7605
.pdf
где |
– ширина канала, – глубина воды в канале, – смоченный периметр; |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
6 |
, |
|
(14) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где – коэффициент шероховатости |
|
грунта канала, |
= 0,025 – 0,0275 |
|||||||||||
[3, с.35]; принято = 0,025. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Расчет ведется в табличной форме (табл. 2) |
|
|
|||||||||||
|
|
|
К определению размеров лотка |
Таблица 2 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
, м |
, м |
, м2 |
, м |
|
, м |
|
, м0,5/с |
|
, м3/с ∙ 10−3 |
|
||
|
|
0,20 |
0,03 |
0,006 |
0,26 |
|
0,023 |
|
21,3 |
|
0,61 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
0,20 |
0,04 |
0,008 |
0,28 |
|
0,029 |
|
22,2 |
|
0,96 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
0,20 |
0,05 |
0,010 |
0,30 |
|
0,033 |
|
22,7 |
|
1,30 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для определения глубины потока воды в в канале строится зависимость
= ( ) (рис. 3).
Рисунок 3 – К определению глубины воды в канале По рис. 3 определяется расчетная глубина воды в канале
в = 4,4 см.
При этой глубине скорость воды в канале будет следующей
к = р = ∙р ;
11
= 1,1 ∙ 10−3/(0,2 ∙ 0,044) = 0,125 м/с. |
|
к |
|
Эта скорость должна быть меньше размывающей скорости разм для |
|
грунта котлована: |
|
< разм, |
(15) |
где разм = 0,2 м/с для песка мелкого [3, с.199]. |
|
Условие неразмываемости выполняется, т.к. |
|
к = 0,125 м/с < разм = 0,2 м/с. |
|
На основании выполненных гидравлических расчетов назначены следу-
ющие размеры канала:
ширина = 20 см,
глубина к = 20 см.
2.3. Расчет зумпфа
Местоположение зумпфа определено условием приема воды из каждой ветви канала.
Вместимость зумпфа Wз определяется следующим условием
Wз ≥ Qпр ∙ tз, |
(16) |
где tз – расчетное время наполнения зумпфа, tз ≥ 5мин = 300 с. |
|
Qпр ∙ tз = 2,2 ∙ 300 = 660 ∙ 10−3 м3. |
|
Приняв зумпф в виде металлической трубы с наружным |
диаметром |
= 1020 мм определяется его глубина hз |
|
hз ≥ Wз,
ωз
где ωз – площадь поперечного сечения зумпфа:
ωз = πd2вн/4,
где dвн– внутренний диаметр трубы [6], dвн = 1004 мм
ωз = 3,14 ∙ 1,0042/4 = 0,79 м2,
hз ≥ |
660 ∙ 10−3 |
≥ 0,83 м. |
|
0,79 |
|||
|
|
Принятая глубина зумпфа з = 1,0 м.
(17)
(18)
12
Эта величина определяет переход уровней воды в зумпфе от УВ до УВmin.
УВ = канала + в. |
(19) |
Отметка дна канала в зумпфе |
|
канала = К – к – ( + ), |
(20) |
канала = 3,2 − 0,2 − 0,001(60 + 90) = 2,85 м. |
|
УВ = 2,85 + 0,044 ≈ 2,90 м. |
|
УВmin = УВ – з, |
(21) |
УВmin = 2,90 − 1,0 = 1,9 м. |
|
Отметка дна зумпфа: |
|
З = УВmin – (0,6 ÷ 0,8), |
(22) |
З = 1,90 − 0,6 = 1,3 м. |
|
13
3. Проектирование водоотводящей системы
3.1. Условия проектирования
По требованиям нормативно-технических документов приняты следую-
щие условия проектирования:
а) Подача насоса должна быть больше притока воды в котлован, а именно
нас ≥ 1,5 пр; |
(23) |
= 1,5 ∙ 2,2 ∙ 10−3 = 3,3 ∙ 10−3 |
м3/с; |
нас |
|
б) Напор насоса должен быть больше расчетного; |
|
в) Скорость воды во всасывающей линии |
|
вс = (0,6 ÷ 1,0) м/с; |
(24) |
г) Скорость воды в напорной линии |
|
н = (0,8 ÷ 2,0) м/с. |
(25) |
3.2. Расчет всасывающей линии
Всасывающая линия представляет собой металлический трубопровод от зумпфа до насоса.
