месте расположения оголовка

1.4.2 Расчет отметки земли (Нб) у берегового колодца

1.5 Выбор конструктивных форм водозаборного сооружения

2. Гидравлические расчеты, определяющие размеры сооружений

2.1 Гидравлический расчет ряжевого оголовка

2.2 Гидравличекий расчет самотечной линии

2.3 Расчет уровней воды в отделениях берегового колодца

2.4 Расчет сеток

2.5 Расчет уровня воды во втором водоприемно-сеточном отделении берегового колодца

2.6 Расчёт отметки днища берегового колодца

2.7 Расчет геометрической высоты подъёма насосов 1-го подъёма

2.8 Подбор насосов и построение графика совместной работы насосов первого подъема и водоводов

3. Расчеты, определяющие устойчивость сооружения

3.1 Расчеты на всплытие берегового колодца

3.2 Расчет оголовка на всплытие

4. Описание рыбозагродителя

5. Промывка сороудерживающих решеток

6. Зоны санитарной охраны

Литература

Данные для проектирования

1. Источник водоснабжения р. Сугой

2. Расчетный расход воды объекта водоснабжения - 0.35 м3/с

3. Заданная пьезометрическая отметка воды в конечной точке водоводов 44 м

4. Длина напорных водоводов 500 м

5. Число напорных водоводов - 2

6. Требуемая обеспеченность водоподачи 95%

Данные по реке

1. Расход воды, м3/с

- минимальный 40

- максимальный 1200

2. Горизонты воды, м

-минимальный летний 8

-минимальный зимний 7

-минимальный ледохода 10

- максимальный паводка 17

-максимальный ледохода 16

3. Река используется для водоснабжения и судоходства

4. Водоприёмные сооружения проектируются на левом берегу

Общие данные для поверхностных источников

1. Толщина льда 0,6 м

2. Наличие шуги и характер шуго-ледовых условий ежегодно в умеренных количествах

3. Максимальная мутность воды

- в паводок 1.8 кг /м3

- в межень 0.4 кг /м3

4. Средний диаметр частицы взвеси 0.8 мм

5. Длина рыб, которые в соответствии с нормами не должны попадать в водоприемные сооружения свыше -10 мм

1. Обоснование выбора места расположения и типа водозаборного сооружения, его компоновки

1.1 Краткая гидрологическая характеристика реки

Источником водоснабжения является река Сугой. Её гидрологические особенности обусловлены суровыми климатическими условиями приёма воды в осенне-зимнюю межень. Шугоход длится 10-15 дней и может повторяться несколько раз. Вместе с тем вода реки Сугой отличается повышенной мутностью. Гидрограф реки является характерным для рек западносибирского распределения стока: с протяженными половодьями (до 3 месяцев), паводочным режимом в летне-осенний период межени и значительным промерзанием русла, а также уменьшением стока зимой.

1.2 Предпосылки к выбору створа водозаборного сооружения, 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 Сугой. Поэтому водозаборный узел проектируется на левом берегу реки. Водозаборные сооружения проектируются в наиболее глубоких местах русел рек, которые называются плёсом. Плес располагается у вогнутого берега речной меандры или у берега противоположному острову. Меандрическая форма русел в большей степени свойственна малым и средним рекам. Рекам, к которым относится река Сугой, свойственна слабая извилистость, что и отражено на плане участка источника водоснабжения, выданного для проектирования. Поэтому створ расположения водозаборных сооружений принимаем исходя из кратчайшего расстояния от наиболее глубокого места в русле реки до максимальной береговой отметки по береговому склону.

По построенному профилю (разрез по створу) определяем, что берег является крутой.

l/m = A/L = 1/0.5

1.3 Выбор типа водозаборного сооружения

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

В нашем случае берег крутой, следовательно, необходимо запроектировать береговое водозаборное сооружение. В русло реки выносится оголовок. На берегу проектируется береговой колодец. Оголовок с береговым колодцем соединяется сифонными линиями, так как в створе их прокладки отсутствуют плывуны, а также скальные породы. Итак, необходимо запроектировать береговое водозаборное сооружение, в состав которого входят: оголовок, сифонные трубы и береговой колодец.

1.4 Выбор компоновки водозаборного узла

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

На водозаборных сооружениях малой производительности слой воды над оголовком должен быть 0.3 м и отсчитываться от нижней кромки льда.

Порог между дном и низом водоприемных окон оголовка должен быть равным 0.5 м. водозаборный насос колодец

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 - толщина льда под уровнем воды; h₁ = Г_л А

Г_л - плотность льда, Г_л = 0.9; А - толщина льда, А=0.6 м;

h₁ = 0.9 0.6 = 0.54 м

Б = Н₃ - h₁ = 7 - 0.54 = 6.46 м; - отметка нижней кромки льда, м.

