Примеры расчета

Пример 1. Определить размеры водовыпускного сооружения и потери напора в нем.
Исходные данные: подача насосной <2тах = 6,3 М3/с, (?фОрс = 8,4 м3/
с;
напорные трубопроводы (железобетонные сборные, засыпные) в две нитки диаметром 1,4 м;
на станции установлены четыре насоса марки 80ВЦ = 2,5/40 с подачей 2,1 м3/с каждый, три насоса рабочих и один резервный;
поперечное сечение отводящего канала одинаково с подводя­щим (см. разд. 3.5), ширина канала по дну Ъ = 4 м;
глубина воды в канале:
при форсированной подаче 1,38 м;
минимальной подаче (£Цд = 2,1 м3/с) 0,68 м;
работе трех насосов (Q= 6,3 м3/с) 1,2 м;
коэффициент заложения откосов т = 1,5, отметка дна отводя­щего канала 50,8 м;
на каждый напорный трубопровод работают два насоса, поэтому
Qxpmin = 2,1 М3/С, fipmax = 4,2 М3/с.
В данном примере водовыпускное сооружение может быть зап­роектировано как с механическими запорными устройствами, так и сифонного типа. Водовыпускное сооружение с переливными стен­ками применить нельзя, так как амплитуда колебаний уровней в от­водящем канале равна 0,7 м, что больше рекомендуемой (0,5 м) для сооружений этого типа.
Проверяют возможность применения сифонного водовыпуска. Принимают сифон из стальных труб диаметром 1,4 м с углом накло­на восходящей и нисходящей ветвей к горизонту 35°. Определяют значение зарядного расхода по формуле (8.1) для сифонов круглого сечения

где Лгс —диаметр горлового сечения, Drc = DTp = 1,4 м; щ — угол наклона восходя­щей ветви к горизонту, град.

Следовательно, сифон будет заряжаться только при максималь­ном расходе трубопровода, так как Q^ max = 4,2 м3/с > £>зар, и не бу­дет самозаряжаться при минимальном расходе 0трт;п = 2,1 м3/ с < Q3ap- В ЭТ0М случае, чтобы обеспечить зарядку Q3ap> QTpmin, до­статочно уменьшить диаметр горлового сечения сифона до Drc= 1,16м. Стандартных стальных труб диаметром 1,16м нет, поэтому принимают ближайший стандартный диаметр 1 м. При таком диаметре скорости течения воды в горловом сечении сифо­на достигают значения vrc = 5,35 м/с (при QTp = 4,2 м3/с), потери напора в сифоне составят примерно 0,88..Л,46 м (при Сейф = 0,6… 1) без учета потерь напора в конфузоре перед горловым сечением и диффузоре за горловым сечением. Поэтому сифон в данных условиях неэкономичен.
Проектируют водовыпускное сооружение с механическими за­порными устройствами.
Порядок расчета: 1. Принимают круглое выходное отверстие ди­аметром

Выходное отверстие заглубляется под минимальный уровень воды в отводящем канале на величину, равную 5VgbIX / 2g, но не менее 0,2 м.
При отметке минимального уровня воды ~1УВт1п = I дна канала + Лт,п (где -]дна канала = 50,8 м, hmin— минимальная глуби­на воды в канале, hmin= 0,68 м), 4УВт!п = 50,8 + 0,68 = 51,48 м

За минимальный уровень воды в отводящем канале принимают уровень, соответствующий подаче одного насоса.
3. Используют в качестве запорных устройств стандартные об­ратные клапаны безударные фланцевые с эксцентричной подвес­кой и гидротормозом диаметром 1,4 м и длиной 0,8 м. Расчетное давление 0,25 МПа, масса 2,58 т. Клапаны устанавливают на на­порном трубопроводе непосредственно перед выходными диффу­зорами (см. рис. 8.4). Для удобства монтажа и демонтажа клапа­нов предусматривают монтажные вставки; клапаны располагают в

Ширину водовыпускной камеры принимают равной ширине выходного отверстия при установке стандартных обратных клапа­нов на напорном трубопроводе перед выходным диффузором и плоских затворов; при установке клапанов-захлопок предусматри­вают запас между выходным отверстием и стенками быка и днищем для размещения уплотняющих элементов захлопки, обычно 0,3 м.
Следует согласовать расстояние в осях между выходными отвер­стиями водовыпускного оголовка и напорного трубопровода, уменьшая или увеличивая его.
В данном случае Ьос= Ькш+ Ь6= 1,75 + 1 = 2,75 м.
Расстояние в свету между трубопроводами составит Ьос- Др = = 2,75 — 1,4 = 1,35 м, что вполне достаточно для размещения обрат­ных клапанов.

