Водозаборные сооружения для отбора воды из поверхностных и подземных источников

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию РФ

Красноярская государственная архитектурно - строительная

академия

ВОДОЗАБОРНЫЕ СООРУЖЕНИЯ ДЛЯ ОТБОРА ВОДЫ ИЗ ПОВНРХНОСТНЫХ И ПОДЗЕМНЫХ ИСТОЧНИКОВ.

Методические указания к курсовому проектированию для студентов

Специальности 270112 “Водоснабжение и водоотведение”

Красноярск 2006

УДК

Водозаборные сооружения из поверхностных и подземных источников: Методические указания к курсовому проектированию для студентов специальности 270112 “Водоснабжение и водоотведение”. Красноярск: КрасГАСА, 2006. 200 с.

Составили: Ст. преподаватель кафедры “ВиВ” Кропоткин Борис Иванович

Рецензент: к.т.н., проф., зав.каф.,”ВиВ” Турутин Борис Федорович

Печатается по разрешению редакционно - издательского совета академии Красноярска государственная архитектурно - строительная академия

Печатается в авторской редакции

Корректура: Л.Ф. Калашник

Подписано в печать 1.10.2006 Формат 608416. Бумага офсетная.

Печать офсетная. Усл. Печ., л. 2.5 Учизд., л. 2.5 Тираж 150 экз.

Заказ № 100

Отпечатано на ризографе КрасГАСА

660041 Красноярск, пр. Свободный, 82

УКАЗАНИЯ

Курс “Водоснабжение” является, наряду с курсом “Насосы и насосные станции”, одной из профилирующих дисциплин специальности “Водоснабжение и водоотведение”. Изучение курса водоснабжения основывается на знаниях полученных студентами при изучении ряда общетехнических и специальных дисциплин, таких как гидрология, гидрогеология, гидравлика, гидротехнические сооружения, строительные и железобетонные конструкции, насосы и насосное оборудование, электротехника, электротехническое оборудование, регулирующая и измерительная аппаратура и т.д. И, наконец, выполняя проектноконструкторские разработки по возведению водозаборных и водопроводных сооружений, будущий инженер должен иметь хорошую подготовку в области строительных дисциплин.

Цель изучения курса - подготовить специалистов в области проектирования, строительства и эксплуатации водозаборных сооружений из поверхностных и подземных источников в системе водоснабжения и водоотведения.

Закрепление теоретических знаний осуществляется, предусмотренного программой, выполнением студентами IV курса дневного, а так же заочного обучения, курсового проекта на тему “Водозаборные сооружения для отбора воды из поверхностных и подземных источников”.

При работе над курсовым проектом студент должен, согласно задания, определиться с объемом и характером выполняемой работ, а также с основными требованиями по существующим нормам, техническим условиям и ГОСТам. При расчетах широко использовать справочную и учебно - методическую литературу, рекомендованную в настоящих указаниях.

При разработке курсового проекта по водозаборным сооружениям следует руководствоваться наиболее прогрессивными технологиями строительства и использования новейшего насосного оборудования для осуществления забора воды из поверхностных и подземных источников.

В данных указаниях приведена методика расчетов различных водоприемных сооружений, их технологические и конструктивные решения.

При проектировании водозаборных сооружений, с учетом гидрологических и геологических характеристик водоисточников и прилегающих к ним территорий, должно быть уделено особое внимание выбору схемы и состава сооружений, определению категории надежности забора воды водоприемными сооружениями, вопросам технологии использования строительных конструкций.

При возведении водоприемных сооружений следует использовать типовые конструктивные элементы, которые уже рассчитаны на надежность Работы и прочность воздействию нагрузок.

Задание по курсовому проекту выдается на проектирование водоприемных сооружений для забора воды из поверхностных и подземных источников индивидуально каждому студенту с приложением генерального плана рассматриваемого района с населенным пунктом, для которого необходимо строительство таких сооружений.

В состав курсового проекта входят расчетно - пояснительная записка и графический материал.

В расчетно - пояснительной записке должны быть отображены следующие разделы расчетов:

- аргументированное обоснование выбранного типа водоприемного сооружения с описанием конструкций основных элементов входящих в это сооружение;

- детальный расчет необходимых диаметров самотечных труб, сифонных водоводов, а так же на всасывающих и напорных линиях;

- размер решеток и оголовков приемных труб русловых водозаборных сооружений;

- размеров приемных окон в конструкциях береговых водоприемников;

- размеров плоских и вращающихся сеток береговых колодцев и водоприемников;

- потерь напора при движении воды в водоприемных сооружениях;

- уровней воды при нормальном и аварийном режимах работы сооружения, причем, аварийный режим предполагает пропуск полного расчетного расхода воды по одной самотечной лини;

- расчет и, на его основании, выбор необходимого насосного и грузоподъемного оборудования;

- берегового водоприемника или берегового колодца на устойчивость против всплывания.

Помимо выше перечисленных расчетов в курсовом проекте предусматривается разработка:

- способов удаления наносов из колодца и промывки самотечных труб с расчетом необходимого диаметра труб используемых для промывки;

- мероприятий по борьбе с глубинным льдом, шугой и обмерзанием рыбомусорозащитных сооружений и решеток;

- схем укрепления берега и дна реки вблизи водоприемного колодца, речного оголовка и самотечных линий.

Пояснительная записка может быть представлена как в рукописном, так и в печатном видах.

Графическая часть курсового проекта должна быть представлена следующими чертежами:

1. Генеральный план рассматриваемого района с населенным пунктом и нанесением на нем основных элементов системы водоснабжения в масштабе 1:200:

- водозаборные сооружения;

- насосная станция первого подъема (НС - I);

- очистные сооружения;

- резервуары чистой воды;

- насосная станция второго подъема (НС - II);

- регулирующая емкость (водонапорная башня);

- водоводы;

- разводящая сеть.

2. Схема водоприемных сооружений в плане и профиле в масштабе 1:200. На схеме указываются отметки осей сооружений, трубопроводов и их диаметры, отметки земли, уровней воды и т.п.

3. Планы и разрезы основных элементов водозабора (оголовка, водоприемного колодца, ковша, вращающихся и плоских сеток, рыбомусорозащитных сооружений и конструкций) в масштабе 1:50 или 1:100 по указанию руководителя.

