10437
.pdf
|
|
|
250 |
|
Q = 1 , 1 5 |
1 0 ' 5 ( 2 - 5 5 |
+ 2 - 8 0 ) = 3 , 1 1 0 ' 3 м 3 / с . |
|
3. Расчет водосборной системы |
||
Н |
а з н а ч е н и е с и с т е м ы - |
с о б р а т ь ф и л ь т р а т и о т в е с т и в з у м п ф ( в о д о п р и е м |
|
н и к , п р и |
я м о к ) , о т к у д а з а т е м о т к а ч а т ь с |
п о м о щ ь ю н а с о с а в л и в н е в о й к о л л е к т о р . |
|
3.1. Конструирование водосбора внутри котлована
|
П о |
|
п е р и м е т р у д н а к о т л о в а н а п р о к л а д ы в а е м |
д в а о т к р ы т ы х л о т к а п р я м о |
|
||||||||||||||||||||||||||||||
у г о л ь н о г о |
п о п е р е ч н о г о |
с е ч е н и я . |
К а ж д ы й |
|
и з |
н и х , |
и м е ю щ и й |
п р о т я ж е н н о с т ь |
|
||||||||||||||||||||||||||
(B+L), р |
а с с р е д |
о |
т о |
ч е н н о |
п о |
|
в с е й |
д л и н е |
п |
р |
и |
н |
и |
м |
а е т |
и |
о |
т в о |
д и т |
в |
з у м |
п ф |
ф |
и л |
ь т р |
а |
|
||||||||
ц и о н н ы й п о т о к с р а с ч е т н ы м р а с х о д о м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Qpac4 =1 |
Q = 1 , 5 |
5 |
1 0 |
-3 |
м |
3 / с |
= 1 |
, 5 |
5 |
л / с . |
|
|
|
|
|
( 6 |
) |
|||||||||
У с л о в н о п р и н и м а е т с я , ч т о в е с ь р а с ч е т н ы й р а с х о д с о с р е д о т о ч е н н о п р и х о д и т в |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
н а ч а л о к а ж д о г о л о т к а . Р а с ч е т в е д е м д л я о д н о г о л о т к а . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
В |
|
о п л ы в а ю щ и х г р у н т а х р е к о м е н д у е т с я п р о к л а д ы в а т ь с т а ц и о н а р н ы е л о т |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
к и и з л е г к о г о м а т е р и а л а . П р и м е м |
в к у р с о в о й р а б о т е с т а н д а р т н ы е л о т к и и з ж е |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
с т и ( ш е р о х о в а т о с т ь ^ =0 , 0 1 1 |
с о г л а с н о |
[ 1 2 ] ) с м и н и м а л ь н ы м и р а з м е р а м и |
3 0 * 3 0 |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
с м , т . к . ш и р и н а п о д н у л о т к а b д о л ж н а б ы т ь н е м е н ь ш е ш и р и н ы л о п а т ы ( 3 0 с м ) . |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
П о с к о л ь к у ф и л ь т р а т с а м о т е к о м с о б и р а е т с я в з у м п ф , у к л о н д н а л о т к а в ы д е р ж и |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
в а е т с я в п р е д е л а х 0 , 0 0 1 ^ 0 , 0 0 5 |
[ 1 0 , 1 1 ] . П р и м е м д л я н а ш е й з а д а ч и i= 0 , 0 0 1 . |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
Г и д р а в л и ч е с к и й р а с ч е т л о т к а п р о в о д и т с я г р а ф о - а н а л и т и ч е с к и м м е т о д о м : |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
з а д а в а я с ь |
г л у б и |
н о |
й |
h, о |
п р е д е л я |
е т с я |
р а с х |
о |
д |
в о |
д |
ы |
в |
л о т к е |
Qpac4.. Д л я |
н |
е с к |
о л ь к и х |
|
||||||||||||||||
п о л у ч е н н ы х з н а ч е н и й с т р о и т с я г р а ф и к с в я з и г л у б и н ы |
в о д ы |
в л о т к е и р а с х о д а |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
в о д ы |
в |
н |
е м . И с к |
о м |
а я |
г л |
у б и |
н |
а |
hUCK. о п |
р е д е л |
я е т с я |
п |
о |
р а с ч |
е т н о м |
у з н а ч е н |
и ю |
Qpac4.. |
|
|||||||||||||||
|
Д л я |
в о д о о т в о д я щ е г о |
|
л о т к а |
|
и с п о л ь з у ю т с я |
з а в и с и м о с т и |
г и д р а в л и ч е с к и |
|
||||||||||||||||||||||||||
н а и в ы г о д н е й ш е г о |
п о п е р е ч н о г о |
с е ч е н и я , п р и |
к о т о р о м |
