Комбинированные водоприемники

4.96. Водоприемники (не менее двух) разного типа, работающие совместно, заменяя друг друга (в одних и тех же условиях), либо независимо один от другого (в разные гидрологические фазы) и входящие в состав одного водозабора, называют комбинированными.

Комбинированные водоприемники позволяют в наилучшей степени приспособить сооружения к местным условиям избранного створа (особенно при большом количестве наносов и шуга) и получить вполне надежное и наиболее экономичное решение.

4.97. Самыми распространенными являются водозаборы, имеющие русловой и береговой водоприемники, при этом береговой водоприемник работает только в паводки и половодья (рис. 75), когда в реке проходит наибольшее количество наносов, а русловой - только в межень и в периоды шугохода. На реках с большой амплитудой колебания уровней воды в последнее время применяют водозаборы с береговыми и ковшовыми водоприемниками.

Рис. 75. Водозабор комбинированного типа

1 - высокий уровень воды; 2 - высокий уровень воды осенних паводков; 3 - меженный уровень воды; 4 - самотечный водовод затопленного водоприемника; 5 - водоприемник, совмещенный с насосной станцией; 6 - галерея; 7 - павильон для входа; 8 - русловые водоприемники

4.98. Применяют также комбинированные водоприемники, состоящие из нескольких фильтрующих (рис. 76, а) и открытых (рис. 76, б и 77) секций, позволяющие в случае забивки открытых секций шугольдом переходить на фильтрующий водоотбор.

Рис. 76. Комбинированный водоприемник

1 - засыпка галечником; 2 - водосборная галерея; 3 - водоприемные окна с кассетой; 4 - фашинный тюфяк; 5 - постель; 6 - ряжевая клетка; 7 - фильтрующие отсеки; 8 - раструб, вихревая камера или водовод с щелью переменного сечения

Рис. 77. Схема комбинированного водоприемника водозабора ТЭС

а - схема забора воды в летний период; б - то же в зимний; 1 - открытые водоприемники; 2 - урез воды; 3 - фильтрующие водоприемники; 4 - колодец переключений; 5 - выпуск теплой воды

4.99. В водоемах при интенсивных шуголедовых явлениях на открытых водоприемниках в непосредственной близости от них устанавливают фильтрующие водоприемники, вынесенные за пределы сосредоточенных течений (рис. 78).

Рис. 78. Схема комбинированного водоприемника в условиях водоема после реконструкции водозабора

1 - совмещенная двухсекционная насосная станция; 2 - самотечные водоводы, D» 1200; 3 - подсоединенные водоводы, D = 1200; 4 - фильтрующая призма; 5 - дырчатые дренирующие водоводы; 6 - водоприемник бункерного типа с верхним приемом воды; 7 - каменнонабросное берегозащитиое покрытие; 8 - банкет

4.100. Разнообразие местных условий требует разрабатывать и применять различные схемы комбинированного приема воды.

4.101. Расчет комбинированных водоприемников зависит от их типа и производится по ранее приведенным методикам (отдельно каждого водоприемника).

4.102. Особого расчета на равномерность забора воды требуют фильтрующие секции насыпного и ряжевого комбинированного водоприемника (см. рис. 76 и 77). Фильтрующие (ряжевые) секции в нем выполняют из ряжей, рубленных с просветами; внутри ряжей располагают водосборные коллекторы, соединенные с самотечными водоводами. Коллекторы можно выполнять коническими, телескопическими, цилиндрическими или квадратными соответственно с постоянной или переменной шириной входной щели. Внутренние пазухи ряжей засыпают камнем округлой формы средним диаметром 15-30 см.

4.103. После определения возможной высоты и длины фильтрующей секции (при скорости фильтрации меньше 5 см/с) производят расчет площади водоприемных отверстий, обеспечивающих равномерный забор воды по всему водоприемному фронту.

4.104. Для ряжевого водоприемника квадратной или близкой к ней формы при одностороннем заборе воды изменение давления определяют по формуле

;                                                  (158)

коэффициент z определяют по графику (рис. 79, а), где h = x / R, x - расстояние от начала коллектора до рассматриваемого сечения, R - гидравлический радиус.

Рис. 79. Графики изменения z и m, в зависимости от степени стеснения входа в коллектор

4.105. Для прочих коллекторов (круглых, прямоугольных, призматической формы) применяют формулу

;                                                     (159)

4.106. Площади боковых отверстий коллектора определяют по его отдельным участкам. Чем меньше длина участка, тем больше будет точность в распределении отверстий. В практических расчетах длину участка следует принимать не больше 2 м. На каждом участке определяется средняя величина давления внутри коллектора

,                                                 (160)

где (Рх /r)₁ и (Рх /r)₂ - давление в коллекторе по концам рассматриваемого участка.