4. План и разрез укрепления берега и русла реки в месте расположения водоприемных оголовков и самотечных труб, а также береговых колодцев или водозаборных сооружений.

На чертежах должны быть проставлены все основные и дополнительные (поясняющие) размеры, отметки, диаметры трубопроводов, а так же указывается размещение находящегося в водоприемных сооружениях основного и вспомогательного оборудования и вспомогательных помещений.

Чертежи могут быть представлены в карандаше или туши с отмывкой.

Правильность оформления расчетно - пояснительной записки и чертежей представлена в конце методических указаний.

1. ВОДОЗАБОРНЫЕ СООРУЖЕНИЯ ДЛЯ ОТБОРА ВОДЫ ИЗ ПОВЕРХНОСТНЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.1 ВЫБОР МЕСТА РАСПОЛОЖЕНИЯ И ТИПА ВОДОЗАБОРА, ОСНОВНОГО, ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО И ЭНЕРОГООБЕСПЕЧИВАЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ

Для выбора местоположения, типа и схемы водозаборного сооружения, а в последствии и его строительства, необходимо руководствоваться основными данными о гидрологическом и биохимическом режимах водотока в створе его расположения. Эти данные должны быть представлены в виде основных графиков: изменения высоты уровня воды в створе; связей уровней и расходов воды; изменения среднесуточных расходов (гидрограф); связей между уровнями в выбранном створе и створах водопостов Гидрометеослужбы; распределение наносов по сечению реки во временном разрезе; температурного, шуголедвого и волнового режимов; мутности воды. При заборе воды необходимо учитывать биологические условия водоисточника; физические, химические и бактериологические свойства воды и т.д.

Рассмотрим этот перечень необходимых данных по условиям выбора местоположения, типа и схемы водозаборного сооружения.

Гидрограф - график связывающий изменение уровней воды и расходов в данном створе, а значит и определяющих расходные характеристики водозабора.

График уровней воды (среднесуточный, сезонный, годовой) показывающий величину амплитуды колебания их, тем самым определяющим вертикальные габариты водозаборных сооружений.

График связи уровней и расходов воды отображает сезонную изменчивость гидрологического режима потока воды (учитывает их зависимость для ледового режима и безледного, фаз паводков половодий). График распределения наносов по живому сечению русла позволяет выбрать конструкцию водозаборного сооружения (тип и способ водозабора).

Фракционный состав - способ укрепления участка реки (дна или берега) в месте расположения водозаборного сооружения. Мутность - способ защиты от попадания взвеси в сооружение в целом в головные водопроводные сети. Температурный и шуголедовый режимы способствуют выбору конструктивных и компоновочных вариантов водозаборных сооружений. Знание биологических условий водоисточника - размещение водоприемных сооружений и защита молоди рыб от попадания в них. Химические, физические и бактериологические свойства воды - необходимость их очистки от химикобактериологических компонентов до допустимых норм или полного исключения из воды или наоборот обеспечением воды химическими элементами до величин, определяемых ГОСТами.

Наличие данных о микрофауне водоисточника - способ защиты от их воздействия либо на само сооружение, либо на качество забираемой воды.

При проектировании водозаборных сооружений, предназначенных для подачи воды на хозяйственно - питьевые и противопожарные, а также в объединенные производственно - питьевые водоводы для нужд населенных пунктов, независимо от вида водоисточника (водотоки - реки и каналы; водоемы - озера, водохранилища и пруды; моря; подземные воды - водоносные пласты, подрусловые, шахтные и другие воды), необходимо, в первую очередь, установить категорию надежности подачи (обеспечения) воды сооружением. Категория надежности определяется от численности населенного пункта, от важности производственного цикла промышленных предприятий, использующих воду и других условий, и имеют нормативы по снижению или перерыву подачи воды. По степени обеспеченности (надежности) подачи воды они подразделяются на три категории (приложение I табл.1).

Затем, с учетом топографических, геологических, гидрологических и гидрогеологических условий, выбрать место расположения водозаборного сооружения.

При выборе места необходимо иметь в виду, что водозаборное сооружение должно обеспечить бесперебойную подачу воды и находиться вблизи населенного пункта и на берегах устойчивых к разрушению, а также площадка под водоприемное сооружение (береговой водоприемник, береговой водозабор) и насосная станция первого подъема (НС - 1) должна иметь отметку, превышающую уровень самых высоких вод не менее чем на 0,5м.

Размещение водозабора не должно противоречить перспективным водохозяйственным мероприятиям на водоисточнике и не нарушать интересов других водопользователей.

В районе расположения многолетних мерзлых грунтов необходимо учитывать дополнительно степень промерзания водоемов, наличие таликов под руслом реки, температуру воды зимой, возможность расположения вблизи источника тепла (ТЭЦ, котельные), степень защищенности от ветра и снегозаноса.

Место расположения и конструкция водозабора должны быть согласованы со службами водного транспорта, рыбоохраны, природоохраны и санитарно - эпидемиологической.

Определившись с местом расположения водозаборного сооружения, необходимо выбрать тип этого сооружения и его компоновочную схему с установлением основных и второстепенных сооружений и их класс.

К основным сооружениям относятся сооружения, при повреждении которых водозабор не обеспечит подачу расчетного расхода воды потребителям.

Класс основных сооружений водозабора устанавливается в соответствии с его категорией. Класс второстепенных сооружений, повреждение которых не приведет к снижению подачи воды потребителям, принимается на категорию меньше. Класс водоподъемных и водохранилищных плотин, входящих в состав водозаборного гидроузла, следует принимать ниже: II класса - - для I категории водозаборов; III класса - для II категории; IV класса - для III категории водозаборов.

Выбор типа водозабора производится в зависимости от условий забора воды, устанавливающихся, исходя из природных условий по наиболее тяжелому виду затруднений в работе водозаборных сооружений с учетом устойчивости берегов ложа источника, русловых и шуголедовых режимов и засорения водотоков; категории водозабора и на основании построенного профиля створа реки в месте его расположения с нанесением на него всех расчетных уровней воды, ледостава и ледохода и указанием толщины ледяного покрова и отметки площади строительства (приложение 1, табл. 2 - 4).