В начале трубопровода устанавливается защитная сетка с обратным кла-
паном. Далее трубопровод укладывается по склону котлована.
3.2.1. Диаметр трубопровода
Диаметр всасывающего трубопровода определяется следующей зависи-
мостью |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= √ |
4ωвс |
, |
(26) |
|||
|
|
|||||
вс |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|||
где ωвс – живое сечение трубопровода |
|
|
|
|
|
|
ωвс |
= |
нас |
, |
(27) |
||
|
||||||
|
|
|
вс |
|
||
где вс – скорость воды во всасывающей линии, принята вс = 0,7 м/с.
ωвс = 3,3 ∙ 10−3/0,7 = 4,71 ∙ 10−3 м2,
вс = √ |
4 ∙ 4,71 ∙ 10−3 |
= 0,077 м. |
|
3,14 |
|||
|
|
||
|
14 |
|
Приняв стандартный внутренний диаметр по [7]
скорость воды в водоводе по формуле:
вс = 4∙ нас,
∙ вн2
вс = |
4 ∙ 3,3 ∙ 10−3 |
= 0,75 м/с. |
|
∙ 0,0752 |
|||
|
|
вс = 75 мм, уточняется
(28)
Эта скорость находится в пределах допустимых скоростей.
Длина и конфигурация всасывающего трубопровода определяется гео-
метрией откоса котлована и расположением зумпфа (рис. 4).
3.2.2. Потери напора
Для определения необходимого напора и фактического вакуума вычис-
ляются потери напора на всасывающей линии. Это местные и линейные потери.
Линейные потери вычисляются по зависимости Дарси-Вейсбаха:
= |
2 |
, |
(2929) |
|||
|
|
|
||||
2 |
||||||
|
|
|
||||
где – коэффициент гидравлического трения (для ориентировочных расчетов принимается = (0,03 ÷ 0,04), принят = 0,035.
Местные потери определяются по следующей зависимости,
формула Вейсбаха:
2 |
|
= 2 , |
(30) |
где - коэффициент местных сопротивлений, - скорость в трубопроводе.
Вход в трубопровод с сеткой [3].
вх = 5,0,
0,752вх = 5,0 ∙ 2 ∙ 9,81 = 0,140 м.
15
Обратный клапан на входном участке трубопровода
кл = 2,0
0,752кл = 2,0 ∙ 2 ∙ 9,81 = 0,057 м.
Вертикальный участок в зумпфе
1,5 0,752вз = 0,035 ∙ 0,075 ∙ 2 ∙ 9,81 = 0,020 м.
Поворот трубопровода над зумпфом на угол 90º [3, с.40]90º = 1,2,
0,752пз = 1,2 2 ∙ 9,81 = 0,034 м.
Горизонтальный участок над зумпфом
0,5 0,752гз = 0,035 ∙ 0,075 ∙ 2 ∙ 9,81 = 0,007 м.
Поворот трубопровода у подножья откоса котлована на угол заложения откоса:
= 90º (1 − cos ). |
(30) |
|||
При принятом для мелкого песка = 3, = 18,4º |
|
|||
18,4 = 1,2 ∙ (1 − cos 18,4) = 0,11, |
|
|||
по = 0,11 ∙ |
0,752 |
|
= 0,003 м. |
|
2 ∙ 9,81 |
|
|||
|
|
|
||
Трубопровод на откосе котлована
Длина трубопровода
|
|
|
|
|
|
|
|
отк |
= √ 2 |
(1 + 2), |
(312) |
||
|
|
к |
|
|
|
|
отк = √4,52(1 + 32) = 14,2 м.
Линейная потеря напора
14,2 0,752отк = 0,035 ∙ 0,075 ∙ 2 ∙ 9,81 = 0,190 м.
16
Поворот трубопровода на кромке откоса котлована.
Потеря напора на этом повороте будет идентична потере на повороте у подножья откоса
пк = 0,003 м.
