Проектирование водозаборного сооружения для забора воды из открытого источника и захвата подземных вод

Федеральное агентство по сельскому хозяйству

Департамент научно-технической политики и образования

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия

Эколого-мелиоративный факультет

Кафедра сельскохозяйственного водоснабжения и гидравлики

Контрольная работа

«Проектирование водозаборного сооружения для забора воды из открытого источника и захвата подземных вод»

Дисциплина «Поверхностные и подземные водозаборы систем сельскохозяйственного водоснабжения»

Работу выполнил:

студент гр. УП - 33

Перекрёстов А.А.

Проверил: Большаков И.А.

Волгоград 2006

Исходные данные

Судоходство - да;

Лесосплав - нет;

Донный лёд - да;

Шуга - нет;

Зарыбление - да;

Номер слоя	Геол. индекс	Наименование пород (литологические описания)	Мощность слоя, м
1	Q	Почвенно-растительный слой	1,0
2		Легкий суглинок	27,0
3		Средний суглинок	25,0
4		Тяжёлый суглинок	21,0
5		Песок мелкозернистый (1-й водоносный горизонт, дебит мал)	18,0
6		Тяжёлый суглинок	46,0
7		Песок мелкозернистый (2-й водоносный горизонт, с хорошим качеством воды )	15,0
8		Тяжёлый суглинок	37,0
9		Песок мелкозернистый (3-й водоносный горизонт, с хорошим качеством воды )	10,0
10	N	Глины жирные	5,0

1. Поверхностный водозабор

В соответствии с данными на проектирование принимаем следующий состав сооружений: водозаборное сооружение, насосная станция I подъёма, водоводы I подъёма, очистная станция, резервуары чистой воды, насосная станция II подъёма водоводы II подъёма, водонапорная башня, водопроводная сеть.

Водозаборное сооружение расположено в створе реки на расстоянии 2800м и от населённого пункта, считая по трассе водовода. Место водозабора выбираем согласно СНиП 2.04.02-84.

Так как река несудоходна, берега пологие, глубины небольшие, проектируем водозабор руслового типа с незащищённым оголовком.

Для обеспечения надёжности работы водозабора самотечные водоводы к береговому приёмному колодцу прокладываем в две линии.

Очистные сооружения, резервуары чистой воды, насосные станции I и II подъёмов, водозаборное сооружение находятся в одной санитарной охраны.

Водонапорную башню располагаем как можно ближе к потребителю и в наиболее высоком месте.

Водозабор должен обеспечить пропуск максимального суточного расхода в соответствии с режимом работы сооружений.

2. Конструирование оголовка и расчёт входных отверстий

Русловый водозабор состоит из приёмного оголовка, самотечной линии и берегового приёмного колодца.

Принимаем оголовок незащищённого типа, так как река несудоходна и не используется для лесосплава. Согласно СНиП 2.04.02-84 верх оголовка должен размещаться ниже кромки льда не менее чем на 0,2м, а низ должен быть выше дна водоёма не менее чем на 0,5м.

Водоприёмник устраиваем в виде наклонного стояка с воронкой (раструбом). Входные отверстия воронок располагаем по течению реки и перекрываем сороудерживающими решётками.

Площадь входных отверстий (м²) водоприёмников определяем, исходя из скорости входа воды с учётом стеснения сороудерживающими решётками от засорения, по формуле

м² (на одну сетку),

где 1,25 - коэффициент, учитывающий засорение отверстий;

- расчётный расход одной секции, одного трубопровода, м³/с.

К - коэффициент, учитывающий стеснение отверстий стержнями решетки, определяемый по формуле: ,

где а - расстояние между стержнями в свету, см;

с - толщина стержней, см.

;

Диаметр входной воронки

Принимаем стандартную решётку (которая должна быть больше полученной расчётом) с просветом окна мм и .

Проверим решётку на случай отключения при аварии одной линии самотечных труб, приняв расход по одной линии м³/с.

Тогда скорость входа

м/с.

, что находится в допустимых пределах.