При выборе схемы водозабора одновременно по исходным и расчетным данным подбирают марку насосов (горизонтальные или вертикальные) и решают вопрос устройства совмещенного или раздельного с насосной станцией водоприемного сооружения. Если принятый тип и схема водозабора не соответствуют необходимой степени надежности забора воды, то в проекте предусматриваются мероприятия для ее повышения.

Выбор схемы и компоновки водозаборного сооружения в тяжелых и очень тяжелых местных условиях следует принимать на основе предварительных исследований и изысканий на местности.

В отдельных случаях, при особо тяжелых шуголедовых условиях и малых глубинах потока, невозможно обеспечить устойчивую работу водозаборов с русловыми водоприемниками даже при малой их производительности, и в этом случае возникает необходимость устройства ковшей.

Чаще всего ковши принимают при производительности водозабора более двух - трех метров кубических в секунду.

Выбор типа водозаборного сооружения сопровождается подбором унифицированных узлов и конструктивных элементов по данным гидравлических расчетов. При определении конструкции того или иного элемента сооружения нужно исходить из ряда условий, с помощью которых обеспечивался бы оптимальный режим работы.

1.1.1 ВОДОПРИЕМНЫЕ ОГОЛОВКИ

Водоприемный оголовок - один из наиболее ответственных конструктивных элементов руслового водозабора. Он служит не только для непосредственного приема воды из источника, но и для укрепления и защиты от повреждений концов самотечных сифонных или всасывающих трубопроводов в русле реки.

Водоприемные оголовки, в зависимости от категории надежности водоподачи и сложности природных условий забора воды, могут быть затопленными, затопляемыми в паводковый период и незатопляемые.

Затопленные водоприемники должны располагаться ниже минимального расчетного уровня воды и нижней кромки ледяного покрова при ледоставе в водоисточнике.

Конструкции затопленных оголовков должны иметь обтекаемую форму, чтобы не нарушать движения водного потока и донных наносов.

Водоприемные отверстия (входные окна) следует располагать так, чтобы в них не завлекались шуга, донные наносы, сор, а также рыба.

Затопленные водоприемники обычно устраивают с боковым или низовым приемом воды. На реках с малыми глубинами воды водоприемники делают с горизонтальными водоприемными отверстиями (потолочными). Лобовой (по течению воды) прием воды не рекомендуется, так как сор и шуга прижимаются динамическим давлением воды к решеткам водоприемных отверстий.

Внутри водоприемника нельзя допускать застойных и не промываемых зон, где происходит застаивание воздуха, скопление загнившего ила и органических веществ, выделяющихся из потока забираемой воды.

Примеры конструкций русловых затопленных водоприемников представлены в приложении II.

Размеры конструкций окон оголовков, сеток или фильтра принимают в соответствии с расчетной площадью сечения.

Основание водоприемного оголовка заглубляют на 1,0 - 1,5м ниже дна реки для защиты от подмыва. Пространство между стенками водоприемника и откосами заполняют камнем. При размывах грунта предусматривают укрепление дна вокруг водоприемника.

Затопляемые водоприемные оголовки по устройству аналогичны постоянно затопленным, но при минимальных меженных уровнях воды верх оголовка возвышается над поверхностью воды, что упрощает их эксплуатацию. Однако повсеместного использования такие оголовки в системах хозяйственного водоснабжения из водотоков, используемых как транспортная артерия (судоходство или лесосплав), а также из-за резкого переформирования гидравлического режима реки, не получили. Они могут применяться только там, где река не имеет большого народнохозяйственного значения.

Незатопленные оголовки (крибы) обеспечивают наибольшую надежность в приеме воды и бесперебойной ее подаче, удобны в эксплуатации, но являются сложными при строительстве и наиболее дорогостоящими.

Верх незатопленного оголовка - колодца следует располагать на 0,5 - - 1,0м выше самого высокого уровня воды. Водоприемные окна располагются в два или три яруса.

Незатопленные водоприемники применяют на больших реках со значительными колебаниями уровней (боле 10м) при средней и большой производительности водозаборов в тяжелых природных условиях, когда устройство берегового водозабора технически невозможно или экономически нецелесообразно.

1.1.2 БЕРЕГОВЕЫЕ КОЛОДЦЫ

Береговые колодцы присутствуют в компоновочной схеме как русловых, так и береговых водозаборных сооружений, где для первой схемы вода в водоприемную камеру поступает по самотечным или сифонным водоводам, а для второй - прямо через водоприемное окно, но в конструктивном исполнении они имеют различия. Прежде всего, водоводы, входящие в колодец оборудуются запорной арматурой (задвижками или клапанами), устройствами по зарядке и поддержанию вакуума в сифонных водоводах. В колодце располагают трубопроводы обратной промывки водоводов, а также арматуру управления промывкой.

В береговых водоприемных колодцах береговых водозаборных сооружений этого оборудования нет. В них присутствуют только мусорозащитные решетки, плоские или вращающиеся сетки, которые обслуживаются (ремонт, очистка) в надземной части колодца после поднятия их на поверхность.

Береговые колодцы круглого сечения используются при малых и средних расходах забираемой воды, прямоугольного сечения - при больших расходах водопотребления.

Площадка для строительства берегового водоприемника (колодца) должна быть выбрана на 0,5 - 1,0м выше отметки уровня самых высоких вод расчетной обеспеченности с учетом высоты волны.

При колебаниях уровней воды более 10м по условию устойчивости на опрокидывание береговой колодец (водоприемник) устраивается не на берегу, а выдвигается в реку и сопрягается с берегом дамбой или мостом.

Глубина заложения водоприемного колодца берегового водозабора принимается с таким расчетом, чтобы он никогда не был подмыт течением реки. Заглубление основания водоприемника конструктивно можно принять на 0,5 - 1,0м ниже наибольшей найденной глубины реки у берега. Но, как правило, эту глубину определяют путем изысканий о работе реки по размыву берегов выше и ниже по течению от места расположения колодца.

Водоприемник выполняется из типовых железобетонных круглых секций или плит. Размеры отделений (водоприемное, всасывающее) зависит от типа принятых сеток (плоских или вращающиеся).

