Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет

факультет инженерно-экологических систем кафедра водопользования и экологии

Пояснительная записка

к курсовой работе

Расчёт и проектирование речных водозаборных сооружений

Разработал: студент группы В-3

Кузнеченкова И.А.

Принял: Вуглинская Е.Э.

Санкт-Петербург 2014



Содержание

Введение

Анализ исходных данных

Расчёт основных элементов водозаборных сооружений

Конструирование насосной станции

Конструирование колодца

Проверка сооружений на всплытие

Зона санитарной охраны водозаборного сооружения

Список используемой литературы



Введение

Водозаборными сооружениями, или водозабором, называют комплекс сооружений, служащий для забора воды из источника водоснабжения, её некоторой механической обработки и подачи с необходимым напором на очистные сооружения системы водоснабжения или непосредственно в водопроводную сеть.

Для водоснабжения большинства населенных мест на территории Российской Федерации используются поверхностные источники.

Забор воды из поверхностного источника осуществляется с помощью водозаборных сооружений, состоящих, как правило, из водоприемных устройств и насосной станции.

Проектирование и строительство водозаборных сооружений является трудоемким и ответственным делом. От правильности принятых решений зависит бесперебойность водоснабжения потребителей и надежность функционирования системы водопровода в целом.



Анализ исходных данных

Исходные данные

1. Количество жителей в населённом пункте - 52 тыс. чел.

2. Производительность водозабора Q_в = 0,2 м³/с

3. Гидрологические данные по реке:

а) Среднесуточный расход (95% обеспеченности)

Q_сут.ср = 1250 км³/сут

б) Минимальный расход (97% обеспеченности)

Q_min = 14,4 м³/с

в) Средние (по вертикали) скорости движения воды в месте расположения водоприёмных отверстий

V_max = 1,16 м/с

V_min = 0,51 м/с

г) Отметки уровней

- нижнего летнего (меженного) уровня воды ЛНУВ = 83,1 м

- низшего зимнего (ледостава) - ЗНУВ = 83,9 м

- низшего уровня ледохода - НУЛ = 85,8 м

- высшего уровня ледохода - ВУЛ = 87,1 м;

- высшего уровня воды - ВУВ = 91,3 м.

д) Высота волны Н_в - 0,4 м.

е) Толщина льда Н_л - 0,7 м.

4. Взвешенные вещества (наносы) в период половодья:

- максимальное количество - с = 0,71 кг/м³;

- средневзвешенный диаметр частиц смываемых наносов d₁ = 0,04 мм;

- средневзвешенная гидравлическая крупность наносов щ = 0,097 cм/с

5. Наибольший диаметр отложений на дне содержащихся в смеси не более 10% d₁₀ = 0,6 мм.

6. Средний диаметр отложений на дне d = 0,25 мм.

7. Потребный напор насосов I подъема Н = 28 м.

8. Отметки участков русла реки и береговой зоны по створу водозабора:

z1	z2	z3	z4	z5	z6	z7	z8	z9	z10	z11
79,4	80	80,5	81	82	83	85	89	91,5	94	95

Расстояние между горизонталями, м:

L1	L2	L3	L4	L5	L6	L7	L8	L9	L10
21	7	8	14	9	19	23	20	10	10

9. Грунты слагающие:

дно реки - песок разной крупности, скала

берег реки - скала.

Глубина промерзания Н_пр =1,7 м.

10. В воде отсутствуют шуга и донный лед, а также обрастатели (ракушки). Условия эксплуатации реки: судоходство.

Определение категории надёжности водозабора

Исходя из того, что число жителей в населённом пункте составляет 52 тыс. человек, то согласно п. 4.4 [2] проектируемое сооружение имеет первую категорию надёжности. Допустимое снижение подачи воды на хозяйственно-питьевые нужды не более 30% расчётного расхода на производственные нужды до предела, устанавливаемого аварийным графиком работы предприятия; длительность снижения подачи не должна превышать 3 сут. Перерыв в подаче воды или снижение подачи ниже указанного предела допускаются на время выключения повреждённых и включение резервных элементов системы (оборудования, арматуры, сооружений, трубопроводов и др.), но не более чем на 10 мин.