д о с т и г а е т с я |
м а к с и м а л ь |
|
|||||||||||||||||||||||||||||
н а я п р о п у с к н а я с п о с о б н о с т ь : |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
- |
п |
л |
о щ а д |
ь |
ж |
и в о г о |
с е ч е н и я |
п о т о к а |
rn=b-h, м |
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( 7 ) |
||||||||||||||
|
- |
с м |
о ч е н н |
ы й |
п |
е р и |
м е т р |
x=b+2h, м |
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( 8 ) |
|||||||||
|
- о т н о с и т е л ь н а я ш и р и н а к а н а л а п о д н у г и д р а в л и ч е с к и н а и в ы г о д н е й ш е г о |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
п о п е р е ч н о г о с е ч е н и я в гн =b =2 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( 9 ) |
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Д л я |
о п р е д е л е н и я |
р а с х о д а |
в о д ы |
в |
|
л о т к е |
в о с п о л ь з у е м с я |
ф о р м у л а м и |
д л я |
|
||||||||||||||||||||||||
р а с ч е т а о т к р ы т ы х р у с е л : |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
- г и д р а в л и ч е с к и й р а д и у с |
R = w , м ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( 1 0 ) |
||||||||||||||||
|
- к о э ф ф и ц и е н т в ф о р м у л е Ш е з и С= 1 R16, .. \м -; |
|
|
|
|
|
|
|
|
( 1 1 ) |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
Vс |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
с |
к |
о р о с т ь |
и=С4 ш , м |
/ с ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( 1 |
2 |
) |
|||||
|
- |
р |
а |
с х о д |
Q=mv=mCj |
R l, |
м |
3 / с . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( 1 |
3 |
) |
|||||
|
В ы ч и с л е н и я с в о д я т с я в т а б л . 3 . Д о с т а т о ч н о 3 ^ 5 з н а ч е н и й h , н о п р и у с л о |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
в и и , |
ч т о |
п |
о л у ч |
е н н |
о е |
Qpac4 п |
о |
п а д |
е т |
в |
и н т е р |
в а л |
|
Q i,..., |
Q„. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
252
Рисунок 4 - Развертка по трассе от истока до зумпфа 3.2.Выбор конструкции зумпфа
Местоположение зумпфа задается таким образом, чтобы водоотводящие лотки выполняли свои функции. Зумпф рекомендуется заглублять ниже самого низкого уровня воды в нем на 0,7 м с тем, чтобы всасывающий патрубок насоса находился всегда под водой и в него не попадал воздух, а также грунт, посту пающий с фильтратом со дна, что может привести к поломке насоса. Вмести мость зумпфа должна быть больше пятиминутного притока фильтрационных вод [10, 11]
К > Qnp -1 , |
(14) |
где t - время наполнения, 5 минут.
W3n> 1,55 10-3=0,465 м3.
Исходя из опыта строительного производства, конструкцию зумпфа мож но принять в виде железобетонной круглой трубы, которая заглубляется в от рытый колодец, чтобы его стенки не обрушались. Размеры зумпфа назначают
ся: |
|
|
|
|
|
|
|
|
W,„ Р |
h,^>0,465 м3. |
(15) |
||||
Приняв для условий нашей3задачи заглубление зумпфа h3n=1 м, а вмести- |
|||||||
мость зумпфа округлить до 0,5 м , можно вычислить диаметр трубы |
|
||||||
|
|
4 W . |
4' 0,5 |
|
г» о |
|
|
|
|
ph,n V3,14 -1 |
0,8 м. |
|
|||
|
|
|
|
|
|||
Стандартный диаметр трубы равен 1 м, поэтому для сбора фильтрацион |
|||||||
ных вод назначаем размеры зумпфа d= 1 м; h3n= 1 |
м. |
|
|||||
Вычислим время заполнения зумпфа |
|
|
|
||||
|
|
T =^ |
, с, |
|
|
(16) |
|
|
|
|
Qnp |
|
|
|
|
pd2 |
h |
|
|
|
|
|
|
л |
h,n |
3 1 4 ' 1 2 |
1 = 506 с=8,4 мин>5 мин. |
|
|||
T = —----- = |
— ,--------- |
|
|||||
Qnp |
4 - 1 ,5 5 |
- 1 0 _3 |
|
|
|
|
|
Условие (14) выполняется. Расположение зумпфа и его размеры показаны на рис. 4.
