Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Уфимский государственный нефтяной технический университет»

Кафедра: «Водоснабжение и водоотведение»

ВОДОЗАБОРНЫЕ СООРУЖЕНИЯ ИЗ ПОВЕРХНОСТНЫХ ИСТОЧНИКОВ

Пояснительная записка к курсовому проекту

по дисциплине «Водоснабжение»

Выполнил: ст.гр.БВВ-13-01   _______________________ Габдрахманова Л.М.

подпись, дата

Руководитель:                        ______________________           Мартяшева В.А.

подпись, дата

Нормоконтроль:                   ________________________          Мартяшева В.А.

подпись, дата

Уфа 2016

Введение

    Водозаборными сооружениями, или водозабором, называют комплекс сооружений, предназначенных для забора воды из водоисточника, её предварительной очистки и подачи под необходимым напором в сеть или на очистные сооружения системы водоснабжения.

      Водозаборные сооружения должны обеспечивать бесперебойность забора воды при самых неблагоприятных гидрологических, гидравлических, термоледовых и других условиях.

    Этапы проектирования водозабора, в зависимости от местных условий состоят из:

а) выбор места забора воды;

б) разработки технологической и конструктивной схемы водозабора;

в) подбор основного и вспомогательного оборудования .

     Все виды водозаборных сооружений могут быть разделены на две группы в соответствии с видом использования природных источников:

-  сооружения для забора поверхностных вод;

-  сооружения для забора подземных вод.

     Водозаборные сооружения из поверхностных источников кроме основной задачи – обеспечения бесперебойного получения требуемого (заданного) количества воды из природного источника, выполняют также функции предварительной механической очистки забираемой воды, защиты от попадания в неё льда, а также рыбы.

1 Выбор и обоснование места расположения водозабора

    Бесперебойность работы водозабора зависит от места его расположения и конструкции сооружений, входящих в технологическую схему водозаборного узла.

    При выборе места водозабора рекомендуется учитывать следующие условия:

   - место водозабора должно находиться на устойчивом участке русла реки;

  - у места водозабора должны быть спокойные и благоприятные топографические формы берега русла без крутых косогоров;

  -  не допускается размещать водоприемники в пределах зон движения судов, и плотов, в зоне отложения и движения донных наносов, в местах зимовья и нереста рыб, на участках возможного разрушения берега, скопления плавника и водорослей, а также возникновения заторов.

     Водозабор необходимо размещать лишь в том месте, где имеется реальная возможность организации зон санитарной охраны. Место забора воды для систем питьевого водоснабжения должно находиться выше по течению реки от населённых пунктов, животноводческих ферм и комплексов, выше выпусков сточных вод, выше стоянок судов и барж.

2 Выбор и обоснование типа водозабора и его технологической схемы. Продольный профиль.

     При проектировании водозаборных сооружений необходимо установить категорию водозабора по степени обеспеченности подачи воды по СНиП 2.04.02-84 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения» табл. 11. Судя по минимальному и максимальному расходу в реке категория водозабора - Ι.

Производительность водозаборных сооружений Q_в определяется по максимальному суточному потреблению воды населенным пунктом, оно равно 1,6 м³/с. Из этого следует, что водозаборное сооружения средней производительности 1< Q_в <6 м³/с.

    Условия забора воды устанавливаются по наиболее тяжелому виду затруднений в работе водозаборных сооружений в зависимости от устойчивости берегов и ложа источника, русловых и шуголедовых режимов. Мутность равна 1,0 кг/ м³, количество шуги большое; травы, водорослей, сора и листьев небольшое, из этого следует, что условия забора воды средние.(таблица 12 [1]).

    Для правильного выбора типа водозабора по исходным данным строится продольный профиль дна и берега реки, используя исходные данные. На него наносятся все расчетные уровни воды, ледостава и ледохода.

     По профилю берега реки и дна мы определяем, что нам подходит водозабор руслового совмещенного типа. Выбираем водозабор руслового типа, так как их устраивают при пологих берегах и дне реки, когда требуемые для приёма воды глубины находятся на значительном расстоянии от берега.

