Речные водоприемники берегового типа

Раздельный водоприемник берегового типа (IV.2) представляет собой колодец 1, обычно железобетонный, передняя стенка которого выходит непосредственно в русло реки. Вода поступает в водоприемник через входные окна 2, расположенные в передней стенке колодца, и забирается насосами через всасывающие трубы 3.

Обычно в речных водоприемниках осуществляется предварительная грубая механическая очистка воды. В этих целях входные окна снабжаются решетками,  предотвращающими занесение внутрь   водоприемника относительно крупных предметов. Кроме того, на пути от входных окон к всасывающим трубам вода проходит через сетки 4, установленные в перегородке 5, разделяющей водоприемный колодец на два отделения: переднее  (приемное)  А и заднее  (всасывающее)  Б. На сетках задерживается значительная часть загрязнений, содержащихся в воде: планктон, водоросли, мелкий сор и т. д. Подобная механическая очистка   (процеживание)   воды   значительно   облегчает   работу сооружений для осветления воды, предотвращает возможное засорение труб и насосов,   а   в   ряде   случаев   в системах   производственного   водоснабжения   дает   возможность   использовать    воду   без    какой-либо   дополнительной очистки.

Над водоприемным колодцем устраивается служебный павильон 6 из которого осуществляются управление арматурой и механизмом очистки сеток, а также другие операции, связанные с эксплуатацией водоприемных сооружений.

Вода, прошедшая через сетки, забирается насосами 7 через всасывающие трубы 3. Устройство насосной станции в отдельно стоящем здании 8 может быть обусловлено геологическими условиями, характером рельефа берега и степенью его затопления паводковыми водами.

Для обеспечения лучших условий всасывания желательно располагать станцию возможно ближе к водоприемнику.

Характер здания насосной станции, необходимость и степень ее заглубления зависят от амплитуды колебаний уровня воды в реке и допустимой высоты всасывания насосов. Отметка оси насосов определяется отметкой низкого расчетного уровня воды в реке и допустимой высотой всасывания насосов (с учетом потерь напора во всасывающих линиях).

В целях обеспечения большей надежности и улучшения условий эксплуатации сооружения следует, как правило, устанавливать насосы под заливом, т. е. ниже минимального расчетного уровня воды в реке.

Всасывающие трубы 3 для защиты от повреждений и для облегчения их осмотра и ремонта иногда располагают в специальной галерее 9.

Водоприемный  колодец обычно  разделяется  продольными перегородками на несколько параллельно (и независимо) работающих секций (по числу насосов) (в водоприемнике, показанном на IV.2, таких секций две). Это обеспечивает бесперебойность работы водоприемника и позволяет осуществлять периодическую очистку и ремонт водоприемника без прекращения подачи воды.

При благоприятных геологических, топографических и гидрологических условиях целесообразно устройство совмещенных водоприемников. Благодаря своей относительной экономичности эти водоприемники имеют значительно большее распространение, чем раздельные водоприемники. Основные принципиальные схемы таких водоприемников показаны на IV.3 (обозначения   те   же,   что   и на IV.2).   Здание станции может примыкать к водоприемному колодцу (IV.3, а)  или может быть конструктивно полностью объединено с водоприемником (IV.3, б и в). При первой схеме уменьшается общий объем сооружения, но применение ее возможно лишь при наличии достаточно плотных грунтов. Схема, показанная на IV.3, б, практически приемлема при любых грунтах, но вызывает увеличение объема сооружения. Применение вертикальных центробежных насосов (IV.3, в) позволяет уменьшить объем сооружения. При схемах, показанных на IV.3, б и в, требуется устройство внутри водоприемника водонепроницаемых камер для установки насосов. Схема, приведенная на IV.3, в, предусматривает применение вертикальных насосов с удлиненным валом, позволяющим устанавливать электродвигатели в верхнем павильоне водоприемника. При схемах, показанных на IV.3, бив, возможно обеспечение работы насосов под заливом даже при самых низких уровнях воды.

Водоприемники берегового типа могут иметь в плане круглую, эллипсоидальную или прямоугольную форму, выбираемую в зависимости от места расположения водоприемника, условий обтекания его водами реки, условий производства работ по его сооружению и от используемого оборудования насосной станции.

Размеры водоприемника, его основных элементов и оборудования (сеток, решеток, труб и т.д.) определяют частично путем гидравлического расчета и частично по соображениям конструктивного и эксплуатационного характера. Кроме того, водоприемник должен быть проверен на действие сил давления воды, льда и грунта (на вспльшание, на опрокидывание, на сдвиг), а также на прочность при действии заданных нагрузок.

Основой для гидравлического расчета водоприемника является заданная расчетная производительность сооружения. Общее расчетное количество забираемой воды в свою очередь влияет на выбор типа, оборудования и конструкции водоприемника.

Независимо от типа водоприемника его проектирование производится в тесной увязке с проектированием насосной станции и подбором насосного оборудования. Это позволяет наиболее рационально выбрать число насосных агрегатов и установить число секций водоприемника (по фронту).