5. Предусматривают для ремонта обратных клапанов ремонтные
затворы, плоские скользящие размером b= DBblx= 1,75 м и высотой
1,75 м. Принятые размеры отверстия соответствуют нормативным
требованиям. Ремонтные затворы размещают в пазах, устраиваемых
в стенках водовыпускных камер, ширина паза 0,3 м, глубина 0,25 м.

6. Определяют длину горизонтальной части успокоительного
колодца

Успокоительные колодцы обычно имеют прямоугольное очер­тание в плане. Вначале сопрягают дно колодца с дном отводящего канала наклонным участком с обратным уклоном 0,2, сохра­няя ширину колодца 5ВЫП = 4,5 м. Длина наклонного участка рав­на 5 (4дна канала —|днаколодца) = 5 (50,8 - 49,53) = 6,35 м. Стенки колодца вертикальные. Дно колодца с дном канала в плане сопряга­ют с помощью переходного участка с центральным углом конусноети 40°, длина которого

Вертикальные стенки успокоительного колодца и откосы отво­дящего канала сопряжены обратными стенками, располагаемыми под углом 45° к оси сооружения. Переходный участок и начальную часть отводящего канала закрепляют железобетонной монолитной облицовкой на длине LKp= (Ю…12)/гфОрс, принимают 1,кр=14м (/гфорс — глубина в отводящем канале при форсированной подаче станции, /гфорс = 1,48 м).

7. Принимают превышение верха стен сооружения над форсиро­ванным уровнем воды в отводящем канале 0,6 м.

8. Предусматривают для впуска воздуха в напорные трубопрово­ды и выпуска воздуха из них при остановке и пуске насосов на стан­ции воздушные трубы, диаметр которых определяют по допустимой скорости воздуха 50 м/с.

При (2тр = 4,2 м3/с диаметр воздушной трубы

Принимают ,0ВОзд = 0,35 м (ближайший стандартный).
9. Определяют потери напора в сооружении как сумму потерь напора при Q^ = 4,2 м3/с:
в обратном клапане Д>к = 1,4 м, коэффициент сопротивления клапана С, = 0,5

в выходном диффузоре, размеры которого Z)^ — 1,4 м, выходное отверстие DBbIX = 1,75 м при длине 2,5 м, С,тф~ 0,2

Сумма потерь напора в водовыпускном сооружении

Пример 2. Определить размеры водовыпускного сооружения с переливными стенками для оросительной насосной станции с по­дачей 0,8 м3/с. •
Исходные данные: продолжительность работы станции 3700 ч в год. На станции установлены четыре центробежных насоса марки Д800-57 с подачей 0,2 м3/с Воду подают двумя асбестоцементными напорными трубопроводами диаметром 0,5 м. Максимальный рас­ход трубопровода 0,4 м3/с, минимальный 0,2 м3/с. От станции вода поступает в открытый отводящий канал трапецеидального попе­речного сечения с шириной по дну b= 1 м, коэффициентом заложе­ния откоса т=\. Отметка минимального уровня воды в канале 63,37 м (работает один насос), максимального уровня 63,63 м (рабо­тают четыре насоса), отметка дна канала 63,1 м.
Порядок расчета: 1. Определяют диаметр выходного отверстия напорного трубопровода DBblx по скорости vBbIX = 1,5…2 м/с

2. Сопрягают напорный трубопровод (диаметр 0,5 м) с выход­ным отверстием (диаметр 0,6 м), расширяющимся конусом (диф­фузором) длиной 0,7 м. Водовыпускной оголовок в этом случаепредставляет собой железобетонную стенку, в которой замоноличены горизонтальные выходные диффузоры трубопроводов  (см.
рис. 8.8). Заглубление выходного отверстия напорного трубопрово­да   под   уровень   воды   в   резервуаре   принимают   не   менее  5v2bIX/2g=5-l,422 /19,62=0,5 м.
3. Принимают, учитывая, что из каждого напорного трубопрово­да вода поступает в отдельный приемный резервуар, прямоуголь­ную в плане форму резервуара длиной Lpe3 и шириной Дых = 0,6 м. Отметку верхней горизонтальной грани стенок резервуара (гребеньводослива) назначают на 0,07 м выше максимального уровня воды вотводящем канале

Дно резервуара совмещают с низом выходного отверстия трубо­провода и делают его наклонным с подъемом от низа выходного от­верстия трубопровода до дна отводящего канала.

