Проект водозабора на поверхностном водоисточнике

Проект водозабора на поверхностном водоисточнике

ВВЕДЕНИЕ

Среди многих отраслей современной техники, направленных на повышение уровня жизни людей, благоустройства населённых мест и развития промышленности, водоснабжение занимает большое и почётное место.

Комплекс сооружений, осуществляющих задачи водоснабжения, т. е. получение воды из природных источников, её очистку, транспортирование и подачу потребителям, называется системой водоснабжения.

Выбор типа и конструкции водоприёмных сооружений зависит от местных природных условий в значительно большей степени, чем у всех остальных сооружений системы водоснабжения. Основное влияние на устройство водоприёмников оказывает характер используемых природных источников воды: гидрологические характеристики открытых водоёмов, условия залегания подземных вод.

Как и для выбора источника водоснабжения, для правильного решения задачи проектирования и строительства водоприёмных сооружений необходимо проведение обширных и детальных изысканий: гидрологических, геологических, гидрогеологических и т. д. Эти изыскания должны дать не только уверенность в возможности бесперебойного получения из выбранного источника требуемых количеств воды, но и все необходимые сведения для проектирования водоприёмных сооружений.

В настоящем курсовом проекте необходимо спроектировать водозабор на поверхностном водоисточнике.

Требования к водозаборам для приема поверхностных вод:

Сооружения должны обеспечивать бесперебойное снабжение потребителя водой возможно лучшего качества. Решение этой задачи достигается правильным выбором их места расположения (в плане и по глубине), типа и конструкции. Место расположения сооружения в плане следует выбирать как можно ближе к потребителю, на устойчивом участке водоема, в районе наименьшего загрязнения водоема (на реках выше населенных пунктов, промышленных предприятий и мест сбора сточных вод), вне участков ледяных заторов и интенсивного движения донных наносов.

При наличии вблизи берега глубин, обеспечивающих требуемые условия забора воды, и при достаточно крутом береге применяются водозаборы берегового типа. Их располагают на склоне берега с приемом воды непосредственно из русла реки. При этом насосы I подъема могут быть расположены в отдельном здании насосной станции или в самом водозаборе. Поэтому, различают два вида водозаборов берегового типа - раздельный и совмещенный.

Водозаборы берегового типа могут иметь в плане круглую, элипсоидальную или прямоугольную форму, выбираемую в зависимости от места расположения водозабора, условий обтекания его водами реки и от используемого оборудования насосной станции. Размеры водозабора, его основных элементов и оборудования (сеток, решеток, труб и др.) определяют частично путем гидравлического расчета и частично по соображениям конструктивного и эксплуатационного характера. Кроме того, водозабор проверяется на действии сил давления воды, льда и грунта (на всплытие, на опрокидывание, на сдвиг), а также на прочность при действии заданных нагрузок.

Водозаборы руслового типа чаще всего применяют при относительно пологом береге, когда требуемые для забора воды глубины в реке находятся на значительном расстоянии от берега. Кроме того, при пологом береге сезонные колебания уровня воды в реке вызывают затопление берега. А насосная станция должна быть расположена вне зоны затопления, поэтому длина труб от места приема воды до насосной станции получается весьма большой. Вода из реки в береговой колодец руслового водозабора поступает, как правило, по самотечным трубопроводам.

Таким образом, в курсовом проекте необходимо решить инженерную задачу проектирования водоприёмных сооружений с учётом гидрогеологических условий района водозабора и требований по обеспечению бесперебойности водоснабжения; подобрать основное и вспомогательное оборудование; разработать мероприятия по рыбозащите, по борьбе с шугой и льдом; организовать зону санитарной охраны водозабора.

1. ВЫБОР МЕСТА РАСПОЛОЖЕНИЯ И ТИПА ВОДОЗАБОРА

Водозаборные сооружения по виду источника бывают:

поверхностные, подземные, атмосферные

Классификация поверхностных водозаборов:

. ВЗС классифицируют по требуемой категории надежности подачи воды.

В соответствии со СНиП все ВЗС подразделяются на 3 категории: I, II, III.

При этом категория ВЗС должна совпадать с категорией системы водоснабжения, в которой функционирует ВЗС.категория - ВЗС, обеспечивающие бесперебойный отбор расчетного расхода воды. К ним относятся все типы береговых незатопляемых сооружений, водоприемные окна которых всегда доступны для обслуживания, а очистка их сороудерживающих решеток механизирована.категория - ВЗС, обеспечивающие отбор расчетного расхода воды с возможностью перерывов подачи воды до 5 часов или снижения ее подачи до 1 месяца. К ним относятся все типы русловых затопленных водоприемников, расположенных в водоеме в удалении от берега и практически недоступных в период половодья, ледохода и т.п.категория - ВЗС, отбор воды через которые может прекращаться до 3 суток. К ним следует относить плавучие и подвижные водоприемники.

. ВЗС классифицируют по производительности на:

-         малой производительности, до 1 м3/с;

-         средней производительности, от 1 до 6 м3/с;

          большой производительности, более 6 м3/с.

. ВЗС классифицируют по месту расположения водоприемника:

-         береговые;

-         русловые;

          приплотинные

и другие.

. По степени стационарности: стационарные и нестационарные (передвижные, плавучие).

. По назначению: хозяйственно-питьевые и технологические.

