Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Казахский национальный технический университет имени К.И.Сатпаева

Институт дистанционного образования

Кафедра "Инженерные системы и сети"

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: "Водозаборные сооружени и насосные станции"

Выполнил: Хегай К.Р.

Преподаватель:

Халхабай Б.

Алматы 2015



Задание

Профиль реки, М_В 1:100, М_Г 1:1000;

Производительность водозабора Q_{max сут} = 54000 м³/сут.;

Длина водовода первого подъема - 2314 м;

Отметка воды в смесителе - 432,8 м;

Данные о реке:

Минимальный расход реки - 27,6м³/с;

Уровень низкой воды (межень) (УНВ) - 430,6м;

Уровень высокой воды (паводок) (УВВ) - 432,10м;

Толщина льда d = 0,44м;

Скорость воды: при УНВ V_min= 0,79м/с;

при УВВ V_max= 1,47м/с;

Средневзвешенный диаметр частиц d = 0,26мм.



Содержание

• ВВЕДЕНИЕ
• 1. Выбор места расположения и типа водозабора
• 2. Разработка конструкции водозаборных сооружений и компоновка основного оборудования
• 3. Гидравлический расчет сооружений водозабора
• 3.1 Конструирование оголовка и расчет входных отверстий
• 3.2 Расчет самотечных линий
• 3.3 Потери напора в самотечных линиях при УНВ (работа в межень)
• 3.4 Потери напора при аварийной работе водозабора в период отключения одной линии при УНВ
• 3.5 Потери напора при пропуске расчетного расхода водозабора по одной линии в паводок (при УВВ)
• 3.6 Промывка самотечных труб
• 3.7. Проектирование берегового колодца по высоте
• 3.8 Определение размеров берегового колодца в плане
• 3.9 Определение уровней воды в береговом колодце
• 4. Расчет подачи и напора насосной станции 1-го подъема
• 5. Мероприятия по санитарной охране водозабора
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ



ВВЕДЕНИЕ

Водозаборные сооружения относятся к важнейшим элементам системы водоснабжения, так как от их конструктивного решения, расположения на местности и условий работы в процессе эксплуатации практически зависит надежность всей системы водоснабжения и ее технико-экономические показатели.

Обеспечение населения чистой, доброкачественной водой имеет большое гигиеническое значение, так как предохраняет людей от различных заболеваний, передаваемых через воду. Подача достаточного количества воды в населенное место позволяет поднять общий уровень его благоустройства.

Ели учесть огромный рост водопотребления, значительную неравномерность распределения водных ресурсов и различные возможности их использования по территории страны, становится очевидным актуальность и ответственность выбора источника водоснабжения, его рационального использования и защиты от загрязнения и истощения.

Общие водные ресурсы рек в средний по водности год составляют 100,5 км3, из которых только 56,5 км3 формируются на территории республики, остальной объем 44,0 км3 поступает из сопредельных государств: Китайской Народной Республики - 18,9 км3, Республики Узбекистан - 14,6 км3; Кыргызской Республики - 3,0 км3; Российской Федерации - 7,5 км3 /62/.

Современные оценки ресурсов речного стока Казахстана существенно отличаются от ранее выполненных оценок. Так, в работах гидрологического института двадцатилетней давности среднемноголетний речной сток республики оценивался в объеме 126,0 км3/ год, из которых 66,8 км3/год составлял местный сток и 59,8 км3/год - трансграничный. Таким образом, ресурсы речного стока в последнее двадцатилетие уменьшились на 25,3 км3/год.

Таким образом, при проектировании водозаборных сооружений решается не только инженерная задача по устройству сооружений, но и вопросы комплексного использования и охраны водных ресурсов.

По роду источника водозаборы делятся на две группы:

1. Сооружения для забора поверхностных вод

2. Сооружения для забора подземных вод

В данном курсовом проекте проектируется сооружение для забора поверхностных вод руслового типа.

1. 

