Определение основных размеров отстойника.

Основной задачей при проектировании отстойника является определение размеров рабочей части камер (глубины, ширины и длины), в которых происходит осаждение наносов. Размеры и формы других элементов отстойника определяются исходя из этих размеров.

 

Глубина и ширина отстойника.

Площадь живого сечения отстойника определяется по расходу ГЭС Q и горизонтальной скорости потока v (принимается в пределах 0,2-0,5 ) из:

,

Наивыгоднейшая расчетная глубина отстойника определяется на основании технико-экономического сравнения вариантов, так как от глубины зависят ширина и рабочая длина камер отстойника: с уменьшением ширина, а следовательно, и число камер отстойника увеличиваются, а рабочая длина уменьшается и наоборот. Расчетная глубина составляет обычно 3-5,5 м и при значительных расходах достигает 6-8м.

В отстойниках с камерами периодического действия предусматривается мертвый объем высотой для отложения наносов. Высота ориентировочно принимается равной 20-25% полной глубины воды в отстойнике и уточняется на основании расчетов допустимой (удобной для эксплуатации) продолжительности заполнения наносами мертвого объема отстойника.

Определение длины рабочей части отстойника с учетом осредненной пульсационной вертикальной компоненты скорости. Рабочая длина камер отстойника должна быть достаточной для выпадения наиболее мелких, но еще опасных для турбин наносов (наносов расчетной крупности), находившихся у поверхности воды в начале рабочей части отстойника. Для отстойников с камерами периодического действия предполагается, что мертвый объем полностью занесен наносами. В соответствии с этим время выпадения наносов с расчетной гидравлической крупностью w принимается равным времени их осаждения на рабочую глубину отстойника в неподвижной воде, т.е. . Тогда длина рабочей части отстойника без учета турбулентности потока при горизонтальной скорости v равняется:

.

В методе послойного расчета осаждения наносов в отстойнике, разработанном И.Е.Михайловым, рассматривается распределение наносов непосредственно на дне при их осаждении. Этот метод основан на физической сущности процесса расчета отстойника, он позволяет учитывать реальное распределение наносов по глубине потока и при известном законе распределения наносов на дне (после их осаждения) с достаточной точностью определить необходимую длину камер отстойника.

 

Расчет отстойника с камерами периодического действия.

Исходные данные:

Рабочий объем отстойника: ;

Расчетная мутность потока (расход взвешенных наносов 5487,7 ;

Фракционный состав взвешенных наносов:

 

Крупность, мм	Процентное содержание,%	Расход наносов,	Мутность,
<0,05	46,6		12,77
0,05-0,25	25,1		6,88
0,25-0,5	13,4		3,67
0,5-1,0	11,1		3,04
>1,0	3,8		1,04

 

Уклон дна отстойника =0,02;

Разность уровней в верхнем и нижнем бьефах z=430,8 м.

Расчет ведется на осаждение опасных фракций 1, 2, 3, расчетная гидравлическая крупность которых (по наименьшему диаметру частиц) устанавливается по графику (см. учебник стр.324).

Для фракции d>1,0 мм ;

Для фракции 1,0>d=0,5 мм ;

Для фракции 0,5>d=0,25 мм .

Определяется необходимая обеспеченность осаждения наносов: в 1 воды содержится 7,75 кг опасных взвешенных наносов, допускается пропускать через турбину не более 0,2 , следовательно, требуемая обеспеченность осаждения наносов составляет:

Рабочая глубина отстойника разбивается на 10 элементарных слоев, (слоев может быть больше или меньше) толщиной ; принимается, что в начальном створе все частицы наносов каждого элементарного слоя сосредоточены на верхней его границе; таким образом, высоты падения из каждого элементарного слоя равны: из первого , из второго , …., из десятого .

Определяется количество (масса) наносов отдельных опасных фракций, поступающих в секунду в каждый элементарный слой в соответствии с их распределением по глубине в начальном створе.

Задаются скорость в отстойнике v=0,5 и различные отношения длины камеры к глубине в начальном створе :

 

Ниже приведены таблицы расчеты для этих соотношений.

 

Для каждого элементарного слоя и каждой фракции наносов определяется отношение :

Фракция 1:

Первый слой:

второй слой:

…………………………………………………..

десятый слой:

аналогично определяются значения и .

По графику (см. учебник стр.323) для значений определяются обеспеченности осаждения каждой фракции наносов из каждого элементарного слоя. По значениям и количеству поступивших в каждом слое наносов вычисляется количество осевших наносов из каждого слоя.

Определяется количество осевших наносов каждой фракции:

; ; ; и общее количество осевших наносов .