В приемном отделении колодца устанавливаются не менее двух секций с целью обеспечения бесперебойности его работы. Отметка дна приемного отделения находится ниже нижней отметки входных окон и принимается для малых колодцев не менее 0,5 - 1,0м, (при не большом количестве наносов), для больших - 1,5м. Если в водоприемнике устанавливаются вращающиеся сетки, то глубина его назначается в зависимости от их размеров, но не менее указанных.

Между приемными и всасывающими отделениями в перегородке устраиваются окна, в которых устанавливаются сетки.

Расчетная схема берегового колодца руслового водозаборного сооружения приведена в приложении III.

1.1.3 САМОТЕЧНЫЕ И СИФОННЫЕ ВОДОВОДЫ

Самотечные и сифонные водоводы выполняются из стальных, железобетонных, чугунных труб или в виде железобетонных галерей. В случае укладки самотечных водоводов путем опускания под воду применяют стальные трубы с усиленной изоляцией.

Количество водоводов должно быть не менее двух и расстояние между ними принимается равным от 0,7 до 1,5 м.

С целью защиты водоводов от подмыва речным потоком, истирания песком или повреждения якорями судов и плотов, водоводы заглубляют под дном реки не менее чем на 0,5м на несудоходных реках и на 0,8 - 1,5м на судоходных.

Траншеи с уложенными водоводами засыпаются речным грунтом, укрепляемого сверху каменой наброской.

Водоводы не должны иметь резких поворотов и укладываются как горизонтально, так и с прямым или обратным уклонами.

Сифонные водоводы укладываются с уклоном I = 0,001- 0,005 к высшей точки для сбора и удаления воздуха.

Самотечные, сифонные и всасывающие трубопроводы во всех грунтах, за исключением скальных, плывунных и болотистых, в которых под трубы устраивают искусственное основание, укладывают на профилированном основании (естественной не нарушенной структуры).

1.1.4 СОРОУДЕРЖИВАЮЩИЕ РЕШЕТКИ, СЕТКИ, ФИЛЬТРУЮЩИЕ КАССЕТЫ, ЗАТВОРЫ, СЕТКИ И ВОРОНКИ НА ВСАСЫВАЮЩИХ ТРУБАХ

Для предотвращения попадания в насосную станцию и извлечения из воды плавающего мусора (водной растительности, тины, листьев, сучков, деревьев) входные отверстия оголовков, колодцев и всасывающие трубопроводы оборудуются плоскими съемными решетками, сетками и фильтрами. При большой производительности насосной станции в водозаборных колодцах устраиваются вращающиеся сетки в зависимости от условий забора воды.

Сороудерживающая решетка, представленная на рисунке 1.1, состоит из рамы 3, выполненной из швеллера или из уголка и прикрепленных к ней стержней 2. Внизу решетки имеется деревянный брус 1 для предотвращения разрушения пазов.

Подъем и опускание решеток осуществляется с помощью петли 4, прикрепленной в ее верхней части.

Стержни решеток могут быть круглыми (диаметром арматуры от 6 до 10мм) или прямоугольными (шириной 10мм и глубиной 35 - 70мм). Прозоры решетки зависят от забора воды.

Размеры решеток стандартизированы (для серийного выпуска). Типоразмеры плоских решеток представлены в таблице 1 приложения IV. Сороудерживающие решетки в водозаборах средней и малой производительности являются съемными и размещаются в специальных пазах, которые могут быть при достаточной толщине стенок сооружения, выполнены в бетоне или могут быть представлены парой вертикальных швеллеров, прикрепленных снаружи к передней стенке сооружения. Внизу, под пазами решеток, устраивают порог для строгой их фиксации перед водоприемными окнами.

В системах водоснабжения для борьбы с обледенением и закупоркой решеток шугой при тяжелых шуголедовых условиях в водоисточнике могут использоваться решетки с электрообогревом (рис. 1.2.).

Электрообогрев решеток предназначен для повышения температуры решеток и воды окружающей их до 0,01^оС с целью предотвращения прилипания внутриводного льда к ним, который образуется при температуре до минус 0,02 - 0,08^оС.

При подборе величины температуры обогрева решеток необходимо учитывать, что чем больше опасность обмерзания решеток, тем меньшую скорость воды через них необходимо принимать, так как большим скоростям соответствует бо?льшее переохлаждение воды, до минус 0,08^оС.

При глубинах водоема до 10м и волнах высотой более 0,8метров, переохлаждение может быть наибольшим. При больших глубинах, более 10м и незначительном ветровом волнении переохлаждение будет минимальным.

Для предотвращения прилипания внутриводного льда к решеткам применяют еще один способ водного подогрева - подогрев с помощью пара или горячей воды, которые берут от производственных паросиловых или специально устроенных для этих целей установок.

На период ремонта или профилактического осмотра сооружения окно перекрывают шандорами или плоскими щитами, которые закладывают в пазы решеток, предварительно освобожденные от последних.

Крупные водозаборы оборудуются стационарными решетками с механической их очисткой, а перед решетками устраивают специальные ремонтные пазы, в которые закладывают шандоры или ремонтные щиты.

Шандоры или ремонтные щиты (затворы) используются для отключения различных частей водозаборного сооружения (секций, камер) при производстве ремонтных работ, профилактических мероприятиях или авариях. Они бывают двух типов - постоянные и временные.

К временным, относятся щитовые плоские затворы, которые устанавливаются при выше приведенных условиях.

При небольших гидростатических давлениях (напорах), до 15метров и для малых водозаборных окон, размерами не более 2Ч2 метра, используются деревянные щитовые затворы (рис. 1.3 а,б).

Металлические щитовые затворы применяются при более крупных водозаборных окнах и больших гидростатических напорах. Такие затворы изготавливают как скользящими, (рис. 1.3в) подобно деревянным, так и катковыми опорами (рис. 1.3г, облегчающими подъем затвора.

В целях обеспечения герметичности в плоских затворах, применяют резиновые уплотнители. В таблице 2 и 3 приложения IV приведены типоразмеры затворов.

Окна в разделяющих стенках между водоприемным и всасывающим отделениями, перекрывают плоскими съемными или стационарными и вращающимися сетками.

Выбор типа сеток для предварительной очистки воды следует производить с учетом особенностей водоема и произвольности водозабора.