1. Выбор места расположения и типа водозабора

Для правильного выбора источника водоснабжения, проектирования и строительства водозаборов необходимо проведение топографических, гидрогеологических и геологических изысканий.

Исходя из гидрологических условий, водоприемные сооружения располагают в таких местах, где не осаждаются наносы и большая глубина реки, то есть у вогнутых берегов, при этом надо учитывать, что вогнутые берега реки подвержены размыву и разрушению, а прямые участки ненадежны из-за образования на них перекатов. Выбираемый участок русла не должен располагаться на перекате и не должен иметь резких местных сужений, перепадов, быстрин, забор (т.е. выходов скальных порогов в дне русла), островов, кос.

Водозаборные сооружения нельзя располагать у выпуклого берега, где происходит осаждение наносов, в местах возможного образования шуги и подводного льда, в акватории движения судов, плотов, в створе движения наносов, в зонах зимовья рыбы и т.д.

У места водозабора должны быть спокойные и благоприятные топографические формы берега без крутых косогоров, заливаемых пойм, оврагов и т.д. Водозаборы нельзя располагать в зоне затопления наземных сооружений паводковыми водами, в сейсмических и других районах, где возможны оползневые явления, в результате которых происходит разрушение сооружений.

Важное значение при выборе места расположения водозабора имеют санитарные условия. Место забора воды для водопровода питьевого назначения должно находиться выше по течению реки от населенных пунктов, животноводческих ферм, выпусков сточных вод, стоянок судов и барж.

Так как река несудоходна, берега пологие, глубины небольшие, проекти-руется водозабор руслового типа с незащищенным оголовком. Для обеспечения надежности работы водозабора самотечные водоводы к береговому приемному колодцу прокладываются в две линии.

Насосная станция I подъема находится на расстоянии 50м от берегового колодца. Длина водовода I подъема составляет 2314м.



2. Разработка конструкции водозаборных сооружений и компоновка основного оборудования

В соответствии с заданием на проектирование следует выполнить проект речного водозаборного сооружения раздельного типа.

В состав оборудования водозабора входят:

- решетки, защищающие приемные отверстия от попадания в них сора и плавающих тел;

- рыбозаградительные сетки съемные или сетки с промывными устройствами;

- подъемные, транспортные и промывные устройства для подъема и промывания сеток;

- насосы или эжекторы для очистки береговых колодцев от наносов;

- насосы 1-го подъема;

- вспомогательные насосы (дренажные для откачки фильтрата, вакуумные для пуска насосов), а также вентиляторы для создания искусственной циркуляции воздуха;

- подъемные и транспортные приспособления и устройства для монтажа и демонтажа оборудования и коммуникаций;

- электрооборудование;

- затворы (щиты, дроссели, задвижки и т.п.) для управления коммуникациями и оборудованием водозабора;

В русловых водозаборах для приема воды концы самотечных труб, имеющих на входе расширение в виде раструбов или воронок, выводят в русло реки, и заделывают в специальные бетонные камеры (оголовки) для защиты от повреждений и исключения возможности перемещения по дну. Приемные оголовки могут быть и свайные.

Оголовки русловых водозаборов малой и средней производительности обычно постоянно затоплены и могут быть защищенного и незащищенного типов.

Оголовки незащищенного типа применяют при достаточной глубине и легких условиях забора воды, то есть при заборе воды из несудоходных и нелесосплавных рек. Для уменьшения засорения входные отверстия закрывают решетками.



3. Гидравлический расчет сооружений водозабора

3.1 Конструирование оголовка и расчет входных отверстий

Русловой водозабор состоит из приемного оголовка, самотечной линии и берегового приемного колодца.

В курсовой работе принять оголовок незащищенного типа, так как река несудоходная и не используется для лесосплава. Согласно СНиП РК 4.01-02-2009 верх оголовка должен размещаться ниже кромки льда на расстоянии не менее чем 0.2 м, а низ должен быть выше дна водоема не менее чем на 0.5 м. При выборе места расположения оголовка его намечают на профиле в точке, удовлетворяющей приведенным выше условиям.

