Результаты гидравлического расчета трубопроводов фильтровальной станции
| № п. п. | Назначение трубопровода | Расход воды в л/сек | Расчетная скорость в м/сек | Диаметр труб в мм | Рекомендуемая скорость в м/сек |
| 1 | Для подачи осветленной воды на все фильтры | 365 | 0,93 | 700 | 0,8—1,2 |
| 2 | То же, на один фильтр | 52 | 0,98 | 250 | 0,8—1,2 |
| 3 | Для подачи фильтрата в резервуар чистой воды (со всех фильтров) | 365 | 1,22 | 600 | 1—1,5 |
| 4 | Для подачи промывной воды в распределительную систему | 375 | 1,8 | 500 | Не более 2 |
| 5 | Для отвода промывной воды по сборному каналу | 375 | 0,96 | 700 | 0,8—2 |
| 6 | Для отвода первого фильтрата с одного фильтра | 52 | 1,5 | 200 | 1—1,5 |
146
Размеры трубопроводов или каналов, обслуживающих каждый фильтр, следует принимать из условия форсированного режима работы (т. е. при выключении одного фильтра на промывку). Таким образом, расчетный расход воды, приходящейся на один фильтр, будет 365:(8—1)=52 л/сек.
Б. Расчет скорых безнапорных фильтров с двухслойной загрузкой
Определение размеров фильтра. Полная (полезная) производительность фильтровальной станции Qcyт=45000 м3/сутки, или Qчас=1875 3/ч, или qсек=520 /сек.
Суммарная площадь фильтров с двухслойной загрузкой при T=24 ч, υ=10 м/сек, ω=13 л/сек∙м2, t1=0,12 ч и t2=0,33 ч по формуле (77)
Количество фильтров по формуле (78)
Принимаем восемь фильтров при площади каждого из них f=F:N=202,5:8≈25,4 м2. Размер фильтра в плане принят 4,7X5,4 м.
|
|
|
Скорость фильтрования воды при форсированном режиме по формуле (79)
Подбор состава загрузки фильтра. Загрузка двухслойного фильтра состоит из антрацита (верхний слой) и кварцевого песка (нижний слой). Гравий служит поддерживающим слоем.
В соответствии с данными табл. 32 и 33 скорые двухслойные фильтры загружаются (считая сверху вниз): а) антрацитом с крупностью зерен 0,8—1,8 мм и толщиной слоя 0,4 м;б) кварцевым леском с крупностью зерен 0,5—1,2 мм и толщиной слоя 0,6 м; в) гравием с крупностью зерен 2—32 мм и толщиной слоя 0,6 м. Общая толщина всей загрузки фильтра H составит 1,6 м.
Высота слоя воды над поверхностью загрузки фильтра принимается h=2,5 м>2 м.
Расчет распределительной системы фильтра. Расход промывной воды, поступающей в распределительную систему, при интенсивности промывки ω=13 л/сек∙м2
Диаметр коллектора распределительной системы принят dкол=600 мм исходя из скорости движения промывной воды υкол=1,1 м/сек, что соответствует рекомендуемой скорости 1—1,2 м/сек.
147
При размере фильтра в плане 4,7X5,4 м длина одного ответвления
где Dкол=630 мм — наружный диаметр коллектора (по ГОСТ 10704—63).
|
|
|
Количество ответвлений на каждом фильтре при шаге оси ответвлений z=0,26 м составит: nотв=(4,7:0,26)2≈З6 шт. Ответвления размещаем по 18 шт. с каждой стороны коллектора.
Диаметр стальных труб ответвлений принимаем dотв=80 мм (ГОСТ 3262—62), тогда скорость входа промывной воды в ответвление при расходе 330:36=9,2 л/сек будет υ =1,85 м/сек.
В нижней части ответвлений под углом 60° к вертикали предусматриваются отверстия диаметром 10—14 мм. Принимаем отверстия δ=14 мм площадью каждое fотв=1,54 м2. Отношение площади всех отверстий на ответвлениях распределительной системы к площади фильтра принимаем 0,25—0,3%. Тогда
Общее количество отверстий в распределительной системе каждого фильтра n0=∑f0:f0=635:1,54≈410 шт.