. По компоновке основных сооружений: совмещёная, раздельная и комбинированная

Исходя из условий забора воды (средние) и категории надёжности водозабора (II), принимаем следующую схему водозаборных сооружений: обычный секционированный водозабор, осуществляющий отбор воды из источника в одном створе + затопленные водоприёмники, удалённые от берега и недоступные для обслуживания в отдельные периоды года (схема а2).

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ВОДОЗАБОРА

водозабор гидрогеологический оборудование рыбозащита

Размеры водоприёмных окон определяются из условия пропуска через них максимального расхода:

;

где  p_н - затраты воды на собственные нужды водозабора, 3 ÷ 8%;

t - время работы водозабора, 24 часа для II категории надёжности;

 м³/с;

Расход через одну секцию:

;

где n - число секций, для водозаборов малой производительности n=2;

 м³/с;

Аварийный расход через водозабор при выходе из строя одной секции:

;

где ψ_ав= 0,7 - коэффициент, допускающий снижение подачи воды при аварии;

 м³/с;

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ВОДОПРИЁМНЫХ УСТРОЙСТВ

3.1 Подбор решёток

Требуемая площадь водоприёмных отверстий каждой секции:

;

где 1,25-коэффициент, учитывающий засорение решеток водоприемных отверстий;

К - коэффициент, характеризующий стеснение размеров этих отверстий стержнями решетки;

v-рекомендуемая скорость потока в прозорах решетки, м/с, принимается при средних условиях забора воды равной 0,6 м/с.

Значение коэффициента К определяется по формуле

;

где a - расстояние между стержнями решетки в свету - от 50 до 100 мм,

с - толщина стержней - от 8 до 20 мм,

;

м²;

Принимаем типовую решётку с основными размерами 1000 x 800 мм.

Размеры водоприемных окон водозабора определяются исходя из необходимости обеспечения требуемой надежности их работы в зимний и весенний периоды года. Чтобы не допустить попадания донных наносов в водозабор, нижнюю кромку водоприемных окон следует располагать на 0,5 м выше дна русла водоисточника. Образующийся перед входными окнами порог необходим для задержки выпадающих здесь наносов.

Расчетные условия работы водоприемных устройств в зимний период.

Для обеспечения нормальных условий забора воды верхняя кромка водоприемных окон должна находиться на 0,2 м ниже ледового покрова и на 0,3 м ниже ложбины волны в водоисточнике. Поэтому при глубине источника в месте расположения водозабора Н_и, высоте полуволны h_в и расчетной толщине льда h_л проектная высота водоприемных окон водозабора может быть принята как наименьшее из двух значений:

Н_и = Н_ок + 0,9h_л + 0,7;

Н_и = Н_ок + h_в + 0,8.

Коэффициент 0,9 характеризует плотность льда и глубину его погружения в воду.

h_л=0,42 м; h_в=0,21 м.

Н_и =1 + 0,9^.0,42 + 0,7=2,08 м;

Н_и = 1 + 0,21 + 0,8 =2,01 м.

Фактическая глубина источника:

H_и^факт=Z_min - Z_дна=103,3 - 101,2=2,1 м;

Так как H_и^факт> H_и^треб, дноуглубительные работы не требуются.

Принимаем глубину источника H_и=2,1 м.

3.2 Подбор сеток

Необходимая площадь окон для водоочистных сеток также определяется по формуле:

;

где К - коэффициент стеснения сечения сеточных отверстий проволоками сетки.

Скорость воды в ячейках сеток принимается зависимости от их конструкции: для плоских - 0,2...0,4 м/с, для вращающихся-0,8...1,2 м/с. Вращающиеся сетки применяют на водозаборах, работающих в средних, тяжелых и очень тяжелых условиях забора воды, а также при производительности водозабора более 1 м³/с. При наличии рыбозащитных устройств скорость воды на входе в водоприемное отверстие с сеткой не более 1 м/с.

;

где a - размер ячеек сетки в свету - от 0,25 до 5 мм,

d - диаметр проволоки сетки - от 0,1 до 1,5 мм,

;

м²;

Назначаем размеры перекрываемого сеткой окна 400 x 600 мм. Соответствующая ширина вращающейся сетки 0,5 м. Принимаем диаметр нижнего барабана 1,5 м, диаметр верхнего - 0,75 м. Сеточное полотно состоит из звеньев высотой 250 - 600 мм.

Коэффициент увеличения сопротивления сетки за счёт вертикального перемещения её в потоке составляет

;

где v_в - скорость вертикального перемещения полотна сетки в фильтруемом потоке воды, 0,05..0,1 м/с;

v_с - скорость воды в ячейках вращающейся сетки, м/с.

;

Минимальная рабочая высота фильтруемого через сетку слоя воды

;

где В_с - ширина сетки,м.

;

Отметка верхней кромки рабочей части полотна сетки

Z_c1 =Z_{вс min} - (0,1..0,2) =100,362 - 0,2=100,162;

Отметка нижней кромки рабочей части сетки

Z_c2 = Z_c1 - H_{c min}= 100,162 - 0,48=99,682;

Отметка дна всасывающего отделения водозабора

Z_дна= Z_c2 - D₂ - 0,5;

D₂ - диаметр нижнего барабана, м;

,5 - высота порога за сеткой, м

Z_дна= 99,682 - 1,5 - 0,5=97,682;

Отметки осей верхнего и нижнего барабанов

Z_б1 = Z_max + c + δ + A;

Z_б2 = Z_дна + 0,5 + D₂/2;

где Z_max - максимальный уровень воды в источнике, м;

с - превышение перекрытия водозабора над расчетным уровнем воды в источнике, м; для 2 категории - 0,8 м.