По количеству поступивших опасных наносов и количеству осевших наносов определяется обеспеченность осаждения наносов (при ):

.

Аналогичные расчеты проводим для других отношений :

Для P=79,32 %;

Для P=97,63 %;

Строится график, по которому для требуемой обеспеченности определяется отношение , обеспечивающее осаждение наносов при скорости в отстойнике v=0,5 .

Расчетная длина отстойника зависит от скорости - это позволяет построить график зависимости , который и используется для выбора размеров отстойника.

По зависимости можно определить различные варианты размеров отстойника, обеспечивающие одинаковую очистку воды от опасных взвешенных наносов.

Принимаем:

по графику определяем , следовательно, .

 

Ширина живого сечения отстойника определяется по формуле:

.

 

Выбор числа камер.

Для обеспечения равномерного распределения скоростей по ширине камер должно быть удовлетворено условие:

.

Следовательно, число рабочих камер должно удовлетворять выражению:

где Q-общий расход отстойника.

Для отстойников с камерами периодического действия требуется одна дополнительная камера, поскольку во время удаления наносов одна камера выключается из работы.

С учетом приведенных выше выражений принимаем: и . Общее число камер .

Глубина мертвого объема в начальном створе предварительно принимается , что составляет примерно 25 % от полной глубины отстойника .

Объем отстойника определяется выражением:

.

 

По значениям и для всех рассматриваемых вариантов производится предварительная оценка возможной стоимости отстойника и выбираются варианты, требующие наименьших затрат, для более подробного технико-экономического расчета.

 

Время заполнения мертвого объема и промыв отстойников.

Время заполнения объема рассчитывается для отстойников с камерами периодического действия. Им определяется частота циклов промывки камер и уточняется мертвый объем.

При вычислении времени заполнения мертвого объема нужно учитывать не только опасные фракции, но и более мелкие с диаметром частиц , которые также будут оседать в отстойнике.

Время заполнения мертвого объема, с,

где - мертвый объем, ;

количество всех наносов, оседающих в отстойнике, ;

плотность наносов, заполняющих мертвый объем, .

Время заполнения должно удовлетворять условию:

где полная продолжительность удаления наносов из одной камеры.

Количество наносов опасных фракций (в килограммах), оседающих в отстойнике в секунду, устанавливается требуемой обеспеченностью осаждения определено выше.

; ; .

Количество мелких наносов, оседающих в отстойнике в секунду, рассчитывается так же, как и опасных фракций, но за расчетную гидравлическую крупность принимается гидравлическая крупность частиц со средним диаметром для данной фракции.

Таким образом, в отстойнике в секунду оседает наносов:

При плотности наносов вычисляем время заполнения мертвого объема:

 

 

Продолжительность промыва отстойников с камерами периодического действия. Полная продолжительность промыва одной камеры включает время смыва наносов, время маневрирования затворами и время опорожнения и наполнения камеры. Время смыва определяется расчетом и, как правило, не должно превышать 0,5ч, а полное время промыва одной камеры обычно составляет .

При расчете размеры камеры и объем подлежащих удалению наносов являются известными. Задаются расчетным промывным расходом : желательно, чтобы он составлял не более 30-40% общего расхода камеры.

Находят удельный промывной расход:

где ширина промываемой части камеры.

.

Глубина промывного потока:

продольный уклон дна камеры;

n=0,0275- коэффициент шероховатости дна, покрытого наносами.

.

Зная и , определяем промывную скорость:

и процентное содержание в промывном потоке наносов по массе:

,

где и - диаметр и гидравлическая крупность подлежащих промыву частиц наносов, мельче которых в отложениях содержится 75% частиц.

 

.

Зная концентрацию промывного потока, определяем в секундах:

где плотность наносов;

1,2- коэффициент запаса.

определяем :

Выполняем проверку:

неравенство выполняется.

 

Литература.

 

1. Гидротехнические сооружения 1 /Под ред. Л.Н. Рассказова – М.:Стройиздат,1996.

2. Гидротехнические сооружения 2 /Под ред. Л.Н. Рассказова – М.:Стройиздат,1996.

3. Проектирование речных гидроузлов на нескальных основания /Под ред. М.М. Гришина и А.В.Михайлова – М.:Энергия,1967.

4. Гидротехнические сооружения 1 /Под ред.Гришина –М. Высшая школа,1979.

5. Гидротехнические сооружения 2 /Под ред.Гришина –М. Высшая школа,1979

6. Справочник проектировщика / Гидротехничкские сооружения / Под ред.В.П.Недриги, М. Стройиздат, 1983.