Водоприемник чаще устраивают в виде наклонного стояка с воронкой (раструбом). Входные отверстия воронок располагают перпендикулярно течению реки и перекрывают сороудерживающими решетками.

Площадь входных отверстий (м²) водоприемников определяют, исходя из скорости входа воды с учетом стеснения сороудерживающими решетками, по формуле:

Fбр=1.25K,

где: 1.25 - коэффициент, учитывающий засорение отверстий;

v_вх - скорость входа воды в водоприемные отверстия, принимается v_вх=0,2м/с (по СНиП РК 4.01-02-2009 v_вх=0,1...0,3м/с);

К- коэффициент, учитывающий стеснение отверстий стержнями решетки;

К=(а+c)/а



где: а - расстояние между стержнями в свету, см;

c - толщина стержней, см);

К=(40 + 10)/40=1,25;

q_расч - расчетный расход одной секции, одного трубопровода, м³/с;

;

q_расч== = 0,344м³/с

где: -коэффициент, учитывающий расход воды на собственные нужды водопровода, принимаем =1.09...1.1;

Q_{max сут} -максимальный суточный расход;

Т1 - продолжительность работы насосной станции первого подъема при круглосуточной работе, (Т1=24);

n - число секций, трубопроводов;

F_бр=1,25 * * 1,25 = 2,69 м²

По полученной площади F_бр (по табл. П3.1 Приложения 3) принимают стандартную решетку площадь которой должна быть не менее полученной расчетом), с размерами окна 10001200мм и F_br= 2,7м².

Размеры входных отверстий принимаются конструктивно с учетом стандартных размеров решеток . Принятые решетки проверяются на скорость движения воды на случай отключения при аварии одной линии самотечных труб, приняв расход по одной линии:

0.7q_{расч.водоз} ,м³/c ;

0,7q_{расч.водоз} = 0,70,688 = 0,482 м³/с

(q_{рас.водоз}=2q_рас,м³/с);

q_{расч.водоз}=2q_расч=20,344 = 0,688³/с

Тогда скорость входа

v_вх == = 0,28 м/с

Полученное значение V_вх, должно быть не более 0,3м/с.

v_вх= 0,28м/с 0,3м/с, что находится в допустимых пределах.

3.2 Расчет самотечных линий

Исходя из надежности работы водозабора, принимается 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.

Расчет самотечной линии заключается в определении диаметра водовода и потерь напора в нем, исходя из следующих требований: скорость движения воды должна быть не менее скорости течения в реке при УНВ v_реки=0,75м/с и не менее незаиляющей скорости 0.7м/с (СНиП РК 4.01-02-2009).

Для расчета принимается v_расч.=0,8 м/с, тогда диаметр самотечных труб:

d===0,74м

Принимается стандартный диаметр, округляя полученный по расчету в меньшую сторону, d=750мм=0,75м, скорость в трубе составит:

V== = 0,78 м/с 0,7м/с.



3.3 Потери напора в самотечных линиях 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 потери напора по длине:

=+h_дл;

=h₁+h₂+h₃+h₄;

где: h₁ - потери напора в решетке (на входе), принимают h₁=0,1м;

h₂ - потери на вход;

h₂ = ;

- коэффициент гидравлического сопротивления при входе в раструб; =0,1;

h₂ = 0,1 = 0,003м

h₃ - потери напора в фасонных частях (тройнике) и арматуре (задвижке) на самотечных линиях(_tr=0.1,_zadv=0.1);

V-скорость движения воды, после сопротивления, м/с;

h₃ === = 0,006м

h₄ - потери напора на выходе (на вход в колодец, ж=1);

h₄==1 = 0,031 м

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

Длина самотечных линий определяется после привязки берегового колодца и размещения оголовка в русле. Оголовок располагается в таком месте, где выполняются условия: расстояние от низа окна до дна не менее 0,5м, а от верха оголовка до кромки льда 0,2м. Береговой колодец проектируется на берегу в месте, которое выдвигается на 0,5…1,0м над УВВ. По профилю длина самотечной линии составляет l=31,5м.