4. Расчет насосной установки
Назначение насосной установки состоит в обеспечении перекачки со бранного фильтрата в приемник удаляемой воды, в качестве последнего может служить в черте населенного пункта ливневая канализационная сеть. При рас чете насоса следует знать [10], что подача насоса должна быть несколько боль ше притока воды в котлован (примерно в полтора раза) для возможности рабо ты насоса с перерывами
253
а * с > 1 ,5 Qnp, |
( 1 7 ) |
а также напор насоса должен обеспечивать перекачку воды, т.е. должно соблю
даться условие
Н нас > Н расч • |
( 1 8 ) |
4.1. Расчет всасывающей и напорной линий
При расчете всасывающей и напорной линий воспользуемся некоторыми рекомендациями:
-скорость во всасывающем и напорном трубопроводе в первом прибли жении принимается равной 1 м/с;
-на практике, обычно диаметр всасывающего трубопровода больше диа метра напорного, и скорость во всасывающей линии около 0,7 м/с, а в напорной
-около 1 м/с;
-напорная линия рассчитывается как простой трубопровод без учета местных потерь;
-всасывающая линия рассчитывается как короткий трубопровод с учетом потерь и по длине, и в местных сопротивлениях. А именно: на входе всасыва ющего трубопровода установлена сетка с обратным клапаном. Труба имеет плавный поворот на 90°. Потери на вход воды в насос не учитываются, т.к. эта величина входит в КПД насоса.
Напорная линия Из уравнения неразрывности потока
|
|
|
|
— 2 |
(19) |
|
|
Q = wv = - ^ - v |
|||||
определяется диаметр напорного трубопровода d: |
|
|||||
|
d= |
4Q |
м, |
(20) |
||
|
|
^ пр |
||||
|
|
|
|
- v |
|
|
d= |
4 |
-1 |
5 5 |
- 1 0 -3 |
=0,04 м . |
|
4 |
1 |
,5 5 |
1 0 |
|
||
|
|
3,14-1 |
|
|
||
Принимается стандартный диаметр dcm=50 мм [5, 7, 15], диаметры приво
дятся в приложении 2.
Для выбранного стандартного диаметра уточняется скорость в трубопро
воде - фактическая скорость и- |
|
Оф = ^ Qf , м/с |
(21) |
-dст |
|
иф= 4 -1,55 -10-3 = 0,8 м/с.
ф3,14- 0,052
Определяются потери напора по длине по формуле Дарси-Вейсбаха hj:
i v 2 |
(22) |
hj=A- — -ф , м, |
dст2g
254
где l - коэффициент гидравлического трения (коэффициент Дарси), при грубых расчетах можно принять равным 0,03^0,04 [12]; 1=1нап - длина трубы, отводящей
фильтрат, т.е. расстояние от оси насоса до оси ливневого коллектора, принима ется в курсовой работе равной 200 м; g - ускорение свободного падения, м/с .
, |
200 ■0,82 |
~ п |
hi нап = 0,03----------------= 3,9 м. |
||
1 |
0,05 ■2 ■9,81 |
|
Строится пьезометрическая линия Р-Р (рис. 5), для чего назначается ве личина свободного напора Нсв . Из опыта строительного производства, обычно Н св принимается равной 5^10 м, так называемый запас, чтобы система хорошо работала и вода била струей, примем Нсв=5 м.