Решетки, перекрывающие входные окна, обычно выполняют из металлических вертикальных стержней круглого или прямоугольного сечения. Для возможности очистки решетки следует делать съемными.

На IV.4 в качестве примера показана съемная решетка из полосовой стали. Решетка устанавливается в направляющих из вертикально поставленных швеллеров (перекрывая проем входного окна с внешней стороны) и может быть поднята для очистки на балкон служебного павильона с помощью простейших грузоподъемных устройств1.

В реках, где образуется глубинный лед или шуга, в целях борьбы с обледенением и закупоркой решеток применяют обогрев их электрическим током. Обычно для защиты решеток от обмерзания достаточен даже небольшой нагрев их (до плюс 0,01—0,02° С).

Для принятого типа решетки могут быть определены значения коэффициентов k, входящих в приведенную выше расчетную формулу. Коэффициент k при стержнях круглого сечения принимается равным 1,1, при стержнях прямоугольного сечения равным 1,25. Коэффициент k2 равен (a—d)/a, где а — расстояние между стержнями решетки (в свету); d — диаметр стержня круглого сечения (или ширина поперечного сечения стержня прямоугольного профиля). При обычных значениях а (40—50 мм) и d (10 мм) коэффициент Дг2= 1,25—1,20. Коэффициент засорения решеток (водорослями и мусором) &3=1,25.

По приведенной выше формуле может быть определена лишь общая площадь входных окон, приходящаяся на одну секцию водоприемника. Число и размеры входных окон назначают с учетом ряда эксплуатационных и конструктивных соображений. Так, размеры окон назначают с таким расчетом, чтобы решетки имели относительно небольшой вес и были удобны для подъема (высота их должна быть больше ширины).

При значительном колебании уровня воды в реке входные окна водоприемников часто располагают в два яруса, с тем чтобы всегда можно было получать возможно более чистую воду. Низ окон в целях уменьшения количества вовлекаемых насосов располагают не менее чем на 0,5 м выше дна реки. Верх окон во избежание их обмерзания располагают не менее чем на 0,2 м ниже нижней кромки льда при наинизшем уровне ледостава и не менее чем на 0,3 м ниже низкого расчетного уровня воды.

Сетки, через которые проходит вода, поступающая из приемного отделения во всасывающее, могут быть двух типов — плоские (подъемные) и вращающиеся.

Согласно указаниям строительных норм наибольшую расчетную скорость прохождения воды через отверстия плоских сеток рекомендуется принимать равной 0,2—0,4 м/с, через отверстия вращающихся сеток — 0,8— 1,2 м/с.

Плоская   (подъемная)  сетка представляет   собой   проволочное полотно, натянутое на стальную раму. Иногда сетка состоит из двух наложенных друг на друга полотен. Одно полотно делается из проволоки диаметром 1—1,5 мм с ячейками от 2X2 до 5X5 мм, другое — из более толстой проволоки (2—3 мм) с ячейками 20X20 или 25X25 мм. Это полотно исключает возможность прорывов первого полотна давлением воды при загрязнении сетки. Размеры подъемных сеток колеблются в широких пределах  (как ширина, так и высота примерно от 0,8 до 2 м). Подъемные сетки располагают у проемов в нижней части поперечной перегородки  в  направляющих   (пазах)   из  швеллеров  и  периодически поднимают для очистки в служебный павильон над водоприемным колодцем. Обычно поднятую сетку заменяют запасной. Для удобства замены сеток устраивают двойные пазы.

Конструкция плоской подъемной сетки показана на IV.5. Вращающаяся  (ленточная) сетка представляет собой непрерывное проволочное полотно, перекинутое через два расположенных один над другим горизонтальных барабана1  (IV.6). Полотно состоит из отдельных секций (металлических рамок), шарнирно соединенных между собой.  Каждая рамка затянута сеткой из тонкой проволоки   (медной, латунной или из нержавеющей стали) диаметром 0,2—0,4 мм с ячейками от 0,3X0,3 до 2X2 мм. Вращение сетки осуществляется при ПОМОЩИ электродвигателя.

Если процеживание воды обеспечивает достаточную степень ее очистки для производственных потребителей, размеры ячеек сеток следует принимать в соответствии с требованиями к качеству используемой воды. Чем выше эти требования, тем меньше должны быть ячейки сеток.

Многочисленные конструкции вращающихся сеток могут быть отнесены к трем основным типам (IV.7).

На IV.7, а показана принципиальная схема установки вращающейся сетки с внутренним подводом и внешним отводом воды. Здесь» вода из приемной камеры / через окно 2 поступает внутрь сетки, которая установлена посредине сеточной камеры 3, процеживается чере* оба поля движущегося полотна сетки и через проемы 4 направляется в камеру 5, куда опущены концы всасывающих труб насосов. В целях предотвращения прорыва сетки давлением воды (при ее значительном загрязнении) предусмотрена возможность открытия аварийного окна 6. Иногда предусматривается автоматическое открытие окна при возрастании разности давлений (или уровней воды) перед и за сеткой.