4. Определяют длину резервуара Zpe3; для этого задаются напо-

ром на гребне водослива Др = 0,2 м и вычисляют необходимую дли­ну гребня водослива при максимальном расходе трубопровода 0,4 м3/с по формуле (8.16)

Резервуар получается коротким, поэтому принимают рекомен­дуемую длину 1рез = 4 Д,ых.
5. Находят напор на водосливе при длине гребня водослива

При расходе трубопровода 0,2 м3/с напор на гребне Др = 0,09 м, тогда 5гр = 0,06 м.
6. Принимают бассейн водовыпуска с откосными стенками (ко­эффициент заложения откоса т = 1), дно бассейна горизонтальное, отметка которого равна отметке дна отводящего канала 63,1 м. Рас­стояние между резервуарами принимают 2/)вых = 1,2 м, а от подо­швы откоса бассейна до резервуара DBbIX = 0,6 м. Таким образом, об­щая ширина бассейна с учетом толщины стенок резервуаров 0,4 м составит:

7. Принимают превышение стенок бассейна над уровнем воды в резервуаре на 0,4 м, тогда отметка стенки = Гребня + Нт+ 0,4 м = 63,7+ 0,15+ 0,4 = 64,25 м.

8. Течение на гребне резервуаров-водосливов является неподтопленным, так как отметка гребня выше отметки максимального уровня воды в отводящем канале, однако сопряжение потока, пере­ливающего через гребень, с потоком в отводящем канале должно быть в виде надвинутого гидравлического прыжка.

Для этого в бассейне за резервуарами устраивают гаситель, со­стоящий из двух рядов зубьев: первый ряд из косых в плане зубьев, второй ряд — сплошной зуб-порог (см. рис. 8.6). Высота зуба зави­сит от критической глубины воды в сливном лотке между резервуарами. При подаче насосной станции 0,8 м3/с в средний лоток будет переливаться 0,4 м3/с, и удельный расход в нем q= 0,4/2DBbIX = 0,4/

1,2 = 0,33 м2/с
Критическая глубина потока в сливном лотке

это меньше глубины воды в канале. При-
нимают высоту косого зуба сх= 0,35/гкр = 0,35 ■ 0,23 = 0,08 м, угол между направлением зубьев и осью канала 65°, расстояние первого ряда зубьев от торцовой стенки резервуара 0,5DBbIX = 0,3 м. Сплошной зуб (второй ряд) располагают от первого ряда на расстоянии 5/гк = 5 • 0,23 = 1,15 м, высота этого зуба с2 = (0,6…0,8) сх= 0,06 м.
Таким образом, длина бассейна водовыпуска составит примерно 4,5 м. Бассейн водовыпуска (ширина 5бас = 5,2 м) с отводящим ка­налом (ширина по дну 1 м) сопрягают переходным участком с цент­ральным углом конусности 40°, длиной 5,8 м. Начальный участок отводящего канала закрепляют от размыва железобетонной обли­цовкой на длине 6 м. Потери напора в сооружении складываются из потерь напора в выходном диффузоре и на выходе из него, напора на водосливе Н^, превышения гребня водослива над соответствую­щим уровнем воды в отводящем канале. При максимальной подаче станции 0,8 м3/с сумма потерь напора

Пример 3. Определить размеры водовыпускного сооружения си­фонного типа для оросительной насосной станции с максимальной расчетной подачей 9 м3/с На станции установлены четыре насоса Оп2-87 с подачей 3 м3/с (один насос резервный) каждый.
фбходные данные: минимальная подача станции 3 м3/с, форсиро­ванная подача 12м3/с. Воду подают по четырем железобетонным напорным трубопроводам диаметром 1,4 м в открытый отводящий канал трапецеидального поперечного сечения с шириной по дну b= 4 м, коэффициентом заложения откосов т =1,5. Отметка мини­мального уровня воды в канале 63,87 м (работает один насос), фор­сированного уровня 64,77 м (работают четыре насоса, (?фОрс), отмет­ка дна канала 62,96 м. Расчетный расход трубопровода 0тр= Ъ м3/с. Расстояние в осях между трубопроводами 2,6 м.
Порядок расчета: 1. Принимают наиболее простую круглую фор­му поперечного сечения проточной части сифона диаметром 1,4 м, равным диаметру напорного трубопровода (см. рис. 8.5).
2. Проверяют условия зарядки сифона при углах наклона восходя­щей и нисходящей ветвей с^ = сс2 = 40° и Д. с = 1,4 м по формуле (8.1)

Расход заряда получился больше расчетного расхода трубопро­вода, следовательно, сифон не зарядится. Для обеспечения зарядки поперечное сечение сифона нужно уменьшить.

