Гидравлическое наносозащитное устройство

4.126. В случаях недоучета в проектах или последующего нарушения гидрологических, гидравлических или гидроморфологических процессов, сопровождающихся уменьшением глубин или аккумуляцией наносов в месте размещения водоприемных устройств водозаборов, для поддержания расчетных глубин на периоды прохождения гряд, побочней и т. п. в водоисточнике можно использовать гидравлические наносозащитные устройства (ГНУ).

4.127. Гидравлическое наносозащитное устройство состоит из подводящего от насосной станции и распределительного напорного водоводов, по длине которого размещаются насадки, а в торце - сопло (рис. 83).

Рис. 83. Конструктивные схемы насадков и сопел и их компоновки на распределительных водоводах

а - верхнее расположение насадков; б - нижнее расположение насадков; в - боковое расположение насадков; 1 - распределительный водовод; 2 - насадки; 3 - сопло; 4 - оформление выходных отверстий; 5 - эпюра скоростей при Н = 3,4 м; d _н = 2 мм; D _н = 12,5мм, l _н = 75 мм (по опытным данным)

4.128. При подаче воды расчетного напора и расхода вдоль распределительного водовода создается воссоединенная струя, с помощью которой обеспечиваются поддержание расчетных глубин в месте его размещения и транзит наносов на ниже расположенный участок водотока или водоема.

4.129. Компоновка ГНУ по отношению к водоприемнику, ее конструктивные элементы (количество, диаметры и ориентация насадков), напор и расход подаваемой воды определяются крупностью наносов, длиной и типом водоприемника, высотой аккумулирующегося слоя наносов, величинами бытовых скоростей течений на прилегающих участках водоисточника и другими факторами.

4.130. В условиях водоемов независимо от типа водоприемника или водозабора при наносах, состоящих из гальки, гравия и крупнозернистого песка, насадки следует размещать по нижней поверхности распределительного водовода с устройством под ним наносотранспортирующего лотка с открытыми торцами (рис. 84). В зависимости от интенсивности и направления могут устанавливаться один, два и даже три распределительных водовода, ориентированных в противоположных направлениях.

Рис. 84. Схема компоновки ГНУ с нижним расположением насадков в условиях интенсивной двухсторонней миграции гальки, гравия и крупнозернистого песка на входе в огражденный подводящий канал на водоеме

4.131. При песчаных наносах независимо от всех прочих факторов предпочтительны распределительные водоводы с боковым и верх«ним расположением насадков (см. рис. 83, а, в). При этом необходимо иметь в виду, что поскольку ГНУ будет использоваться преимущественно в периодическом режиме работы и при отсутствии достаточного контроля, возможны завал распределительного водовода или образование над ним слоя наносов. Поэтому необходимо изыскать такую компоновку или конструкцию насадков и сопел, которая должна исключить проникновение наносов в распределительный водовод.

4.132. Для уменьшения потерь напора потока на отсоединение, трение, сжатие, поворот и т. д. насадки желательно устанавливать под углом a = 45° к оси распределительного водовода, их диаметр d принимать в 1,3-1,6 раза больше выходного отверстия d _в, придавая входу обтекаемую форму (см. рис. 83).

4.133. Скорость истечения струи из сопла или насадка определяется по формуле

,                                                                     (175)

где m - коэффициент расхода, определяемый формой концевой части сопла или насадка; Н - расчетный напор воды в распределительном водоводе, определяемый разностью напоров в распределительном водоводе и максимально возможным его заглублением под уровень воды в водоисточнике.

Соответственно расход воды

,                                                                     (176)

4.134. Суммарные потери напора по длине подводящего водовода зависят от его длины, диаметра, шероховатости стенок, скорости транспортирования воды, поворотов, наличия задвижек и других элементов. Потери напора по длине водовода без учета поворотов, задвижек и т. д. определяется по формуле

,                                                                          (177)

где l - коэффициент трения; l - длина подводящего водовода.

Поскольку длина подводящего водовода обычно измеряется несколькими сотнями метров, для исключения потерь напора скорость транспортируемой воды (до насадков) следует принимать в пределах 1,5-2 м/с.

4.135. Дополнительные потери напора по длине подводящего водовода на местных сопротивлениях обычно находятся в пределах

S h_i = (0,05- 0,15) h_i.                                                                        (178)

Расчетный напор насосной определяется по формуле

H _н = H + (1,05-1,15) h _l + h' + h _в,                                                                  (179)

где h ' - потери напора в распределительном водоводе; h _в - высота всасывания насоса.

Струя, выбрасываемая из круглого отверстия сопла или насадки, в условиях спокойной воды растекается в жидкости в форме усеченного конуса с углом в вершине a» 39°.

4.136. Максимальную скорость струи вдоль ее оси, выбрасываемой из сопла или насадки, определяют по формуле

,                                            (180)

где l - расстояние от выходного отверстия до рассматриваемого сечения.

4.137. Величину средней скорости струи на заданном расстоянии от сопла или насадки определяют по формуле

.                                                         (181)

Величину этой скорости в зависимости от диаметра выходного отверстия сопла или насадки, скорости истечения струи и расчетного напора на заданном расстоянии от 0,5 до 1,5 м можно определить с помощью графика (рис. 85).

Рис. 85. График зависимости `u_с = f (H, d _в, l)

1 - l = 0,5 м; 2 - l = 1 м; 3 - l = 1,5м

4.138. Отношение максимальной (180) или средней скорости (181) струи на расчетном расстоянии l от насадка или сопла к скорости истечения (175) определяют с помощью графика (рис. 86).