Оценка условий водозаборов

Водозабор является малым по производительности (0,2 м³/с)

Путём сравнения исходных гидрологических данных с данными табл. 12 [2] природные условия забора воды характеризуются как средние (устойчивая ложа и берег, внутренний лёд образуется только перед ледоставом)

Проверка возможности забора необходимого количества воды из реки без устройства специальных сооружений. Величина относительного водоотбора:

Следовательно, специальных сооружений для забора воды не требуется.

Выбор схемы и типа водозабора

Для выбора типа водозабора по генплану и исходным данным вычерчивается продольный профиль дна и берега реки в створе водозабора с указанием расчётных уровней воды. По вычерченному профилю, а так же на основании данных о глубинах и грунтах принимается водозабор руслового типа, совмещённый с насосной станцией. В качестве водоприёмника используется двухсекционный бетонный оголовок раструбного типа с водоприёмными окнами.

Расчёт основных элементов водозаборных сооружений

Гидравлический расчет производится для двух условий водозабора:

- нормального, когда работают все секции;

- форсированного, когда одна из секций выключена.

Определение расхода водозабора

Расход водозабора равен производительности водозабора плюс 2% на нужды водозабора, промывка прямая.

0,204 м³/с = 204 л/с

При нормальном режиме расход одной секцию равен (при количестве секций n= 2)

= 102 л/с

При аварии одной секции расход оставшейся секции принимается 100% от расхода водозабора.

л/с

Определение площади водоприемных отверстий (_р, _с)

Для решёток:

Приёмное отделение водозабора принимается двухсекционным, по два окна в каждой секции

где V_вт - скорость втекания воды в водоприёмное отверстие;

V_вт = = = 0,16 м/с;

1,25 - коэффициент засора;

q_р - расчётный расход одной секции;

q_р = = 0,102 л/c (Q_пол - полный расход водозаборного сооружения, n - количество секций водоприемника);

К_ст - коэффициент, учитывающий стеснение отверстий стрежнями решёток или сеток

где а - расстояние между стержнями (принимаю 5см);

с - толщина решётки (принимаю 1 см).

_р = 1,8 м².

На основании этого принимаю решётку размером 1500х2000 (площадь живого сечения 2,58 м²)

Н = 2000 мм; Н₁ = 2104мм; Н₂ = 2334 мм; масса = 305 кг;

h = 120 мм; h₁ = 60 мм; L = 1500 мм; L₁ = 1620 мм.

После подбора решётки проверяем работу водозабора при форсированном режиме, т.е. Q · 0,7 должен пройти через решётку, при этом V_реш должна быть менее 0,2 м/с. Если скорость получится большего значения, следует поставить другую решётку.

При аварийном режиме:

q_р = 0,7 · 0,204 = 0,1428 м³/с

_р = 1,26 м².

Для сеток водоприемных колодцев:

Для процеживания поступающей в колодец воды используют сетки, плоские или вращающиеся. Т.к. расход Q < 1, принимаю плоские сетки.

_с

К_ст = = = 1,65;

V_вт принимаем 0,2 м/с

_с = 1,836 м².

Принимаем сетку шириной 1250 мм и высотой 1500 мм.

L = 1380 м; H = 1630 м.

Определение диаметров самотечных линий

К проектированию принимаются 2 самотечные линии, расчётный расход каждой из которых составляет:

= 102 л/с

При отключении одной из ниток, вторая должно пропускать 70% общего расхода водозабора.

= 142,8 л/с

Для I категории надежности водозабора принимаем скорость в нормальном режиме работы сооружений 0,7-1,0 м/с. С помощью таблиц Шевелёва выбираем для самотечной линии стальные электросварные трубы ГОСТ 10704-76 диаметром d = 400 мм

при нормальном режиме V = 0,76 м/с, 1000i = 2,07

при форсированном режиме V = 1,06 м/с, 1000i = 3,87

Принимаемый диаметр трубопроводов должен быть проверен на незаиляемость по формуле А.С. Образовского:



,

где = 0,76 • 0,07 = 0,0532

м/с.