В каждом фильтре имеется по 36 ответвлений. Тогда количество отверстий на каждом ответвлении 410:36≈12 шт. Шаг оси отверстий е0=2,39:12≈0,2 м=200 мм.
Расчет устройств для сбора и отвода воды при промывке фильтра. При расходе промывной воды на один фильтр qпр=330 л/сек и количестве желобов nж=3 расход воды, приходящейся на один желоб, составит qж=330:3=110 л/сек=0,11 м3/сек.
Расстояние между осями желобов еж=5,4:3=1,8 м.
Ширину желоба с треугольным основанием определяем по формуле (86). В этой формуле При высоте прямоугольной части желоба h1=0,55 величины а=1, b=2,57 и b3=16,97.
|
|
|
Коэффициент К для желоба с треугольным основанием равен 2,1. Следовательно,
Высота желоба составляет 0,5 м, а с учетом толщины стенки полная его высота будет 0,5+0,08=0,58 м; скорость движения воды в желобе v=0,58 м/сек. По данным табл. 40, предложенной автором, размеры желоба будут: B=0,51 м; h=0,59 м; υ=0,56 м/сек.
148
Высота кромки желоба над поверхностью загрузки по формуле (63)
Расчет сборного канала производится так же, как и для обычных скорых фильтров (см. стр. 144).
Расход воды на промывку фильтра по формуле (88)
Определение потерь напора при промывке фильтра. Потери напора определяются так же, как в расчете потерь напора при промывке скорого фильтра (см. стр. 144), и состоят из следующих величин:
а) потерь напора в отверстиях труб распределительной системы фильтра, определяемых до формуле (91), hp.c=3,98 м;
б) потерь напора в фильтрующем слое, определяемых по формуле (92), hф=0,95 м;
в) потерь напора в гравийных поддерживающих слоях, определяемых по формулу (93), hп.с=0,17 м;
г) потерь напора в трубопроводе, подводящем промывную воду к общему коллектору распределительной системы фильтра.
|
|
|
При q=330 л/сек, d=450 мм и υ= 1,93 м/сек гидравлический уклон i=0,0108; тогда при l==100 мм hnp=0,0108∙100=1,08 м;
д) потерь напора на образование скорости во всасывающем и напорном патрубках насосов d=300 мм при двух одновременно действующих насосах 12 НДс для подачи промывной воды(qнас=190 л/сек), определяемых по формуле (94):
е) потерь напора на местные сопротивления в фасонных частях и арматуре, определяемых по формуле (95), hм.с=0,99 м.
Полная величина потерь напора при промывке скорого фильтра составит
Геометрическая высота подъема воды hг от дна резервуара чистой воды до верхней кромки желобов над фильтром будет:
где 0,7 м — высота кромки желоба над поверхностью фильтра; 1,6 м — высота загрузки фильтра; 4,5 м — глубина воды в резервуаре.
Напор, который должен развивать насос при промывке двухслойного фильтра, равен:
где hз.н = 1,5 м — запас напора.
149
Диаметры трубопроводов фильтровальной станции определяются по таблицам ВНИИ ВОДГЕО для гидравлического расчета стальных труб. Результаты расчета сводят в таблицу (по аналогии с табл. 41).
§ 27. Устройства для верхней промывки фильтров
Промывка скорых фильтров в восходящем потоке воды не исключает накопления в загрузке остаточных загрязнений в виде комьев, неотделимых от зерен песка, особенно у поверхности фильтрующего материала. Устранить это явление можно, подавая. часть промывной воды сверху по специальному устройству, размещаемому над поверхностью фильтрующей загрузки. Такое устройство называют системой для верхней промывки фильтра.
Различают два вида таких систем: 1) в виде неподвижных трубчатых линий, стационарно закрепленных над поверхностью фильтрующей загрузки; 2) в виде горизонтальной вращающейся трубы с боковыми насадками.
Устройства для верхней промывки фильтров применяют при умягчении и обезжелезивании воды.