Рис. 86. График зависимости функции  и  от l / d _в

4.139. В нервом приближении размывающая скорость воссоединенной струи рассчитывается по средней скорости (181) (см. рис. 85) и графику (рис. 87) в зависимости от крупности наносов. При этом

.                                                                    (182)

Рис. 87. Зависимость неразмывающих средних скоростей от диаметра частиц и глубины потока

1 - при глубинах H = 10 м; 2 – Н = 8 м; 3 – H = 5 м; 4 - Н =1 м; 5 – H = 0,5 м

4.140. С учетом крупности наносов, их неразмывающей скорости , расчетного напора воды в распределительном водоводе Н по рис. 85 и 86 определяют оптимальное расстояние между насадками l _н и их выходной диаметр d _в.

4.141. При заданной длине распределительного водовода L, который должен быть равен или больше длины защищаемого водоприемного фронта или подводящего канала (см. рис. 85), количество насадков определяется по формуле

n = L / l _н.                                                                             (183)

4.142. При периодическом режиме эксплуатации ГНУ не исключена возможность завала распределительного водовода наносами. В этих условиях для обеспечения менее продолжительного самоотмыва или сноса наносов, отложившихся над распределительным водоводом, первый насадок необходимо изготовлять с удвоенным выходным сечением по сравнению с остальными.

Высота слоя наносов, отложившихся над распределительным водоводом в периоды его отключения, не должна превышать для насадков d _в = 0,0125 м - 0,35 м, а для d _в = 0,025 м - 0,5 м.

4.143. Сопло, устанавливаемое в торце распределительного водовода, способствует увеличению дальности отброса транспортируемых наносов и высоты образующегося за ним бара. Поэтому диаметр сопла следует увеличивать по сравнению с диаметром насадков не менее чем в два раза.

4.144. Для обеспечения напорного режима в распределительном водоводе необходимо выдержать условие

w_в > (n - 1) w + w₁ + w_c,                                                                (184)

где w_в - площадь сечения распределительного водовода; w - площадь сечения выходного отверстия насадка; w₁ - площадь сечения выходного отверстия первого насадка; w_c -площадь сечения сопла; п - количество насадков.

С учетом принятых соотношений

w_в > (n + 7) w.                                                                        (185)

При этом скорости в распределительном водоводе не должны превышать 1,5 м/с.

Расчетный расход воды в распределительном водоводе определяется по формуле

Q _p = (n + 7) q _н.                                                                      (186)

4.145. При использовании одиночного распределительного водовода из рассмотренных трех вариантов компоновки насадков предпочтительно боковое их расположение. Оно позволит:

ослабить истираемость (износ) насадков и распределительного водовода транспортируемыми наносами;

обеспечить более надежную защиту распределительного водовода от попадания в него наносов;

ослабить тормозящее воздействие на сосредоточенную струю стенок водоприемника, береговой насосной станции и других инженерных конструкций.

4.146. Компоновка ГНУ по отношению к водоприемным устройствам в каждом конкретном случае должна определяться типом водозабора, его конструктивными элементами и местными условиями водотока или водоема в районе его расположения.

Во всех случаях необходимо изыскивать такие компоновку или конструктивное решение, при которых транспортируемые ГНУ наносы будут выбрасываться в пределы примыкающей прибойной зоны (на водоемах, см. рис. 84) или более интенсивных течений (на реках).

4.147. Для повышения гарантийности водоотбора в тяжелых или очень тяжелых местных условиях (наносы, шуголед и др.) в проектах последних лет ГНУ используют и в самопромывающихся ковшах (рис. 88). Для обеспечения отвода от водоприемника наносов, скоплений шугольда, мусора или молоди рыб в прорезь, а затем в русло реки распределительный водовод необходимо отклонять от плоскости водоприемного фронта (рис. 88). Распределительный водовод, уложенный на консоли, желательно размещать на уровне или выше нижней грани водоприемных окон (рис. 89).

Рис. 88. Схема компоновки ГНУ в самопромывающемся ковше

1 - распределительный водовод; 2 - водоприемник; 3 - отражатель; 4 - верховая стенка; 5 - прорезь; 6 - русло реки и направление течения

Рис. 89. Схема водоприемника, компоновки ГНУ и положения русла при прохождений побочня, гряды или осередка, напор Н = 2,4-3,5 м, ` d = 0,22 мм, `u = 0,24-0,37 м/с

1 - водоприемник; 2 - водоприемные окна с кассетами; 3 - распределительный водовод; 4 - поддерживающие кронштейны; 5 - положение ложа реки; 6 - постель

4.148. При большой высоте гряд, побочней, осередков и др. в месте расположения водоприемников хороший эффект дает совместное использование ГНУ с наносорегулирующими шпунтовыми стенками (рис. 90).

Рис. 90. Схема модели водоприемника, компоновки ГНУ, наносорегулирующих устройств и положения ложа русла при прохождении гряды, побочня или осередка, напор Н = 2,6-4,8 м, диаметр наносов ` d = 0,22 мм

1 - водоприемник; 2 - водоприемные окна; 3 - ГНУ; 4 - кронштейны; 5 - наносозащитная стенка a = 110°; 6 - постель; 7 - положение ложа

4.149. Для исключения забивки насадков вода, подаваемая в распределительные водоводы, должна быть чистой или не содержать взвесь, которой могут быть забиты выходные отверстия насадка.

4.150. Ввиду возможности истирания насадков и стенок распределительного водовода наносами необходимы периодический контроль за их состоянием и изыскание конструктивных мероприятий по их замене.