Пример 1. РАСЧЕТ ПОДВОДЯЩЕГО КАНАЛА
Исходные данные. Насосная станция забирает воду из водохрани­лища. Вода к станции подается подводящим каналом длиной 80 м. Отметки уровней воды в водохранилище: минимальная — 27,00 м, максимальная — 30,00 м.В голове канала находится рыбозащитное сооружение РЗС. Для связи с насосной станцией вдоль одного берега канала проложена дорога шириной 5 м, по другому берегу устроена берма шириной 1,5 м, превышающая максимальный уровень воды на 0,4 м, бермы канала горизонтальны. Уровни воды в канале и формы свободной поверхности определяются положением уровней воды в водохрани­лище и подачей насосной станции. Грунты, в которых проложен канал, — суглинки с плотностью 1900 кг/м3, однородные, не содер­жат легкорастворимых солей, удельное сцепление грунта с = 17кПа. Вода в водохранилище осветленная, однако наносы в канал могут поступать в период волнообразования и переработки берега.
Расходы воды в канале и соответствующие им уровни воды в во­дохранилище приведены в таблице.

3.6. Уровни воды в водохранилище и расходы в канале

Периоды	Уровни воды за периоды, м	Расход канала (водоподача станции, м3/с)
10.04…20.05	27.0…30.0	2.1
21.05…20.06	30.0…28.0	4.2
21.06…20.08	28.0…27.5	6.3
21.08…10.09	27.5…27.0	4.3

Примечание: Коэффициент форсирования расхода к. = 1,2.

Порядок расчета. Характеристики поперечного сечения и уклон дна канала определяют по максимальному расходу Qmax = 6,3 М3/с, что соответствует максимальной ординате графика водоподачи станции. Русло канала земляное. Принимают трапецеидальное по­перечное сечение. Для расчета берут:
коэффициент заложения откоса т = 1,5 (см. табл. 3.5);
коэффициент шероховатости русла п = 0,0225 (см. с. 60);
относительную ширину канала по дну [3 = 3;

допустимую неразмывающую скорость для связных грунтов vp при коэффициенте условий работы А^ = 1, с = J7 кГТа и глубине от 1 до 3 м: vp = 1,3.. Л ,5 м (см. табл. 3.1; 3.2), в данном случае р = 1900 кг/м3,1сс= 1,

поэтому значение скорости из таблицы нужно умножить на коэффициент, равный

Ширина канала по дну предварительная

При  этом  относительная  ширина  канала по дну 3 = £/Л = = 4/1,2 = 3,32, что близко к рекомендуемой. Смоченный периметр

Коэффициент Шези можно также определить и по гидравличес­кому справочнику.
Для того чтобы определить глубины воды hв подводящем канале при равномерном движении, но при других расходах: Q= 2,1 м3/с, 4,2м3/с, <2форС, нужно провести соответствующие гидравлические расчеты канала по формуле Q=(uCJrIпри известных данных: ко­эффициенте шероховатости п = 0,0225, ширине, по дну b- 4 м, ко­эффициенте заложения откоса т = 1,5, уклоне дна / = 0,00053. Ре­зультаты расчетов приведены в таблице 3.7.

3.7. Результаты расчета канала

Период работы станции	Уровень воды в водохронилище	Q,м3/с	h, м	h1 факт
10.04…20.05	27.0…30.0	2.1	0.68	1.38…4.38
21.05…20.06	30.0…28.0	4.2	0.98	4.2…2.2
21.06…20.08	28.0…27.5	6.3	1.2	2.2…1.7
21.06…20.08	28.0…27.5	8.4	1.38	2.2…1.7
21.08…10.09	27.5…27.0	4.2	0.98	1.7…1.2

* Форсированный фактический расход

Чтобы обеспечить забор необходимого количества воды в подво­дящий канал из водохранилища, назначают отметку дна канала в его голове. Превышение отметки уровня воды в водохранилище принято, как для бокового подтопленного водослива с широким порогом с учетом потерь напора в рыбозаградителе. При равномер­ном движении воды в канале отметку дна в голове канала определя­ют как разность отметки минимального уровня воды в водохрани­лище за расчетный период и глубины воды в канале, соответствую­щей форсированному расходу (по графику водоподачи станции) при равномерном движении.