4.107. Площадь боковых отверстий на каждом участке определяется по формуле

,                                                             (161)

где Q - боковой расход воды на рассматриваемом участке коллектора; D Н - напор на входе в коллектор.

Величина D Н на входе в коллектор какого-либо участка равна:

D Н = Н - D h _ср - (Р/rg)_ср,                                                                   (162)

где Н - высота столба воды от верха коллектора до ее уровня в водоисточнике; D h _ср - потери напора при фильтрации воды через наброску.

Значение коэффициента расхода для ряжевого водоприемника определяют по графику (см. рис. 79, б), а для остальных коллекторов и форм отверстий коэффициент расхода ориентировочно можно принять равным 0,62.

4.108. Зная общую площадь отверстий на рассмотренном участке коллектора и размеры одного отверстия, можно определить их количество, отверстия по поверхности коллектора на рассматриваемом участке целесообразно размещать равномерно в шахматном порядке.

4.109. Деление комбинированного водоприемника на отдельные секции (фильтрующие и открытые) см. на рис. 77. Подсоединения водоприемников к береговому колодцу следует производить с учетом конструктивных особенностей.

Максимальную длину отдельной секции, в случае отвода воды одним водоводом, следует принимать не более 30 м.

Промывка водоприемников

4.110. Водоприемники, оборудованные сороудерживающими решетками и различными типами фильтрующих элементов необходимо промывать обратным током воды.

4.111. Промывку водоприемников можно выполнять с помощью обратного тока воды, подаваемого из напорного водовода, или импульсного - из вакуум-колонны.

4.112. При расчете промывки обратным током определяют требуемый расход воды, напор и скорости в водоприемных отверстиях.

4.113. Расход воды, подаваемый на обратную промывку водоприемных отверстий, определяется конструктивными элементами водоприемников, сороудерживающих решеток, фильтров, их толщиной, крупностью фильтрующего материала, скоростями ее забора в расчетном режиме работы, пространственной ориентацией водоприемного фронта и рядом других факторов.

Для ряжевых фильтрующих водоприемников с боковым приемом воды расход на обратную промывку должен находиться в пределах

Q_n = (l,5 - 2) Q_p.                                                                          (163)

Для консольных фильтров с приемом воды снизу вверх

Q_n = 0,75 Q_p.                                                                             (164)

Для отверстий, расположенных в вертикальной плоскости и огражденных сороудерживающими решетками, которые систематически механически очищаются от сора, но требуют промывки в шугоход

Q_n = Q_p.                                                                               (165)

4.114. Решетки и кассеты, установленные на горизонтальных отверстиях с приемом воды сверху вниз, требуют для промыва дополнительно подвода сжатого воздуха в количестве 16-20 л/см² на водотоках и 20-25 л/см² - на водоемах.

4.115. В большинстве случаев воду для обратной промывки подводят из напорных водоводов при некотором временном ограничении подачи ее в сеть или используют резервные насосы.

4.116. Для обеспечения более равномерной промывки обратным током воды необходимо во всех случаях предусматривать специальные водоподводящие и Струенаправляющие устройства

в водоприемниках бункерного типа можно установить конус над отверстием самотечной трубы (рис. 80, а);

в водоприемниках раструбного типа - наклонную плоскость перед порогом водоприемных отверстий (рис. 80, б);

в водоприемниках со щелью и с вихревыми камерами, которые имеют непрерывную щель, - наклонную плоскость и струенаправляющие диафрагмы в щели (рис. 80, в);

в водоприемниках с вихревыми камерами, имеющими прерывную щель, дополнительно следует вводить поворот струй, обусловливающий расширение их по ширине отдельных панелей, а в панелях - не менее двух диафрагм (рис. 80, г);

в фильтрующих водоприемниках необходимо применять подвод промывных струй под углом (рис. 80, д).

Рис. 80. Струенаправляющие устройства для обратной промывки водоприемных отверстий (а-д)

1 - самотечный водовод; 2 - водоприемные отверстия; 3 - угол подвода промывных струй к плоскости отверстия (для распределения промывного расхода по высоте отверстия); 4 - угол поворота струй для распределения их по ширине панели; 5 - струенаправляющие диафрагмы в щели вихревой камеры

Во всех этих случаях достаточно широкие промывные струи следует подводить к плоскости отверстия не по нормали, а под углом, равным или меньшим 45°.