δ - толщина перекрытия водозабора, 0,3 м;

А - высота расположения оси верхнего барабана сетки над полом сеточного помещения, 0,8..1,2 м.

Z_б1 = 107,3 + 0,8 + 0,3 + 1,0=109,4;

Z_б2 = 97,682 + 0,5 + 1,5/2=98,932;

Длина ленты сеточного полотна

L_c = 2(Z_б1 - Z_б2) + 0,5π( D₁ + D₂);

L_c = 2(109,4 - 98,932) + 0,5π( 0,75 + 1,5)=24,47 м;

Число звеньев в полотне сетки:

;

h_з.с - высота звена сетки, 0,25…0,6 м

;

3.3 Расчёт устройства для защиты сеток от прорывва

Для защиты сеток от прорыва используется устройство клапанного типа. При этом в каждой секции водозабора предусмотрена установка по одному такому устройству. Пропускная способность такого устройства составляет

Q = 0,2 Q_c=0,2^.0,1215=0,0243 м³/с ;

Коэффициент расхода устройства

;

где γ₀ - коэффициент удельного гидравлического сопротивления патрубка защитного устройства, с²/м; при a=1 γ₀=0,061, при a=2 γ₀=0,044;

l - длина патрубка по его оси, м;

ω - площадь патрубка, м²;

∑ζ_м - сумма коэффициентов местных сопротивлений устройства, включающая сопротивление на входе потока в патрубок, повороте потока на 45⁰ и выходе потока под клапан устройства.

Величина 2gγ₀lω² по сравнению с ∑ζ_м незначительна, поэтому ей можно пренебречь.

;

Требуемый диаметр устройства

;

где h_пр - предельные потери напора, 0,3…0,5 м.

м;

4. РАСЧЁТ САМОТЕЧНЫХ ЛИНИЙ

Расчетный расход воды в каждой линии равен расходу в одной секции водозабора Q_с.л.= Q_c= 0,1215 м³/c_.

Оптимальная скорость движения воды в самотечных линиях

;

Эта скорость должна быть не меньше незаиляющей

;

где ρ - концентрация взвешенных частиц в воде, 1,7 кг/м³;

ω - средневзвешенная гидравлическая крупность взвешенных частиц в воде источника, 0,07545 мм/с = 0,00007545 м/с (принимается в зависимости от среднего размера частиц взвеси);

u - скорость выпадения частиц взвеси в потоке:

;

где C - коэффициент Шези для потока в самотечной линии;

v_р - скорость течения воды в линии, 0,73 м/с.

м/с ;

м/c;

Так как скорость движения воды в самотечных линиях больше незаиляющей, принимаем диаметр линий 400 мм.

Диаметр самотечных линий водозабора должен обеспечивать возможность гидравлического удаления отложившихся в них наносов путем прямой или обратной промывки линий водовоздушным, импульсным и другими способами. Во всех случаях скорость течения воды или водовоздушной смеси при промывке самотечных линий

;

где d_ч -диаметр отложившихся в линии вымываемых частиц взвеси, 0,73 мм.

м/с;

4.1  Расчёт самотечных линий на устойчивость к всплытию

Затопленные водоприемные оголовки водозаборных сооружений подвергаются воздействию силы тяжести G, сил взвешивающего Р и гидродинамического F давления воды. Они находятся в состоянии статической устойчивости только тогда, когда коэффициенты их устойчивости на сдвиг и опрокидывание не меньше нормируемых.

;

;

v_ф ≤ v_доп ;

где f - коэффициент трения подошвы оголовка по его основанию; принимается равным 0,45 при трении бетона по песку;

х_G, y_F, х_Р - плечи сил, действующих на оголовок сооружения относительно точки его опрокидывания;

К^норм_сдв, К^норм_опр - допустимые коэффициенты статической устойчивости оголовков соответственно на сдвиг и опрокидывание, принимаемые равными 1,1...1,4;_ф - фактическая скорость придонного течения потока в зоне расположения оголовка с учетом стеснения им сечения водоисточника, м/с;

v_доп - допустимая при данном состоянии дна водоисточника скорость неразмывающего потока, м/с.

Сила G находится по формуле:

G = gm = g ρV_ог + 2^. m_реш.g; [Н]

где m - масса оголовка, кг;

ρ - плотность материала элементов оголовка, кг/м³;

V_ог - объем оголовка, 2,526 м³.

Объем оголовка определяем за вычетом водоприемных окон и диффузора, т. е. вычисляем объем материала, из которого выполнен оголовок.

G = 9,81^. 2500^. 2,526+2^. 52^. 9,81 =62970,4 Н;

Сила взвешивания оголовка Р, расположенного на хорошо проницаемых грунтах, определяется по формуле

р = g ρ_вV_ог; [Н]

где ρ_в - плотность воды, кг/м³.

р = 9,81^. 1000^. 2,526=24780 Н;

Сила F гидродинамического воздействия потока на оголовок

; [Н]

где ψ - коэффициент лобового сопротивления оголовка потоку, равный 0,6 для прямоугольного в плане профиля оголовка;

ω - площадь поперечного сечения той части оголовка, которая воспринимает гидродинамическое давление потока (расположенная над плоскостью дна источника перпендикулярно к потоку часть его вертикального сечения), 1,13 м²;

v-скорость набегания воды на оголовок, принимаемая равной расчетной скорости течения воды в источнике, 0,73 м/с.

