Разщиряющиеся аванкамеры водозаборов на тупиковых каналах

Расширяющаяся аванкамера должна обеспечить равномерный прямой подводводы ко всем водоприемным отверстиям. Аванкаме­ра — это расширяющийся в плане конус (с откосными стенками), сопрягающий подводящий канал (с шириной по дну Ь) и водопри­емный оголовок с шириной водозаборного фронта 2?ф. Согласно нормам проектирования аванкамеры устраивают короткими, с цен­тральными углами конусности а в плане не менее 30…35°, чтобы не превращать их в отстойники наносов. Обычно дно водоприемника ниже дна подводящего канала, поэтому в вертикальной плоскости дно сопрягают на концевом участке аванкамеры с прямым уклоном 0,2 (см. рис. 3.2; 3.3). Характер течений в таких аванкамерах обычно неблагоприятный.
С одной стороны, при любых режимах работы насосной станции в аванкамере наблюдаются боковые водоворотные зоны — с обеих сторон транзитного потока. При наличии в воде наносов последние откладываются на откосах и в донной части аванкамеры. В отдель­ных случаях объем отложений может достигать 40 % объема аванка­меры.
С другой стороны, транзитный поток в короткой аванкамере не успевает достаточно расшириться по всему водозаборному фронту, поэтому наблюдают искривление струй потока перед фронтом, те­чения вдоль фронта и косой подход к водоприемным камерам, осо­бенно к крайним. Из-за косого подхода в водоприемных камерах образуются вихревые воронки, зачастую с подсосом воздуха, увели­чиваются потери напора, ухудшается структура потока на входе в насос. Все это отрицательно влияет на работу насосов, снижая их подачу и увеличивая нагрузки на подшипники. Особенно это отра­жается на крупных лопастных насосах (осевых, центробежных), ус­тановленных в зданиях блочного типа.Длина аванкамеры, (З.10)

где 5Ф —ширина водозаборного фронта, м; Ь — ширина подводящего канала по дну, м.
Для обеспечения благоприятных условий растекания потока в расширяющейся аванкамере с горизонтальным дном (/ = 0) и дном с прямым уклоном (/ > 0) требуемая длина аванкамеры, м,
(3.11)

где Ьэ— ширина прямоугольного поперечного сечения канала, эквивалентного тра­пецеидальному поперечному сечению подводящего канала, м,

(3.12)

здесь т — коэффициент заложения откосов канала; h— расчетная глубина воды в, канале при расходе канала, равном суммарной подаче всех установленных на стан­ции насосов, то есть при работе водозаборного сооружения полным фронтом, м; у — степень расширения потока, у = Вф/Ьэ.
Если фактическая длина аванкамеры меньше требуемой /* </^, то растекание потока в ней будет неблагоприятным (с образованием водоворотных зон), а подход потока к камерам — косым. Углы под­хода потока 5 к камерам не должны превышать 15. „20° (уголподхода измеряют между осью камеры и направлением течения на входе в камеру). Эти углы можно определить при работе сооружения пол­ным фронтом:

(3.13)

где ф,- arctg [\,5(bTi— b;)/La], 6,= arctg [Z{B-t- bTi)/La]; здесь В,- — расстояние между осями аванкамеры и рассматриваемой водоприемной камеры, м; Ь; = ВЛ; ЬТ1- = = 2ЯД/Д»; Ь, = 0,5(1,4*4 + КУ, К= 0,1 при / = 0, К= 0,07 при i> 0.

Чтобы улучшить растекание потока в аванкамере, сокращают ширину водозаборного фронта 5Ф, а чтобы не допускать отложения наносов, сокращают и длину аванкамеры.
Уменьшать плановые размеры аванкамеры можно для насосных станций с раздельной компоновкой водозаборного сооружения, чего достигают, уменьшая ширину водозаборной камеры до мини­мально возможной при скорости входа во всасывающую трубу 0,8… 1 м/с.
Для насосных станций с совмещенной компоновкой водозабор­ного сооружения — в основном это станции блочного типа и камер­ные с вертикальными насосами — уменьшить ширину водозабор­ного фронта практически невозможно.

Эффективное средство улучшения растекания потока в корот­кой расширяющейся аванкамере и уменьшения отложения нано­сов в ней — устройство дна аванкамеры с обратным уклоном.

Рис. 3.5. Схема водозаборного сооружения насосной станции на тупиковом канале с аванкамерой с обратным уклоном дна (/’ < 0):
1 — подводящий канал; 2— расширяющаяся аванкамера (К 0); 2′ — аванкамера с прямым уклоном дна (/> 0); 3— камерный водоприемник; 4— подводящая труба насоса; 5— выносная сороудерживающая решетка.