А. Расчет стационарной трубчатой системы для верхней промывки фильтров
Интенсивность верхней промывки при стационарной трубчатой системе рекомендуется 3—4 л/сек на 1 м2 рабочей площади фильтра, а напор — 30—40 м вод. ст.
Фильтр состоит из двух отделений (рис. 41), каждое размером в плане 4X12,5 м и площадью 50 м2. Количество промывной воды, потребное для верхней (промывки каждого отделения, q1=Fω=50∙3=150 л/сек.
Диаметр трубопровода, подводящего промывную воду на каждое отделение фильтра, принимаем d1=300 мм; скорость входа воды в трубопровод составляет υ1=l,97 м/сек. Диаметр поперечной магистрали при скорости входа υ2=1,9 м/сек и расходе q2=q1:2=75 л/сек будет d2=225 мм.
Диаметр боковых разводящих труб при скорости входа υ3=1,91 м/сек и q3=q2:2=37,5 л/сек составит d3=150 мм.
Над фильтром устраивается 12 поперечных дырчатых распределительных ответвлений, располагаемых на высоте 70 мм от поверхности песчаной загрузки (рекомендуется 60—80 мм).
При длине фильтра l=12,5 м расстояние между осями ответвлений lотв=12,5:12≈1,04 м (рекомендуется 0,7—1 м). Длина ответвления равна ширине фильтра, т. е. b=4 м.
Таким образом, площадь фильтра, приходящаяся на одно дырчатое ответвление, будет Fотв=lотв b=1,04∙4=4,16 м2.
150
Расход промывной воды, приходящейся на площадь фильтра, которая обслуживается одним дырчатым ответвлением, составит qотв=Fотвω=4,16∙3=12,5 л/сек.
Этот расход подается сдвух сторон; следовательно, расчетный расход воды для ответвления равен: q4= 12,5: 2=6,25 л/сек.
Рис. 41. Неподвижная трубчатая система для поверхностной промывки фильтра
Диаметр дырчатых ответвлений принимаем d4=50 мм (ГОСТ 3262—62) со скоростью входа воды в них υ4=2,95 м/сек (рекомендуемая скорость 3—5 м/сек).
151
При расчете устройств для верхней промывки величина отношения площади всех отверстий в ответвлениях ∑fо к площади фильтра F должна составлять aп=∑fо:F=0,03—0,05 %.
Принимаем ап=0,03%. Тогда суммарная площадь отверстии, приходящихся на одно отделение фильтра, составит
Принимаем отверстия диаметром 6 мм при площади каждого отверстия fо=28,3 мм2. Необходимое количество отверстий составит п=∑fо:fо=16000:28,3≈530 шт. При 12 ответвлениях на каждом должно быть 530:12≈44 отверстия.
Шаг оси отверстий, размещенных с каждой стороны труб, в шахматном порядке, будет: е=4000:44≈91 мм (рекомендуется е=80—100 мм).
Скорость выхода воды из отверстий дырчатых труб
(рекомендуется υo=8—10 м/сек).
Необходимый напор для верхней промывки (при подборе насосов) складывается из следующих величин:
а) геометрической высоты подъема воды h1(рис. 42)
h1=(z1+d3)—z2, (96)
где z1— отметка кромки желоба;
z2—отметка дна резервуара;
d3 — диаметр бокового разводящего трубопровода, опирающегося на кромку желоба.
В данном примере h1= =(103,7+0,15)—96=7,85 м;
| Рис 42. Схема для определения геометрической высоты подъема воды при верхней промывке |
б) потерь напора во всасывающем и напорном трубопроводах, которые при q=300 л/сек, d=400 мм,
υ=2,23 м/сек и длине труб l=100 м составляют h2=1,67 м;
в) потерь напора на образование скорости во всасывающем и напорном трубопроводах по формуле (94):
152
г) суммарных потерь напора на местные сопротивления в фасонных частях и арматуре по формуле (95):
(значение ∑ξ принято аналогично расчету, приведенному в §26, п. 6);
д) (потери напора в распределительных трубах системы верхней промывки
(97)
Диаметр отверстия δо=6 мм; толщина стенки стальной трубы ответвления δт=4 мм (ГОСТ 3262—62). При отношении δо:δт=1,5 гидравлический коэффициент расхода μ=0,71 (табл.42).
