Гидравлический расчет самотечной линии

Московский Государственный Строительный Университет

Кафедра водоснабжения

Курсовой проект водозаборного сооружения на реке Томь

Выполнил студент

Факультета ВиВ

Курса 4

Группы 4

Преснов В.А.

Консультант:

Профессор Витрешко И.А.

Москва 2005 г.

1. Данные для проектирования

Общие данные:

1. Источник водоснабжения — река Томь

2. Расчетный расход воды — 0,6 м³/с

3. Заданная пьезометрическая отметка воды в конечной точке водоводов— 77м

4. Длина напорных водоводов— 460м

5. Число напорных водоводов— 2

6. Требуемая обеспеченность водоподачи— 95%

Данные по рекам:

1. Расход воды: минимальный 50 м³/с максимальный 500 м³/с

2. Горизонт воды: минимальный летний 9 м минимальный зимний 8 м минимальный ледохода 10 м максимальный половодья 20 м максимальный ледохода 19 м

3. Использование реки: для водоснабжения

Общие данные для поверхностных источников:

1. Толщина льда 0,8 м

2. Наличие и характер шуго-ледовых условий: ежегодно

3. Максимальная мутность воды: в половодье 1,4 кг/м³ в межень 0,3 кг/м³

4. Средний диаметр частиц взвеси: 1мм

5. Длина рыбы, которая в соответствии с заданием не должна попадать в водоприемные сооружения 20мм

2. Введение

Целью данного курсового проекта является проектирование водозаборного сооружения на реке Томь, которая подлежит использованию для водоснабжения с расходом воды от 50 до 500 м³/c. Выбор берега, на котором следует запроектировать водозаборное сооружение определяется месторасположением потребителя. Потребитель располагается на правом берегу реки. Проектируя наше водозаборное сооружение, помимо гидравлических характеристик реки и плана местности, мы также учитываем экономические показатели.

В пределах меандры на наиболее крутом участке берега выбирается створ водозаборного узла. Он вынесен на лист курсового проекта плана участка реки Томь в М 1:1000. По выбранному створу построен профиль правого берега в М_Г 1:200 и М_В 1:200, на профиле показаны характерные уровни воды в реке.

3. Выбор типа водозаборного сооружения

На крутых берегах целесообразно проектировать береговые сооружения, а на пологих русловые. В данном случае имеет место пологий берег, следовательно целесообразно запроектировать русловое водозаборное сооружение. В русло реки выносится оголовок, который соединяется самотечными линиями с береговым колодцем, расположенном на берегу. Поскольку мы имеем водозаборные сооружения, рассчитанные на малую производительность (Q=0,6 м³/с) и без залегания плывунов и скальных пород в створе, то принимаем, что оголовок с береговым колодцем можно соединить самотечными линиями.

Вывод: необходимо запроектировать русловое водозаборное сооружение, в состав которого входят: оголовок, самотечные линии и береговой колодец.

4. Выбор компоновки водозаборного узла

Оголовок следует размещать на отметке дна реки обеспечивающей бесперебойный отбор воды из источника. На водозаборных сооружениях малой производительности слой воды над оголовком должен быть 0,3 м.

Порог между дном и низом водоприемных окон оголовка должен быть не менее 1м. В данном проекте порог принимается равным 1м.

. Высота водоприемных окон проектируется для водозаборных сооружений в зависимости от их производительности. Для расчетной производительности Q=0,6 м³/с подбираем водоприемник с высотой водоприемного окна h=1,4 м.

h₁ — толщина льда под уровнем воды, м

Г_л — плотность льда, Г_л=0,9 г/м³

А — толщина льда в реке, А=0,8 м (по заданию).

h1 = 0,9*0,8 = 0,72 м.

Б — отметка нижней кромки льда, м.

H_З — горизонт минимальной (зимней) межени, H_З=8,0 м (по заданию).

Б=Нз-h₁.

Вычисляем отметку нижней кромки льда:

Б=8-0,72=7,28 м.