Таким образом, условие незаиляемости выполнено:

Определение положения водоприёмного устройства (оголовка)

Z_{оголовка} = Z_ЛНУВ - (0,3 + 0,67H_в + H_р + 0,5 + 0,3) = 83,1 - (0,3 + 0,67·0,4 + 2 + 0,5 + 0,3) = 79,732 м.

Проверка скорости около оголовка:

Неразмывающая скорость:

d - средний диаметр отложений на дне; d = 0,25 мм;

d₁₀ - наибольший диаметр отложений на дне, содержащихся в смеси не более 10%; d₁₀ = 0,18 мм;

с - максимальное количество взвешенных веществ (наносов); с = 0,71 кг/м³;

H - глубина потока у оголовка; H = 2,2 м.

= 1,02 м/с.

Так как скорость реки находится в пределах 0,67 < V_р < 1,1 м/с, что значительно меньше неразмывающей скорости, то никаких дополнительных мероприятий по укреплению русла не требуется.

Определение положения передней стенки водоприёмного колодца

Z_бк = Z_ВУВ + 1 + 0,67 H_в = 91,3 + 1+ 0,67·0,4 = 92,6 м.

Определение потерь

В приёмном отделении:

;

- сумма потерь при нормальном режиме;

h_р - потери в решётке; h_р = 0,05 м;

- потери в самотечной линии; = i•l = 111= 0,229 м.

;

- сумма потерь при аварийном режиме;

h_р - потери в решётке; h_р = 0,05 м;

- потери в самотечной линии; = i•l = = 0,429 м.

Во всасывающем отделении:

- потери в сетке при нормальном режиме.

- потери в сетке при аварийном режиме.

Определение отметок воды в колодце

В приёмном отделении:

= Z_ЛНУВ - = 83,1 - 0,279 = 82,821 м;

= Z_ЛНУВ - = 83,1 - 0,479 = 82,621 м;

= Z_ВУВ - = 91,3 - 0,279 = 91,021 м;

= Z_ВУВ - = 91,3 - 0,479 = 90,821 м.

водозаборный насосный станция самотечный

Во всасывающем отделении:

= - = 82,821 - 0,1 = 82,721 м;

=- = 82,621 - 0,2 = 82,421 м;

= - = 91,021 - 0,1 = 90,921 м;

=- = 90,821 - 0,2 = 90,621 м.

Определение диаметра трубы и расхода для промывки самотечных линий

Скорость движения воды в трубе, по которой подаётся вода на промывку, принимается в пределах 2-3 м/с. Расход воды на промывку должен быть в 1,5 раза больше расхода, проходящего по одной самотечной нитке в нормальном режиме.

м³/с.

По таблицам Шевелёва диаметр промывного трубопровода принимается 300 мм, скорость движения воды - 2,03 м/с.

Конструирование насосной станции

Подбор рабочих и резервных насосов

Насосная станция имеет I категорию надёжности. Количество насосов принимается 4 шт. - 2 рабочих и 2 резервных.

Расход воды, подаваемой насосной станцией - 0,204 м³/с.

Потребный напор насосов - 28 м.

При 2-х рабочих агрегатах производительность каждого составит 0,102 м³/с.

К установке принимаются насосы марки HS200-150-305C/292 с эл.двигателем 55 кВт.

- частота вращения 1470 об/мин.

- допустимый кавитационный запас - 2,05 м.

Определение допустимой геометрической высоты всасывания

= 10 - h_доп - (ж• = 10 - 2,05 - ( • 10 + (0,28 + 0,5 + 1,1) ) = 7,87 м

Конструирование колодца

Из расчётов конструирования колодца принимается колодец прямоугольной формы.

Колодец имеет два отделения - приемное и всасывающее, а так же примыкающий к нему машинный зал насосной станции, который находится с водозаборным колодцем на разных отметках.