Плоские съемные сетки применяют на малых водозаборах из источников с небольшим загрязнением воды взвешенными веществами и планктоном, а стационарные вращающиеся - на водозаборах производительностью более 1 м³/с, а также на водозаборах с меньшей производительностью, но при значительном загрязнении воды.

На рисунке 1.4 представлена схема плоской фильтровальной сетки, а в таблицах 4 и 5 приложения IV, соответственно стандартные размеры ячей применяемых сеток и размеры самих сеток, на рисунке 1.5 - устройство вращающейся сетки.

Шарнирная плоская сетка-звено выполняется аналогично плоским сеткам, т.е. имеет два сеточных полотна - одно служит подложкой, а другое является фильтровальным, размер ячеек и диаметр проволоки подбираются в соответствии степени загрязнения водоисточника.

Устанавливаются вращающиеся сетки на водозаборах в специальных сеточных шахтах или колодцах, по одной из приведенных в таблице 6 приложения IV, подвода воды к ним.

Схема (а), с лобовым подводом воды, характерна для водозаборов средней производительности, но достаточно загрязненных плавающим мусором, источниках. Она может быть использована и на водозаборах небольшой производительности, но работающих в тяжелых и очень тяжелых условиях забора воды, особенно при большом наличии шуги и внутриводного льда. В этом случае, передним полотном сетки при его перемещении вверх извлекаются из воды шуга и внутриводный лед.

Схемы (б и в), представленные в таблице, применяются в основном на водозаборах большой производительности, работающих в легких и средних условиях забора воды. Они позволяют более полно использовать рабочую поверхность сеток, благодаря чему сокращается их ширина, а значит и уменьшается строительная стоимость водозабора.

Схема (г), с лобовым подводом и внутренним отводом воды применяется в водозаборах средней производительности, работающих в тяжелых и очень тяжелых условиях забора воды.

Вся рабочая часть полотна выбранной вращающейся сетки должна располагаться ниже наименьшего расчетного уровня воды во всасывающем отделении берегового колодца.

На концах всасывающих трубопроводов для задержания крупных взвешенных загрязнений при заборе воды, особенно проходящей через вращающиеся сетки, устанавливают приемные сетки.

Приемные сетки изготавливаются сборными из обрезков труб или листовой стали. Отверстия для прохода воды через сетку, принимаются диаметром 5 - 20мм, в зависимости от требований, предъявляемых к воде. Учитывая засоряемость сетки, площадь всех отверстий принимают в 3 - 4 раза больше площади сечения всасывающей трубы.

При отсутствии опасности попадания в насос крупных загрязнений из резервуара или приемной камеры часто устанавливают воронки, с целью уменьшения сопротивления при всасывании, а значит, и входных скоростей.

На рисунках 1.6 и 1.7 приведены схемы соответственно приемной стальной сетки и приемных воронок.

В таблицах 7 и 8 приложения IV соответственно их типоразмеры.

Для устранения образования воронок в существующих камерах при увеличении производительности системы водоснабжения на концах всасывающих трубопроводов рекомендуется устанавливать диафрагмы.

На рисунке приложения IV, представлены расчетные схемы установки диафрагмы и приемной воронки.

На входных отверстиях водоприемных оголовков русловых водозаборов или береговых, в случае большой наносонасыщенности водотока (реки) могут устанавливаться съемные фильтрующие устройства, выполненные в форме кассет. Эти устройства рассчитаны на возможность установки их в пазовые конструкции, взамен сороудерживающих решеток.

Кассеты представляют собой металлический каркас (контейнер), жесткость и форма, которого обеспечиваются контурной металлической рамой из уголков или полос. Каркас заполняется фильтром из гравия, щебня, керамзитобетона (пористого), пороэласта, синтетических шариков, реек и т.д. (рис. 1.8 а,б,в).

Пакетно - реечные кассеты представляют собой контурную металлическую раму заполненную многослойными пакетами реек разного размера (рис. 1.8г).

Для очистки, кассеты должны периодически выниматься и промываться на специальных площадках. Допускается промывка кассет обратным током воды от насосной станции или водовоздушным импульсом.

1.1.5 ВОДОПРИЕМНЫЕ КОВШИ

Под ковшевыми водозаборными сооружениями понимают обычный береговой водозабор совмещенного или раздельного типа, перед которым устраивается искусственный водоем-ковш, располагаемый непосредственно в реке или в береге и служащий для отстаивания внутриводного льда или осаждения крупных фракций наносов, а иногда также для увеличения глубины воды в водозаборе (см. приложение V).

По характеру подвода воды из рек различают ковши: верхового питания - с подводом воды по течению (рис 1 б,д), низового - с подводом воды против течения (рис 1 а,г), двойного питания -/ с подводом воды по и против течения реки (рис 1 в,е).

По характеру расположения ковшей по отношению к берегу различают ковши, выдвинутые в русло реки (а - в) и врезанные в берега реки (г - е).

Узел водозаборных сооружений с ковшом (рис.1.9) обычно состоит из водоема-ковша 1, ограждающей дамбы 2, головы 3 речной дамбы, входа 4 в ковш. При подводе теплой воды в состав сооружений входит выпускной оголовок теплой воды 8, иногда может потребоваться устройство прорези 10. Подвод теплой воды в ковш, как правило, осуществляется для насосных станций обеспечивающих подачу воды промышленным предприятиям и ТЭЦ.

В зависимости от гидрологических условий водоисточника, водозаборные ковши в своем компоновочном исполнении могут иметь на входном участке дамбы затопляемые и незатопляемые, а также шпоры, в паводок с помощью которых происходит самоочищение входной части водозаборного ковша и улучшаются условия забора воды (см. рис.2 приложения V).

Применение водозаборных ковшей целесообразно на шугоносных реках при малой и средней производительности водозаборов и при недостаточных глубинах в водотоке.

На шугозажорных реках со значительными подъемами уровней воды в предледоставный период и при ледоставе, на реках с тяжелым весенним ледоходом, применяют ковши частично или полностью выдвинутые в русло (см. приложение V).