Русловые водозаборы, как менее надежные, рекомендуется использовать при небольшой и средней производительности (в данном курсовом проекте производительность средняя Q_в=1,6). При этом типе водозабора в месте приёма воды из реки или канала устраивают водоприёмное сооружение – оголовок, от которого вода по самотечным водоводам поступает в русловой колодец. В курсовом проекте грунты, слагающие берег реки – это глина и

песок, поэтому принимаем насосную станцию I подъёма, совмещенную с русловым колодцем. Река судоходная.

Технологическая схема водозаборного узла из поверхностного источника состоит из следующих сооружений: русловой водоприемный оголовок, самотечных и сифонных водоводов, русловой колодец, совмещенный с насосной станцией I подъёма.

Рисунок 1-Схема руслового водозабора

     Возможность забора воды из поверхностного источника определяется по величине относительного водоотбора α:

 ;

    При α≤0,25 забор воды возможен без специальных сооружений (водоприемных ковшей, плотин, водоподводных каналов и т.д.).

3 Расчет и конструирование водозаборного сооружения

3.1 Гидравлический расчет

    Гидравлические расчеты всех элементов водозаборов (решеток, сеток, самотечных линий и т.д.) производят на два возможных эксплуатационных режима:

   -  нормальный, когда все n секций сооружения работают, при этом расчетный расход воды для каждой секции равен                

Q_р = ==0,8 м³/с;

   -  форсированный (или аварийный), когда одна из секций выключена (на ремонт, очистку и т.п.), и весь расход распределяется между работающими секциями поровну:

Q_ф = ==1,12 м³/с,

 где Q – расчетный расход воды водозабора,

        k – коэффициент допустимого временного снижения количества воды, подаваемой потребителям, принимается в пределах  0,7…1,0.

        n- количество секций сооружения.

3.2 Расчет водоприемных отверстий и сороудерживающих решеток

    Площадь водоприемного отверстия одной секции определяется: 

,

 где Ω_бр – площадь водоприемного отверстия одной секции, м²;

       v_вт  - скорость втекания в водоприемные отверстия, м/с, отнесенная к их сечению в свету, с учетом рыбозащиты,в водотоках со скоростями свыше 0,4 м/с допустимая скорость втекания – 0,25 м/с;

       Q_р – расчетный расход одной секции, м³/с;

       1.25 – коэффициент, учитывающий засорение отверстий;

        k_ст  - коэффициент, учитывающий стеснение отверстий стержнями решеток, принимаемый

k_ст =,

 где а_ст  - расстояние между стержнями в свету (5.0-10.0 см);

       с_ст – толщина стержней (0.6-1.0 см).

k_ст ==1,12,

=4,48 м²;

     Так как мутность воды в источнике составляет 1,0 кг/м³,условия забора воды средние и средняя производительность, принимаем к проектированию оголовок  с трубчатой вихревой камерой конструкции ВНИИВодгео.

Рисунок 2 - Водоприемник с вихревой камерой конструкции ВНИИВодгео:

1 - сороудерживающая решетка на водоприемном отверстии; 2-подрешетчатая камера; 3 - вихревая камера; 4 - входная щель; 5- струенаправляющий патрубок; 6 - струенаправляющий козырек.

Достоинства: обеспечивает небольшие одинаковые по всей длине входного отверстия скорости входа воды в оголовок, может работать при шуге, хорошо промывается.

Недостатки: сложный в исполнении, недоступный для осмотра, требует устройства рыбозаградителей.

       Размеры водоприемных окон оголовков принимаются конструктивно в соответствии с расчетной площадью. Основание водоприемника заглубляют на 1,0…1,5м ниже дна реки для защиты от подмыва. Пространство между стенками водоприемника и откосами выемки заполняют камнем. При размываемых грунтах предусматривают укрепление дна вокруг водоприемника. Согласно п.5.96 СНиП низ водоприемных отверстий должен быть расположен не менее на 0,5 м выше дна водоема или водотока, верх водоприемных отверстий или затопленных сооружений не менее чем на 0,2 м ниже кромки льда.

Проектная высота расположения входных окон определяется для летнего и зимнего периодов. Проектная высота водоприемных окон водозабора может быть принята как наименьшее из двух значений :

Н_ок^з = Н_и^з -0,9h_л -0,7,

Н_ок^л= Н_и^л –h_в -0,8,

где Н_ок -проектная высота водоприемного окна, м;

Н_ок^з   -расчетная глубина источника зимняя, м;

Н_ок^л  - расчетная глубина источника летняя, м;

0,9 – коэффициент, характеризующий плотность льда и глубину его погружения в воду;

h_л-расчетная толщина льда, м;

h_в- высота полуволны, м.