h_дл=AKlq_расч² , м

где: А - удельное сопротивление, с²/м⁶(приложение П11, табл.П11.1)

K - поправочный коэффициент (приложение П11, табл. П11.2)

l - длина трубопровода, м (определяется по профилю после назначения места расположения оголовка и берегового колодца)

q_расч - расчетный расход , м³/с.

h_дл=AKlq_расч²=0,078161,01131,50,344²=0,29м

=0,1+0,003+0,006+0,031+0,29 = 0,43м

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

Согласно СНиП РК 4.01-02-2009 при аварийной работе должен быть подан расход не менее 70% расчетного расхода водозабора:

Q_ав=0,7q_{рас.водоз}=0,70,688 = 0,482 м³/с.

Тогда скорость при аварии

v_ав== = 1,09 м/с

потери напора:

;

h₁=0,1м;

h₂=0,1 =0,006 м;

h₃=(0,1+0,1) = 0,012м;

h₄=1 = 0,06м;

h_дл=0,078160,98631,50,482²=0,56 м;

=0,1+0,006+0,012+0,06+0,56 = 0,74м;

3.5 Потери напора при пропуске расчетного расхода водозабора по одной линии в паводок (при УВВ)

Скорость в самотечной линии должна быть больше, чем скорость в реке V_реки при УВВ, поэтому весь расход идет по одной линии (одна отключается).

V_УВВ== = 1,56м/с,

потери напора:

=h₁+h₂+h₃+h₄+ h_дл , м;

h₁=0,1 м;

h₂=0,1 =0,012м;

h₃=(0,1+0,1)· = 0,025м;

h₄=1·= 0,124м;

h_дл=0,078160,95831,50,688² = 1,12м;

=0,1+0,012+0,025+0,124+1,12 = 1,38м.

3.6 Промывка самотечных труб

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

Скорость промывной воды

v_пром=A(Dd)^0.252.5м/с,

где: А - коэффициент, ( СНиП РК 4.01-02-2009 А=7.5...10); A=9.

D - диаметр самотечной линии, м; D=0,75.

d - диаметр промывных частиц, мм; d=0,26.

V_пром=9(0,750,26)^0.25 =5,98 м/с2,5м/с.

Расход промывной воды

q_пром=v_промF_сам=5,980,7850,75²=2,64 м³/с.

3.7 Проектирование берегового колодца по высоте

Между приемным и всасывающим отделениями берегового колодца устанавливают плоскую съемную сетку, размеры которой определяют по скорости V_c прохода воды через ячейки в свету (принимают не более 0.4м/с при отсутствии внешних рыбозаградителей):

F_br=1.25 K_c.

Зная расход, скорость определяют коэффициент, учитывающий стеснение входа стержнями сеток,

K=,

где: а - расстояние между проволоками сетки, (2-5мм);

с - диаметр проволоки(1...1.5)мм; примем с=1мм;

K_с==1,56

вычислим

F_бр=м²

Принимаем отверстие для установки сетки размером 10001000мм и F=2,2м² (приложение табл. П3.2), скорость входа V_вх проверяем с новой площадью подобранной сетки она должна быть не более 0.4м/с.

V_вх=0,28м/с 0,4м/с.

Затем проверяют скорость прохождения воды при отключении одной линии самотечных труб (при аварии) V_ав. При расчете полученное значение должно быть не более 0.4м/с. В этом случае сетка выбрана правильно.

V_ав=>0,4м/с

Следовательно, сетка выбрана не правильно.



