Область применения различных фильтров

Водоносная порода	Крупность частиц, мм	Применяемый тип и конструкция фильтра
Полускальные	-	Дырчатые, щелевые, каркасно-
		стержневые
Щебенистые и галеч-	20-100	То же
ные
Гравий	2-5	Дырчатые, щелевые, проволочные
Пески:
крупные	1-2	Проволочные с поверхностью из
		стального листа
средние	0,25-0,5	Сетчатые из сетки гладкого плетения
мелкие	0,1-0,25	Тоже

Шахтные колодцы применяются для забора воды из мало-дебитных водоносных пластов, залегающих на глубине до 20 м. Шахтный колодец состоит из водоприемной части, ствола и над­земной части (оголовка). Для создания запаса воды и ее отстаива­ния внизу шахтного колодца устраивают отстойную часть, глубина которого достигает 10 м. Ствол предназначен для крепления стенок колодца от обрушения и для размещения трубопроводов и обору­дования. Шахтные колодцы выполняются из сборных железобетон­ных колец, бетона, камня или дерева. Для приема воды дно колодца устраивают в виде обратного фильтра путем засыпки послойно крупнозернистых материалов с постепенным увеличением фрак­ций. Оголовок должен возвышаться над поверхностью земли не менее чем на 0,8 м и закрываться крышкой. Для предохранения ко­лодца от загрязнения вокруг него устраивается глиняный замок глубиной 1,5-2 м, шириной 0,5 м, который сверху закрывается от-мосткой шириной 1-2 м с уклоном 0,1 от колодца. Дебит шахтного колодца определяется по формуле

где k_ф - коэффициент фильтрации, м/сут.;

S - понижение уровня воды при откачке, м;

r = D/2 - внутренний радиус колодца, м;

R - радиус влияния колодца, м;

H - мощность водоносного пласта, м.

При R/H < 10 дебит шахтного колодца определяют по формуле

По сравнению с трубчатыми колодцами шахтные колодцы доступны для осмотра и ремонта, имеют большую поверхность во­доприемной части, что обеспечивает приток воды с небольшой скоростью и, следовательно, предупреждает вынос водоносной по­роды. Шахтные колодцы позволяют устанавливать насосы больших габаритов с более высоким КПД. Они обладают большей долговеч­ностью и надежностью, что позволяет аккумулировать большие за­пасы воды. Недостатком шахтных колодцев является более высокая стоимость и затруднения в поддержании их хорошего санитарного

состояния.

Лучевые водозаборы являются разновидностью шахтных ко­лодцев и состоят из трех основных элементов: шахтного колодца, системы горизонтальных скважин, выходящих из нижней части шахты радиально в виде лучей и подземного павильона, в котором размещается оборудование водозабора. Лучевые водозаборы целе­сообразно применять для приема воды из маломощных водоносных пластов мощностью до 10 м, расположенных на глубине до 50 м, а также для приема вод, фильтрующихся из открытых водоемов че­рез русловое дно и берега.

Горизонтальные водозаборы применяются при глубине зале­гания водоносных пластов до 5 м и малой мощности до 2-3 м. Чаще всего их размещают вблизи открытых водоемов. Водоприемная часть выполняется в виде каменно-щебеночной дрены размером 30x30 или 50x50 см, которая укладывается на дно траншеи в водо­носном пласте. Более совершенным является водоприемное уст­ройство в виде перфорированных труб или галерей, которые могут

быть бетонными, железобетонными, кирпичными, асбестоцемент-ными или пластмассовыми. Для исключения выноса частиц породы вокруг дрен устраивают фильтр из двух-трех слоев гравийной за­сыпки. Для систематического наблюдения за работой водоприем­ной части и для своевременной очистки необходимо устраивать смотровые колодцы. Смотровые колодцы выполняют обычно из бе­тонных или железобетонных колец диаметром 1 м. Сборная камера служит для приема воды, осаждения взвеси, наблюдения за работой водозаборных сооружений и регулирования подачи воды потреби­телям. Вода потребителям из сборной камеры подается потребите­лям самотеком или насосной станцией.