Нд – отметка дна в месте расположения оголовка

Нд = Нз-(h1+h2+h3+h4)

h₁ — толщина льда над уровнем воды, h₁=0,72 м.

h₂ — слой воды над оголовком до нижней кромки льда, h₂=0,3 м.

h₃ — высота водоприемных окон, h₃=1,4 м.

h₄ — высота порога между дном и низом водоприемных окон, h₄=1 м.

Нд = 8-(0,72+0,3+1,4+1) =4,58 м.

Следовательно, оголовок располагаем на изобате Нд =4,58 м.

Определяем отметку земли у берегового колодца. На водозаборных сооружениях малой производительности береговой колодец должен располагаться на 1 м выше горизонта половодья при p=95% обеспеченности.

H_Б — отметка земли у берегового колодца, м;

В — горизонт половодья, В=20 м (по заданию).

Г — 1 м. – превышение.

В нашем случае береговой колодец должен располагаться на отметке: H_Б=20+1=21 м.

5. Выбор конструктивных форм водозаборного узла

Выбор конструкции оголовка зависит от:

1. хозяйственного назначения реки;

2. производительности водозаборного сооружения;

3. используемые для молевого лесосплава;

4. используемые для лесосплава плотами;

5. используемые для судоходства.

На несудоходных реках проектируются раструбные оголовки. На реках, используемых для молевого лесосплава - ряжевые и деревянные оголовки. На судоходных и лесосплавных плотами реках предусматривают установку бетонных, железобетонных и массивных стальных оголовков.

На водозаборных сооружениях малой производительности проектируются раструбные оголовки; средней производительности — ряжевые, бетонные и железобетонные оголовки; большой производительности — стальные массивные, железобетонные и досчатые оголовки. Кроме того, выбирается решение гидравлической схемы оголовка и его форма в плане. Гидравлическая схема обуславливается производительностью, функциональным назначением и условиями экологического равновесия в водоеме, форма оголовка в плане определяется гидрологическими условиями реки. Оголовки малой производительности проектируются раструбного типа: с «вихревой камерой», конфузорного типа; щелевые; галерейные; круглые и др. типы оголовков. Большой производительности: щелевые; галерейные и др. типы.

По функциональному назначению и условиям экологического равновесия в водоеме оголовки бывают с равномерными скоростями отбора воды вдоль водозаборного фронта и неравномерными скоростями отбора воды. По гидрологическим условиям оголовки проектируются обтекаемой и не обтекаемой формы в плане.

Береговой колодец может проектироваться совмещенным с насосной станцией первого подъема и с расположенной в отдельном здании насосной станцией. Раздельная схема допустима только на водозаборных сооружениях малой производительности.

В данном проекте целесообразно запроектировать насосную станцию с насосами марки Д.

Итак, в курсовом проекте разрабатывается водозаборное сооружение малой производительности руслового типа с раструбным оголовком, соединенным самотечной линией с береговым колодцем, совмещенным с насосной станцией первого подъема.

6. Гидравлические расчеты, определяющие размеры сооружения

Гидравлический расчет раструбного оголовка

S — площадь водоприемных окон, м².

1,25 — коэффициент стеснения площади окон;

Q_p — расчетный расход водоприемного оголовка, Q_Р=0,6 м³/с;

k — коэффициент стеснения живого сечения стержнями решетки (коэффициент сжатия струи):

, где:

c — диаметр стержня решетки, c=1 см;

a — расстояние между стержнями, a=5 см;

V_вх — скорость входа в водоприемные окна, V_вх =0,15 м/с.

k=(5+1)/5=1,2 – коэффициент сжатия струи

1,25 — коэффициент стеснения площади окон

S — общая фактическая площадь водоприемных окон, м².

S=(1,25*Q_рав*k)/V_вх=1,25*0,6*1,2/0,15=6 м².

Количество водоприёмных окон в оголовке N=2

Площадь одного водоприёмного окна w₁=6/2=3 м².

Принимаем размер окна 1,4м*2,2м. Тогда площадь одного окна равна 3,08 м² ,а общая площадь водоприемных окон 6,16 м².