Таблица 42
Значения гидравлического коэффициента μ
| δо:δт | 1,25 | 1,5 | 2 | 3 |
| μ | 0,76 | 0,71 | 0,67 | 0,62 |
Следовательно,
е) напора, необходимого при выходе промывной воды из отверстий дырчатых труб, который принимаем hв=30 м (рекомендуется 30—40 м).
Следовательно, напор, который должен развивать насос для стационарной системы поверхностной промывки, будет
Н=7,85+1,67+0,25+0,91+10,12+30=50,8 м.
Б. Расчет вращающихся устройств для верхней промывки фильтра
Вращающаяся система для верхней промывки (рис. 43) представляет собой горизонтальную вращающуюся трубу диаметром 38—75 мм, которая расположена на высоте 60 мм от поверхности загрузки фильтра. Боковые насадки диаметром 3—10 мм приварены к вращающейся трубе только по одной стороне каждого ее плеча на взаимных расстояниях 100 мм.
В случае применения такой системы верхней промывки необходимо соблюдение определенных условий при расчете и конструировании фильтров. Фильтры площадью до 25 м2 должны быть
153
Рис. 43. Схема вращающегося устройства для верхней промывки
1 — точеная конусная насадка
круглыми или квадратными, а фильтры площадью более 25 м2 — прямоугольными в плане с соотношением ширины и длины каждого фильтра (или отделения фильтра, если они двухсекционные) 1:2.
Соблюдение этих условий необходимо в целях: а) обеспечения возможности размещения в каждом отделении фильтра двух вращающихся труб (при прямоугольных фильтрах в плане); б) уменьшения длины плеч вращающейся трубы, которые должны быть не более 2—2,25 м. При площади фильтра более 80 м2 отношение b:l следует принимать 1:3.
| Рис. 44. Схема фильтров, оборудованных верхней промывкой с вращающимися устройствами (размеры даны в см) 1 — фильтры; 2 —устройства для поверхностной промывки фильтров; 3 — столы управления; 4 — люки размером 70X70 см; 5 —люк размером 80X90 см |
Количество желобов над каждым прямоугольным фильтром (или над отделением фильтра) следует принимать четным для удобства размещения распределительных труб системы верхней промывки.
154
Напор, необходимый для вращения трубы со скоростью 4—7 об/мин и для проникания струй воды из насадок на глубину 10—15 см в фильтрующую загрузку, должен составлять 4,5—5 ати.
Пример. Станция производительностью 36 000 м3/сутки имеет восемь фильтров площадью 31,25 м2 каждый. Размер фильтра в плане 3,96X7,92 м (рис. 44), т. е. с отношением ширины к длине 1:2. Скорость фильтрования υ=6 м/сек. Вращающаяся труба длиной l=3,84 м расположена на высоте 60 мм от поверхности загрузки фильтра.
Боковые насадки привариваются к вращающейся трубе только с одной стороны каждого ее плеча на расстоянии 80—100 мм друг от друга. Насадки на одном плече трубы устанавливают так, чтобы они приходились в промежутке между двумя насадками на другом плече трубы (рис. 45). Это обеспечивает равномерное распределение по поверхности фильтра струй воды, выходящей из насадок. Чтобы обеспечить проникание этих струй в загрузку фильтра (на глубину 10—15 см), выходная скорость струй должна достигать 25—30 м/сек. Такая скорость может быть получена созданием необходимого напора Н во вращающейся дырчатой трубе:
(98)
При коэффициенте скорости ψ =0,92
Рис. 45. Разбивка насадок на вращающейся трубе
Наклон насадок к поверхности фильтра принимается несколько меньше угла естественного откоса насыщенно-влажного песка, т. е. менее 25°. Это способствует перемещению «песчинок, а следовательно, и лучшей их промывке, так как зерна песка очищаются не только благодаря смывающему действию струй, но также и потому, что приходя в движение, они трутся одна о другую.