3.8 Определение размеров берегового колодца в плане

Размеры колодца в плане из условия размещения оборудования в приемных 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 расчетному расходу одной секции и скорости во всасывающей трубе v_вс:

d_вс=,

Принимаем v_вс=1,5м/с (v_вс=1,2...2м/с), тогда

d_вс= = 0,54 м

Ближайший стандартный диаметр d_вс= 530мм, диаметр воронки на концах всасывающих труб:

D_вор=(1,3...1,5)d_вс=1,50,53=0,79м.

Расстояние от дна колодца до раструба на конце всасывающей трубы должно h₁0,8,D_вор=0,80,53=0,42м. Расстояние от низа раструба всасывающей трубы до самого низкого уровня воды во всасывающем отделении колодца принимается равным h₂=2D_вор=20,53=1,06м. Из условия монтажа оборудования и эксплуатации назначаем диаметр колодца 3м, толщину стенок принимаем 10% от глубины колодца b=80см.

3.9 Определение уровней воды в береговом колодце

В межень (УНВ) при работе двух линий

430,6 - 0,43 = 430,17м.

В межень при аварийной работе одной линии

430,6 - 0,74 = 429,86м.

водозабор оборудование гидравлический насосный

В паводок при работе одной линии

432,10 - 1,38 = 430,72м.

Отметки уровней воды в отделении всасывающих линий принимают ниже, чем в приемном, на 0.1м:

м;

м;

м.

Отметка пола берегового колодца

Z₄=Z_УВВ+1=432,10+1=433,10м;

Отметка выхода самотечных труб в приемное отделение берегового колодца должна быть ниже самого низкого уровня воды в нем не менее чем на 0.3м:

Z₅=Z_{min пр.} - 0,3 = Z₂ - 0,3 =429,86 - 0,3 = 429,56м

(из условия горизонтальности прокладки самотечных линий)

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

Z₆=Z^/₂-0,1 = 429,76 - 0,1 =429,66м.



Нижнее основание будет ниже на высоту сетки P_c=1,13м на отметке

Z₇=Z₆-P_c =429,66-1,13=428,53м.

Отметка дна колодца на 1м ниже

Z₈=Z₇-0,5=428,53-1=427,53м.

Z^/₈=Z^/₂ - (h₁+ h₂)=429,76-(0,5+1,06)=428,65м

где: h₁- расстояние между самым низким уровнем воды во всасывающем отделении и низом воронки, м;

h₂ - расстояние между низом воронки и дном колодца, м.

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



4. Расчет подачи и напора насосной станции 1-го подъема

Насосную станцию размещаем в 50м от берегового колодца, в ней предусматриваются рабочие и резервные насосы, которые подают воду на очистные сооружения. Так как сооружения относятся ко второму классу, принимаем несколько (три) рабочих насоса и один резервный.

Подача насосной станции (м³/с) равна расчетному расходу водозабора q_{рас.водоз}.

Q_нс1=,

где: Т₁- время работы насосной станции первого подъема, Т₁=24ч.

Q_н.с.1=м³/с

Подача одного рабочего насоса

q_н== м³/с.

Напор насосов определяется:

H_н=H_г+

где H_г - геодезическая высота, м;- суммарные потери, м.

H_г=Z_cм-Z_{min вс}=Z_cм-Z?₂=432,8-429,76=3,04м,

Z_см - отметка воды в смесителе; Z_см=432,8м (исходные данные);

Z_{min вс} - минимальная отметка воды во всасывающем отделении берегового колодца; Z_{min вс}=Z?₂.

h_вс+ h_ком+ h_водом+ h_б.к-о.с+ h_излив,

h_вс - потери на всасывание, h_вс=0,5м.

h_ком - потери в коммуникациях насосной станции первого подъема, h_ком=3 м.

h_водом - потери напора в водомере, h_водом=1м.

h_б.к-о.с - потери напора при движении воды от берегового колодца до очистных сооружений, h_б.к-о.с=1,1AKl_в(q_{расч.водоз})² м.

h_излив - потери напора на излив воды на станции водоподготовки, h_излив=1,5м.