Всасывающая линия Для определения напора и фактического вакуума надо знать гидравличе
ские потери на всасывающей линии:
Потери напора в местных сопротивлениях hj определяются по формуле
Вейсбаха: |
|
v 2 |
(23) |
hj=X V , м, |
|
2g |
|
где X - коэффициент потерь в местных сопротивлениях; для перечисленных местных сопротивлений данной задачи значения даются в [12]; некоторые зна чения X можно найти в приложении 3.
Скорость во всасывающем трубопроводе примем равной скорости в напорном трубопроводе. Величина общих потерь в местных сопротивлениях будет равна
0,82
Ь= - ° ^ - (10,0+ 0,3)=0,34 м. j 2 ■9,81
Линейные потери определяются по формуле (22). Длина всасывающего трубопровода вычисляется из геометрии расчетной схемы: вертикальный уча сток равен сумме глубины котлована Нк, глубины зумпфа hзп и расстояния от
верха котлована до оси насоса (примерно 0,3^0,5 м); горизонтальный участок равен расстоянию от бровки котлована до оси насоса (примерно 0,5 м)
I. _ ( 3 |
+1 + 0,5 + 0,5)- 0,82 П1 |
|
hi всас= |
0,03^------------------1—— =0,1 м. |
|
1всас. |
’ |
0,05 ■2 ■9,81 |
Строится напорная линия Е-Е, и пьезометрическая линия Р-Р рис. 5, для
этого необходимо посчитать:
- местные потери на входе воды в трубу с сеткой и обратным клапаном 0 82
hi вх=— ,— 10,0=0,33 м; |
|||
j |
2 ■9,81 |
’ |
’ |
- линейные потери по длине вертикального участка трубы
I |
(3 + 1 + 0 , 5 |
V 0,8 |
А АОО |
|
hi вертик= 0,03^----------------- = 0,088 м; |
||||
1 |
вертик |
, |
005 ■2 ■9,81 |
|
м е с т н ы е п о т е р и н а п о в о р о т е т р у б ы н а 9 0 |
||||
|
|
0,82 |
|
|
|
h i п о в = ~ г ^ : 0 , 3 = 0 , 0 1 м ; |
|||
|
j пов |
2 ■9,81 |
|
|
256
Вакуум насоса можно найти, соединяя уравнением Бернулли сечение 1-1, намеченное по поверхности воды в зумпфе, и сечение 2-2, проведенное на входе воды в насос. Плоскость сравнения 0-0 проводим по уровню воды в зумпфе, рис. 5.
Z1 + Р 1- += z 2 |
2 |
|
2 |
|
|
(25) |
|
+ Р 2-+ ^ 3 , + f . |
|
|
|||||
pg |
2g |
|
pg |
2g |
|
|
|
Для сечения 1-1: |
|
|
|
|
|
Для сечения 2-2: |
|
Z1 0, |
|
|
|
Z2 |
hHас, |
|
|
р 1 =ратм, |
|
|
|
p 2- давление в трубе |
|
||
|
|
|
|
перед насосом, |
|
||
и1 = 0 ввиду малости, |
|
|
|
= иф - фактическая скорость |
|||
|
|
|
|
в трубе, |
1 iV -_ |
7 V |
|
а = а 2 = а =1. |
|
|
|
hf = h, +V |
|||
|
|
|
h = 1 -+ V Z — . |
||||
1 2 |
|
|
|
f 1 |
^ j |
d 2g ^ |
2g |
Получаем |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рат = к * +— + vV |
+h + V hj |
|
|
(26) |
|||
pg |
pg |
2g |
|
|
|
|
|
Рат - P2 _ rr |
_ |
, V2 |
+ h1 +V hj |
|
(27) |
||
Pg |
Нвак = Кае + |
|
|||||
|
|
2g |
^ |
j |
|
|
|
Выражение (27) показывает превышение атмосферного давления над дав лением р 2 в парубке у входа в насос и является вакуумом насоса или вакуум-
метрической высотой всасывания.
082
Н=3,5 + — ----+ 0,1+ 0,34=3,97 м
2 ■9,81
Насос подбирается для полученных значений по [3, 8, 11].
Приведем марку подобранного центробежного насоса и его характери стики (как один вариантов):
-подача 0,ас=54 м3/час;
-напор Ннас=27 м;
-вакуум Нвак=4,5 м;
-мощность N=7,5 кВт;
-масса агрегата 121 кг
-изготовитель Ереванское ПО Армхиммаш.