Это сделано с запасом для того, чтобы иметь возможность обес­печить надежный забор воды из водохранилища в подводящий ка­нал в любой период работы станции при минимальном уровне воды в водохранилище. Однако при этом в канале фактические глубины Аф будут больше расчетных практически во всех периодах, то есть движение воды будет неравномерным, с образованием кривых под­пора, скорости течения будут меньше расчетных. Фактические глу-
оины воды в канале

Пример 2. РАСЧЕТ ВОДОЗАБОРНОГО СООРУЖЕНИЯ НА ТУПИКОВОМ ПОДВОДЯЩЕМ КАНАЛЕ
Исходные данные. Вода к насосной станции блочного типа посту­пает по открытому подводящему каналу трапецеидального попе­речного сечения шириной по дну b= 4 м и коэффициентом заложе­ния откосов т= 1,5.
На станции установлены четыре вертикальных центробежных насоса марки 80ВЦ-2,5/40 с подачей 2,1 м3/с Глубина воды в под­водящем канале при QHiC = 8,4м3/с h= 1,38 м (при минимальном уровне воды в водохранилище). Отметка дна канала у водозаборно­го сооружения равна 25,52 м (уклон дна канала 0,00053, длина канала 80 м). Отметка минимального уровня воды в канале ‘TyBmin = 26,90 м, максимального уровня воды£УВтах = 30,00 м. От-метка бермы канала с запасом 30,40 м.
Порядок расчета. Водоприемник водозаборного сооружения со­вмещают со зданием, так как на станции установлены вертикаль­ные насосы (см. рис. 3.5; 5.3). Расстояние в осях между насосами /ос = = 4,2 м, поэтому ширина водоприемной камеры

где Ьъ— толщина быка, с учетом пазов глубиной 0,3 м каждый принимают 1,2 м. Ширина водозаборного фронта сооружения

где п — число насосов на станции, п = 4.

Отметку верха водоприемника принимают равной отметке верха подземной части здания 31,15 м, а отметку дна водоприемной ка­меры — равной отметке низа всасывающей (подводящей) трубы ос­новного насоса на станции 23,16 м, поэтому высота быка равна 31,15-23,16 = 7,99 м.
Заглубление входного отверстия всасывающей трубы должно быть не менее

где vBX — средняя скорость во входном отверстии бетонной всасывающей трубы, м/с;

где hBX— высота входного отверстия 0,85 м; йвх — ширина входного отверстия, вдан-ном случае 6ВХ = йкаМ= 3 м.
Фактическое заглубление входного отверстия

что значительно больше минимально рекомендуемого 0,5 м.

Каждую водоприемную камеру оборудуют ремонтным затвором на входе во всасывающую трубу и грубой сороудерживающей ре­шеткой. Размеры отверстия, перекрываемого затвором, определя­ют шириной водоприемной камеры 3 м и высотой входного отвер­стия всасывающей трубы

Принимают размеры отверстияКаждую водоприемную камеру оборудуют ремонтным затвором на входе во всасывающую трубу и грубой сороудерживающей ре­шеткой. Размеры отверстия, перекрываемого затвором, определя­ют шириной водоприемной камеры 3 м и высотой входного отвер­стия всасывающей трубы.
Для установки ремонтного затвора в быках устраивают пазы глу­биной 0,3 м и шириной 0,4 м. Грубую сороудерживающую решетку располагают вертикально в пазы. Решетку выполняют из полосовой стали шириной 80 мм, толщиной 6 мм, расстояние между стержня­ми принимают не более 0,03 Z)pK = 0,03 • 1000 = 30 мм (DpK— диаметр рабочего колеса насоса 80ВЦ-2,5/40).
Размеры водоприемного отверстия, перекрываемого решеткой, Л(шАам ~ 1,5-Зм. Площадь водоприемного отверстия шотв = = 4,5 м2. Высота отверстия принята несколько больше, чем высота входного отверстия всасывающей трубы.
Тпебуемая плошаль тюлоппиемного отвеостия

где QH— расчетная подача насоса, 2,1 М3/с; к — коэффициент, учитывающий стес­нение отверстия стержнями решетки, принимают 1,2; vOTB — скорость в отверстии при заборе воды из каналов и механической очистке решеток, не более 0,8—1 м/с, принимают 0,7 м/с.
Водоприемное отверстие сверху ограничивают вертикальной забральной стенкой. Заглубление верха водоприемного отверстия (нижней кромки забральной стенки) под минимальный уровень воды принимают не менее 0,5 м. В данном случае