Н_и^з=НЗУВ-z_дна=70,8-65=5,8 м,

Н_и^л= УНВ-z_дна=70-65=5 м,

h_в==0,4 м,

Н_ок^з=5,8-0,9 0,8-0,7=4,38 м,

Н_ок^л=5-0,4-0,8=3,8 м.

   Приемное окно будем перекрывать стандартными решетками размером 2000×2500 мм.  (Таблица 7[2])

Таблица 1 – Технические характеристики сороудерживающей решетки

Размеры водоприем ного отверстия,         мм	Площадь окна,м2	Размеры решетки,мм							Масса, кг
		H	H1	H2	h	h1	L	L1
2000×2500	4,16	2866	2616	2500	140	80	2120	2000	582

Рисунок 3– Решетка съемная для входных окон

3.3 Расчет сеток

     Основное назначение сеток – предварительная очистка воды источника от взвеси и планктона, прошедших через сороудерживающие решетки сооружения.

     Согласно справочнику выбор типа сеток следует производить с учетом особенностей водоема и производительности водозабора.

     В данном курсовом проекте используем стационарно вращающиеся сетки, характерные для водозаборов производительностью более 1м³/с ,а также на водозаборах меньшей производительности при значительном загрязнении воды.

Используем лобовой подвод воды , которая характерна для водозаборов средней производительности на достаточно загрязненных плавающим сором источниках и при большом наличии шуги и внутриводного льда. В этом случае передним полотном сетки при его перемещении вверх извлекается из воды шуга и внутриводный лед.

Расчётная площадь вращающейся сетки определяется по формуле:

;

где  k₁ – коэффициент. учитывающий стеснене потока через полотно сетки и определяемый по формуле:

где а –размер ячейки в свету (0.2-0.3) см,

k₂ – коэффициент учитывающий степень загрязнений, k₂=1,2,

 D- толщина проволоки, принимается равной 0,1; 0,12 см,

   k₃– коэффициент, учитывающий уменьшение площади сетки опрными роликами и шарнирами, k₃=1,3.

м² .

Рисунок 4 - Схема расчета вращающейся сетки

Габариты вращающихся сеток принимаются по таблице 7.21 [3]

Таблица2 Технические данные вращающихся сеток

Тип сетки	Производительность, м3/с	Ширина полотна, м	Скорость движения полотна, м/мин	Мощность электродвигателей, кВт
С лобовым подводом воды : Каркасного типа, конструкция Водоканал-проекта конструкции Гидростальпроекта	1,3-1,7	1,84-2,24	4	2

Глубина погружения вращающейся сетки под аварийный уровень и ее общая высота определяется по следующим формулам:

- с лобовым подводом воды:     

h ===4,368 м ,

где В – ширина полотна сетки, м.

Общая глубина погружения сетки рассчитывается по формуле :

Н=h+h₁+h₂+1+0,25=1,15+2,695+1,2+1+0,25=6,295 м.

где  h- 1150 мм;

h₁ – величина заданного для данного источника колебания уровня,1200 мм;

      h₂ – высота агрегата сетки (расстояние от оси верхней звездочки до пола, на котором устанавливается приводной механизм сетки),2695 м.

3.4 Расчёт самотечных трубопроводов

     Диаметр самотечных труб определяется при УНВ по расходу при нормальном режиме работы водозабора и по скорости движения воды 0.7…2.0 м/с (Таблица 14 [1]).Скорость движения воды в самотечных трубопроводах принимается не менее скорости течения воды в реке при УНВ. Количество самотечных водоводов должно быть не менее двух. При укладке самотечных водоводов путём опускания под воду применяют стальные трубы с усиленной изоляцией.

     Водоводы заглубляются под дно реки не менее, чем на 0,8-1,5м на судоходных для защиты от подмыва речным потоком, истирания песком, повреждения якорями судов и плотов. Водоводы не должны иметь резких поворотов, сужений, расширений. Могут укладываться горизонтально, с прямым и обратным уклоном.

Диаметр трубопровода:

0,824м,

где  Q_р - расчётный расход одной секции, равный 0,8 м³/с;

         V_расч - расчётная скорость.

