Водоснабжение в наших городах и подход к потребителю

ЗАДАЧА № 10

Центробежный  насос, характеристика которого задана, подаёт воду на геометрическую высоту НГ (рис. 8). Трубы всасывания и нагнетания имеют диаметры dв и dн, длины lв и lн соответственно. Температура подаваемой воды и соответствующие значения удельного веса воды q кг/м3 заданы.

Найти рабочую  точку при работе насоса на сеть.

Определить, как изменяются напор и мощность насоса, если задвижка частично прикрыта и полностью открыта (учтено коэффициентом  местного сопротивления).

При построении характеристики насосной установки  учесть нижеприведённые  местные гидравлические сопротивления.

 

Вид местного сопротивления

x

Плавный поворот трубы R=d

1

Вход в трубопровод

0,5

Выход из трубопровода

1

Задвижка:

- частично прикрытая*;

- открытая

 

20

0,8

* Степень прикрытия задвижки здесь  не уточняется


 

Материал  и характеристика труб учитывается  величиной эквивалентной шероховатости Dэ=Кэ (дано).

 

xвых=1


xз.отк.=0,8


xз.прикр.=20

xпов=1


xпов=1


xвх=0,5



Рис. 8.

 

Характеристика  центробежного насоса.

 

Q, л/с

0

0,3

0,5

0,7

0,9

1,1

1,3

1,5

1,7

1,9

Н, м

12

11,7

11,5

11,2

10,8

10,2

9,3

8,1

6

1,8

h ,%

0

34

50

60

65

69

70

68

62

51


 

Величина

и размерн.

Исходные данные к вариантам

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Нг, м

2,5

7

6,5

6

5,5

5

5,5

4

3,5

6

lв, м

3,8

4

5

6

5

4

3

2

4

5,5

lн, м

9,5

9

8

17

16

15

26

27

28

18

dв, мм

32

50

40

32

40

32

40

32

25

40

dн, мм

25

25

32

25

25

20

32

32

25

32

Т, оС

55

55

50

45

40

35

30

25

20

45

Dэ, мм

0,06

0,06

0,06

0,06

0,075

0,075

0,075

0,075

0,06

0,05

q, кг/м3

985

985

988

990

992

994

996

997

998

990

Величина

и размерн.

Исходные данные к вариантам

10

11

12

13

14

15

16

17

18

  

Нг, м

2,3

3,8

4,5

5,6

6,5

7,5

2,5

3,4

4,5

  

lв, м

2,8

3,4

4,5

3,6

4,5

2,4

3,3

4,2

1,4

  

lн, м

9,5

9

8

17

16

15

26

27

28

  

dв, мм

32

50

40

32

40

32

40

32

25

  

dн, мм

25

25

32

25

25

20

32

32

25

  

Т, оС

55

55

50

45

40

35

30

25

20

  

Dэ, мм

0,06

0,06

0,06

0,06

0,075

0,075

0,075

0,075

0,06

  

q, кг/м3

985

985

988

990

992

994

996

997

998

  

 

Решение. Центробежный насос, характеристика которого задана, подаёт воду на геометрическую высоту НГ=1,5 м (рис. 8). Трубы всасывания и нагнетания имеют диаметры dв=40 мм и dн=20 мм, длины lв=3 м и lн=10,5 м соответственно. Температура подаваемой воды и соответствующие значения удельного веса воды q=983 кг/м3 заданы.

 

Общие потери напора в трубопроводе определяются по формуле:

 

,м,

 

где hн и hв – соответственно потери напора в напорном и всасывающем трубопроводе, которые определяются по аналогичным формулам.

 

, м,

где hlн(в) – потери по длине на трение;

- потери на местные сопротивления.

,  

где - коэффициент гидравлического трения.

Таким образом получим, что

,

 

 

где Кэ – величина эквивалентной шероховатости (из задания)

Для определения  скорости необходимо найти площадь  сечения:

, м2;  , м/с

 

Для построения графика для случая с прикрытой  задвижкой результаты сведём в таблицу.