Горизонтальный участок трубопровода от кромки откоса до насоса
г = 0,035 ∙ |
1,5 |
|
|
∙ |
0,752 |
|
= 0,020 м. |
|
|||||
0,075 |
2 ∙ 9,81 |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||
Скоростной напор |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
2 |
, |
|
|
(323) |
|||
|
|
|
|
2 |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
1,0 ∙ 0,752 |
|
= 0,029 м ≈ 0,03 м. |
|
||||||||
2 ∙ 9,81 |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
По результатам расчетов строится напорная линия Е–Е и пьезометриче-
ская линия Р–Р (построение выполнено без соблюдения масштаба).
Общие потери напора на всасывающей линии
= вх + кл + вз + пз + гз + по + отк + пк + г, |
(334) |
= 0,140 + 0,057 + 0,020 + 0,034 + 0,007 + 0,003 + 0,190 + 0,003 + |
|
+0,020 = 0,474 м ≈ 0,47 м. |
|
Действующий напор во всасывающем трубопроводе |
|
вс = + , |
(345) |
вс = 0,47 + 0,03 = 0,50 м. , |
|
3.3. Расчет напорной линии
Напорная линия включает в себя трубопровод от насоса до сбросного коллектора.
Длина напорной линии зависит от места расположения коллектора. В
настоящей работе длина напорной линии принята условно – 100,0 м.
3.3.1. Диаметр трубопровода
Диаметр напорного трубопровода определяется по зависимости:
= √ |
4нас |
, |
(356) |
|
|
||||
|
|
|
||
|
нап |
|
|
17
где нап – скорость воды в напорном водоводе. Принято нап = 1,0 м/с.
= √ |
4 ∙ 3,3 ∙ 10−3 |
3,14 ∙ 1,02 = 0,065 м. |
Приняв стандартный внутренний диаметр н = 65 мм [6], реальная ско-
рость воды в водоводе остается без изменения.
3.3.2. Потери напора
Потери напора в напорном (нагнетательном) водоводе рассматриваются в виде одной потери по длине
= = 0,035 ∙ |
100 |
|
∙ |
1,02 |
|
= 2,74 м. |
|
0,065 |
2 ∙ 9,81 |
||||||
|
|
|
|||||
На рис. 4 строится пьезометрическая линия Р–Р. |
|||||||
Действующий напор в нагнетательном трубопроводе |
|||||||
н = |
|
|
(367) |
||||
н = 2,74 м. |
|
||||||
18
19
19
4. Подбор марки насоса
Подбор марки насоса осуществляется по производительности подачи,
напору и вакууму.
Производительность – расход жидкости, подаваемый насосом (23)
нас = 3,3 ∙ 10−3 м3/с = 11,9 м3/час. |
|
Напор насоса (расчетный). |
|
= вс + вс + н, |
(378) |
где вс – требуемая высота всасывания - вертикальное расстояние от мини-
мального уровня воды в зумпфе до горизонтальной оси насоса,
|
|
|
|
вс = Оси насоса − УВ |
(389) |
||
|
|
|
|
|
вс = 8,30 − 1,90 = 6,40 м |
|
|
|
|
|
|
нас = 0,50 + 6,40 + 2,74 = 9,64 м |
|
||
По |
расчетной |
|
производительности нас = 11,9 м3/час и |
напору |
|||
нас = 9,64 м осуществляется предварительный подбор насоса [5]. |
|
||||||
Насос – КМ 50-32-125/2-5 |
|
||||||
со следующими техническими характеристиками |
|
||||||
|
= 12,5 |
м3 |
; |
|
= 20 м; ∆ доп = 2,5 м. |
|
|
|
|
|
|||||
нас |
|
час |
нас |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
||
Подобранный насос проверяется на вакуум по следующему критерию |
|||||||
|
|
|
|
|
|
вс ≤ всдоп |
(40) |
где всдоп – допустимая высота всасывания, при которой обеспечивается бескавитационный режим работы насоса
доп = доп − ( |
+ |
) |
(41) |
|
вс |
вак |
|
|
|
где вакдоп – допускаемая высота вакуума, назначается из паспорта насоса или определяется по зависимости
|
|
|
|
|
вакдоп = |
атм |
− ( |
нп |
+ ∆ доп), |
(392) |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
9,81∙104 |
|
|
|
|
|
|
||
где |
атм |
= |
|
|
= 10,0 м |
|
|
|
|
|
|
1000∙9,81 |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
нп – давление насыщенных паров при = 20 , нп = 2340 Па.
20