 Н;

Плечо у_F силы F относительно точки О принимается равным h_ф + 0,6h исходя из условия неравномерности распределения скоростей потока по вертикали.

;

;

Поскольку данные условия выполняются, укрепление самотечных линий не требуется.

5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРЬ НАПОРА И УРОВНЕЙ ВОДЫ В ВОДОЗАБОРНОМ СООРУЖЕНИИ

При проходе воды через различные устройства возникают потери напора, следовательно, уровни воды в источнике, водоприемном и всасывающем отделениях будут различными. Чтобы просчитать потери напора, необходимо знать коэффициенты сопротивления данных устройств.

Коэффициент незагрязненной решетки ζ_р

;

где к₁ - коэффициент, учитывающий профиль сечения стержней и принимаемый равным 0,25 для стержней круглого сечения;

b - размер сечения стержня решетки по направлению обтекания его потоком (высота сечения стержня) для стержней прямоугольного сечения или диаметр для стержней круглого сечения;

α - угол наклона решетки к горизонту, для водозаборов коммунального назначения α= 90⁰.

;

Коэффициент сопротивления загрязненной решетки

;

где К_з - коэффициент предельного загрязнения решетки, =1,5;

К_р - расчетный коэффициент загрязнения решетки, =1,25.

;

Коэффициент гидравлического сопротивления по расходу воды чистой и загрязненной решетки соответственно

;

;

Потери напора при нормальной работе водозабора для чистой и загрязненной решетки соответственно составляют

м;

м;

При аварийном режиме для чистой решетки

м;

Потери напора в самотечной линии, имеющей плавный диффузорный вход, обычный прямой выход и задвижку, в нормальных условиях работы водозабора составляют

; [м]

где γ_{0 с.л} - коэффициент гидравлического сопротивления самотечных линий,

с²/м⁶, принимаем 0,7…0,9 с²/м⁶;

ξ_вх,, ξ_з,, ξ_вых,- коэффициент сопротивления на входе, задвижке и выходе соответственно равный 0,15; 0,11 и 1,0.

м;

При аварийном режиме:

; [м]

м;

С учетом потерь напора в самотечных линиях и решетке, установленной на входе в оголовок отметки уровня воды в водоприемном отделении можно определить по формулам:

Z_пр= Z_{и min} - h_p - h_с.л.=103,3 - 0,0003 - 1,477=101,823 м;

Z_пр.з = Z_{и min} - h_p.з - h_с.л.=103,3 - 0,00043 - 1,477=101,823 м;

Z_пр.ав = Z_{и min} -h_ав - h_{с.л. ав.}=103,3 - 0,00058 - 2,895=100,404 м;

Потери напора в сетках

;

;

;

где К - коэффициент увеличения сопротивления сетки за счёт её вертикального перемещения в потоке, К=1,042

К_с - коэффициент фильтрации сетки, К_с=0,19705

γ_о.с - удельное гидравлическое сопротивление сетки, γ_о.с=0,0525.

м;

м;

м;

Определяем уровни воды во всасывающем отделении:

Z_вс= Z_пр. - h_с=101,823 - 0,021=101,802 м;

Z_вс.з = Z_пр.з. - h_с.з=101,823 - 0,594=101,229 м;

Z_вс.ав = Z_пр.ав. - h_с.ав.=100,404 - 0,042=100,362 м;

6. ПРОЕКТИРОВАНИЕ БЕРЕГОВОГО КОЛОДЦА

Основные размеры для проектирования берегового колодца:

Расстояние от верха водоприемных окон или от верха оголовка до нижней кромки льда не менее 0,2 м.

Расстояние от верха водоприемных окон или от верха оголовка до минимального уровня воды не менее 0,3 м.

Расстояние от низа водоприемных окон до дна реки не менее 0,5 м.

Толщина стенок колодца:

-         внутренних 0,4…0,5 м;

-         наружных  0,6…1,0 м;

          днища 0,4 м;

          перекрытия 0,3 м.

Диаметр всасывающего трубопровода принимаем в зависимости от производительности водозабора в соответствии с рекомендуемой скоростью 1,2..1,5 м/с:

Q_c=0,1215 м³/с => d=350 мм (u = 1,263 м/с).

Диаметр входного отверстия всасывающего трубопровода D_вх=(1,3..1,5)d.

Принимаем D_вх=1,43. 350 = 500мм

Расстояние от всасывающего трубопровода до дна колодца h=0,8D_вх=400 мм

Расстояние от входного отверстия до стенки: при d<500 мм а=(2..3)D_вх.

Принимаем а=2D_вх=2^.500=1000 мм

Высота наземной части не менее 3,0 м.

Скорость входа воды в водоприемные отверстия 0,3…0,1 м/с. Для очень тяжелых шуголедовых условий скорость 0,05 м/с.

Заглубление самотечных линий:

на судоходных реках 0,8…1,5 м

на несудоходных  0,5 м.

Скорость движения воды в самотечных линиях 0,7…1,5 м/с.