3. Принимают диаметр горлового сечения DTC= 1,2 м (ближай­ший стандартный диаметр), тогда.
Следовательно, зарядка сифона обеспечена. Нужно отметить, что лучше было принять Drc = 1,3 м, но сталь­ных труб диаметром 1,3 м нет.

4. Принимают   радиусы   закруглений:    горлового   коленаго = 2,5Z)rc, нижнего колена восходящей и нисходящей ветвей си­фона R= 2 Д. с.

5. Принимают отметку порога сифона на 0,2 м выше уровня воды в отводящем канале при форсированной подаче станции 12 м3/с порога сифона =Хфорсированного УВ + 0,2 = 64,77 + 0,2 = 64,97 м.

6. Устраивают на восходящей ветви сифона конфузор для пере­хода с диаметра напорного трубопровода 1,4 м на диаметр сечения восходящей ветви 1,2 м, длина конфузора 1 м.

7. Принимают выходное отверстие сифона круглой формы. Диа­метр выходного отверстия вычисляют по скорости выхода 2 м/с

Принимают Д,ых = 1,4 м, vBblx = 1,95 м/с.

8. Сопрягают нисходящую ветвь сифона диаметром поперечного сечения 1,2 м с выходным отверстием диаметром 1,4 м диффузором длиной 1,4 м, угол конусности 8°. Диффузор располагают горизон­тально непосредственно за нижним коленом нисходящей ветви.
Выходные диффузоры замоноличивают в вертикальной железобе­тонной стенке.

9. Заглубляют выходное отверстие сифона под минимальныйуровень воды в отводящем канале на пять скоростных напоров

10. Вычисляют отметку дна колодца (бассейна) водовыпуска 4,дна бассейна = 4УВт1п - /гзагл - DBbIX = 63,87 - 0,97 - 1,4 = 61,5 м.

11. Определяют ширину колодца водовыпуска (по рис. 8.4)

12. Принимают начальную часть дна колодца длиной 2 Ашх = 2,8 м горизонтальной. Далее дно устраиваем с обратным ук­лоном 0,2 для сопряжения с дном отводящего канала. Длина этого участка равна 5 (J7 дна канала — £ дна бассейна) = 5 (62,96 — — 61,5) = 7,3 м. Ширина колодца здесь постоянна:

13. Сопрягают в плане колодец водовыпуска с отводящим кана­лом шириной по дну 4 м переходным участком с углом конусности 40°, Длина этого участка
 

14. Устраивают стенки бассейна откосными с коэффициентом заложения откосов 1,5. Отметку верха стен водовыпуска принима­ют 65,27 м, что на 0,5 м выше отметки максимального уровня воды.
Начальную часть отводящего канала защищают от размыва железо­бетонной облицовкой на длине 16 м.

15. Устанавливают для срыва вакуума в сифонах при остановке насосов клапаны срыва вакуума гидромеханического действия или гидравлические клапаны (см. рис. 8.7, 8.8).

Гидравлический клапан срыва вакуума проще по устройству и надежнее, но может быть применен при условии

где АН— амплитуда колебаний уровней воды в отводящем канале, АН= 0,9 м; АНпр и Дйобр — перепады уровней, которые устанавливаются в стакане клапана при пря­мом и обратном движении воды в сифоне.
Предварительно значение (ЛЯпр + Д#обр) зависит от скорости потока    в    горле    сифона    (см.    рис. 8.9).    При    скорости

1 аким образом (Длпр + АНобр) > АН = и,У м, поэтому гидравли­ческий клапан срыва вакуума может быть использован. Более точно значение (Л#пр + Л#обр) определяют по формулам (8.7) и (8.8).

16. Вычисляют потери напора в сифоне водовыпуска, которые складываются из потерь: в нижнем отводе 40°, D= 1,4 м; конфузоре

длиной 1м, Др = 1,4 м, Dr c = 1,2 м; горловом колене 80°; нижнем отводе нисходящей ветви 40°, D= 1,2 м; в выходном диффузоре и на выходе из него. Суммарный коэффициент сопротивления составит примерно 1 относительно скоростного напора в горловом сечении. Потери напора в сифоне