Суммарная площадь всех отверстий на каждой вращающейся трубе определяется по формуле
(99)
155
где qпр — расход воды на промывку в м3/сек;
fо — площадь одного отверстия в м2;
m — количество отверстий;
μ — коэффициент расхода, равный для круглого отверстия 0,62, а при. истечении через насадки 0,82;
Н — напор во вращающейся трубе в м.
При площади фильтра, обслуживаемого одной трубой, F— —31,25:2=15,63 м2 и интенсивности промывки 0,75 л/сек на 1 м2 общий расход на промывку
Следовательно, суммарная площадь отверстий
(100)
В данном примере
Принимаем количество насадок m=19. Тогда расстояния между насадками при вращении трубы составят
Тогда
Принимаем диаметр насадок dо=6 мм.
Величина реакции струи выражается формулой
(101)
где
Следовательно,
а горизонтальная составляющая силы Rc(рис. 46)
При этом момент кручения составит
(102)
| Рис. 46. Горизонтальная составляющая реакции струи |
где r — расстояние насадок от оси вращения трубы в м.
156
При той разбивке насадок, которая принята на рис. 45, получим
Мкр=1,16(1,9+1,8+1,7+1,6+1,5+1,4+1,3+1,2+1,1+1++0,9+0,8+0,7+0,6++0,5+0,4+0,3+0,2+0,1) = 22,04 кгс∙м
Учитывая трение в подшипнике, работа на преодоление сопротивления среды составит:
Т=Мкр:1,2=22,04:1,2=18,36 кгс∙м.
Сопротивление, оказываемое водой при вращении трубы, появляется вследствие передачи скорости, а следовательно, и живой силы частицам воды, вытесняемой вращающейся трубой, и, кроме того, вследствие трения ее лобовой поверхности о частицы среды.
Сопротивление среды три вращении горизонтальной трубы с насадками выразится величиной
(103)
откуда
(104)
(105)
Здесь f — площадь плеч (вертикальной проекции) в м2;
ψ —коэффициент для учета свойства реальной жидкости;
γ — объемный вес воды, равный 1000 кг/м3;
g=9,81 м/сек2.
Следовательно,
Минимальный диаметр dминвращающейся трубы при длине ее плеча l может быть найден по формуле проф. Д. М. Минца
(106)
В данном случае при длине плеча l=1,9 м=1900 мм
Принимаем ближайший диаметр по сортаменту, т. е. dмин=32 мм. Средний диаметр вращающейся трубы принят: внутренний d=50 мм, внешний D=57 мм.
При радиусе вращения трубы r=1,9 м
f=2rD=2∙1,9∙0,057=0,217 м2.
Скорость вращения на конце плеча горизонтальной трубы по формуле (104)
157
Число оборотов вращающейся трубы
(107)
В данном примере
(обычно число оборотов принимают от 4 до 7 в 1 мин).
Необходимый напор для верхней промывки с вращающимися устройствами подсчитывают исходя из потерь напора во вращающейся трубе и в подводящих трубопроводах с учетом местных сопротивлений. Эти сопротивления принимаются в размере 20% потери напора в подводящих трубопроводах и во вращающейся трубе. В рассматриваемом примере необходимый напор во вращающейся трубе, определенный выше, составляет 45,3 м;потери в подводящих трубопроводах с учетом 20% на местные сопротивления равны 2,47 м. Кроме того, превышение горизонтальной вращающейся трубы над полом I этажа здания фильтров составляет 2,2 м.
Таким образом, манометрический напор над уровнем пола I этажа должен быть
Hм=45,3+2,47+2,2=49,97 м≈5 ати
§ 28. Использование воды от промывки фильтров
В щелях уменьшения расхода воды для собственных нужд на больших водоочистных станциях целесообразно устройство сооружений, позволяющих повторно использовать сбросную воду после промывки фильтров.
На рис. 47 представлена высотная схема оборота промывных вод, которые после промывки фильтров направляются по водостоку 1 в резервуар 2, регулирующий равномерность поступления воды в отстойник промывных вод 3.