4.117. В современных водоприемниках площадь водоприемных отверстий в 10 и более раз превышает площадь сечения самотечных водоводов. Поэтому очистка решеток и других устройств от сора только промывкой обратным током воды часто оказывается неэффективной главным образом из-за вытекания промывной воды через незасоренные части отверстия. Вследствие этого следует применять импульсную промывку, при которой возбуждается волна давления, воздействующая на всю площадь водоприемного отверстия. Схема устройств для импульсной промывки представлена на рис. 81, а.

 

Рис. 81. Схема импульсной промывки водоприемных отверстий

1 - колонна на самотечном водоводе; 2 - патрубок с затвором для впуска воздуха; 3 - вакуум-насос; 4 - водовод для промывки решеток обратным током воды; 5 - самотечный водовод; 6 - столб воды. поднятый вакуумом

4.118. При расчете импульсной промывки исходят из того, что волна колебания массы воды, заключенной в установленный перед задвижкой колонне, вызывается с помощью срыва вакуума, который был ранее создан в колонне вакуум-насосами. Основой расчета импульсной промывки является определение амплитуды колебания масс воды в колонне.

4.119. Связь между первой z ₁ и второй z ₂ амплитудами колебаний (рис. 81, б) определяется уравнением

,                                     (166)

где z ₁ - величина первой амплитуды, задаваемая вакуумом в колонне; z ₂ - искомая величина второй амплитуды; q - характеристика сопротивления системы.

q = L w/ F y,                                                                              (167)

где L и w - соответственно длина и площадь сечения самотечного водовода; F - площадь сечения вакуум-колонны диаметром D.

y = L / D - l + Sz + 1;                                                                        (168)

m = 1 + h,                                                                                 (169)

где h - характеристика дополнительного сопротивления системы, представляющая собой отношение потерь напора от дополнительных сопротивлений h _wg к потерям, вызываемым основными сопротивлениями.

Для области 0,07 < d / D < 0,16 с достаточной точностью можно считать

h = 1/3 (r_в/r) (w/ f)²,                                                                      (170)

где r_в - плотность воздуха в 1 м³ при нормальном давлении r - плотность воды; f - площадь сечения отверстия диаметром d для впуска в колонну воздуха.

4.120. Период колебания масс воды определяют по формуле

.                                                          (171)

По опытным данным K = 1,04-1,07. Время снижения уровня воды в колонне до второй амплитуды

T ₁ = 0,56 T.                                                                              (172)

4.121. В случаях если площадь сечения колонны F больше площади сечения самотечного водовода w, то в расчет следует вводить приведенную длину

L _п = L (F /w).                                                                             (173)

4.122. Для упрощения расчетов по уравнению (166) пользуются графиками (рис. 82), по которым находят:

по выбранным размерам и схеме водоприемника, самотечных водоводов и вакуум-колонны по (168) - y, по (167) - q; по (170) и (169) - h и m (рис. 82, г);

по принятой величине первоначального подъема z ₁ устанавливают z ₁/q;

по графику (рис. 82, а) отношения z ₂/q и по q - вторую амплитуду z ₂;

наибольшую скорость течения в самотечном водоводе (см. рис. 82, б, в) определяют по формуле

.                                                                (174)

Рис. 82. График импульсной промывки водоприемных отверстий

а - расчетный (По М. Д. Чертоусову), б - уровня воды в колонне мосле срыва вакуума; в - изменения скорости течения в самотечном водоводе; г - функции h = K (r_в/r)(w/ f)² при r_в = 0,00114 т/м³ и K = 1/3, сплошные линии - по М. Д. Чертоусову, пунктирные - по эксперименту

4.123. Начальную высоту подъема воды в колонне z ₁ принимают меньшей или равной 5 м. Пространство перед впускным отверстием воздуха в радиусе R ³ 3 D следует защищать ограждением.

4.124. Для эффективной импульсной промывки требуется совершенная герметичность всей водоподводящей системы, расположенной между колонной и водоприемными отверстиями, сочетать импульсную с обратной промывкой, производить ее в периоды волновых процессов в условиях водоемов.

4.125. Следует учитывать, что импульсная промывка недостаточно эффективна для промыва горизонтальных отверстий, принимающих воду сверху вниз. В этих случаях, как указано в п. 4.114, к отверстию необходимо дополнительно подводить сжатый воздух и использовать напорные распределительные водоводы, позволяющие отбросить скопившийся мусор за пределы зоны водоотбора.