Полученное значение заглубления целесообразно уменьшить до минимального 0,5 м, всасывающую трубу насоса и дно водоприем­ной камеры выполняют наклонными (см. рис. 3.5; с. 250 в [9]) — угол наклона дна к горизонту -14°. Это решение облегчит очистку решетки, уменьшит размеры водоприемника и аванкамеры.
Для очистки решетки используют навесную рещеткоочистную машину типа РТ с размером ковша 2840 мм (для пролета отверстия 3 м) и минимальным шагом грабель ковша 50 мм [9]. Поэтому шаг стержней решетки принимают 50 мм. Ковш машины РТ перемеща­ется вдоль решетки по специальным пазам, устраиваемым в быках перед пазами решетки на расстоянии 0,3 м, ширина паза 0,3 м, глу­бина 0,15м.
Для подъема и опускания затворов и решеток используют козло­вой кран, перемещающийся вдоль водоприемника по рельсам. Ре-шеткоочистную машину навешивают на этот кран.
Длина водоприемника LBmот оголовка быка до наружной грани стены здания станции

где 1шм — длина водоприемной камеры от оголовка быка до входного отверстия вса­сывающей (подводящей) трубы насоса, /кам = 1{+ /2 + /3 + /4 + /5 + 16= 0,75 + 0,3 + + 0,3 + 0,4+ 0,9+ 0,4 = 3,05м; /, —длина закругленной части быка, /, = 0,566 + d = - 0,5 ■ 1,2 + 0,15 = 0,75 м (d— ширина штрабы для установки одной ветви пазовых конструкций, принимаем 0,15 м, см. разд. 4.12) [9]; 12— ширина паза для машины РТ, /2 = 0,3 м; !3— расстояние между пазами решеткоочистной машины и решетки, принимаем /3 = 0,3 м; /4 — ширина паза для сороудерживающей решетки, принима­ем/4 = 0,4 м; /5 — расстояние между пазами решетки и ремонтного затвора, прини­маем ts~2d+ 0,1#ст = 0,15-2 + 0,1 -6 = 0,9м (#„ —статический напор на забраль-ную стенку, м, Яст = 6 м); k— ширина паза ремонтного затвора, /6 = 0,4 м; /7 — рас­стояние от паза затвора до рельса козлового крана, определяется размерами козло­вого крана, принимаем не менее 0,35 м для средних станций и 0,6 м для крупных, в данном случае /7 = 0,35 м; /в — расстояние от стены здания до рельса козлового кра­на, определяется размерами крана, для кранов грузоподъемностью до 15 т этот раз­мер равен 1…1,2м, принимаем /8 = 1 м.
Расширяющуюся аванкамеру, сопрягающую тупиковый подво­дящий канал с водоприемником, рассматривают в двух вариантах.
Вариант 1. Аванкамера с горизонтальным дном (см. рис. 3.2). Дно аванкамеры горизонтально на первом участке длиной L{и име­ет положительный уклон на втором участке длиной Z2. На втором участке сопрягаем дно подводящего канала (£25,52 м) и гори­зонтальное дно водоприемной камеры (JT23,51 м). Полная длина аванкамеры, м,

Принимаем центральный угол конусности аванкамеры а = 30° и находим полную длину аванкамеры

где Вф —ширина водозаборного фронта, м; Ь — ширина подводящего канала по дну, м.

Для обеспечения благоприятных условий растекания потока в аванкамере с горизонтальным дном ее длина

где &3 —ширина прямоугольного сечения, эквивалентного трапецеидальному, м; Ьэ= b+ mh= 4 + 1,5 ■ 1,38 = 6,07 м; т — коэффициент заложения откоса подводяще­го канала; Л —расчетная глубина в подводящем канале при минимальном уровне воды в водохранилище и работе всех насосов на станции, включая резервный, м; -у — степень расширения потока, у = Вф/Ьэ= 15,6/6,07 = 2,57.
Фактическая длина аванкамеры меньше требуемой, поэтому ра­стекание потока будет неблагоприятным.
Определяем углы подхода потока к крайним водоприемным ка­мерам (насосов № 1 и 4) 8i и 54:

где Э[ = arctg [3(5, - bTl)/La) = arctg [3(6,3 - 3,5)/21,72] = arctg 0,387 = 2Г15′; ф1 = = arctg [l,5(*Tl - Й,)/А1 = arctg [1,5(3,5 - 2,45)/21,72] = arctg 0,0725 = 4° 10′; & -расстояние между осями аванкамеры и водоприемной камеры № 1, В{- 6,3 м; Ьп-= 25А/Аь = 2 -6,3 -4,33/15,6 = 3,5 м, здесь 6, = 0,5(1,4X1,+У = 0,5(1,4 -0,085 -21,72+ + 6,07) = 4,33 м (К= 0,1 при горизонтальном дне аванкамеры, К= 0,07 при положи­тельном уклоне дна; принимаем среднее значение К= 0,085); Ьх— В{/у = 6,3/2,57 -= 2,45 м.
Угол подхода к крайним водоприемным камерам насосов№ 1 и 4 составил 38°, что превысило допустимое значение (15…20°). По­этому рассматриваем другую конструкцию аванкамеры.
Вариант 2. Аванкамера с обратным уклоном дна. Полученное ра­нее значение заглубления входного отверстия подводящей трубы под минимальный уровень воды Лзаг = 1,89 м уменьшаем до мини­мального 0,5 м следующим образом: подводящую трубу насоса и дно водоприемной камеры выполняем наклонными (см. рис. 3.5).
Определяем требуемую отметку дна в начале водоприемной ка­меры:

Вычисляем угол наклона к горизонту дна всасывающей трубы и водоприемной камеры

где с - разность отметок дна в начале камеры и дна всасывающей трубы в конце ка­меры (у насоса), с = 24,9 - 23,51 = 1,39 м; U, -длина водоприемной камеры, /мм = -3,05 м; а— длина всасывающей (подводящей) трубы, а = 4,55 м.
Рассчитываем аванкамеру с обратным уклоном дна. Требуемая длина аванкамеры

гдеL-длина участка с обратным уклоном, м; 12-длина участка с прямым укло-ном, м,

здесьр= hjh- (A- ha)/h= (1,38 - 0,7)/1,38 = 0,493, где^ - относительная высота порога аванкамеры с обратным уклоном дна; Ап —высота порога аванкамеры, м* h- глубина воды в подводящем канале, м; Ла - глубина воды в конце участка с об­ратным уклоном, то есть на гребне дна, м. Приближенно

Более точно глубину Ла находят из уравнения

где ^=5|/(4ш3Л2)=15,65/(4-8,383-0,932)=453,7, здесь ш-площадь живого сече­ния канала при расчетной глубине воды h, м2: to~bh+ mh2= 4 ■ 1,38 + 1,5 ■ I,382 = = 8,38 м3; Я — гидравлический радиус: R= щ/х = 8,38/8,98 = 0,93 м,

Решают приведенное уравнение подбором: 1-е приближение

Обратный уклон дна аванкамеры

Отметка дна аванкамеры в конце участка Ц (гребень дна аванка­меры):

Гребень дна аванкамеры с дном водоприемной камеры сопряга­ют участком длиной L2с прямым уклоном 1:4

Полная длина аванкамеры

Уточняют угол конусности аванкамеры

Принято а = 30°.
Принимают коэффициент заложения откосов аванкамеры т = = 1,5. Откосы аванкамеры и боковые устои водоприемника сопря­гают обратными стенками, установленными под углом 45° к оси со­оружения. Дно и откосы аванкамеры покрывают железобетонной облицовкой.

Пример 3. РАСЧЕТ ПОДВОДЯЩЕГО КАНАЛА
Исходные донные. Насосная станция забирает воду из магист­рального канала (см. рис. 3.6), которую к водозаборному соору­жению насосной станции (см. пример 4) подают по подводящему каналу длиной Хкан = 100 м. Вдоль левого берега канала прокла­дывают дорогу, по правому берегу устраивают берму шириной 1,5 м. Отметка максимального уровня воды в канале 22,5 м, мини­мального — 20,0 м, минимальная подача насосной станции Qmin= = 0,7 м3/с {работает 1 насос), максимальная Qmax = 2,8 м3/с (работа­ют 4 насоса), форсированная подача 0форс = 3,5 м3/с Подводящий канал — саморегулирующийся, бермы его горизонтальны и превы­шают максимальный уровень воды в водохранилище на 0,4 м (от­метка бермы 22,9 м).
Порядок расчета. Грунты, в которых проложен канал, аналогич­ны грунтам в примере 1, поэтому принимают допустимую неразмывающую скорость vp = 0,9 м/с, коэффициент заложения откосов т = 1,5, коэффициент шероховатости русла п = 0,0225. Поперечное се­чение рассчитывают на расход Qmax= 2,8 м3/с в порядке, аналогич­ном примеру 1.