Н₃ - горизонт зимней межени; Н₃ = 7 м.

1.4.1 Расчет отметки дна (Нд) в месте расположения оголовка

Нд = Н₃ - (h₁ + h₂ + h₃ + h₄) = 7 - (0.54+ 0.3 + 1.4 + 0.5) = 4.26 м

Н₃ = 7 м - горизонт зимней межени;

h₁ = 0.54 м - толщина льда под уровнем воды;

h₂ = 0.3 м - слой воды над оголовком до нижней кромки;

h₃ = 1.4 м - высота водопроводных окон;

h₄ = 0.5 м - высота порога между дном и низом водопроводных окон;

Толщина крепления дна оголовка 0.8 м.

Нд =4,26 м

1.4.2 Расчет отметки земли (Нб) у берегового колодца.

Располагаем береговой колодец на 0.5 м выше уровня горизонта половодья, т.е. Н_б = В + Г = 17 + 0.5 = 17.5 м, где В=17 м - горизонт половодья , где Г = 0,5 -превышение .

1.5 Выбор конструктивных форм водозаборного сооружения

Выбор конструкции оголовка зависит от хозяйственного назначения реки, производительности водозаборного сооружения, используемые для судоходства.

На судоходных реках проектируют бетонные, железобетонные и досчатые оголовки.

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

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

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

В данном проекте по совокупности признаков целесообразно запроектировать раструбный оголовок.

Береговой колодец проектируется совмещенным с насосной станцией 1-го подъёма.

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

Итак, в курсовом проекте разрабатывается водозаборное сооружение малой производительности руслового типа с раструбным оголовком, соединенным сифонной линией с береговым колодцем, совмещенным с насосной станцией первого подъема.

2. Гидравлические расчеты, определяющие размеры сооружений

2.1 Гидравлический расчет раструбного оголовка

S = - площадь водопроводных окон, м²

где 1.25 - коэффициент стеснения площади окон;

Q_р = 0.35 м³/c - расчетный расход водопроводного оголовка;

k - коэффициент сжатия струн стержнями решетки;

k =

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

с = 5 - расстояние между стержнями, см;

v_вх. - скорость входа в водоприемные окна, м/с;

V_вх =

Площадь водоприемных окон м² : S= h В = 1.4 4.52 =6.328 м²

Площадь одного водоприемного окна равна 6.328 м².

Число окон принято 2.

Общая фактическая площадь водоприемных окон, м²:

S = D E = 6.328 2 = 12.656 м²

Определяем фактическую скорость входа воды:

V_вх.ор =

При нормальной работе оголовка потери напора в решетках равна: h_p = k_p v_вх²_. /2g.

k_p = b (a + c) = 1.79 (5 + 1) sin 90^o 20 - коэффициент сопротивления решетки;

где , b - коэффициент , зависящий от формы стержня решетки (для круглого стержня

b = 1,79 ).

h_p = 20 0.041² / 2 9.81 = 0.0017 м

При аварии через одну секцию водозаборного сооружения проходит:

0.7 Q_P = 0.7 0.35 = 0.245 м³/с;

Потери напора при аварии:

h_ра =

V_вх. = 1.25 х 0.245 х 1.2 /6.328 = 0.058 м/с

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

R_c =

где R_c - радиус сифонной линии;

D_C = 2R_c = 2 0.2 = 0.4 м = 400 мм;

V_c = 1.2 м/с - скорость движения воды в сифонной линии;

р = 3.14;

Определим скорость в сифонной линии при аварии:

V_са =

Определяем потери напора в коллекторе оголовка при нормальном режиме работы:

h_к =

Определяем потери напора в коллекторе оголовка при аварийном режиме:

h_ка = =

Определяем суммарные потери в оголовке:

при нормальном режиме: Sh_o = h_p + h_k = 0.0017 + 0.073 = 0.0747 м

при аварии: Sh_oa = h_pa + h_ka = 0.059 + 0.007 = 0.066 м.

2.2 Гидравлический расчет сифонной линии

Длина сифонной линии 23 м, диаметр 400 мм. Сифонная линия может подниматься над минимальным уровнем воды в реке не более, чем на 7 м.