Рис. 47. Высотная схема оборота промывных вод
158
В регулирующем резервуаре 2 частицы песка, содержащиеся в промывной воде, выпадают в железобетонные бункера, откуда периодически удаляются гидроэлеватором. Регулирование осуществляют при помощи регулятора — поплавка 4. Когда расход воды превышает расчетный, поплавок 4 поднимается и сегментный затвор прикрывает выходное отверстие.
Перед резервуаром 2 находится распределительный колодец 5, в котором размещены шандоры, позволяющие в случае необходимости выключить одну половину резервуара. Из резервуара 2 вода поступает в распределительную камеру 6, откуда по отдельным трубопроводам направляется в отстойники 3 промывной воды, разделенные струенаправляющими перегородками на два коридора.
К отстойникам 3 примыкают резервуары 7, отделенные от них железобетонной перегородкой. В верхней части перегородок имеются окна, через которые отстоенная вода переливается в сборные резервуары. Отсюда центробежные насосы 8 перекачивают воду в трубопроводы 9, соединяющие насосную станцию I подъема с водоочистной станцией. Включение и выключение насосов происходит автоматически, в зависимости от уровня воды в резервуарах 2. В отстойниках 3 имеется водосток 10,
По такой схеме устроены оборотные сооружения промывной воды Северной водопроводной станции Москвы1. Трубопровод, подающий воду для регулирующего резервуара 2 в распределительную камеру 6, рассчитан на пропуск 500 л/сек воды. Три водовода, по которым вода из распределительной камеры 6 поступает в три отстойника 3, имеют диаметр 900 мм, чтобы скорость подвода воды не превышала 0,3 м/сек. В течение 3 ч вотстойнике задерживается только 15—20% взвеси, что объясняется ее мелкодисперсным составом.
Исследования показали, что максимальная мутность отстоенной промывной воды 50 мг/л, а средняя мутность 29 мг/л; максимальная цветность воды 260°, а средняя 109°. Наибольшая мутность и цветность промывной воды после ее отстаивания наблюдаются в зимний период, когда фильтроцикл удлиняется до трех суток. В бактериальном отношении отстоенная промывная вода лучше исходной.
Емкость сборных резервуаров 7 составляет 1500 м3. Насосы приняты марки 20 НДн.
Установлено, что добавка отстоенной промывной воды в количестве до 25% к исходной воде не ухудшает технологию очистки питьевой воды. При этом расход воды на собственные нужды станции сокращается на 20%.
Н. Т. Лубочников по итогам исследований рекомендует прямоточный возврат (неочищенных промывных вод фильтров в головной
1 Ю. Б. Багоцкий и Л. А. Борзакова. Использование вод от промывки фильтров. «Водоснабжение и санитарная техника», 1962, №9.
159
узел станции, а на установках с контактными осветлителями (см. далее § 31)— оборот промывных вод в замкнутом цикле, т. е. очистку их с применением полиакриламида, и повторное использование для промывки контактных осветлителей.
Пример. Принимаем повторное использование промывной воды фильтров с кратковременным отстаиванием ее в аккумулирующих емкостях, предназначенных для приема залповых сбросов. Перед поступлением в аккумулирующие емкости промывная вода пропускается через простейшую песколовку, устраиваемую вблизи фильтровальной станции.
На одну промывку фильтра расход воды составляет
(108)
где F —площадь одного фильтра; в данном примере фильтр (с центральным каналом) имеет площадь 100 м2;
ω —интенсивность промывки, равная 15 л/сек∙м2;
t1 — продолжительность промывки, равная 7 мин.
Тогда
q=(100∙15∙60∙7):1000 =630 м3.
Следовательно, аккумулирующая емкость должна состоять из двух отделений по 650 м3.
В наиболее напряженный паводковый период производят п промывок фильтра в сутки. Приняв n = 3 и количество фильтров N = = 8, получим общее число промывок за сутки ∑n = 3∙8 = 24.
При этих условиях на каждый цикл, использования залпового сброса промывной воды приходится интервал времени
Этот интервал времени распределяем между отдельными операциями повторного использования промывной воды, как показано в табл. 43.
Таблица 43
Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 1106; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!