Расчет водоприемной поверхности горизонтальных водозаборов трубчатого типа.

Диаметр круглых сверленых отверстий принимают не менее 1-1,5см, ширину щели – не менее 0,5-1 см. Необходимое число водоприемных отверстий определяют гидравлическим расчетом. При этом различают: а) отверстия, расположенные в верхней или боковой части трубы; б) отверстия, расположенные в донной части трубы.

Рис. 19 Схема к гидравлическому расчету водоприемного отверстия трубы:

1 - поверхность грунтовых вод в окружающем грунте (кривая депрессии); 2 – уровень воды в фильтрационной обсыпке; 3 – уровень воды в трубе;
4 – контур фильтрующей обсыпки;

h_в – участок высачивания на внешнем контуре фильтрующей обсыпки.

На рис.19 приведена схема к гидравлическому расчету отверстий, расположенных в верхней или боковой части трубы. Через водоприемное отверстие происходит истечение воды из фильтрующей обсыпки во внутреннюю полость трубы, которое сопровождается некоторыми потерями напора h₀. Задавая допустимую величину этих потерь, можно определить число отверстий на 1м длины:

, (4.11)

где q – приток к водозабору на 1м длины; ω₀ – площадь одного отверстия (для вертикальных щелей в расчет принимается площадь отверстия ниже уровня воды в трубе); g – ускорение силы тяжести;
µ - коэффициент расхода; h₀ – потери напора при истечении воды через водоприемные отверстия.

Коэффициент расхода отверстий первого типа (расположенных в верхней или боковой части трубы) определяют в зависимости от числа Рейнольдса и отношения d₁₇/t₀, где t₀ – размер отверстия (диаметр или ширина щели, зазора); d₁₇ – размер фракции обсыпки, соответствующий 17% по кривой расчетного гранулометрического состава (приложение 12). В расчетный состав включаются фракции крупнее 0,4t₀ – в случае круглых отверстий и 0,6t₀ – в случае щелей или зазоров.

Число Рейнольдса вычисляют по формуле:

, (4.12)

где ν – кинематический коэффициент вязкости, равный 0,0131см²/с при температуре воды 10 ⁰С.

Расчет отверстий второго типа (расположенных в донной части трубы) выполняют: а) по условию предотвращения выноса фильтрующей обсыпки из – под трубы; б) по величине допустимых потерь напора. Из двух полученных значений принимают наибольшее число отверстий.

Условие предотвращения выноса имеет следующий вид:

(4.13)

где υ₀ – скорость потока в отверстий; g – ускорение силы тяжести;
d₁₀ – размер фракций обсыпки, соответствующий 10% по кривой ее гранулометрического состава.

Согласно условию (4.13), число донных отверстий на 1м длины трубы определяют по формуле:

. (4.14)

Допустимые потери напора по формуле (4.11) принимают с учетом обеспечения максимальной эффективности водоприемной поверхности. При опасности химического кольматажа отверстий величину потерь напора следует принимать не более 0,5-1см, учитывая возможность увеличения потерь по мере кольматажа.

Если принять минимальное значение коэффициента расхода μ=0,17, то ориентировочно можно определить число отверстий по формуле:

, (4.15)

где q – удельный водоприток, см³/с; ω₀ – площадь отверстия, см².

Формулой (4.15) рекомендуется пользоваться для расчета числа отверстий в первом приближении. Если при этом общая площадь отверстий оказывается более 1% площади поверхности трубы, то следует определять число отверстий более точно по формуле (4.11).

Отверстия на поверхности трубы размещают с учетом максимальной водопропускной способности и условий прочности трубы. Отверстия следует размещать не выше уровня воды в трубе. Расстояния между отверстиями желательно принимать не менее чем в 15-20 раз больше размера отверстий. Тогда отверстия практически не влияют на прочность трубы. В противном случае необходимо учитывать снижение прочности трубы под влиянием водоприемных отверстий. Коэффициент снижения прочности вычисляют по формуле:

, (4.16)

где Р_п и Р – прочность перфорированной и неперфорированной труб; t – размер отверстий (вдоль трубы); с – расстояние между отверстиями (вдоль труб).

Зазоры на стыках труб. Возможность использования зазоров в качестве водоприемных отверстий проверяют гидравлическим расчетом. Необходимо, чтобы проницаемость фильтрующей обсыпки была в 10 и более раз выше проницаемости окружающего грунта. Тогда можно считать, что фильтрационный поток в обсыпке движется вдоль трубы от середины звена к зазорам. Движение потока в обсыпке сопровождается потерями напора h_ф, величину которого можно определить по формуле:

, (4.17)

где L – длина трубы, т.е. расстояние между зазорами; q – приток на 1м трубы; ω_ф – площадь потока в фильтрующей обсыпке, равная площади обсыпки ниже уровня воды в ней (приближенно – ниже уровня воды в трубе); k_ф – коэффициент фильтрации фильтрующей обсыпки.

Вычисленную по формуле (4.17) величину потерь напора сравнивают с некоторой допустимой величиной [h_ф], определяемой условием эффективности работы водозабора. При отсутствии особых требований следует принимать допустимую величину потерь [h_ф] не более 3-5см. если h_ф≤[h_ф], то зазоры на стыках труб можно использовать в качестве водоприемных отверстий. Если h_ф>[h_ф], то следует предусматривать специальные водоприемные отверстия в стенках труб.

Зазор используемый в качестве водоприемного отверстия, следует оставлять открытым только в нижней части трубы, примерно на 1/3 ее окружности. Верхняя часть зазора должна быть прикрыта или заделана во избежание просыпания грунта или обсыпки в трубу. Необходимый размер зазора работает как донное отверстие, поэтому для его расчета используются формулы (4.11) и (4.14), которые применительно к зазору приобретают следующий вид:

; (4.18)

; (4.19)

где q – приток на 1м трубы; L – длина трубы (расстояние между зазорами).

Коэффициент расхода определяется как и ранее. Из двух значений ω₃ окончательно принимают наибольшие, и в зависимости от рабочей длины зазора (через которую вода поступает в трубу) определяют необходимую ширину зазора.

Дата добавления: 2015-12-07