Фактическая скорость отбора воды в реке при 2 окнах:

V_вх.ф.=(1,25*0,6*1,2)/6,16=0,146 м/c.

Назначая число и определяя размеры решеток следует учитывать глубину воды в месте расположения водоприёмника и его конструкцию. Рассчитаем потери напора в решетках:

h_p=(k_p*V²_вх.ф.)/(2*g), где k_p - коэффициент сопротивления решетки

По формуле Кришмера:

k_p =b*(a+c) ^1,33*sina

b – коэффициент, зависящий от формы стержня решетки. Для круглого стержня b=1,79

a - угол подхода воды к решетке

При расположении оголовка навстречу потоку a =90°

а= 1см -диаметр стержня решетки

с=10 см - расстояние между стержнями.

Коэффициент сопротивления решетки: k_p=1,79*(5+1)^1,33*sin90°=19,39

g=9,81 м/c² - ускорение свободного падения.

При нормальной работе оголовка рассчитаем потери напора в решетках:

h_p=(19,39*0,2²)/(2*9,81)=0,021 м.

При аварии через одну секцию водозаборного сооружения проходит

Q_{p ав}=0,7 Q_p=0,7*0,6=0,42 м³/c.

V_входа- скорость отбора воды в решетках, м/c.

V_входа=(1,25*0,7 Q_p*k)/ w₁

k=1,2 – коэффициент сжатия струи стержнями решетки

При известных значениях скорость отбора воды в решетках составит:

V_входа=(1,25*0,7*0,6*1,2)/3,08=0,2 м/c.

h_ра- потери напора в решетках в аварийном режиме работы водозаборного сооружения.

h_ра= (k_p*V²_входа)/2g

Подставив в формулу значения, определяем потери напора в решетках в аварийном режиме работы водозаборного сооружения:

h_ра=(19,39*0,2²)/(2*9,81)=0,04 м.

Потери напора в коллекторе раструбного оголовка должны определяться по формуле для определения скоростного напора на выходе из оголовка. Поэтому сначала необходимо определить диаметр самотечной линии, в которую втекает вода из оголовка.

R_c=((0,5*Q_p)/(V_c*p))^1/2

V_c =1,5 – принятая скорость в самотечной линии.

R_c=((0,5*0,6)/(1,5*3,14))^1/2=0,25 м

Диаметр самотечной линии: D_c=2*R_c=2*0,25=0,5 м

Скорость в самотечной линии при аварийном режиме, м/c.

V_cа=(0,7*Q_p)/(p*R_c²)=(0,7*0,6)/(3,14*0,25²)=2,14 м/c.

Потери напора в коллекторе оголовка при нормальном режиме работы водозаборного сооружения:

h_к=V_к²/(2*g)=1,5²/(2*9,81)=0,115 м.

V_ка=2,14м/с – скорость в коллекторе при аварийном режиме работы.

Потери напора при аварийном режиме:

h_ка=V²_ка/(2*g)=2,14/(2*9,81)=0,233 м

Суммарные потери напора в оголовке при нормальном режиме:

S_hо=h_p+h_к=0,021+0,115=0,136 м

Суммарные потери в оголовке при аварийном режиме работы:

S_hоа= h_pа+h_ка=0,04+0,233=0,273 м.

Гидравлический расчет самотечной линии

Длина самотечной линии по плану и по профилю равна 96 м. По величине расчетного расхода секции подбираем d, V, i и определяем потери напора по длине самотечной линии при нормальном режиме работы.

Q_р/2=0,6/2=0,3 м³/с.

d=500 мм; V=1,43 м/с; i=0,0052.

