Водоприемники с вихревыми камерами

4.40. В последние годы в практике проектирования разработаны типовые проекты водоприемников с вихревыми камерами и производительностью до 5 м³/c в нескольких вариантах исполнения.

4.41. Основным элементом упомянутых водоприемников является вихревая камера с переменным расходом вдоль пути, с переменным или постоянным поперечным сечением и соответственно с постоянной или переменной высотой щели (рис. 53).

Рис. 53. Расчетные схемы водоприемников с вихревыми камерами

а — конической; б — телескопической; в — открытой

4.42. Расчет основных размеров вихревой конической или цилиндрической камеры начинается с определения ее диаметра и длины. Наибольший диаметр камеры определяют по формуле

, (112)

где u_m принимают несколько меньше расчетной скорости в водоводе.

Диаметр тупикового торца камеры находится либо заданным углом конусности в пределах 0-5° для конических и пирамидальных камер, либо из соотношения

d₀ ³ 0,6d_m. (113)

Длина камеры связана с наибольшим диаметром

l £ (6 — 10)d_m. (114)

4.43. Полученная длина камеры (водоприемного фронта) из-за ее относительно большой протяженности, осложняющейся оборудованием водоприемных отверстий сороудерживающими решетками или другими приспособлениями, разбивается на отдельные панели с таким расчетом, чтобы водоприемные отверстия приближались по очертаниям к квадратным.

4.44. В общем случае средние скорости во входной щели определяют по формуле

u_щ = (1,00 — 1,15) u_m » u_с, (115)

а необходимую площадь щели по формуле

w_щ = `h_щl = Q_в/u₀ = Q_в/115u_m » Q_в/u_c, (116)

где u_c — скорость в самотечной трубе.

4.45. По формуле (116) можно получить среднюю высоту щели по длине всей вихревой камеры. В пирамидальных, конических и цилиндрических камерах она непостоянна (рис. 54), ее величина уменьшается от заглушенного торца в сторону самотечного водовода:

пирамидальной с углом конусности b = 5°15¢;

конической b = 4°15¢;

цилиндрической b = 0°;

Рис. 54. Расчетные схемы телескопических вихревых камер для разных Kw (а — в)

4.46. В телескопических вихревых камерах при одинаковых исходных параметрах (112) и (116) величина щели постоянной высоты определяется по формуле

, (117)

что равнозначно

. (118)

Диаметры остальных звеньев вихревой камеры получают из условия

, (119)

где l_i — длина вышележащего участка щели.

4.47. При этом во всех случаях, когда щель устраивается прерывистой (например, за счет установки струенаправляющих диафрагм в местах переходов от одного диаметра к другому конструктивно и пр.), за ее длину принимается только суммарная длина в свету.

4.48. При изложенной схеме расчета основных элементов щелевых вихревых камер потери напора в них определяют по формуле

, (120)

где h_в — потери напора при входе потока в зарешеточную камеру; z_c — суммарный коэффициент сопротивления щелевых вихревых камер, учитывающий потери напора на вход в вихревую камеру, по ее длине и на вход в самотечный водовод.

При оборудовании водоприемных отверстий сороудерживающими решетками потери принимают обычно h_в = 0,03-0,05 м. Для щелевых вихревых камер коэффициент z_c » 4,2. В случаях установки в водоприемных отверстиях фильтрующих элементов (вместо решеток) h_в определяется по пп. 4.91—4.94.

4.49. Для наиболее равномерной работы водоприемного; фронта открытых вихревых камер (см. рис. 53) изменение их поперечных сечений должно следовать линейному закону. С этой целью:

назначаются наибольшие продольные скорости в выходном сечении камеры в пределах u_m £ 0,75 м/с. Из этого условия определяются наибольшие поперечные размеры камеры в выходном сечении b_m и h_m;

задаются углы наклона (конусности) стенки и дна камеры в диапазоне b_b » b_h » 5-7°, при этом все основные размеры камеры задаются формулами:

, (121)

, (122)

. (123)

4.50. Поперечные сечения камер по формуле целесообразно приближать к квадратным.