7. ПОДБОР ОСНОВНОГО И ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

К основному оборудованию водозаборов из поверхностных источников относятся решетки, сетки, насосы, затворы и промывные устройства. Вспомогательное оборудование составляют гидроэлеваторы для откачки наносов из водоприемных камер, компрессоры, вакуум-насосы, дренажные насосы, грузоподъемные устройства, оборудование для обогрева решеток, устройства для промывки сеток, решеток, самотечных линий и т. п.

Параметры основных насосов находят исходя из требуемой надежности подачи воды на очистные сооружения. Количество насосных агрегатов принимается равным:

категория - на каждую секцию 1 рабочий и 1 резервный;

категория - на каждую секцию 1 рабочий и, если две секции - 1 резервный, если три секции - 2 резервных.

Напор насосов определяется по формуле:

; [м]

где Z_o.с - отметка точки излива воды из водовода на очистных сооружениях, принимаемая равной отметке воды в смесителе очистных сооружений, м;

Z_о.с = Z_{пола колодца} + 10 м =103,962+10=113,962

Z_{вc min} - минимальная отметка воды во всасывающем отделении водозабора, 100,362 м;

γ₀ - коэффициент удельного гидравлического сопротивления одной нитки водовода, 8,092 с²/м⁶;

l_в - длина водовода, 150 м;

n_в - число ниток в водоводе, 2;

Q_в - общая расчетная подача воды, 0,243 м³/с;

h_и-свободный напор на изливе из водовода: h_и = 0,5...1,0 м.

м;

По расчетному напору 32 м и расходу каждой секции 125 л/с (450 м³/ч) выбираем в качестве основных насосы марки Д 500-36 H_вак^доп =5,5 м.

Отметка осей основных насосов принимается не выше:

;

где H^доп _вак - допустимая вакуумметрическая высота всасывания насоса, принимаемая по его рабочей характеристике в зависимости от расчетной подачи воды, 5,5 м;

γ_0.вс - коэффициент удельного гидравлического сопротивления всасывающей линии насоса, »6,0 с²/м⁶;

l_вс - длина всасывающей линии, м;

∑ζ_м - сумма коэффициентов местных сопротивлений всасывающей линии;

ω - площадь живого сечения всасывающей линии, 0,0962 м²;

u_вс - скорость движения воды во всасывающем патрубке насоса, 1,2..1,5 м/с.

;

Расход воды на промывку сеток

;

где n - число одновременно работающих промывных устройств;

μ - коэффициент расхода отверстий промывных устройств, μ = 0,62;

ω₀ - площадь отверстий, через которые происходит истечение промывной воды, ω₀=0,0002 м² ;

Н - напор воды в промывном устройстве, 10 м.

м³/с=25 м³/ч ;

что составляет примерно 3% расчётной производительности водозабора.

Поскольку расход воды на промывку не превышает 0,05Q_в, гидравлический способ регенерации сеток экономически выгоден.

Расчётная производительность гидроэлеваторов для откачки ила и отложившихся в приемных камерах взвесей:

; [кг/ч]

где W_взв - объем отложившихся в камере взвесей, кг/сут;

ρ_взв - плотность взвесей, кг/м³;

Т_от - расчетное время откачки (8, 12, 16, 20 или 24 ч);

С_взв - доля взвесей в откачиваемой пульпе, 3%.

Произведение объема взвесей на их плотность составляет массу взвесей.

Масса взвесей определяется по формуле:

; [кг]

где h - процент задержания взвешенных веществ решетками и сетками, 8%;

с - концентрация взвешенных веществ, 1,7 кг/м³ ;

Q - производительность водозабора, 20000 м³/сут.

кг;

кг;

м³/сут;

Напор гидроэлеватора - сумма геометрической высоты подъема взвесей и потерь напора при их транспортировке от места отложения к месту складирования. Напор рабочего потока воды в гидроэлеваторе должен быть не меньше

;

где Н_э - напор гидроэлеватора, определяемый расчетом;

Н_э = Н_скл - h_эл + h_пульп;

Н_скл - отметка площадки складирования осадка очистных сооружений,м

Н_скл = z_п + 0,5…1,5 м=103,962+1,0=104,962 м;

h_эл - отметка сопла элеватора, 97,812 м ( принимается по чертежу);

h_пульп - потери напора в пульпопроводах, 5…10 м;

Н_э = 104,962 - 97,812 + 5=12,15 м;

η_э -КПД гидроэлеватора: η_э = 0,20...0,30;

s-отношение площади поперечного сечения камеры смешения элеватора ω_к к площади струи рабочего потока ω_р : s =2,5...5,0;

q-отношение расхода откачиваемой элеватором жидкости Q_э к расходу воды рабочего потока Q_р : q = 0,3...0,6.

м;

Расходы воды рабочего потока гидроэлеватора и общего потока в системе откачки взвесей на выходе из гидроэлеватора соответственно

Q_р = q Q_э=0,45^.11,25=5,06 м³/сут;

Q_см = (1+q ) Q_э=(1+0,45)^.11,25=16,3 м³/сут.

Принимаем гидроэлеватор со следующими характеристиками:

-         диаметр сопла 30 мм,

-         диаметр горловины 55 мм,

          расход рабочей воды 25 л/с,

          напор рабочей воды 70 м,

          количество перекачиваемой пульпы 45 л/с,

          количество перекачиваемого осадка 20 л/с.

Параметры вакуумно-компрессорного оборудования, применяемого для импульсной промывки самотечных линий и обдувки решеток водозабора, определяются в соответствии с размерами этих линий, а также исходя из площади водозаборных окон и расчетной интенсивности обдувки их решеток, равной 0,1...0,2 м³/с на 1 м² площади окна.