Для определения суммарных потерь, необходимо знать диаметр водовода, идущего к станции водоподготовки. Принимается две нитки водовода и скорость v_в=0,8м/с (рекомендуется 0,7…1 м/с)

Q_в==0,344м³/с.

Диаметр одной нитки водовода

d_в===0,74м.

Принимается стандартный d_в= 0,73м, при этом диаметре фактическая скорость в водоводе v_в=0,8м/с, что находится в рекомендуемых пределах.

Потери напора по длине:

h_б.к-о.с =1,10,078161,01123140,344²=23,8м.

Суммарные потери:

0,5+3+1,0+23,8+1,5=29,8м.

Напор насосов:

H_н=5,56+29,8 = 35,36

По напору и расходу принимаем насос марки Д800-28 с диаметром колеса D = 400мм, = 86%, мощностью насоса N= 79кВт. Мощность электродвигателя N_эл=55кВт.

Установочная мощность на насосной станции первого подъема

N¹_уст=nN_эл+N_эл.рез.=355+155= 220кВт.



5. Мероприятия по санитарной охране водозабора

Для подземных источников предусматривают три пояса санитарной охраны. В первый пояс санитарной охраны включается участок водоприёмного сооружения. Границы этого пояса должны отстоять от водозаборных сооружений на расстоянии не менее 30м при использовании артезианских водоносных горизонтов и на расстоянии не менее 50м при использовании безнапорных грунтовых вод.

На территории первого пояса санитарной охраны запрещается проживание людей, а также не допускается строительство и размещение зданий, сооружений и устройств, не имеющих непосредственного отношения к эксплуатации водопровода и не подлежащих обязательному размещению на территории этого пояса. В зону строгого режима запрещается доступ посторонних людей, содержание скота, а также употребление органических удобрений и ядохимикатов для посадок и посевов.

Границы второго пояса устанавливаются расчетом, учитывающим время продвижения микробного загрязнения воды до водозабора, принимаемое в зависимости от климатических районов и защищенности подземных вод от 100 до 400 сут. там, где располагается водозаборное сооружение и водоносный горизонт, а также гидрогеологическими характеристиками - мощностью и составом перекрывающих пород и направлением движения подземных вод. При наличии гидравлической связи водоносного горизонта с открытыми водоёмами, часть этих водоёмов также следует включать во второй пояс санитарной охраны. Во втором поясе санитарной охраны не допускаются какие-либо работы, связанные с нарушением пород, перекрывающих сверху используемый водоносный пласт.

Граница третьего пояса зоны подземного источника водоснабжения определяется расчетом, учитывающим время продвижения химического загрязнения воды до водозабора, которое должно быть больше принятой продолжительности эксплуатации водозабора, но не менее 25 лет.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения курсового проекта был определен русловой тип водозабора.

Длина водовода I-го подъема составила 2314м., диаметр самотечных труб - d=0,73м., по профилю длина самотечной линии составляет l=31,5м.

Произвели гидравлический расчет водозабора, конструирование оголовка, расчет самотечных линий, определили размеры берегового колодца в плане, определили уровни воды в береговом колодце. Расчитали подачу и набор насосной станции 1-го подъема.



СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.А.Д. Гуринович, Б.Н.Житенев, Н.Ф.Бахур, В.В.Мороз, Л.Е.Шеина. Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Водозаборные сооружения».

2. А.С.Москвитин, Справочник по специальным работам. Трубы, арматура и оборудование водопроводно-канализационным сооружениям. 2-е издание переработанное. М.; 1970.

3. Ф.А.Щевелев, А.Ф.Щевелев. Таблицы для расчета водопроводных труб. Справочное пособие. М.; Стройиздат, 1984.

4. СНиП РК 4.01.02-2009 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения»

5. Б.В. Карасев. Насосные и воздуходувные станции. Минск. Высшая школа. 1990.

Размещено на Allbest.ru