Определяем потери напора по длине сифонной линии:

h_c = 1000i l_c = 4.34 0.23= 1 м

Потери при аварийном режиме:

h_ca = 8.41 0.23 = 1.93 м

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

h_сн =

гдеS_k - суммарные сопротивления в сифонной линии;

По чертежу насчитывается пять “ колено “ на сифонной линии : два под углом 90 градусов , два под углом 27 градусов и одно “ колено “ под углом 12.5 градусов. Кроме того необходимо учитывать коэффициент местных сопротивлений на выходе через задвижку из сифонной линии в береговом колодце под углом 90 градусов.

k90 = 0.83 (колено 90^о) - 2 колена;

k27 = 0.23 (колено 27^о) - 2 колена;

k12.5 = 0.39 (колено 12.5^о) - 1 колено;

k_задв. = 0.2 - задвижка

S_k = 2 0.83 + 2 0.23 + 0.39 + 0.2 = 2.71 м

Определяем потери напора на местные сопротивления при аварийном режиме:

h_cна =

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

Sh_c = h_c + h_cн = 1 + 0.18 = 1.18м

Определяем суммарные потери напора в сифонной линии при аварии:

Sh_ca = h_ca + h_cнa =1.93 + 0.02= 1.95м

2.3 Расчет уровней воды в первом водоприемно-сеточном отделении берегового колодца.

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

Е = Sh_o + Sh_c = 0.07 + 1.18= 1.25м

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

Ж = Sh_oa + Sh_ca = 0.066 + 1.95= 2.02м

Определяем уровни воды в первом отделении:

З = И - Е =17-1.25= 15.75м

где И=17 м - уровень половодья;

К = Л - Е =8-1.25= 6.75 м

Л=8м - уровень летней межени;

М = Н - Е =7- 1.25 = 5.75 м

Н = 7 м - уровень зимней межени;

Уровни воды в первом отделении при пожаре:

О = И - Ж = 17 - 2.02 =14.98 м

П = Л - Ж =8- 2.02 = 5.98 м

Р = М - Ж = 5.75 - 2.02 = 3.73 м

Абсолютный минимум уровня воды в первом водоприемно-сеточном отделении: 3.73 м.

2.4 Расчет сеток

В водозаборных сооружениях малой производительности проектируются плоские сетки.

Определяем площадь сеток, м²:

S_c =

k_c =

а - расстояние между проволоками, 1 мм;

d - диаметр проволоки, 1 мм;

v_c - скорость входа воды в сетке, 0.3 м/с.

Принимаем стандартные плоские сетки размером 1 1м.

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

W - площадь одной сетки, 1 м²;

n =6/1 = 6 шт.

Поскольку водозаборное сооружение имеет две секции, число сеток должно быть четным, т.е. сеток должно быть 6, по 3 в каждой секции берегового колодца.

Определяем фактическую скорость прохождения воды через плоские сетки:

V_сф =

V_сф = - что меньше 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 =

k_c =

m - размер ячейки сетки, d=1мм, t=1мм;m = 1/1=1

Rеc = (v_c h_c)/n = (0.29² 1)/0.02 = 4.205, h_c = 1м, n = 0.02

2.5 Расчет уровня воды во втором водоприемно-сеточном отделении берегового колодца

Перед сетками уровни воды равны: 15.75 м, 6.75 м, 5.75 м - потери 0.02 м.

Уровни воды за сетками: 15.73 м, 6.73 м, 5.73 м.

2.6 Расчет отметки днища берегового колодца

Над сифонной 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 = 3.73 -0.2 - 0.4 - 1 = 2.13 м

где 0.4 - диаметр сифонной линии, м.

3.73 -абсолютный минимум уровня воды в первом водоприемно-сеточном отделении

Определяем отметку днища за сетками:

Ндн.₂ =6.73-0.2 - 1 - 1 = 4.53 м.

1 - высота плоской сетки

1 - порог между дном и лотком трубы сифонной линии

0.2 - слой воды в береговом колодце над сифонной линией

Из двух отметок выбираем минимальную - 2.13 м.

Итак, береговой колодец строится на отметке 17.5 м.

2.7 Расчет геометрической высоты подъема насосов первого подъема

Пьезометрическая отметка подачи воды 44 м. Геометрическая высота подъема (Ш) равна пьезометрической отметке воды минус отметка уровня воды в береговом колодце за сеткам.

Ш = Э - Ю = 44 - 15,73= 28.27 м.

Геометрическая высота при нормальном режиме работы при летней межени:

Я = Э - А₁ = 44 - 6.73 = 37.27 м.

Геометрическая высота подъема при нормальном режиме роботы при зимней межени:

Б₂ = Э - Ф = 44 - 5.73 = 38.27 м.

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

2.8 Подбор насосов станции первого подъема

Принимаем в насосной станции два рабочих насоса.

Q_H = Q_P/2 = 0.35/2 = 0.175 м³/с - производительность одного насоса;

Н_н = Н_гmax + h_ВС + h_нагн. = 38.27 + 1 +7.13= 46.4 м.