(данные подбираем по таблице Шевелева)

hl — потери по длине самотечной линии при нормальном режиме, м:

hl=i*l=0.0052*96=0,598 м

h_l.ав. — потери напора по длине самотечной линии при аварийном режиме работы, м

hlав=i*l

1 — 100%

Q_ав — 70 % => Q_ав=0,42 (м³/с);

V_ав=2,01 (м/с);

d=500 мм;

i=0,0102

h_ав=0,0102*96=1,173 м

Определяем потери напора на местные сопротивления:

h_мест=(Σξ* V_c²/(2*g)

Σξ- сумма коэффициентов местных сопротивлений

Σξ=1+1+0,2=2,2

При нормальном режиме работы: h_мест=(2,2* 1,5²/(2*9,81)=0,252 м

При аварийном режиме работы: h_{мест.ав}=(2,2* 2,14²/(2*9,81)=0,513 м

Суммарные потери напора в самотечной линии при нормальном режиме работы: Σh_с=h_с+h_мест=0,598+0,252=0,85 м

Суммарные потери напора в самотечной линии при аварийном режиме работы: Σh_с=h_с+h_мест=1,173+0,513=1,686 м

Расчет уровня воды в первом водоприемно-сеточном отделении берегового колодца

Определяем потери напора по пути движения воды из реки через оголовок и самотечную линию в береговой колодец при нормальном режиме работы, Е:

Е=0,136+0,85=0,986 м

Аналогично определяем потери напора по пути движения воды при аварийном режиме работы:

Еав=0,273+1,686=1,959 м

Ñ₁= Ñ ГП - Е =20-0,986=19,014 м

Ñ₂= Ñ ГЛ - Е =9-0,986=8,014 м

Ñ₃= Ñ ГЗ - Е =8-0,986=7,014 м

Ñ₄= Ñ ГП - Еав =20-1,959=18,041 м

Ñ₅= Ñ ГЛ- Еав =9-1,959=7,041 м

Абсолютный минимум воды в первом водоприёмно – сеточном отделении:

Ñ₆= Ñ ГЗ - Еав =8-1,959=6,041 м

Ñ ГП – отметка горизонта половодья

Ñ ГЛ – отметка минимального летнего горизонта воды (горизонт летней межени)

Ñ ГЗ – отметка минимального зимнего горизонта воды (горизонт зимней межени)

Расчет сеток

В данном курсовом проекте на водозаборных сооружениях проектируются плоские сетки.

Для расчета общей площади водоприёмных сеток применяют формулу

K_c=(a+d)²/a²=(1+1)²/1²=4 – коэффициент сжатия струи

а – расстояние между проволоками, а = 1 мм

d – диаметр проволоки, d =1 мм

Q_р=0,6 м/c- расчетный расход водоприёмного окна

K_c=4 – коэффициент сжатия струи

V_c=0,2…0,4 м/c – скорость входа в сетки (для плоских сеток)

Площадь водоприёмных сеток:

S_c=(1,25 *Q_р* K_c)/ V_c=(1,25*0,6*4)/0,3=10 м²

Применяем плоские сетки 1 X 5 м

W_c=5 м²- площадь одной сетки

n- общее число сеток в водозаборном сооружении, шт:

n= S_c/W_c=10/5=2 шт

Поскольку водозаборное сооружение имеет две секции (число сеток должно быть четным), то на каждую секцию берегового колодца приходится по 1 сетке.

S_cф =10 м² — площадь 2-х сеток

Фактическая скорость прохождения воды через плоские сетки, м/c:

V_cф =(1,25 *Q_р* K_c)/ S_cф =1,25*0,6*4/10=0,3 м/c

В аварийном режиме работы сетки поднимаются и вода проходит к насосам минуя сетки. Поэтому расчет скорости прохождения воды через сетки в аварийном режиме работы не требуется.

Потери напора в сетках

h_c=( K_cc* V²_cф)/(2*g)

Коэффициент сопротивления сетки:

K_cc=(92-78*m)/Re_c

m =d/t=1/1=1

d=1мм; t=1 мм; h_c=1 м; n=0,02

Число Рейнольдса сетки:

Re_c=V²_cф* h_c/n=0,3²*1/0,02=4,5

Расчетное значение коэффициента сопротивления составит:

K_cc=(92-78*1)/4,5=3,11

Потери напора в сетках

h_c=(3,11*0,3²)/(2*9,81) = 0,048 м

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: