Гидравлический расчет устройства для защиты сеток от прорыва

Для защиты сеток от прорыва используется устройство клапанного типа. При этом в каждой секции водозабора предусмотрена установка по одному такому устройству.

Пропускная способность такого устройства.

; (39).

Коэффициент расхода устройства.

(40).

где г0 — коэффициент удельного гидравлического сопротивления патрубка защитного устройства, с2/м;

l — длина патрубка по его оси, м;

щ — площадь патрубка, м2;

Ужм — сумма коэффициентов местных сопротивлений устройства, включающая сопротивление на входе потока в патрубок, повороте потока на 45є и выходе потока под клапан устройства.

Величина 2gг0lщ2 по сравнению с Ужм незначительна, поэтому ей можно пренебречь.

.

Требуемый диаметр устройства определяется по формуле.

(41).

где hпр — предельные потери напора при прохождении данного устройства, принимаются равными 0,2 — 0,3 м.

.

Полученное значение округляется до ближайшего большего стандартного диаметра, равного 80 мм.

Проектирование и расчет оголовка

При устройстве водозаборов берегового типа решетки устраиваются непосредственно на входе в сам колодец. При проектировании водозаборов руслового типа решетки устраиваются на входе в оголовок.

Далее необходимо выбрать тип оголовка, вычертить его план, разрез и определить его основные размеры.

Затопленные водоприемные оголовки водозаборных сооружений подвергаются воздействию силы тяжести G, сил взвешивающего P и гидродинамического F давления воды. Оголовки находятся в состоянии статической устойчивости только тогда, когда коэффициенты их устойчивости на сдвиг и опрокидывание не меньше нормируемых, а дно русла водоисточника вокруг оголовка не размывается,.

(43).

(44).

где f — коэффициент трения подошвы оголовка по его основанию, принимается равным 0,45 при трении бетона по песку;

xG, yF, xP — плечи сил, действующих на оголовок сооружения относительно точки его опрокидывания, м;

|Kсдв|, |Kопр| - допустимые коэффициенты статической устойчивости оголовков соответственно на сдвиг и опрокидывание, принимаемые равными 1,1 — 1,4;

нф — фактическая скорость придонного течения потока в зоне расположения оголовка с учетом стеснения им сечения водоисточника, м/с;

ндоп — допустимая при данном состоянии дна водоисточника скорость неразмывающего потока, м/с.

Сила G, H находится по выражению.

(45).

где m — масса оголовка, кг;

с — плотность материала элементов оголовка, кг/м3;

Vог — объем элементов оголовка, м3.

Объем оголовка определяется за вычетом водоприемных окон и диффузора, то есть вычисляем объем материала, из которого выполнен оголовок. Материал корпуса оголовка — железобетон, средняя плотность железобетона сж/б = = 2400 кг/м3. Объем железобетонного корпуса равен Vж/б = 5,03 м³.

Н.

Сила взвешивания оголовка P, H, расположенного на хорошо проницаемых грунтах, определяется по формуле.

(46).

где св — плотность воды, св = 1000 кг/м3.

Н.

Сила F, H гидродинамического воздействия потока на оголовок.

(47).

где ш — коэффициент лобового сопротивления оголовка потоку, равная 0,6 для прямоугольного в плане профиля оголовка;

щ — площадь поперечного сечения той части оголовка, которая воспринимает гидродинамическое давление потока (расположенная над плоскостью дна источника перпендикулярно к потоку часть его вертикального сечения), равная 2,92 м²;

н — скорость набегания потока на оголовок, принимаемая равной расчетной скорости течения воды в источнике, н = 0,72 м/с.

Н.

Плечо yF силы F относительно отчки O (рисунок 4) принимается равным hф + 0,6h, исходя из условия неравномерности распределения скоростей потока по вертикали.

Рисунок 4 — Схема сил, действующих на оголовок руслового водозабора.

Таким образом, плечи сил имеют следующие значения: xG = 0,55 м, yF = 1,37 м, xP = 0,55 м.

.

.

Устойчивость русла водоисточника в месте расположения оголовка проверяется по условию (44). При этом ндоп определяется по формуле.

(48).

где нДОП — скорость придонного потока после создания сооружения, м/с;

H — глубина потока у сооружения, H = 0,8 м;

d — средний диаметр отложений на дне потока или каменного крепления ложа, d = 0,72 м;

u — коэффициент качества воды источника, принимаемый равным 1,4 для потоков с наносами в коллоидном состоянии;

с0, сВ — плотность донных отложений и воды соответственно; с0 = 2,55 т/м3, сВ = 1,0 т/м3;

n — коэффициент перегрузки потока, определяется по формуле.

(49).

.

с — прочность на разрыв грунтов природного сложения, определяется по формуле.

(50).

.

k — коэффициент, характеризующий вероятность отклонения показателя сцепления грунта от среднего значения, k = 0,5;

м/с.

Условие (42) соблюдается (0,72 м/с > 3,16 м/с), значит устройства вокруг сооружения специального закрепления грунта не требуется.