Q, л/с

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

Q, м3/с

0

0,0002

0,0004

0,0006

0,0008

0,001

0,0012

0,0014

0,0016

0,0018

0,002

Vн=4Q/(pdн2), м/с

0,000

0,637

1,273

1,910

2,546

3,183

3,820

4,456

5,093

5,730

6,366

0,000

1,165

4,658

10,481

18,634

29,115

41,926

57,065

74,534

94,333

116,460

Vв=4Q/(pdв2), м/с

0,000

0,159

0,318

0,477

0,637

0,796

0,955

1,114

1,273

1,432

1,592

0,000

0,007

0,027

0,060

0,107

0,167

0,241

0,328

0,429

0,542

0,670

hобщ=hв+hн

0,000

1,171

4,685

10,542

18,741

29,282

42,167

57,394

74,963

94,875

117,130

hобщ+геом=hв+hн+Нг

1,500

2,671

6,185

12,042

20,241

30,782

43,667

58,894

76,463

96,375

118,630


 

Строим  график для случая с прикрытой  задвижкой (xз.прикр.=20)

 

рабочая точка 


Q = 0,00057;

Н = 11,019;

КПД = 54%


Рис. 9.

 

Для построения графика для случая с открытой задвижкой результаты сведём в таблицу.

Q, л/с

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

Q, м3/с

0

0,0002

0,0004

0,0006

0,0008

0,001

0,0012

0,0014

0,0016

0,0018

0,002

Vн=4Q/(pdн2), м/с

0,000

0,637

1,273

1,910

2,546

3,183

3,820

4,456

5,093

5,730

6,366

0,000

0,768

3,072

6,912

12,288

19,200

27,648

37,632

49,151

62,207

76,799

Vв=4Q/(pdв2), м/с

0,000

0,159

0,318

0,477

0,637

0,796

0,955

1,114

1,273

1,432

1,592

0,000

0,007

0,027

0,060

0,107

0,167

0,241

0,328

0,429

0,542

0,670

hобщ=hв+hн

0,000

0,775

3,099

6,972

12,395

19,367

27,889

37,960

49,580

62,750

77,469

hобщ+геом=hв+hн+Нг

1,500

2,275

4,599

8,472

13,895

20,867

29,389

39,460

51,080

64,250

78,969


 

Строим  график для случая с открытой задвижкой (xз.отк.=0,8)

 

рабочая точка 


Q = 0,0007;

Н = 11,02;

КПД = 60%


Рис. 10.

 

Таким образом, при постепенном закрытии задвижки рабочая точка (пересечение характеристики H-Q насоса с характеристикой трубопровода) стремится влево.

 

Мощность  насоса определяется по формуле:

 

, кВт,

где - КПД в долях.

 

Для случая с прикрытой задвижкой:

 кВт

Для случая с открытой задвижкой

  кВт

Таким образом, прикрытие задвижки на напорном трубопроводе ведёт к некоторому снижению мощности насоса, однако снижение КПД ограничивает широкое применение данного вида регулирования.

Биологическая очистка

Биологическая очистка основана на жизнедеятельности микроорганизмов, которые способствуют окислению  или восстановлению органических веществ, находящихся в сточных водах  в виде тонких суспензий, коллоидов, в растворе и являются для микроорганизмов  источником питания, в результате чего и происходит очистка сточных  вод от загрязнения.

Очистные сооружения биологической  очистки можно разделить на два  основных типа:

    • сооружения, в которых очистка происходит в условиях, близких к естественным;
    • сооружения, в которых очистка происходит в искусственно созданных условиях.

К первому типу относятся сооружения, в которых происходит фильтрование очищаемых сточных вод через  почву (поля орошения и поля фильтрации) и сооружения, представляющие собой водоемы (биологические пруды) с проточной водой. В таких сооружениях дыхание микроорганизмов кислородом происходит за счет непосредственного поглощения его из воздуха. В сооружениях второго типа микроорганизмы дышат кислородом главным образом за счет диффундирования его через поверхность воды (реаэрация) или за счет механической аэрации.

В искусственных условиях биологическую  очистку применяют в аэротанках, биофильтрах и аэрофильтрах. В этих условиях процесс очистки происходит более интенсивно, так как создаются лучшие условия для развития активной жизнедеятельности микроорганизмов.

При повышенных требованиях к очистке  биологически очищенную воду очищают  дополнительно. Наиболее широкое распространение  в качестве сооружений для дополнительной очистки получили песчаные фильтры, главным образом двух- и многослойные, а также контактные осветлители (микрофильтры применяют реже).

Снижение концентрации трудноокисляемых веществ возможно методом сорбции, например активированным углем и  химическим окислением или путем  озонирования. Концентрацию солей можно снижать методами обессоливания.

Очистка от биогенных элементов

Биологически очищенная вода содержит аммонийные азот и фосфор в значительной концентрации. Эти вещества способствуют усиленному развитию водной растительности, последующее непременное отмирание которой приводит к вторичному загрязнению водоема. Азот удаляют физико-химическими и биологическими методами, а фосфор только химическим - осаждением солями железа, алюминия и известью.

 

Как устраивают трубчатые  колодцы. Определите значения следующих терминов: депрессионная воронка, радиус депрессии.

Трубчатые колодцы

Трубчатые буровые колодцы устраивают методом бурения в земле вертикальных цилиндрических каналов — скважин. В большинстве пород стены  скважин доводится крепить обсадными (в большинстве случаев железными) трубами, образующими трубчатый  колодец. В границах водоносного  пласта для способности приема влаги  из грунта колодец оснастят особыми  фильтрами.

Трубчатые  колодцы  применяют  обычно  при  сравнительно  глубочайшем залегании   водоносных   пластов    и   значительной   мощности   этих пластов. В связи с этим их. соответствующей особенностью является в отношении небольшой диаметр   (облегчающий прохождение большой толщи пород)  и в отношении большая длина водосборной части.

Трубчатые колодцы могут употребляться  для приема как безнапорных, так и напорных подземных вод. И в том и в другом случае они бывают доведены до подстилающего водоупорного пласта — «совершенные колодцы» либо заканчиваться в толще водоносного пласта — «несовершенные колодцы»

Как правило, для централизованных систем водоснабжения устраивают несколько трубчатых колодцев, объединенных в группу водосборных конструкций. Состав и схема этих конструкций зависят в главном от способа извлечения влаги из колодцев, который в свою очередь находится в зависимости от глубины размещения уровня влаги по отношению к поверхности земли.

Конструкция трубчатого колодца находится  в зависимости от глубины залегания  подземных вод, нрава проходимых горных пород и метода бурения. В  свою очередь метод бурения принимается  зависимо от нужной глубины колодца.

 Стены вертикального цилиндрического  канала (скважины), получаемого в  итоге бурения, фиксируют опускаемой  в него металлической обсадной  трубой 1. Эту трубу опускают примерно  до верхней границы залегания  водоносных пород.  В  большинстве случаев эти породы являют собой насыщенные влагой пески, песчано-гравелистые либо скальные трещиноватые породы.

В обсадную трубу 1 опускают трубу 2 наименьшего  поперечника, которую доводят как  правило до нижней границы залегания  водоносных пород, несколько заглубляя  в подстилающие гидроизоляционные  породы . Потом в трубу 2 опускают фильтр 3, представляющий из себя, как правило, трубу с перфорированной — дырчатой либо щелевой — частью. Фильтр, состоит из над фильтровой, водоприемной (фильтрующей) и отстойной частей, созданный для предохранения колодца от занесения в него совместно с влагой частиц грунта из водоносного слоя. Фильтр, поперечник которого должен быть менее внутреннего поперечника трубы 2, опускается в нее посредством штанг и особых замков 4 в его высшей части. После установки фильтра трубу 2 убирают из скважины, а кольцевое место меж стенами фильтровой трубы и обсадной трубы / утрамбовывают методом устройства сальника 5. После изъятия из скважины трубы 2 колодец воспринимает рабочий вид. По мере заглубления колодца диаметр обсадных труб уменьшают, в результате чего колодец приобретает телескопическую форму. Над верхом колодца делают кирпичную или бетонную камеру.  Трубчатые колодцы можно оборудовать фильтрами следующих типов: дырчатыми, щелевыми, сетчатыми, проволочными и гравийными. 
 
 
 
Трубчатые колодцы могут использоваться для приема как безнапорных (рисунок а, б), так и напорных (рисунок в,г) подземных вод. В том, и в другом случае они могут быть доведены до подстилающего водоупорного пласта – «совершенные колодцы» (рисунок а, в) или заканчиваться в толще водоносного пласта – «несовершенные колодцы» (рисунок б, г). 
 
В зависимости от требуемого расхода и мощности водоносного горизонта устраивается один или несколько трубчатых колодцев, располагаемых перпендикулярно направлению потока подземных вод (см. рисунок).

Схема расположения трубчатых колодцев. 
 
 
 
 
 
При неглубоком залегании динамического уровня 1 подземные воды отводят из трубчатых колодцев по самотечным или сифонным трубопроводам 2 в сборный колодец 3, из которого их откачивают насосами насосной станции 4. применение сифонных трубопроводов позволяет уменьшать глубину заложения сборных трубопроводов. При глубоком залегании динамического уровня (более 20м от поверхности земли) каждый колодец оборудуют насосом. 

Депрессионная воронка.

 

Депрессионная воронка(воронка депрессии) – воронка, образующаяся вокруг водозабора при откачке из него воды.— пониженная часть (в форме воронки) свободной или напорной поверхности подземных вод, обусловленная откачкой подземной воды (из скважин, колодцев, дренажных галерей и др.) или истечением ее на поверхность в виде восходящих источников.

При откачке воды из скважин вследствие трения воды о частицы грунта происходит воронкообразное понижение уровня воды.

Образуется депрессионная воронка, в плане имеющая форму, близкую  к кругу. В вертикальном разрезе  воронка ограничивается депрессионными кривыми, крутизна которых увеличивается по мере приближения к оси скважины. Образование депрессионной воронки вызывает отклонение токов вод от естественного направления и изменение поверхности грунтового потока.

Радиус депрессионной воронки  называется радиусом влияния (R). Размер депрессионной воронки, а значит и радиуса влияния, зависит от водопроницаемости пород. Так гравий и другие водопроницаемые породы характеризуются широкими воронками с большим радиусов влияния, а для суглинков характерны наоборот узкие воронки с маленьким радиусом.

Также на величину и форму воронки  оказывают влияние условия питания  водоносного горизонта, его связь  со смежными горизонтами и поверхностными водоемами и т.д.

В практических расчетах для определения  радиуса влияния или радиуса депрессии обычно используют приближенные формулы, иногда дающие только порядок его велечины.

Формула Кусакина (для безнапорного пласта при установившейся фильтрации) имеет вид

R = 2S√(H•Кф),

где S - понижение уровня воды при  откачке по центру воронки, м

H - мощность пласта, м

Кф - коэффициент фильтрации, м/сутки.

Формула Зихардта для напорных пластов

R = 10S√(Кф), 

 

где S - понижение уровня воды при  откачке по центру воронки, м

Кф - коэффициент фильтрации, м/сутки.

Ориентировочные значения радиуса  влияния могут быть определены таблице.

 

Значения радиуса влияния на каждые 10 м понижения воды 

 

Породы

Радиус влияния  R, м

Мелкозернистые пески

50-100

Среднезернистые пески

100 - 200

Крупнозернистые пески

200 -400

Гравий, галечник и пр.

400 -600 и более


          Из-за образования депрессионных воронок идет подсос минерализованных вод и сточных поверхностных вод (например, из реки Цна) в пустоты подземных кладовых воды, которые, в принципе, всегда образуются под большими городами с разветвленной водозаборной сетью. Это не ново. Беда в том, что ухудшается качество питьевой воды, повышается ее мутность, цветность, жесткость и, наконец, появляются в ней нефтепродукты, пестициды, гербициды, нитраты и прочее, что находится на поверхности земли. Образуются такие воронки вследствие чрезмерной добычи и неэффективного расхода пресных питьевых вод.

По мере откачки воды депрессионная воронка увеличивается по площади распространения и в глубину. Если интенсивность откачки остается постоянной, то со временем наступает стабилизация-установившийся режим, при котором не происходит дальнейшего развития депрессионной воронки. С прекращением откачки уровень грунтовых вод восстанавливается. Целью водопонижения является развитие и поддержание депрессионной воронки в водоносных грунтах, т. е. их поддержание в осушенном состоянии в течение всего периода возведения сооружения. В ряде случаев водопонижение применяют для снятия избыточного напора в подстилающих водоносных грунтах, отделенных от дна котлована слоем водоупорного грунта.

 

ЛИТЕРАТУРА

  1. Поляков В.В., Скворцов Л.С. Насосы и вентиляторы.-М.:Стройиздат.1990.
  2. Вахвахов Г.Г. Работа вентиляторов в сети.-М.: Стройиздат, 1987.
  3. Калинушкин М.П. Насосы и вентиляторы. -.: Высшая школа, 1987.
  4. Якубчик П.П. Насосы и насосные станции. Учебное пособие. – СПб: ПГУПС, 1997 – 108 с.

 


Водоснабжение в наших городах и подход к потребителю 📙 Контрольная → 🆔 18317

Водоснабжение в наших городах и подход к потребителю 📙 Контрольная → 🆔 18317

Водоснабжение в наших городах и подход к потребителю