Тип и параметры грузоподъемного оборудования зависят от его назначения и требуемой грузоподъемности. Например, для обслуживания плоских решеток и сеток используют обычно кошки и тали.

Грузоподъемность кошек и талей принимается исходя из необходимости преодоления ими силы тяжести решетки или сетки и силы их трения в пазах.

Грузоподъемность этих устройств

; [кг]

где m - масса решетки или сетки в воде, кг;

f - коэффициент трения рамки решетки или сетки в пазах, принимаемый в зависимости от вида материалов (при трении стали по стали f = 0,3, стали по бетону f = 0,5);

h- перепад уровней воды на сетке или решетке (потери напора в водоприёмном отделении), м;

ψ - коэффициент обтекания стержней или проволок решетки и сетки, принимаемый равным 0,07...0,6 в зависимости от размеров и формы стержней и проволок решетки и сетки;

u - скорость потока на подходе к решетке или сетке, м/с;

Ω - площадь решетки или сетки, м²;

k - коэффициент запаса, равный 1,5;

r_в - плотность воды, кг/м³.

кг;

Грузоподъёмность оборудования для подъёма насосных агрегатов:

;

кг;

Для монтажа и демонтажа насосного оборудования, задвижек, обратных клапанов и т. п. применяем кран-балку грузоподъёмностью 5 т. Она обеспечивает перемещение грузов, как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскости.

8. РЫБОЗАЩИТНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ

Проблема рыбозащиты при эксплуатации водозаборных сооружений не менее сложна, чем многие другие проблемы водозабора, и требует научного подхода. Проектирование и строительство водозаборных сооружений должно всегда производиться с учетом защиты рыб, а рыбозащитные устройства должны рассматриваться как неотъемлемые элементы водозаборов. В настоящее время ни один проект водозаборного сооружения не может быть утвержден и принят к строительству без согласования с органами рыбоохраны, при этом, естественно, согласование возможно только в том случае, если проектом предусматриваются рыбозащитные сооружения и мероприятия. Вопросы экономического обоснования проектирования рыбозащитных устройств следует рассматривать, как и вопросы экономического обоснования проектирования других частей и устройств водозаборных сооружений, путем сопоставления различных конструктивных решений и выбора наиболее эффективных и экономичных.

Из существующих водозаборных сооружений наиболее полно обеспечивают защиту рыб фильтрующие, комбинированные, глубинные водозаборные сооружения, а также речные русловые водозаборы с затопленными оголовками, если скорость обтекания их речным потоком более чем в 3 раза превышает скорость входа в водоприемные отверстия. Полностью исключается попадание рыб в инфильтрационные водозаборы. Для таких водозаборов, а также водозаборных сооружений малой производительности, в которых сороудерживающие решетки на период ската рыбной молоди заменяются сетками с достаточно малой величиной ячеек с периодической промывкой их обратным током воды, дополнительные рыбозащитные устройства можно не предусматривать.

К первой группе относятся: механические препятствия для задержания рыб на пути их движения в виде сетчатых полотен, жалюзи или фильтров, и др., а также простейшие механические заграждения (плетни, решетки, фильтры из каменных набросок, растительные фильтры и др.), фильтрующие водозаборы, сетчатые заграждения - плоские сетки, плоские сетки с рыбоотводами и сетчатые барабаны.

К группе гидравлических рыбозаградителей относятся: стру-енаправляющие устройства, с помощью которых в водотоках создают гидравлические условия для направления движения рыб у гидротехнических сооружений, а также запани, жалюзи и отбойные козырьки.

К группе физиологических рыбозаградителей относятся системы, служащие для задержания рыб путем образования в воде электрических, световых и звуковых полей, завес из воздушных пузырьков и т. п. Эти заградители основаны на отпугивании рыб от водозаборного сооружения благодаря неприятным ощущениям, которые вызывают у них различные раздражители.

В нашей стране в основном находят применение механические и электрические заградители. За рубежом известны случаи применения гидравлических заградителей типа жалюзи, а также заградителей в виде световых полей, завес из пузырьков воздуха. Проблема эффективной и надежной защиты рыб, в особенности на крупных водозаборах, решена еще недостаточно. Слабо изучены такие факторы, как звук, свет, поле из пузырьков воздуха, почти отсутствуют данные по применению для рыбозащиты комплексных методов.

Схемы установки рыбозаградителей на водозаборах: а - механические; б - гидравлические; в - электрические; 1 - самотечный или сифонный водовод; 2 - русловое водоприемное устройство - оголовок; 3 - сетчатый барабан; 4 - всасывающий трубопровод; 5-эстакада или мостик; 6 - всасывающий или напорный трубопровод; 7 - береговой сетчатый колодец; 8 - рыбозаградительная сетка; 9-сетчатая камера; 10-рыбоотвод; 11 -подводный канал или ковш; 12- отбойный козырек; 13 - запань; 14 - жалюзи; 15 - глухие открылки; 16 - система электродов электрорыбозаградителя.