Где Н_н - напор насоса, м.

h_ВС - потери во всасывающих водоводах , h_ВС 1м.

Н_гmax = 38.27 м - максимальная геометрическая высота подъема воды.

h_начн. - потери в напорных водоводах;

h_начн.- = 1000i l_B = 3.1 2.3 = 7.13 м; 1000 i =3.1.

По каталогу насосов расчетным параметром соответствует насос: ЭЦВ-16 . Проектируем на насосной станции два рабочих насоса, один резервный и три насоса - на перспективное развитие.

3. Расчеты, определяющие устойчивость сооружения

3.1 Расчет на всплытие берегового колодца

Расчет на всплытие производится для экстремальных условий, при паводке Р = 90%.

Коэффициент устойчивости на всплытие:

k =

G - вес берегового колодца, г;

ST - суммарные силы трения о стенки колодца;

W - выталкивающая cила, т.

Вес берегового колодца подсчитывается по отдельным элементам подземной и наземной части.

Вес подземной части.

G₁ - вес подготовки вод днище берегового сооружения , т.

G₁ = W₁ Г₁ = 31.7 2.2. = 69.94т.

W₁ =р R₁² h₁ = 3.14 4.5² 0.5 = 31.7 м³;

р =3.14;

R₁ = 4.5 м - радиус подготовки;

h₁ = 0.5 м - высота подготовки.

Г₁ =2.2 м³ - объемный вес подготовки;

G₂ - вес «ножа» берегового колодца, т;

G₂ = (P₁ R₂² - P₁ R₁²) h₁ Г₂

R₂ = 5м - наружный радиус «ножа»

R₁ = 4.5 м; h₂ = 1.5 м; Г₂ = 2.5 м³; h₁ = 0.5 м.

G₂ = (3.14 5² - 3.14 4.5²) 1.5 2.5 = 55.93 т;

G₃ - вес наружных стен подземной части;

G₃ = (Р₁ R₃² - P₁ R₁²) h₃ Г₃;

R₃ = 4.8 м; h₃ = 13.08 м; Г₃ = 2.5 м³;

G₃ = (3.14 4.8² - 3.14 4.5²) 13.08 2.5 = 286.45 т;

G₄ - вес внутренних стен подземной части;

G₄ = (Р₁ R₃² - P₁ R₁²) 0.3 h₃Г₃;

G₄ = (9+8) 0.3 13.08 2.5 = 166.77 т;

G₅ = 12 4 0.3 0.3 8.7 2.5 = 313.2 т;

G₆ - вес перекрытия надземной части;

G₆ = 12 12 0.3 2.5 = 108 т;

G₇ - вес воды в одной секции;

G₇ =

G_8- - вес насосов арматуры и трубопроводов;

G_8- = 50 т;

Общий вес сооружения:

G =G1+G2+G3+G4+G5+G6+G7+G8;

G = 69.94+5.94+286.45+166.77+313.2+108+192.03+50 = =1242.32т;

Т = (h₂ + h₃) Т_о, h₂= 1.5 м; Т = 65.61 т;

W = 3.14 4.8² 13.08 = 946.28т;

k =

Сооружение устойчиво , т.к. 1.278 1.25

3.2 Расчет оголовка на всплытие

Коэффициент устойчивости оголовка на всплытие:

К_о = G_o/W_o;

G_о - вес оголовка;

G_о = G_оф + G_ОМ + G_ор = 10.545 + 72.072 + 1.3 = 83.917 т.

G_оф - вес фундамента оголовка;

G_оф = 1.9 7.4 0.3 2.5 = 10.545 т;

G_ом - вес металла в оголовке;

C_ом = т.

G_ор = 1.3 т - вес решеток,

Определяем выталкивающую силу оголовка:

W_o = 1.97.40.31+(5.2+0.4)1.21+(1.4+0.4)1.41=13.458 т

К_о =

Оголовок устойчив на всплытие.

4. Описание рыбозаградителя

Предусматриваем 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.

5. Промывка сороудерживающих решеток

В дипломе предусмотрена импульсная промывка сороудерживающих решеток оголовка. Над стояком сифонной линии смонтирована промывная колонка, заряжающаяся от вакуум-насоса. Устройство для разрядки вакуум-колонны создает ударную волну, очищающую решетки от налипшего на них мусора и др.

6. Зоны санитарной охраны

Зона первого пояса санитарной охраны огораживает площадь 100м ниже по течению реки от створа водозаборного узла; 300 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. Виперешко 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.

6. Мулин В.И. Механика грунтов для инженеров-строителей , М. С.И. , 1988 г.

7. А.И.Куртанов "Водозаборные сооружения систем коммунального водоснабжения."

Размещено на Allbest.ru

...