1.  
   • Площадь поперечного сечения со = 2,8/0,9 = 3,11 м2.
   • При относительной ширине канала по дну р = 3 ширина кана­
     ла по дну Ь = 2,5 м, глубина h= 0,83 м.
   • Уклон дна канала i= 0,0008, при этом уклоне глубина воды в
     канале при форсированном расходе Qфорс = 3,5 М3/с hфорс = 0,93 м
     (равномерное движение).
   • Отметка дна в голове подводящего канала (с запасом)



Пример 4. РАСЧЕТ ВОДОЗАБОРНОГО СООРУЖЕНИЯ НА ТУПИКОВОМ ПОДВОДЯЩЕМ КАНАЛЕ
Исходные данные. Вода к насосной станции камерного типа по­ступает по открытому тупиковому подводящему каналу трапецеи­дального поперечного сечения шириной по дну b= 2,5 м и коэффи­циентом заложения откосов т= 1,5. На станции установлены пять горизонтальных центробежных насосов марки Д 3200-75 с подачей 0,7 м3/с Глубина воды в подводящем канале при форсированной подаче станции <2фОрс — 0,7 ■ 5 = 3,5 м3/с h— 0,93 м (при минималь­ном уровне воды в водохранилище). Отметка дна канала у водоза­борного сооружения равна 18,87 м (уклон канала 0,0008, длина ка­нала 120 м). Отметка минимального уровня воды в канале 19,8 м, максимального — 22,5м, бермы —22,9м, оси насоса—19,0м (см. примерЗ).
Здание насосной станции запроектировано в двух вариантах: с од­норядным расположением насосных агрегатов (расстояние в осях между насосами /ос = 5 м) и с двухрядным расположением (расстоя­ние в осях между насосами 2,6 и 4,2 м) (см. главу 5, рис. 5.2). Насосы установлены с отрицательной высотой всасывания, отметка оси на­сосов 19,0 м. В данном случае для обоих вариантов компоновки зда­ния возможны раздельная от здания и совмещенная с ним компонов­ки водозаборного сооружения. Водозаборное сооружение состоит из водоприемной части сооружения — водоприемника камерного типа и расширяющейся аванкамеры, сопрягающей подводящий канал с водоприемником (см. рис. 3.2; 3.3).
Порядок расчета. Определяют размеры входного отверстия вса­сывающей трубы насоса, ширину камеры и ширину водозаборного фронта по каждому варианту. Диаметр входного отверстия всасы­вающей трубы находят по скорости входа vBX= 0,8..Л м/с,/)вх = 1 м (vbx = 0,89 м/с); плоскость входного отверстия вертикальна. Вход­ное отверстие DBX =: 1 м со всасывающей трубой диаметром 0,8 м сопрягают сужающимся равносторонним конусом длиной 5(DBX — DBC) = 5(3…0,8) = 1 м. Ширину камеры принимают (1,5…2)Z)BX, но не менее 1 м.
При раздельной компоновке целесообразно принять Ькам= = 1,5/)вх = 1,5 ■ 1 = 1,5 м, толщину быка Ь6= 1 м; эта толщина дос­таточна для устройства пазов глубиной 0,25 м и для установки ре­монтных затворов; ширина водозаборного фронта для этого вари­анта



Ширину камеры в данном случае можно уменьшить до йкам = = DBX= 1 м, так как входное отверстие расположено в торцовой стенке камеры и всасывающая труба находится вне камеры; ширина водозаборного фронта



При совмещенной компоновке ширина водозаборной камеры существенно не влияет на ширину водозаборного фронта, поэтому, приняв Ькш= 2DBX = 2 м, вычисляют ширину водозаборного фронта по каждому варианту здания при расположении насосов:
однорядном



При двухрядном расположении насосов для обеспечения одина­ковой ширины всех камер Ькт= 2 м, толщина быков, разделяющих камеры, различна.

В каждой камере на входе во всасывающую трубу предусматри­вают плоский ремонтный затвор, п