Принимаем по сортаменту труб d_факт =800 мм.

Фактическая скорость:

1,6 м/с.

    Фактически скорость в самотечных трубах должна отвечать двум условиям:

а) должна быть больше критической, т. е. скорости, при которой не происходит заиливание труб, транспортируемыми наносами:

V_ф >V_кр,

 =1,406

где: r –количество наносов, кг/м³;

        w – средневзвешенная гидравлическая крупность, м/с;    

        d - диаметр водовода, м;

        u – скорость выпадения частиц взвеси в потоке, м/с;

 =0,112

        g – ускорение свободного падения, м/с² .

При I и II категории надёжности самотечные водоводы проверяем на пропуск 70% расчётного расхода при аварийной ситуации.

   Найдем скорость в трубопроводе при аварийном режиме:

2,23 м/с

      Условие V_ф >V_кр выполняется, т.к. 1,6>1,406.

б) должна быть больше скорости захватывания в трубе наносов крупностью D, м

,

где A – параметр, принимаемый равным 7.5-10.0;

 d – диаметр частиц взвеси, м, (таблице 7.18 [3]),

Условие выполняется .

3.5 Расчёт всасывающих трубопроводов

Диаметр всасывающих трубопроводов определяется по формуле:      

                                             = 0,824

где Q_р - расчётный расход воды по одному трубопроводу, м³/сут;

       V_расч - расчётная скорость, м/с, (таблица 33 [1]).

    Принимаем по сортаменту труб d_факт =800 мм.

Фактическая скорость в трубопроводе рассчитывается по формуле:

.=1,6 м/с.

Расширительная воронка  не устанавливается тк d=800 .

3.6 Расчёт напорных трубопроводов

Диаметр напорных трубопроводов рекомендуется выбирать на один сортамент ниже всасывающих трубопроводов.

Диаметр напорных трубопроводов рассчитывают по формуле:  

м,

где Q - расчётный расход воды по одному трубопроводу, м³/с;

       V_расч - расчётная скорость, м/с, (таблица 33 [1]).

Принимаем по сортаменту труб d_факт =600 мм.

Фактическая скорость в трубопроводе рассчитывается по формуле:

=2,83 м/с

3.7 Определение уровней воды в камерах водоприемника и отметки оси насосов НС первого подъема

В приемном отделении колодца отметки наинизшего () и

наивысшего () уровней воды определятся следующим образом:

При нормальном режиме:                                  При аварийном режиме:

= -  ,                                                 =  - _ав ,

= -  ,                                              =  -  _ав,

где  - минимальный уровень воды в источнике при различных режимах;

   ∑h -  общие потери напора, м,

-  сумма потерь при аварийном режиме, м ,.

Для приемных отверстий с решетками общие потери напора рассчитывается по формуле:

∑h=h_p +h_тр +h_мс,

где  h_p-потери напора в сороудерживающей решетке, при нормальном режиме 0,005м, при аварийном режиме 0,1 м

          h_тр – потери напора по длине трубопровода L (L определяется графически по приложению А), м;

       h_мс - потери напора на местных сопротивлениях, м;

h_тр =i×L=0,003×120=0,36 м;

где  L- длина самотечных линий, равна 120 м;

       i - гидравлический уклон, i=0,003.

=0,18 м,

где  v- скорость движения воды в самотечных трубопроводах, м/с;

      - сумма коэффициентов местных сопротивлений (таблица 7.19 [3])          В сумму потерь   напора на местные сопротивления входят потери напора на поворот трубы ζ=0,5, на задвижку открытую ζ=0,4, на вход в трубу ζ=0,5.

.

∑h=0.05 +0.36 +0.18=0,59 м,

=70-0,59=69,41 м

         =79-0,59=78,41 м

  Во всасывающем отделении отметки уровней воды будут меньше, чем в приемном отделении на величину потерь напора в сетке, которые принимаются для нормального режима 0,1 м; для аварийного 0,2 м.

               =  -0,1=69,41-0,1=69,31 м                                           

          =  -0,1=78,41-0,1=78,31м      

Для приемных отверстий с решетками потери напора при аварийном режиме рассчитывается по формуле:

∑= +  +

=i∙L=0,004∙120=0,48 м

где i=0,004

=м

∑=0.1+0.48+0.18=0.76 м

=70-0,76=69,24 м,

=69,24-0,2=69,04 м,

=79-0,76=78,24 м,

=78,24-0,2=78,04 м.