При расположении водозаборного ковша в русле, надо иметь в виду, что стеснение потока не должно вызывать изменение режима речного потока, например, вызывать затора льда или ухудшать условия водопользования. У ковша нужно обеспечивать достаточно благоприятные условия для прохода шуги по руслу реки, чтоб входная часть ковша не оказалась закупоренной шугозажором.

Подробное описание условий применения водозаборных ковшей приведено в [10, 20].

1.1.6 ОСНОВНОЕ И ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ВОДОЗАБОРНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Каждое водозаборное сооружении, как из поверхностных так и из подземных источников, оснащено основным и вспомогательным оборудованием.

К основному оборудованию относятся: насосные агрегаты (например, центробежные, вертикальные, скважинные и другие), решетки, сетки, затворы, водоводы - самотечные или сифонные, всасывающие и напорные, а также, запорная арматура.

К вспомогательному оборудованию относятся гидроэлеваторы для откачки осадка из водоприемных камер; компрессоры, вакуум-насосы, дренажные насосы; грузоподъемные устройства и механизмы; оборудование для обогрева решеток; устройства для промывки решеток, сеток и фильтров, самотечных линий.

Параметры основного оборудования, которые соответствовали бы требованиям надежности подач воды и работы сооружения в целом, находятся методом подбора по результатам расчетов.

Вспомогательное оборудование, которое обеспечивает нормальный режим работы насосной станции, также подбирается по результатам расчетов.

Порядок расчетов параметров всего оборудования насосной станции изложен в ниже приведенных пунктах данных методических указаний.

Насосное оборудование, гидроэлеваторы и вакуум-насосы подбираются по их производительности и напору; водоводы, как и решетки, сетки и фильтры - на пропуск требуемого расхода; затворы - на прочность от действия на них давления воды; грузоподъемное оборудование - с учетом размеров оборудования, компоновки технологического оборудования и максимальной массы поднимаемых элементов.

Скопившиеся, в основном, в водоприемных камерах береговых (русловых) колодцев русловых или береговых водозаборных сооружений, наносы, удаляются с помощью водоструйных или центробежных насосов, а попавший в водоприемник крупный мусор, в виде листвы, древесной щепы и т.п., удаляется обычно вручную, после отключения отдельных секций водозабора из работы.

Простейшим насосом, с помощью которого можно удалять осадки и наносы, является гидроструйный насос (гидроэлеватор), Он прост в конструктивном исполнении (нет движущихся частей), в обслуживании и ремонте, низкая металлоемкость и для них не требуется специальных производственных помещений, хотя у них есть и существенные недостатки - это низкий коэффициент полезного действия (0,15 - 0,25) и подвод рабочей жидкости (воды) больших объемов. Рабочая жидкость может в эти устройства подаваться из рабочих насосов.

Принцип работы гидроэлеватора - передача энергии от одного потока к другому осуществляется непосредственно без промежуточных узлов.

На рисунках 1 и 2 приложения VI приведены схемы гидроэлеваторов, а в таблицах 1 и 2 этого же приложения - их технические характеристики.

Удаление отложившихся осадков можно осуществлять еще дренажными или канализационными насосами типа АР10, АР12 и т.п., выпускаемых зарубежными фирмами, являющимися надежными в эксплуатации.

Для удаления дренажных вод можно использовать дренажные насосы марки А12 …. А50В, а также вихревые насосы типа ВВС или иные самовсасывающие насосы. Эти насосы, как правило, устанавливаются в автоматическом режиме работы с учетом притока в сооружение дренажных или фильтрующих вод. Подачу дренажных насосов принимают равной 1 - 10 л/мин и с напором насоса, который необходимо развить для удаления дренажных вод за пределы водозаборного сооружения насосной станции. Для промывки самотечных линий гидроимпульсным способом, в водоприемной камере сооружают устройство, состоящее из вакуумной колонны, вакуум-насоса и крана (клапана) работающего на открытие и закрытие доступа воды в самотечную линию из этой колонны.

Вакуум-насос, в данном случае, предназначен для откачки воздуха из колонны, в результате чего в нее поступает вода (из-за разницы давлений, в самотечной линии - избыточное давление а в колонне - область разряжения) высотой на 4 - 6м выше минимального уровня воды в источнике. При открытии клапана между вакуумной колонной и самотечным водоводом вода, находящаяся в колонне, с большой скоростью, превышающей критическую неразмывающую, устремляется в самотечную линию, тем самым, смывая по ходу движения отложившиеся в линии наносы и унося их за пределы водоприемного оголовка в реку.

Вакуум-насосы, используемые в водозаборных сооружениях и насосных станциях, предназначены для откачки воздуха из всасывающих линий центробежных насосов (рис. 1.10) при заливке их водой перед пуском, а также для зарядки сифонных водоводов, путем откачки из них воздуха. За счет разряжения в трубе и давления в водоисточнике вода поступает в водовод, преодолевая высшую точку разряжения в нем и далее, в водоприемную камеру.

Наибольшее распространение получили водокольцевые вакуум насосы марки ВВН (ВВН 1-0,75, ВВН 1-,5, ВВН 1-3, ВВН 1-6, ВВН 1-12, ВВН 1-25, и ВВН 2-50, соответственно с номинальной подачей от 0,75 до 50 м³/мин). Номинальная подача соответствует вакууму 6м.вод.ст.

Для промывки самотечных линий гидровоздушным импульсным способом, используется устройство, состоящее из напорной пневмоколонны, клапана, открывающего или перекрывающего доступ сжатого воздуха в самотечную линию и компрессора, нагнетающего под давлением воздух в эту колонну. Для создания рабочего давления используют компрессор с предельным давлением 0,7 МПа.

Насосные станции оборудуются грузоподъемными механизмами для монтажа и демонтажа агрегатов, арматуры и другого оборудования, а также для его перемещения на монтажную площадку или передвижные механизмы. Для этого используют различные типы грузоподъемных механизмов, которые выбираются с учетом размеров сооружений, компоновки технологического оборудования, его размеров и максимальной массы поднимаемого элемента (см. приложение VI).

Для этого используются ручные тали (с кошками и без них), электротельферы, кран-балки, козловые и мостовые краны.

Для подъема груза без его перемещения, например для транспортировки его через грузовую шахту вверхвниз, применяют тали (приложение VI рис. 3а). Если требуется перемещать груз в одном направлением, например в продольном, то применяют тали с кошками и электротельферы (рис. 3б), а также козловые краны.

Перемещение грузов в двух направлениях осуществляется с помощью кран-балок и мостовых кранов.

Ручные тали применяют для подъема груза на высоту 3 - 12метров. Грузоподъемность таких талей 0,5 - 12 тонн, тяговое усилие 250 - 750 Н (25-- 75 кг), скорость подъема груза 0,1 - 0,6 м/мин.

Для перемещения поднятого груза по подвесному пути применяют кошки с ручным приводом.

Электрические тали (тельферы) состоят из самоходной тележки, перемещающейся по подвесному монорельсу, и тали. На водопроводных и канализационных станциях применяют электротали типа ТЭ 0,25 - 311,ТЭ 0,5- 531 и другие, грузоподъемностью 0,25 - 10 тонн.

Подвесные кран-балки с ручным и электрическим приводом представляют собой отрезок двутавровой балки, подвешенной к двум кареткам, которые могут передвигаться по двум монорельсам, закрепленным на балках перекрытий (рис.4а,б).

Кран-балки с ручным приводом грузоподъемностью 0,5 - 5т изготавливают по ГОСТ 7413 - 80 Е (рис. 4а).

Электрические кран-балки с пролетом до 16м изготавливают грузоподъемностью 1 - 5 т (рис. 4б).

Электрические кран-балки состоят из моста (балки), механизма передвижения крана с электроприводом, электрической тали и приспособлений для питания крана электроэнергией (троллеев или кабеля). Грузоподъемность электрических кран-балок составляет 1- 5т, высота подъема груза - 6 - 8м, механизм передвижения кран-балки оборудуется электромагнитным тормозом.

Мостовые краны изготавливают ручные и электрические.

Ручные мостовые краны (рис.4в аналогичны ручным кранам-балкам. Ходовая часть мостовых кранов перемещается по рельсам, уложенным на несущих балках здания. Грузоподъемность одноблочных мостовых кранов с пролетом 4,5 - 12м составляет 3,2 - 8 тонн.

Электрические мостовые краны (рис 4г) состоят из моста, выполненного из балок коробчатого сечения, механизма передвижения крана и тележки с механизмами подъема груза и передвижения тележки. Электрические мостовые краны изготавливают грузоподъемностью 5 - 50 тонн с пролетом 11 - 31,5м. Краны управляются с пола или из кабины, подвешенной к мосту.

Круговые мостовые краны применяются на крупных насосных станциях, размещенных в зданиях круглого сечения в плане.

Использование в строительстве водозаборных сооружений и насосных станций зданий унифицированных конструкций, способствует использованию стационарных грузоподъемных механизмов. Выбор грузоподъемного механизма можно выполнить по таблице 3 приложения VI/.

1.1.7 ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ВОДОЗАБОРНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Для пуска, регулирования и остановки приводных электродвигателей насосов, а так же для управления электрифицированными вспомогательными механизмами, насосные станции имеют энергетическое хозяйство, снабжение электроэнергией которого, может осуществляться либо по воздушным линиям, либо по подземным кабельным линиям.

Основными элементами энергохозяйства являются: силовые трансформаторы, масляные выключатели, разъединители, изоляторы, токоведущие части, силовые кабели, понижающие трансформаторы, предохранители, контрольно - измерительная и сигнальная аппаратура.

Для снабжения энергией силовых установок используются силовые трансформаторы, для питания измерительных приборов и вспомогательных цепей пониженного напряжения используются трансформаторы тока и трансформаторы напряжения.

В зависимости от типа трансформатора, числа фаз и способа охлаждения силовые трансформаторы имеют различную маркировку: ТМ, ТД, ТЦГ, ОДГ, и другие. Первая буква обозначения указывает число фаз трансформатора: Т - трехфазный, О - однофазный. Вторая буква - способ охлаждения: М - естественное масляное, Д - масляное с дутьем, обдув охладителей вентиляторами, Ц - принудительная циркуляция масла через охладитель. Буква Г, обозначает грозоупорные трансформаторы.

Номинальные мощности силовых трансформаторов определяются соответствующими стандартами. При выборе числа трансформаторов учитывают категорию надежности действия насосной станции и степень ответственности нагрузок, разделяемых на категории в соответствии с “Правилами устройства электроустановок…”.

Если на станции установлено несколько трансформаторов, то при выходе из работы одного из них допускается перегрузка оставшихся в работе трансформаторов, но не более 20 - 40 % номинальной мощности трансформатора. Величина допускаемой аварийной перегрузки зависит от длительности перегрузки, конструкции трансформатора, способа его охлаждения и ряда других факторов.

Силовые трансформаторы устанавливаются в отдельных помещениях, пристроенных к зданию насосной станции или на открытых площадках располагаемых в непосредственной близости от него.

Размеры помещений и площадок определяются размерами трансформаторов и проходов, необходимых для осмотра, монтажа и демонтажа трансформаторов.

На рисунках 1а,б приложения VII даны ориентировочные размеры и вес трехфазных силовых трансформаторов мощность до 6 тыс.кВА.

Силовые трансформаторы со всей аппаратурой, обеспечивающей их нормальную эксплуатацию, образуют трансформаторную подстанцию (ТП) (рис.2а,б приложениеVII), а оборудование, предназначенное для приема и распределения электрической энергии, входит в состав распределительных устройств (РУ).

Для обеспечения безопасности управления и обслуживания силового электрооборудования, а также уменьшения строительно - монтажных размеров подстанций, все высоковольтное электрическое оборудование размещается в комплектных металлических шкафах (КРУ) (рис.3 приложение VII), которые в свою очередь устанавливаются в закрытых помещениях пристраиваемых к зданию насосной станции или выгораживаемых внутри него и имеющих отдельный выход наружу. Такое размещение КРУ осуществляется для водопроводных (водозаборных) насосных станций, у которых напряжение приводных электродвигателей основных насосов не превышает напряжения 10 кВ.

Компоновка сборного устройства с одной системой шин распределяется на две группы:

- с отдельно стоящими конструкциями и двумя коридорами обслуживания. Используется такая конструкция для ответственных подстанций с подключением РУ к линиям электропередачи с помощью подземных кабелей или воздушных линий (приложение VII рис.4а).

- с конструкциями присланного типа и одним коридором обслуживания. Такая конструкция уменьшает размеры помещения, но ухудшает условия обслуживания (рис.4б).

Помещения РУ проектируются, как правило, на уровне монтажной площадки и преимущественно без устройства подвалов. Допускается устройство входа в помещение РУ из машинного зала.

Все помещения РУ, размеры которых приведены в таблицах 1и 2 приложения VII и ТП (за исключением помещений, в которых постоянно присутствует обслуживающий персонал) можно сооружать без окон, с искусственным освещением.

На небольших насосных станциях ячейки КРУ и распределительные щиты допускается устанавливать непосредственно в машинном зале.

Наряду с высоковольтным оборудованием в насосных станциях повсеместно используется низковольтное оборудование и аппаратура, состоящая из рубильников, предохранителей, контрольно - измерительной и сигнальной аппаратуры монтируемых на панелях, которые в свою очередь монтируются в щиты низкого напряжения.

Управление основными процессами, которые выполняются на насосных станциях, осуществляется в автоматическом режиме - приборами автоматики.

Комплексная схема автоматизированного управления насосной станцией обычно состоит из следующих отдельных частей: схемы автоматизации залива насоса; схемы автоматизации привода насоса; схемы взаимосвязи, обеспечивающей последовательность действия схем в целом и осуществляющей необходимые блокировки, а так же автоматическую защиту агрегата и сигнализацию.

Управление всеми этими процессами осуществляется с помощью автоматической станции СУНО (рис.5 приложение VII).

Определившись с компоновочной схемой обеспечения насосной станции энергетическим оборудованием с выполнением соответствующих расчетов по подбору марки и их количества, необходимо определиться со схемой электрических соединений этого оборудования.

В зависимости от назначения и режима работы станции, типа и числа установленных в ней насосов, принимают различные схемы электрических соединений, которые выбираются из условий надежности и безопасности.

Надежность определяется в зависимости от категории насосной станции. Если насосная станция относится к первой категории надежности действия, то число независимых источников питания должно быть не менее двух и перерыв в электроснабжении может быть допущен только на время аварийного ввода резервного питания. Насосные станции второй и третей категории надежности действия могут иметь один, два и более источников. Этот вопрос решается в каждом конкретном случае с учетом убытков потребителя при прекращении подачи воды, вызванным аварийным отключением электроэнергии.

Принципиальное значение при выборе схемы электрических соединений и определении состава ее оборудования имеет напряжение приводных электродвигателей основных насосов и их марка (синхронный или асинхронный), тип и мощность трансформаторов, наличие вблизи насосной станции населенных пунктов и промышленных предприятий.

На рисунках 6 и 7 приложения VII представлено несколько типовых решений по электросоединению насосных станций с ЛЭП, на рисунке 8 - технологическая блок-схема насосной станции.

В таблицах 1 и 2, данного приложения, приведены соответственно размеры помещений распределительных устройств и их расположение в зависимости от глубины подземной части сооружения и типа насосов.

Принятую схему электроснабжения насосной станции необходимо представить в пояснительной записке.

2. БЕРЕГО И ДНОУКРЕПИТЕЛЬНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ В РАЙОНЕ РАСПОЛОЖЕНИЯ ВОДОЗАБОРНОГО СООРУЖЕНИЯ

Как известно из раздела речной гидрологии, формирование русел рек происходит под влиянием эрозионно - аккумулирующей деятельности потока. Процесс формирования русла прекращается, как только достигается равновесие между размывающей силой потока и способностью данной формы русла сопротивляться размыву. Любое нарушение этого равновесия (прохождение потока, искусственное изменение формы русла, появление препятствия, влияющего на скоростное поле) влечет за собой новое переформирование русла. Следовательно, форма и размеры устойчивости русла зависят не только от таких основных руслоформирующих факторов, как расход воды потока (распределение его по живому сечению), его уклон и характер наносов, слагающих ложе реки, но и от непосредственного вмешательства в этот процесс, путем введения в поток дополнительного препятствия, такого как водозаборное сооружение.

Внесение в данный поток такого препятствия, дно русла которого сложено легкоразмываемыми грунтами, может вызвать нежелательный процесс переформирования русла, что может сказаться на работоспособность водозаборного сооружения.

Вместе с тем, что водозаборное сооружение может быть заведомо расположено в зонах перемещения элементов русловой деформации, таких как донные гряды, побочни, отмели и т.п., а также в зоне размыва береговых откосов, то в данном случае необходимо проводить соответствующие дно - и руслоукрепительные мероприятия предназначенные:

- для защиты самих сооружений от подмыва течением и волнением водных масс, а так же для создания и сохранения благоприятных форм русла реки;

- для закрепления положения русла реки и сохранения необходимых глубин у водозабора.

При проектировании мероприятий по дно - и берегоукреплению необходимо руководствоваться следующими условиями и требованиями:

- уменьшением стоимости и трудоемкости строительных работ;

- широкое применение местных и новых синтетических материалов, а также железобетонных конструкций;

- возведение берегоукрепления преимущественно без водоотлива с учетом наименьших объемом водолазных работ.

При возведении береговых водозаборных сооружений необходимо принимать меры по сохранению существующих благоприятных для водозабора форм и размеров русла реки на длительное время. Для этого необходимо не только укреплять ближайшие участки, но и разрабатывать систему мероприятий предусматривающих нежелательные для водозабора деформации русла.

Борьба с местными размывами берегов и дна с помощью постоянных сооружений ведется двумя методами:

- уменьшением размывающей силы потока путем отклонения струй от зоны размыва;

- повышением сопротивляемости русла в зоне размыва достигаемое покрытием размываемых участков защитными одеждами.

Защита берегов от размыва осуществляется при помощи берегоукрепительных одежд, которые непосредственно защищают грунт берега от размыва его потоком.

Берегоукрепление доводится до максимального уровня воды 10%ой обеспеченности (с запасом по высоте 0,5м). До покрытия защитной берегоукрепительной одеждой берег должен быть спланирован под углом естественного откоса, который зависит от рода грунта (см. таблицы 1 - 5 приложения VIII).