На IV.7, б показана принципиальная схема установки вращающейся сетки с внешним подводом и внутренним отводом воды. Здесь вода из приемной камеры / через окна 2 поступает в сеточную камеру 3. проходит через внешнюю сторону полотна сетки внутрь ее и отводится через проем 4 в камеру 5, откуда забирается насосами. Сетка промыва ется водой через спрыски смонтированной внутри нее промывочной трубы.

Применение вращающихся сеток как с внутренним, так и с внешним подводом воды требует некоторого увеличения размеров водоприемных сооружений в плане.

На IV.7, в показана принципиальная схема установки вращающейся сетки прямоточного типа (с лобовым подводом воды). Здесь вода проходит последовательно два поля полотна сетки — переднее и заднее. При движении полотно сетки с задержанными на нем загрязнениями попадает под струи промывочной воды; проходя зону промывки, полотно очищается и в таком виде снова погружается в воду. Такая сетка обеспечивает не только более простое и компактное устройство водоприемника, менее сложный монтаж, более удобный осмотр, но и более спокойный режим движения воды в камерах водоприемника с меньшими сопротивлениями. Однако сетка прямоточного типа имеет тот недостаток, что процеживает воду в основном только одним своим полем. Если по требованиям потребителя должна быть гарантирована бесперебойность процеживания воды на сетках, сетки прямоточного типа применять не следует, так как при неполадках в промывных устройствах загрязнения могут переноситься такой сеткой в камеру чистой воды.

Скорость поступательного движения сеток принимается тем больше, чем больше загрязнение забираемой воды. Обычно эта скорость лежит в пределах 3,5—10 см/с.

Мощность электродвигателя, используемого для вращения применяемых в нашей практике сеток, колеблется в пределах от 2 до 5 квг.

На IV.8 показано промывное устройство (для сетки с лобовым подводом воды) в виде двух горизонтальных параллельно расположенных труб с отверстиями диаметром 6 мм. Вода для промывки подается под давлением 4 кгс/см2. Трубы снабжены направляющими плоскостями. Выходя из отверстий, вода ударяется об эти плоскости, в результате чего образуется струя «ножевого» характера, т. е. плоская режущая струя, смывающая загрязнения с сетки. В некоторых установках сетки дополнительно очищают с помощью капроновых щеток.

На IV.8, а дана общая схема промывного устройства, а на IV.8, б показан разрез верхней промывной трубы с отверстиями и направляющей плоскостью.

Расход промывочной воды меняется в зависимости от степени загрязнения сетки, ее размеров, размеров ее ячеек и скорости вращения, составляя от 5 до 10 и даже (в крупных установках) до 15 л/с.

Вращающиеся сетки, выпускаемые нашей промышленностью, рассчитаны на пропуск воды в количестве до 3 м3/с

В системах водоснабжения значительного масштаба приходится устанавливать несколько параллельно работающих сеток. Каждая из них помещается в отдельной сеточной камере водоприемного сооружения.

Вращающиеся сетки получили широкое применение в системах водоснабжения промышленных предприятий, а также в водопроводах крупных городов.

Полученные в результате расчета размеры входных окон и сеток позволяют определить строительные размеры секций водоприемника по фронту (размер L на IV.2). При этом для обеспечения необходимой прочности сооружения должны быть учтены конструктивные соображения в отношении расстояний между входными окнами.

Размеры отделений А я Б водоприемника в продольном направлении (размеры а и б на IV.2) определяются в основном по конструктивным и эксплуатационным соображениям. Они должны обеспечить возможность размещения в водоприемнике сеток, затворов, лестниц, трубопроводов и другого оборудования, а также возможность проведения операций по осмотру и ремонту оборудования.

Соотношение всех размеров водоприемника в плане должно обеспечить по возможности плавное движение потока воды от входных окон к сеткам и от сеток к всасывающим трубам без излишних завихрений или застойных мест.

В водоприемниках на водоемах рыбохозяйственного значения должны быть предусмотрены все необходимые мероприятия и устройства, препятствующие занесению (попаданию) в них рыбы. Характер рыбо-охранных мероприятий зависит от особенностей природных источников воды и базируется на специфике жизни и поведения обитающих там рыб. В качестве рыбоохранных заградительных устройств в водоприемных сооружениях используются плоские сетки (с размерами ячеек, соответствующими крупности рыбы), сетчатые барабаны (сетки цилиндрической формы, перекрывающие входные окна водоприемника), сетки с рыбоотводами — устройствами, позволяющими отводить рыбу, задержанную сеткой, обратно в водоем; отбойные козырьки; запани, располагаемые в водоеме и отводящие рыбу от места забора воды в водоприемник. Расчетные скорости движения воды через все виды загради-тельцых устройств устанавливаются исходя из соображений рыбоохраны.

Кроме перечисленных механических устройств используются также (в дополнение к ним или самостоятельно) гидравлические заградители в виде струй воды, пневматические завесы из пузырьков воздуха, а также электрические, световые или звуковые заградительные поля.

Специфические требования по рыбозащитным мероприятиям при устройстве водопроводных водоприемных сооружений излагаются в «Положении по проектированию рыбозащитных устройств водозаборных сооружений» Министерства рыбного хозяйства СССР и включены в проект СНиП П-Г.З.