Размеры водоприемного колодца определяются исходя из условия размещения насосов. Размеры всасывающего отделения определены из учета 35-кратного расхода воды (минимальный объем), забираемого из секции для запуска и стабильной работы насосов. Размер приемного отделения должен вычисляться, исходя из следующего соотношения: .

Колодец разделяется перегородкой на две части, секции водоприемного и всасывающего отделений соединяются соответствующими патрубками диаметром 300 мм, на которых устанавливаются задвижки. Предусматривается возможность опорожнения каждого отсека для ремонтных работ.

Удаление осадка из приямков производится гидроэлеватором.



Промывка сеток осуществляется специальным промывным устройством в корыте после поднятия их на уровень чистого пола.

Для монтажа-демонтажа и поднятия сеток предусматривается электрическая кран-балка (см. рис).

Проверка сооружений на всплытие

Проверка берегового колодца

В расчёте определяется величина коэффициента устойчивости з при самом высоком горизонте воды в реке и отсутствии воды в колодце.

где P - вес сооружения;

W - взвешивающее давление воды.

, кН

где V - объём колодца (по чертежу);

- плотность бетона, = 2600 кг/м³ = 2,6 т/м³.

Т.о. 10 967,6 кН.

W = F • H • g • с, кН

где F - площадь основания колодца, F 62 м²;

H - высота столба воды от отметки ЛНУВ до отметки подошвы сооружения, H = 154,7 м;

с - плотность воды.

Т.о. W = 62 • 15,47 • 9,8 • 1000 = 7633 кН

= 1,43 > 1,4 => условие выполнено.

Проверка оголовка

, кН

кН

= 2,2 > 1,4 => условие выполнено.

Зона санитарной охраны водозаборных сооружений

Зоны санитарной охраны создаются на всех водозаборах. Они обеспечивают санитарно - эпидемиологическую надежность водозаборов. Различают три пояса зоны санитарной охраны:

1 - строгого режима,

2,3 - режимы ограничения.

Граница 1 пояса зоны санитарной охраны поверхностного источника водоснабжения, включая водоподводящие каналы, устанавливаются на расстоянии:

- вверх по течению - не менее 200м,

- вниз по течению - не меньше 100 м,

- по прилегающему берегу - не менее 100 м от уреза воды при летне-осенней межени;

- в направлении к противоположному берегу - вся акватория источника и его противоположный берег шириной 50 м от уреза воды в летне-осеннюю межень при ширине источника меньше 100м.

Границы 2 пояса зоны в водотоках вверх по течению, включая притоки, принимают в зависимости от скорости течения воды, усредненной по ширине и длине водотока или на отдельных его участках, и времени протекания воды от границы пояса до водозабора в летне-осеннюю межень (95% обеспеченностью не менее 5 суток). Вниз по течению - не менее 250 м. Также включают акваторию, прилегаемую к водозабору в пределах фарватера.

Граница 3 пояса та же, что и для 2 пояса.

Территория 1 пояса должна быть специально огорожена, спланирована и оземлена. Границу акватории обозначают предупредительными знаками и буями, предусматривают сторожевую сигнализацию. Запрещается строительство, размещение жилых и общественных зданий, купание, выпас скота, рыболовство. Территорию 2 пояса запрещается загрязнять нечистотами и мусором. На территории 2 пояса должны быть организованны водоснабжение и канализация, а степень очистки сточных вод, сбрасываемых в водоем, должна отвечать требованиям Правил охраны поверхностных водоемов от загрязнения сточными водами. В пределах 2 пояса допускается купание, рыбная ловля и, по согласованию с СЭС, разрешается рубка лесов.



Список используемой литературы

Водозаборные сооружения систем коммунального водоснабжения: Учебное пособие/Изд-во "АСВ"; СПбГАСУ. М.; 1998 г. - 246с.

Монтаж систем внешнего водоснабжения и канализации/А.К.Перешивкин. 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1988. - 653 с. (Справочник строителя).

СНиП 2.04.02.-84*. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. М.: Стройиздат,1985.136 с.

Справочник проектировщика: Водоснабжение населенных мест и промышленных предприятий. М.: Стройиздат, 1984, 277 с.

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

Размещено на Allbest.ru