Для приема родниковых вод строятся специальные каптажные сооружения. Родниками и ключами называются естественные вы­ходы подземных вод на поверхность земли. Родниковые воды, как правило, прозрачные, имеют высокое санитарное качество и про­сты в добывании. Родники разделяют на восходящие, когда напор­ные подземные воды выходят на поверхность через трещины в кровле пласта, и безнапорные, когда происходит выход безнапор­ных вод на склоне гор, оврагов, террас и других мест.

Процесс сбора родниковой воды называют каптажем родни­ков. Выбор конструкции каптажного сооружения зависит от типа родника, характера водоносного пласта (трещиноватые, гравийные или песчаные породы), характера выхода родника (отдельная жила, группа), толщины слоя грунта, закрывающего выход родниковых вод. геологических и местных условий. Конструкции каптажных сооружений могут быть самыми разнообразными: от простейших каменных набросок и естественных бассейнов до сложных кирпич­ных или железобетонных камер. В камеры восходящих родников вода поступает через днище, а для нисходящих - через отверстия в стенах камер. Для предотвращения выноса грунта из водоносного пласта через входные отверстия укладывается обратный фильтр. Камеры оборудуются расходной, переливной и вентиляционной трубами.

Для более полного захвата нисходящих родников устанавли­вают улавливающие стенки, располагаемые перпендикулярно на­правлению движения воды. Эти стенки устраиваются из водоупор­ных материалов. Они перехватывают воду и направляют ее к при­емной камере. Собранная вода отводится потребителям самотеком

или накапливается в сборном резервуаре, а затем подается насоса­ми потребителям.

Вопросы к главе 3

1.Какие источники водоснабжения вы знаете?

2. Как производится оценка источника водоснабжения?

3. Что представляет собой водозабор из поверхностных источников?

4. Какие факторы определяют выбор руслового водозабора?

5. Для чего предназначены береговые колодцы?

6. Как устроена артезианская скважина?

7. Что такое дебит скважины?

8. Как определить приток воды к одиночной скважине?

9. Для чего предназначены фильтры?

10. Как определить дебит шахтного колодца?

11. Что представляют собой лучевые и горизонтальные водозаборы?

12. Для чего служат каптажные сооружения?

Глава 4 НАСОСЫ II НАСОСНЫЕ СТАНЦИИ

мембранные манометры и вакуумметры. Пьезометр - это стеклянная вертикальная трубка с открытым концом. Если к резервуару с жид­костью присоединить пьезометр, то имеем

Свободные напоры

Водопроводная сеть должна обеспечивать подачу воды ко всем точкам ее потребления не только в нужном количестве, но и с необходимым напором. В водопроводных сетях напором называют давление, под действием которого вода движется по трубам, пре­одолевает гидродинамические сопротивления и поднимается на высоту расположения самого высокого водозаборного прибора. Обозначается напор буквой Н и измеряется в единицах давления: 1атм = 9,8-10 Па - 760 мм рт. ст = 1,033 кгс/м~ = 10 м вод. ст. По размерности и характеру воздействия давление - напряжение, воз­никающее от сжимающей силы на поверхности жидкости. Разли­чают полное или абсолютное, избыточное и вакуумметрическое давление. Избыточным называют давление, превышающее атмо­сферное, вакуумным - превышение атмосферного давления над аб­солютным.

Для измерения напора используют манометры и вакуумметры. Полное или абсолютное давление в какой-либо точке покоящейся жидкости р (рис. 4.1) определяют по формуле

p = p_o + hγ, (4.1)

где р_о - давление на свободную поверхность жидкости в откры­тых сосудах, равное атмосферному давлению;

hγ - весовое давление столба жидкости высотой h и плотности γ.

В формуле (4.1) давление p и ро измеряется в килограммах на квадратный метр, высота h - в метрах, плотность γ - в килограммах на кубический метр.

Это выражение является основным уравнениям гидростатики, из которого следует, что внешнее давление одинаково передается во все точки объема жидкости, а полное давление изменяется в за­висимости от величины погружения рассматриваемой точки.