5. Расчет ливневого коллектора
Ливневой коллектор служит для транспортировки отводящих вод в очистные сооружения. Ливневые коллекторы выполняются в виде каналов за мкнутого поперечного профиля. Гидравлический расчет в условии безнапорно го равномерного движения выполняется по формуле Шези [5]:
v= cJR i , м/с. |
(28) |
Формула расхода: |
|
Q = m C jRi, м3/с. |
(29) |
-в практике строительного производства обычно принимают степень наполнения, равную а =0,50^0,75, чтобы был некоторый запас для неожиданно го увеличения подачи расхода, а также для вентиляции. Примем а=0,6;
-коэффициент шероховатости канализационных труб n принимается рав
ным 0,012^0,014, обычно вне зависимости от материала, из которого выполне ны стенки труб, т.к. такие трубы с течением времени покрываются осадками, что в значительной мере сглаживает различие шероховатости разных материа лов [14]. Пусть п=0,011;
-уклон коллектора можно принять в пределах i=0,001^0,005, как при конструировании водосборных каналов (лотков). Возьмем i=0,001;
-расход принимается равным подаче насоса Q=Qнaс=54 м3/час=0,015 м3/с С графика «Рыбка» (приложение 4) определим значение А для заданной
степени наполнения а =0,6. А=0,68.
Из формулы (31) определим модуль расхода для полного наполнения К п:
(32)
Из таблицы приложения 5 подбираем ближайший стандартный диаметр d
трубы коллектора, соответствующий вычисленному модулю расхода Кп=0,7 и выписываем соответствующие табличные данные Кпт , Wптг для заданной шеро ховатости п=0,011: о=250 мм; Кпт =0,7036 м3/с; Wпт =14,3 м/с. Поскольку мо
дуль расхода для принятого диаметра не соответствует вычисленному, то это приведет к изменению заданного наполнения. Истинное наполнение найдем, решив формулу (32) относительно величины А, приняв в ней модуль расхода табличный
(33)
258
тогда по графику «Рыбка» для вычисленного по (33) значения А определяется
степень наполнения а=0,58. Этому наполнению соответствует величина 5=1,07.
Глубина равномерного движения найдется из зависимости o= h
h=a d, |
d |
(34) |
h=0,58 0,25=0,15 м.
Скорость движения воды в коллекторе определяется по формуле (30), в которой Wn= Wnm
v=1,07 ■14,3 ^0,001 =0,48 м/с.
259
Приложения
Приложение 1 Коэффициент фильтрации кф, м/сут [1]
Грунты |
Коэффициент фильтрации k ^ м/сут |
||
Гравий чистый |
200-100 |
||
Гравий с песком |
150 |
-75 |
|
Песок крупный гравелистый |
100 |
-50 |
|
Песок крупнозернистый |
75-25 |
||
Песок среднезернистый |
5 2 |
0 |
|
Песок мелкозернистый |
|||
10 |
-2 |
||
Песок мелкозернистый глинистый |
2-1 |
||
Супесь |
0,7-0,2 |
||
Суглинок |
0,4-0,005 |
||
Глины |
0,005 и меньше |
||
Приложение 2
Рекомендуемые внутренние диаметры стальных труб d , мм [5]
d, мм |
d, мм |
d, мм |
d, мм |
50 |
150 |
400 |
900 |
60 |
175 |
450 |
1000 |
75 |
200 |
500 |
1100 |
80 |
250 |
600 |
1200 |
100 |
300 |
700 |
1300 |
125 |
350 |
800 |
1400 |
Приложение 3
Некоторые значения коэффициента местного сопротивления X в квадра
тичной области сопротивления [14]
Вид сопротивления |
X |
Вход из резервуара в трубу |
0,5 |
Выход из трубы в резервуар |
1,0 |
Выход из трубы в атмосферу |
0 |
Вход в трубу с сеткой |
6-3,7 |
То же с сеткой и обратным клапаном |
10 |
Вентиль полностью открытый |
6-3 |
Задвижка полностью открытая |
0,15 |
Поворот трубы на 90°, резкий |
1,2 |
То же, плавный |
0,15-0,55 |
Обратный клапан |
1,3-2,9 |