Отметка оси насоса определяется при аварийном режиме для самого низкого уровня воды во всасывающем отделении при УНВ в реке.

Наивысшая допустимая отметка оси насоса может быть определена по формуле:

Z_он= +- - - h_зап,

где  – отметка минимального уровня воды во всасывающем отделении при аварийном режиме, м;

 - допускаемая вакуумметрическая высота всасывания насоса, определяемая по техническим характеристикам насоса, м;

=10-4=6 м,

  - допустимый кавитационный запас, равный 4 м( табл. 6.2 [4])

 - потери напора при движении воды в сооружениях от водоприемных отверстий до насоса (во всасывающем трубопроводе), м;

- величина потерь динамического напора во всасывающем патрубке насоса, м;

  h_зап – величина запаса, принимается равной 0,5…1,5 м.

=0,28

где Q_тр – расчетный расход по трубопроводу, =0,8м³/с;

       l – длина всасывающего водовода,=120 м;

        d – расчетный диаметр всасывающего трубопровода, 0,8м;

        k, n, p – коэффициенты, которые следует принимать согласно таблице 2 приложения 10 [1]: k=0.00118; n=1.85; p=4.89.

z_он=69,04+6-0,28-1,125-1,5=72,135 м.

3.8 Определение отметок отдельных конструкций оборудования в приемнике

 Отметки отдельных конструкций оборудования в береговом колодце принимаются конструктивно:

-отметка пола наземной части берегового колодца:

                                                   Z_пола=УВВ+(0,5…1,0);                             

Z_пола= 79+0,5= 79,5 м.

- отметка выхода самотечной трубы в приемное отделение определяется по следующей формуле:

Z_с.тр=  Z_пр^ав-0,3=69,24-0,3=68,94 м.

  - отметка верхней кромки рабочей части полотна сетки должна быть ниже наименьшего уровня воды во всасывающем отделении колодца:

Z_с1 = Z_{вс min} - (0.1…0.2),

Z_с1 =69,04-0,14=68,9м;

- отметка нижней кромки рабочей части полотна сетки:

Z_с2 = Z_с1-H_{с ,}

где H_с – высота рабочей части полотна, м;

Z_с2 =68,9-  2,695 =66,205 м;

-         отметка дна всасывающего отделения водозабора:

Z_дна= Z_с2 – h – 0,5=66,205-

где h - расстояние от оси барабана до порожка, приведенное в технических характеристиках сетки, м;

        0,5 – высота порожка за стенкой, м;

- отметки осей верхнего и нижнего барабанов вращающейся сетки:

Z _{δ 1} = Z_УВВ +c +δ +A

Z _δ2 = Z_УНВ -H_с-0,5Д₂,

где с – превышение перекрытия водозабора над расчетным максимальным уровнем воды в источнике, принимаемое равным 1.0; 0.8; и 0.5 м для водозаборов I, II и III категории надежности забора воды;

        δ – толщина плиты перекрытия водозабора, принимается равной 0.2-0.3 м;

        А – высота расположения оси верхнего барабана (звездочки) сетки над верхней плоскостью перекрытия (над полом сеточного помещения), принимается 0.8…1.2 м в зависимости от типа сетки;

        Д₂  – диаметр нижнего барабана вращающейся сетки (для плоских сеток Д₂=0).

При вычислении отметок отдельных конструкций и оборудования водозаборов приведенные цифровые значения могут быть изменены в зависимости от конкретных условий размещения оборудования, при этом необходимо учитывать, что высота приемной секции по вертикали от выхода самотечных труб (Z_{с. тр}.)  до дна колодца (Z_д) должна быть не менее 1.0 м из условия накопления выпадающих в осадок взвешенных частиц, захваченных водоприемником из источника.

где с – превышение перекрытия водозабора над расчетным максимальным уровнем воды в источнике, принимаемое равным 1.0; 0.8; и 0.5 м для водозаборов I, II и III категории надежности забора воды;

δ – толщина перекрытия водозабора, принимается равной 0.2-0.3 м;

А – высота расположения оси верхнего барабана (звездочки) сетки над верхней плоскостью перекрытия (над полом сеточного помещения), принимается 0.8…1.2 м в зависимости от типа сетки.