4.61. Полная длина камеры определяется, как и для щелевых, в пределах

. (124)

4.52. Коэффициентами суммарного сопротивления в формуле (120) принимается:

при сопряжении открытой вихревой камеры с входом в самотечную трубу в виде щели — z_c = 3;

при сопряжении с помощью раструба и плавного поворота колена — z_c = 2,5.

4.53. При назначении размеров водоприемных окон t и l следует пользоваться формулой

, (125)

где K — коэффициент равномерности распределения расходов притока по длине; t — высота водоприемного отверстия; m » 0,60-0,62; a » 1,1; K принимается от 0 до 2.

4.54. Выбор конструктивной схемы водоприемника с вихревой камерой определяется местными условиями избранного или заданного участка водотока или водоема и его производительностью.

4.55. Железобетонный водоприемник с односторонним боковым приемом воды при достаточных глубинах размещается в пределах берегозащитных покрытий и в водоприемных ковшах (рис. 55).

Рис. 55. Бетонный в стальной оболочке водоприемник с вихревой камерой и односторонним отбором воды

1 — водоприемное отверстие с кассетами; 2 — вихревая камера; 3 — бункерная камера; 4 — самотечный водовод; 5 — постель

4.56. Железобетонный водоприемник с двухсторонним боковым приемом воды при достаточных глубинах размещается на открытой акватории водоисточника, а также в водоприемных ковшах (рис. 56).

Рис. 56. Бетонный в стальной оболочке водоприемник с вихревыми камерами и двухсторонним отбором воды. Обозначения см. на рис. 55

4.57. При тяжелых шуголедовых условиях в водотоках, лесосплаве и недостаточных глубинах используют железобетонные двухсекционные водоприемники общей производительностью до 3 м³/с (рис. 57).

Рис. 57. Конструктивная схема двухсекционного водоприемника с открытой вихревой камерой

1 — водоприемные окна с фильтрующими кассетами; 2 — самотечный водовод; 3 — постель; 4 — раструб; 5 — фланец; 6 — разделительная стенка; 7 — заглушка; 8 — водоприемная камера

4.58. В водотоках со средними условиями при недостаточных глубинах используют металлические водоприемники с верхним приемом воды (рис. 58).

Рис. 58. Конструктивная схема конического водоприемника с вихревой камерой и верхним приемом воды

1 — сороудерживающая решетка или фильтрующая кассета; 2 — металлический корпус водоприемника; 3 — вихревая коническая камера; 4 — постель; 5 — патрубок с диафрагмой

4.59. На водотоках и водоемах, в зависимости от местных условий избранного или заданного участка, используют водоприемники с наклонным внутренним или внешним, верхним и нижним расположением водоприемных отверстий (рис. 59, 60, 61, 62).

Рис. 59. Водоприемники с вихревыми камерами и рыбозаградительными фильтрами (а-в)

1 — стальной или железобетонный корпус; 2 — вихревая камера; 3 — самотечный водовод; 4 — раздельная диафрагма; 5 — сороудерживающая решетка или фильтрующая кассета; 6 — сороотражающая решетка; 7 — воздуховоды перфорированные

Рис. 60. Водоприемник консольного типа с односторонним приемом воды с помощью вихревой камеры переменного сечения

1 — вихревая камера; 2 — решетка, удерживающая фильтр; 3 — фильтр; 4 — съемное перекрытие; 5 — поддерживающая балка; 6 — водоприемная камера

Рис. 61. Водоприемник с вихревой камерой консольного типа с двухсторонним приемом воды. Обозначения см. на рис. 60

Рис. 62. Схема металлического или ж. б. водоприемника для водоемов

1 — отверстие; 2 — струенаправляющие лопатки, обеспечивающие вихревое вращательное движение воды; 3 — съемные панели; 4 — диафрагмы; 5 — фильтрующие кассеты; 6 — контрфорсы; 7 — самотечный или сифонный водовод; 8 — фланец; 9 — постель и крепление; 10 — опорная плита; 11 — вихревая камера