3. Расчёт самотечных линий

Исходя из надёжности работы водозабора, принимаем водовод из двух самотечных линий, проложенных с обратным уклоном из стальных труб. Стальные трубы хорошо сопротивляются ударам плавающих предметов и не разрушаются при образовании под ними местных временных промоин.

Расчёт самотечной линии заключается в определении диаметра водовода и потерь напора в нём, исходя из следующих требований: скорость течения воды в трубе должна быть не менее скорости течения в реке при УКВ м/с и не менее незаиляющей скорости 0,7 м/с (СНиП 2.04.02-84).

Примем для расчёта м/с, тогда площадь поперечного сечения самотечных труб

,

приравниваем

,

откуда диаметр самотечных труб (м)

.

Принимаем стандартный диаметр, округляя полученный по расчёту в меньшую сторону, и проверяем скорость в трубе

м/с.

Принимаем меньший стандартный диаметр и пересчитаем скорость в трубе:

м/с.

Т. к. , то заиление в трубе не происходит.

4. Потери напора в самотечных линях при УНВ (работа в межень)

Потери напора определяют как сумму потерь на местные сопротивления , поскольку при малой длине трубопровода (самотечных труб) они составляют значительную величину, и потерь напора по длине :

;

,

где - потери напора в решётке (на входе), принимают ;

- потери на вход:

,

где - коэффициент гидравлического сопротивления при входе в раструб, ;

- потери напора в фасонных частях (тройнике) и арматуре (задвижке) на самотечных линиях:

;

- потери напора на выходе (на вход в колодец):

;

- потери напора по длине, определяют при работе двух линий самотечных труб:

;

А - удельное сопротивление трубопроводов, А = 2,187 м³/с;

К - поправочный коэффициент на скорость, К = 1,05.

 - при нормальной работе водозабора

5. Потери напора при аварийной работе водозабора в период отключения одной линии при УНВ

Согласно СНиП 2.04.02-84 при аварийной работе должен быть подан расход не менее 70% расчётного расхода водозабора, т.е.

м/с.

Тогда скорость при аварии м/с,

а потери напора .

Рассчитаем скоростной напор: м/с.

,

,

.

.

6. Потери напора при пропуске расчётного водозабора по одной линии в паводок (при УВВ)

Скорость самотечной линии должна быть больше, чем скорость в реке при УВВ.

 м/с,

а потери напора .

;

;

.

.

7. Промывка самотечных труб

При эксплуатации не исключено засорение входных решёток и труб. Для удаления сора и наносов и промывают обратным током воды. Воду на промывку подают по нагнетательной линии от насосной станции.

Скорость промывной воды:

м/с,

где А - коэффициент, согласно СНиП А = 7,5…10, принимаем А = 8;

D - диаметр самотечной линии, м;

d - диаметр промывных частиц, мм.

м/с.

Расход промывной воды:

м³/с.

8. Определение размеров берегового колодца по высоте

Между приёмным и всасывающим отделениями устанавливают плоскую съёмную сетку, размеры которой определяют по скорости v_с прохода воды через ячейки в свету (принимают не более 0,4м/с при отсутствии внешних рыбозаградителей):

.

Зная расход, скорость и определив коэффициент, учитывающий стеснение входа стержнями решёток,

,

где а - расстояние между проволоками сетки, примем 2 мм;

с - диаметр проволоки; с = 1..1,5мм, примем 1 мм.

Вычислим: м²

Принимаем стандартную сетку размером мм и , тогда скорость входа:

.

Проверим скорость прохождения воды при отключении одной линии самотечных труб (при аварии):

.

Принимаем сетку мм и .

.

.

Следовательно, сетка выбрана правильно.

9. Определение уровней воды в береговом колодце

В межень (УНВ) при работе двух линий:

.

В межень при аварийной работе одной линии:

.

В паводок при работе одной линии:

.

Отметки уровней воды в отделении всасывающих линий принимают ниже, чем в приёмном, на 0,1м:

;

;

.

Отметка пола берегового колодца:

.

Отметка выхода самотечных труб в приёмное отделение берегового колодца должна быть ниже наинизшего уровня воды в нём не менее чем на 0,3м:

.

