9. Гидравлический расчет элементов водозабора

9.1. Русловой водоприемный оголовок

Река Вологда судоходна, по ней происходит сплав леса, условия забора воды – средние, производительность водозабора малая, большой объем шуги.

Оголовок с трубчатой вихревой камерой применяют на реках со средними и тяжелыми природными условиями забора воды для малой и средней производительности водозаборов.

Водоприемники с вихревыми камерами выполняют из металла или железобетона. Железобетонные - на судоходных и лесосплавных реках. Водоприемники могут быть расположены вдоль или поперек потока. Расположение решеток окон может быть наклонным или горизонтальным. Принимается наклонное положение решеток из-за большого объема шуги.

Обеспечивает небольшие одинаковые по всей длине входного отверстия скорости входа воды в оголовок, может работать при наличии шуги, хорошо промывается. Сложный в использовании, недоступный для осмотра, требует устройства рыбозаградителей.

Для уменьшения засорения входные отверстия закрывают решетками.

Применение данного вида водоприемного оголовка позволяет обеспечивать равномерность забора воды, устраивать водозаборы с большой площадью, тем самым уменьшая входные скорости до 0,03-0,1 м/с, что помогает при борьбе с шугой и предотвращает захват рыбы.

Размеры водоприемных окон оголовков принимаются в соответствии с расчетной площадью сечения. Основание водоприемника заглубляют на 1,0-1,5 м ниже дна реки для защиты от подмыва. Пространство между стенками водоприемника и откосами выемки выполняют камнем. При размываемых фундаментах предусматривают укрепление дна вокруг водоприемника. Водоприемнику придают обтекаемую форму.

Принимаем 2 секции в одном створе. При малой глубине реки (1,5 м) проектируем водозаборный ковш, создание которого позволяет увеличить глубину реки в месте забора воды. Принимаем глубину ковша 1,5 м.

Определение площади водоприемных окон:

,

где К_ст – коэффициент, учитывающий стеснение отверстий стержнями решеток; Q_с – расчетный расход одной секции; V_вт – скорость втекания воды в водоприемные отверстия (м/с); 1,25 – коэффициент, учитывающий засорение решетки.

Скорость втекания:

Река Вологда имеет рыбохозяйственное значение и расчетная скорость реки – 0,8 м/с. Исходя из этих условий, принимаем скорость втекания равной 0,2 м/с.

Коэффициент стеснения отверстий:

,

где а – расстояние между стержнями решеток по свету (50-100 мм), D – толщина стержней (6-10 мм).

Расчетный расход одной секции:

Q_c = ,

где Q – производительность водозабора (забираемый расход), n – количество секций водоприемника.

Q_c = 0,15 м³/с

Площадь водоприемного окна:

=1,125 м²

По полученной площади принимают стандартную решетку 1000x1200, представляющую собой металлическую раму (из уголков и швеллеров) с металлическими вертикальными стержням.

Размеры входных отверстий принимаются конструктивно с учетом стандартных размеров решеток. Принятые решетки проверяются на скорость движения воды на случай отключения при аварии одной линии самотечных труб, приняв расход по одной линии 0,7Q_c м³/c.

= 0,14 м/с

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

Скорость движения воды в самотечных трубах принимается не менее скорости течения реки. Скорость течения реки 0,8 м/с, примем скорость течения в самотечных трубах 0,9 м/с. (V_сам)

Наибольший диаметр в конце вихревой камеры:

D_max = ,

где V_max – наибольшая скорость течения в конце камеры, V_max = 0,95 м/с; Q_с - расход, проходящий через 1 секцию.

D_max = = 0,4 м.

Площадь входной щели в вихревой камере определяется по формуле:

= 0,166 м²

Длина вихревой камеры:

L = 7∙ D_max

L = 7∙ 0,4 = 2,8 м.

Размеры водоприемного оголовка:

Размеры оголовка определяются конструктивно исходя из условий положения водоприемных окон и их площади. Длина водоприемного оголовка определяется длиной решеток и наличием припусков между окнами и боковыми поверхностями оголовка. Длина решетки 1,1 м, припуски 0,5 м. Длина оголовка 3,7 м.

Ширина определяется длиной вихревой камеры: L = 2,8 м.

Высота оголовка вычисляется при совокупности условий:

1. Учитывается заглубление оголовка в грунт, для предотвращения подмыва h, м.

(h = 1,2 м)

2. Для предотвращения попадания донных наносов в водозабор нижнюю кромку водоприемных окон следует располагать на 0,5 м выше дна русла водоисточника.

3. Учитывается высота решетки (H = 1,2 м).

4. На судоходных реках верх оголовка должен быть ниже нижнего уровня воды на 0,8 м.

Исходя из этих условий, высота оголовка равняется 3,4 м.