9. МЕРОПРИЯТИЯ ПО ЗАЩИТЕ РЕШЁТОК ОТ ОБМЕРЗАНИЯ

Главными средствами борьбы с шугой и льдом являются правильный выбор места расположения водозаборных сооружений и типа водозабора и его конструктивных элементов. Помимо этого, эффективны такие общие средства, как выпрямление русла реки на участке расположения водозабора или изменение динамического состояния потока путем устройства непосредственно у водозабора различного рода струенаправляющих дамб и сооружений. Однако применять методы регулирования русла следует только в том случае, когда на участке реки нет естественного места, обеспечивающего достаточно надежные условия забора воды. Как указывает практика строительства и эксплуатации водозаборных сооружений, лучше приспосабливаться к естественному режиму реки, чем изменять его.

Еще одним достаточно надежным общим средством защиты водозаборных сооружений от шуги является обеспечение очень малых скоростей поступления воды в их водоприемные отверстия. При этом, чем интенсивнее происходит шугообразование в речной воде, тем меньшей должна быть скорость ее поступления (0,05-0,01 м/с). Однако далеко не во всех случаях представляется возможным увеличивать площадь входных отверстий настолько, чтобы достичь указанных скоростей (в частности, при большой производительности водозаборов).

Остальные средства и методы защиты водозаборных сооружений от донного льда и шуги в значительной степени зависят от конкретных условий шуго-ледового режима реки, производительности водозабора, требуемых степени надежности, категории забора и подачи воды. При малом количестве шуги в реке и небольшой производительности водозабора достаточно надежными средствами могут быть: применение сороудерживающих решеток из гидрофобных материалов или из металлических стержней с гидрофобными покрытиями; применение специальных водоприемных устройств (оголовков) типа фильтрующих: деревянных ряжевых, железобетонных конструкции ВНИИВодгео и т. п.; применение плавучих ограждающих устройств (шугоотбойников) в виде запаней в сочетании с небольшими скоростями поступления воды в водоприемные отверстия.

При среднем количестве шуги в реке и небольшой и средней производительности водозаборов для защиты водозаборных сооружений можно применять все перечисленное выше в сочетании с дублированием водоприемных устройств (оголовков), располагаемых на расстоянии, исключающем возможность одновременного перерыва забора воды. Для водозаборов средней и большой производительности в этих условиях следует использовать электрообогрев стержней сороудерживающих решеток или подогрев масс воды непосредственно перед входными отверстиями водозабора паром или теплой водой. Естественно, последнее экономически целесообразно только при наличии у водозабора избыточного пара или теплой воды. Обогревают решетки на водозаборах берегового типа и практически не применяют в русловых водозаборах из-за недоступности входных отверстий в зимнее время. Для надежной работы русловые водозаборы должны быть оборудованы промывными устройствами, позволяющими в любое время освободить самотечные или сифонные водоводы и решетки оголовков от шуги и сора.

При большом количестве шуги в реке и небольшой и средней производительности водозаборов могут применяться те же способы защиты, что и при среднем количестве шуги, но с условием забора воды в двух створах, расположенных на расстоянии, исключающем одновременный перерыв в подаче воды. Производительность каждого из таких водозаборов должна приниматься для первой категории надежности 75%, для второй категории надежности 50% расчетного расхода. При большой, а иногда и средней производительности водозабора целесообразно устраивать водоприемные ковши, гарантирующие надежную защиту водозабора от шуги и донного льда.

Широко используемый в практике защиты водозаборов от шуги электрообогрев решеток производят электрическим током напряжением 50-150 В. Для этого решетки, изготовленные из полосовой или круглой стали, превращают в реостаты. Мощность, затрачиваемая на электрообогрев решеток, колеблется в пределах 3,5-8 квт/м³ воды или от 1 до 8 кВт на 1 м² поверхности решеток. Ориентировочно расход пара для обогрева решеток составляет 0,15-0,2 кг на 1 м³ воды.

10. ОРГАНИЗАЦИЯ ЗОН САНИТАРНОЙ ОХРАНЫ ВОДОЗАБОРА

Зоны санитарной охраны источников водоснабжения и водозаборных сооружений устанавливают с целью обеспечения их санитарно-эпидемиологической надежности. Организация и содержание зон санитарной охраны в нашей стране регламентируется «Положением о проектировании зон санитарной охраны централизованного водоснабжения и водных источников», утвержденным органами Государственного санитарного надзора. Требования «Положения» обязательны для всех организаций, проектирующих, строящих и реконструирующих системы водоснабжения, и для всех водопроводных предприятий.

Зона санитарной охраны поверхностного источника водоснабжения представляет собой специально выделенную территорию, охватывающую используемый водоем и частично бассейн его питания. На этой территории устанавливают режим, обеспечивающий надежную защиту источника водоснабжения от загрязнения и сохранение требуемых санитарных качеств воды. Границы зоны санитарной охраны и перечень мероприятий по санитарному оздоровлению территории зоны устанавливают проектом зоны санитарной охраны. Проект зоны санитарной охраны является неотъемлемой частью каждого проекта водоснабжения, без которого он не может быть утвержден. Составляют проект зоны санитарной охраны на базе тщательных изысканий на местности, прежде всего санитарных и гидрогеологических, позволяющих выяснить источники питания намеченного к использованию водоема и возможные источники их загрязнения. Проект зоны санитарной охраны согласовывается с органами Государственного санитарного надзора и утверждается теми же организациями, которые утверждают проект системы водоснабжения.

Зона санитарной охраны для источников водоснабжения вообще и поверхностных в частности должна состоять из первого и второго поясов, а для водозаборных сооружений - из первого пояса.