Глубина прокладки самотечных линий в пределах берега должна быть ниже глубины промерзания, которая принята , поэтому отметку заложения трубы изменяем, опустив трубы на 0,64м:

.

Верх сетки устанавливают на 10см ниже минимального уровня воды во всасывающем отделении, поэтому:

.

Нижнее основание будет ниже на высоту сетки на отметке

.

Отметка дна колодца на 0,5м ниже:

,

где 0,5 - высота порога между приёмным и всасывающим отделением, который устраивают для предотвращения попадания песка и ила во всасывающее отделение колодца, м.

По условиям монтажа оборудования допускается округление отметок, поэтому делаем уточнения:

;

;

.

Для удаления песка и ила из первого отделения береговой колодец периодически промывают при помощи эжекторной установки, работающей от напорной линии насосной станции I подъёма.

10. Определение размеров берегового колодца в плане

Размеры колодца в плане находят из условия размещения оборудования в приёмных и всасывающих секциях (отделениях). Диаметр самотечных труб, тип и размеры промывного оборудования определены выше. Находим диаметры всасывающих труб и связанного с ними оборудования.

Диаметр всасывающей линии определим по расчётному расходу одной секции и скорости во всасывающей трубе v_вс:

;

Принимаем м/с (м/с), тогда

.

Полученный диаметр совпадает с ближайшим стандартным .

Находим диаметр воронки на концах всасывающих труб:

.

Расстояние от дна колодца до сетки на концах всасывающих труб должно быть не менее .

Расстояние от дна колодца до раструба всасывающей трубы принимаем 1м. Заглубление воронки под уровень должно быть не менее .

Из условия монтажа оборудования и эксплуатации назначаем диаметр колодца 3м, толщину стенок 25см.

11. Расчёт всасывающей линии насосной станции I подъёма

Всасывающую линию располагаем на отметке 13,2м.

Напорный трубопровод

;

; ;

,

где , , , - коэффициенты гидравлических сопротивлений соответственно клапана, на повороте трубопровода, задвижке, при выходе, определяемые по СНиП;

м/с.

Ст.

Определяем число Рейнольдса:

т.е. движение будет турбулентным.

Следовательно

,

где коэффициент, эквивалентный шероховатости (для стальных труб ).

Тогда

.

12. Расчёт напорной линии насосной станции I подъёма

Выполняем данный расчёт при .

Для этого рассчитываем следующие параметры:

,

где - см. рис. 2;

м/с (по СНиП).

Тогда

.

Полный напор насоса:

.

По полученным данным выбираем горизонтальный насос с двухсторонним подводом воды к колесу Д200-36 (5НД_в). Его характеристики:

- расход Q = 200м³/с;

- напор Н = 36м;

- мощность двигателя N_дв = 40кВт;

- КПД ? = 72%;

- размеры агрегата насос+двигатель: допускаемый кавитационный запас ?adm = 5,5м, длина А = 1685мм, ширина В = 800мм, высота С=801мм;

- расстояние фундамента до оси насоса D = 500мм;

- масса агрегата 0,91т;

- диаметр патрубка: всасывающего 150мм, напорного 125мм.

13. Расчёт скважин

вода гидравлический самотечный скважина

1. Выбор места расположения скважин.

Участок выбираем согласно требованиям СНиП 2.04.02-84 и рекомендациям ВОДГЕО [12]. С учётом санитарных требований, возможности организации зоны санитарной охраны, удобства обслуживания водозабора, присоединения скважин к водопроводной сети, устройства водопроводных сооружений и других выбираем место выше населённого пункта, вне зон возможного загрязнения.

В соответствии с выбранными сооружениями принимаем следующую схему водоснабжения: забор воды группой скважин - поступление воды по сборным водоводам в резервуар чистой воды - подача насосной станцией II подъёма по водоводам воды в водонапорную башню - поступление воды в сеть.

2. Расчёт скважин.