Дно аванкамеры при этом будет выше дна канала на высоту порога. На условия растекания потока влияют степень расширения у = =Д})А>; относительная высота порога аванкамеры р = hjh(h— глу­бина воды в канале); длина участка с обратным уклоном Ц.
С учетом этого предлагают следующую методику расчета аванка­меры с обратным уклоном дна (предложена Н. Н. Накладовым, МГУП). Полная длина аванкамеры, м (рис. 3.5),
(3.14)

За расчетный режим принимают работу водозаборного сооруже­ния полным фронтом. При известных размерах поперечного сече­ния подводящего канала Ь, т, И эквивалентную ширину канала Ьэ вычисляют по формуле (3.12). Затем, зная ширину водозаборного фронта Вф, находят глубину воды Ла в конце участка аванкамеры с обратным уклоном дна, то есть на гребне дна аванкамеры. Ла можно приближенно найти по формуле

(3.15)

или, допуская равенство гидравлических уклонов в подводящем ка­нале (при равномерном движении) и в аванкамере, из уравнения

(3-16)

где Л=в11(4о)3Л2);здесь ш — площадь поперечного сечения подводящего канала, м, to = bh+ mh2; R— гидравлический радиус сечения, м.

Уравнение (3.16) проще всего решается методом последовательных последовательных приближений, обычно достаточно двух приближений:

Зная h₂ можно определить высоту порога аванкамеры h_п = h - h_a а затем и относительную высоту порога

Длина участка аванкамеры с обратным уклоном дна, м,

Эта формула является аналитическим выражением зависимости, представленной в [13] на рисунке 39. Обратный уклон дна аванкамеры i_обр= h_п/L₁ но его не слепует яелать кпуче 0.1
.

Длину участка L~> назначают не более
Для облегчения сопряжения греоня дна аванкамеры с дном водозаоорнои каме­ры целесообразно дно последней устраивать с подъемом к аванка-мере(см.рис. 3.5). В конце расчета находят общую длину аванкаме­ры La по формуле (3.14), затем центральный угол конусности

Угол а не должен превышать 40…45°.

При устройстве обратного уклона дна проверяют, чтобы скоро­сти течения на гребне дна аванкамеры при любых возможных уровнях воды в подводящем канале и режимах работы станции были не менее чем в 1,2… 1,3 раза меньше скоростей течения в подводящем канале при соответствующем режиме. Нельзя допускать течение на гребне аванкамеры как через неподтопленный водо­слив.
Для улучшения условий входа потока в водоприемные камеры в отдельных случаях можно применить водоприемник с криволиней­ным фронтом, камеры которого разворачиваются в соответствии с углами подхода потока к ним. Углы подхода могут быть определены по формуле (3.13).
Способ конструирования криволинейного фронта детально из­ложен в [13]. Водоприемник с криволинейным фронтом может быть применен при раздельной компоновке здания и водозаборно­го сооружения, а иногда и при совмещенной их компоновке. Прак­тически крайние водоприемные камеры не следует разворачивать более чем на 35°. Следует отметить, что конструкция сооружения при этом усложняется (см. [9], с. 307).
При степенях расширения у > 4…5 возможен сбой течения в аванкамере даже при работе сооружения полным фронтом. Чтобы улучшить растекание потока в этом случае, можно применить на­правляющие стенки (см. [9], с. 309) или обратный уклон аванкаме­ры в комбинации с этими стенками.
Для тех же целей — улучшения растекания потока в аванкаме­ре — можно устраивать поперечные стенки (см. [9], с. 310).
Если в подводящий канал из водоисточника поступает боль­шое количество сора, то очистка сороудерживающих решеток (вертикальных или наклонных), расположенных в водоприем­ных камерах, затрудняется. В этих условиях’целесообразно ре­шетки из камер выносить в специальное сороудерживающее со­оружение СУС, которое располагают в аванкамере так, чтобы глубина воды и ширина аванкамеры в месте расположения СУС обеспечивали допустимые скорости течения в решетках и требуе­мое качество очистки с помощью решеткоочистных машин. Ре­шетки в СУС целесообразно устанавливать наклонно (под углом 75…80°) к горизонту, сплошным фронтом для облегчения их очи­стки, используя решеткоочистные машины типа РН (см. [9], с. 202).

Аванкамеру перед СУС выполняют либо с горизонтальным дном, либо с обратным уклоном дна при углах конусности не более 40…45°, чтобы обеспечить полное растекание потока по всему фронту сороудерживающих решеток и тем самым равно­мерное засорение решеток и благоприятные условия их очист­ки. Часто ширину фронта СУС принимают равной ширине во­дозаборного фронта Вф. Длина участка аванкамеры за СУС оп­ределяется условиями сопряжения СУС с водоприемником как по вертикали с уклоном дна не более 0,2, так и в плане