Первый пояс (пояс строгого режима) охватывает часть используемого водоема в месте забора воды из него и территорию расположения водозаборных сооружений. Территорию первого пояса изолируют от доступа посторонних лиц, ограждают забором и озеленяют. На ней запрещаются: все виды строительства, выпуск стоков, купание, водопой и выпас скота, рыбная ловля, применение для растений ядохимикатов, органических и других видов минеральных удобрений. Спланирована такая территория с организацией отвода поверхностного стока за ее пределы. Акватория первого пояса должна быть ограждена бакенами.

Границы первого пояса зоны санитарной охраны реки или во-доподводящего канала устанавливают в зависимости от местных санитарно-топографических и гидрологических условий, но во всех случаях должны быть:

вверх по течению - не менее 200 м от водозабора;

вниз по течению- не менее 100 м от водозабора;

по прилегающему к водозабору берегу-не менее 100 м от линии уреза воды при наивысшем ее уровне;

в направлении от прилегающего к водозабору берега в сторону водоема при ширине реки или канала менее 100 м-вся акватория и противоположный берег шириной 50 м от линии уреза воды при наивысшем ее уровне; при ширине реки или канала более 100 м-полоса акватории шириной не менее 100 м.

Границы первого пояса зоны санитарной охраны водохранилища или озера, используемого в качестве источника водоснабжения, устанавливают в зависимости от санитарно-топографических, гидрологических и метеорологических условий; по акватории во всех направлениях-не менее 100 м от водозабора; по прилегающему к водозабору берегу-не менее 100 м от линии уреза воды при наивысшем ее уровне.

На водозаборах ковшового типа в границы первого пояса включается вся акватория ковша.

Второй пояс санитарной охраны включает источник водоснабжения и бассейн его питания, т. е. все территории и акватории, которые могут оказать влияние на качество воды источника, используемого для водоснабжения. Территорию второго пояса определяют в основном соответствующими водоразделами. В пределах второго пояса зоны санитарной охраны должен быть обеспечен ряд оздоровительных мероприятий и указан ряд ограничений хозяйственной деятельности с целью защиты источника водоснабжения от недопустимого ухудшения качества воды в нем.

Границы второго пояса реки или канала, являющихся источником водоснабжения, устанавливают с учетом источников загрязнения водоема - стойкими химическими веществами:

вверх по течению исходя из пробега воды от границ пояса до водозабора при расходе воды 95% обеспеченности в срок от 3 до 5 суток (в зависимости от местных условий); вниз по течению - не менее 250 м; боковые границы-по водоразделу.

При наличии в реке подпора или обратного течения расстояние нижней границы второго пояса от водозабора устанавливают в зависимости от гидрологических и метеорологических условий.

При наличии судоходства в границы второго пояса должна включаться акватория, прилегающая к водозабору в пределах фарватера.

Во всех случаях границы второго пояса должны обеспечивать качество воды по ГОСТ 2761-74 на расстоянии от водозабора для проточных источников - 1 км вверх по течению, для непроточных источников и водохранилищ- 1 км в обе стороны.

Для источников и водозаборов систем промышленного водоснабжения, не требующих соблюдения строгих санитарных норм, зоны санитарной охраны могут не предусматриваться.

Контроль за содержанием зон санитарной охраны поверхностных источников водоснабжения и водозаборных сооружений осуществляется органами Государственного санитарного надзора.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном курсовом проекте был запроектирован русловой водозабор секционного типа с затопленными водоприёмниками.

Путем расчётов и рассуждений мною было определено оптимальное место расположения водозабора, наилучшим образом удовлетворяющее требованиям бесперебойного водоснабжения. Затем была определена производительность водозабора и размеры водоприёмных устройств, подобраны устройства для очистки воды от взвешенных веществ (решётки и сетки).

Для самотечных линий были определены размеры оголовка, обеспечивающие его устойчивость и надёжный забор воды в любых условиях.

Также были определены потери напора в водоприёмном отделении (на решётках и сетках) и во всасывающем патрубке насоса. По полученым данным было подобрано насосное, грузоподъёмное оборудование.

С учетом всех выше перечисленных данных был запроектирован береговой колодец, совмещённый с насосной станцией первого подъёма.

Таким образом в курсовом проекте была проделана кропотливая работа по определению основных параметров водозаборных сооружений и изучению их устройства, что и было отражено в данной пояснительной записке и в графической части проекта.

Выполнение этого проекта, несомненно, значительно повысит навыки студентов в области проектирования речных водозаборов и поможет им закрепить знания, полученные при изучении курса “Водозаборные сооружения”, что существенно отразится на их квалификации, как будущих инженеров-водоснабженцев.

ЛИТЕРАТУРА

1. СниП 2.04.02-84. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения.М.: Стройиздат, 1985.

2. СниП 2.04.03-85. Канализация. Наружные сети и сооружения. М.: Стройиздат, 1985.

3. Карасёв Б.В. Насосные и воздуходувные станции. Мн.: Вышэйшая школа, 1990.

4. Карелин В.Я., Минаев А.В. Насосы и насосные станции. М.: М.: Стройиздат, 1986.

5. Журба М.Г. Водоснабжение. Проектирование систем и сооружений. М., 2001.

6. Абрамов Н. Н. Водоснабжение. Учебник для вузов. М.: Стройиздат, 1974

7. Шевелев Ф. А., Шевелев А. Ф. Таблицы для гидравлического расчёта водопроводных труб. М.: Стройиздат, 1984.