Выполняем его в следующей последовательности:

- определяем дебит одиночной скважины и допустимое понижение уровня подземных вод;

- определяем число скважин с учётом их взаимодействия для обеспечения потребителей необходимым количеством воды;

- выбираем тип фильтра и делаем его расчёт;

- определяем понижение в скважинах в соответствии с принятыми между ними расстояниями;

- подбираем оборудование для подъёма воды из скважин.

Определение дебита одиночной скважины и допустимого понижения.

Необходимые данные для расчёта: глубина скважины Н = 218м; m = 18; обсадная труба 30 ? 50м.

Дебит совершенной скважины, заложенной в напорном пласте, определяем по формуле

,

где - коэффициент фильтрации: м/сут;

m - мощность водоносного пласта, м;

R - радиус депрессионной воронки, м;

,

где ? - коэффициент пьезопроводности, характеризующий скорость распределения давления в водоносном пласте, м²/сут;

t - время откачки воды из скважины за период эксплуатации, ;

,

r - радиус скважины, .

Допустимое понижение при заданном (нормативном) времени эксплуатации скважины (25 лет) определяем по рекомендациям ВНИИ ВОДГЕО [12], предположив, что дебит скважины Q соответствует проектируемому водопотреблению, то есть м³/сут, тогда

.

Определение числа скважин.

Дебит скважин с учётом взаимодействия вычисляют по формуле

,

где ? - коэффициент взаимодействия, принимают в зависимости от расстояний между скважинами. Для принятого расстояния между скважинами .

Тогда

м³/сут.

Число скважин:

.

Принимаем n = 2, тогда фактический дебит одной скважины

 м³/сут.

Проверяем водозахватывающую способность водоприёмной скважины при полученном дебите м³/сут.

В соответствии с рекомендациями СНиП 2.04.02-84 и характеристикой водоносной породы имеем сетчатый фильтр, наружный диаметр которого

,

где - длина рабочей части фильтра: ;

- скорость входа:.

При круглосуточной работе скважины часовой расход

м³/ч.

Тогда

.

Полученный диаметр фильтра неприемлем ни по теоретическим (диаметр не рекомендуется больше 300мм), ни по производственным соображениям, поэтому принимаем , исходя из условия производства работ и конструкции скважины.

Определяем водозахватывающую способность при:

.

Число рабочих скважин:

, принимаем .

Фактический дебит при шести рабочих скважинах:

м³/сут.

Часовой расход: м³/ч.

Секундный расход скважины: л/с.

Уточняем наружный диаметр фильтра по :

.

Принимаем стержневой фильтр (каркас) ТП-5Ф2В: , скважность 22,5%. Принимаем обсадную трубу: , толщина стенки 6-12мм, , теоретический вес 1пог.м трубы 25,9-46,2кг. Определение понижения уровней в скважинах.

Понижение уровня для группы взаимодействующих скважин зависит от расстояний между ними:

.

Расстояние между скважинами в первом приближении принято 30м. Понижение в каждой скважине и суммарное (максимальное) понижение в центральной скважине при взаимодействующих скважин определяют по приведённой формуле в зависимости от расчётной схемы:

,

где - дебиты скважины: м³/с;

- радиус скважины, м;

-расстояние от центральной скважины до скважины, в которой определяют понижение, м.

Понижение в центральной скважине:

.

Понижение в крайней скважине:

.

Подбор оборудования для подъёма воды.

Часовую подачу насоса принимают равной фактическому часовому расходу скважины, то есть

.

Напор насоса определяем по следующей формуле:

, м,

где ;

;

,

где .

Для определения К и А рассчитываем следующие показатели:

- расход: ;

- площадь: ;

- скорость: м/с.

По полученным данным определяем, что , .

Тогда

.

.

Принимаем центробежный насос для подъёма воды из скважин ЭЦВ6-4-190.

Его характеристики:

- расход Q = 4м³/с;

- напор Н = 190м;

- мощность N = 4,5кВт;

- число оборотов n = 2850мин^-1;

- КПД ? = 57%;

- размеры: А = 740мм, В = 1251мм, С = 190?10³мм, Р = 145мм;

- масса m = 100кг.

Размещено на Allbest.ru