В системах водоснабжения и канализации для измерения дав­ления применяют пьезометры, а также механические, пружинные и

где ∆h - разница уровней жидкости в пьезометре и резервуаре, ко­торая позволяет определить, насколько давление в баке р₀ выше ат­мосферного р_атм. Эта высота в гидравлике называется пьезометри­ческой высотой или напором;

р_изб - избыточное давление, превышающее атмосферное.

Рис. 4.1. Давление в покоящейся жидкости

С учетом этого давление в любой произвольной точке на глубине h будет равно

p = p_атм + γ(∆h + h), (4.3)

В жидкостных манометрах, в которых применяют подкрашен­ную жидкость, например спирт или ртуть, высота столба ртути h_p будет во столько раз меньше столба воды h_B, во сколько раз удель­ный вес (плотность) ртути γ_р больше удельного веса (плотности)

воды у_в.

В механических манометрах и вакуумметрах давление жидко­сти или газа воздействует на диафрагму или изогнутую трубку, запа-

янную с одной стороны. Диафрагма и измерительная трубка мано­метра связаны тягой с зубчатым сектором и стрелкой прибора. Шкала прибора проградуирована в соответствующих единицах измерения (ki7m\ атм, м вод. ст. и т. п.). Манометр надо выбирать так, чтобы максимальное рабочее давление не превышало 2/3 шкалы прибора. Абсолютное давление при измерении его манометром составит

где р_изм - наблюдаемое давление по манометру;

p _ст.ж ⁼ γh - добавочное давление столба жидкости;

h - разность уровней в расположении манометра и установке штуцера для подключения прибора.

Величина требуемого, свободного напора в системах водо­снабжения вычисляют по формуле

H_св = H_Г + ∑h + h_и (4.5)

где H_Г - геометрическая высота расположения самого высокого расчетного водоразборного прибора над поверхностью земли у точки подключения домового ввода, м;

∑h - сумма потерь напора на пути движения воды от точки подключения до расчетного водоразборного прибора, м;

h_и - напор, необходимый для излива расчетного расхода воды, принимаемый в зависимости от типа санитарного прибора.

Потери напора обусловлены вязкостью жидкости, т. е. спо­собностью жидкости вследствие молекулярного взаимодействия сопротивляться сдвигающим силам. Из-за вязкости при движении жидкости возникают силы внутреннего трения и, как следствие, по­тери напора. Эти потери вызываются сопротивлениями по длине потока и местными сопротивлениями.

Сопротивления по длине потока вызываются силами трения между жидкостью со стенками грубы. В результате этого частицы, прилегающие к трубе, тормозятся. Торможение благодаря вязкости передается прилегающим слоям жидкости. Для преодоления этого торможения и поддержания равномерного движения жидкости не­обходимо затрачивать напор, называемый потерями напора на тре­ние по длине (h_дл).

Местные сопротивления возникают на коротких участках тру­бопровода, когда поток изменяет форму поперечного сечения или направление движения. Например, внезапные сужения или расши­рения потока, всевозможная водопроводная арматура (задвижки, решетки, клапаны и т. д.), различные повороты, разделения или слияния потоков и др. Потери напора, возникающие в местных со­противлениях, называют местными потерями напора (h_M).

Таким образом, потери напора, возникающие при движении жидкости, складываются из потерь напора по длине и местных потерь

∑h = h_дл + h_M (4.6)

Потери напора по длине могут быть определены по формуле д'Арси-Вайсбаха

где λ- коэффициент гидравлического трения, зависящий от числа Рейнолдса R_e и относительной шероховатости труб ∆э/d;

l - длина расчетного участка, м;

d - диаметр труб, м;

v - скорость потока жидкости, м/с;

∆э - эквивалентная (равномерная) шероховатость с такой вы­сотой выступа, при которой значения λ при очень больших числах R_e >>2300 равно его значению при естественной шероховатости.

В местных сопротивлениях потери напора можно определить по формуле

где ζ_м - коэффициент местного сопротивления, отнесенный к то­му сечению потока, в котором берется средняя скорость v.

Этот коэффициент для большинства местных сопротивлений определяется опытным путем и при расчетах принимается из таб­лиц, приводимых в справочниках.

В практике водоснабжения при проектировании наружных во­допроводных сетей для упрощения расчетов величину свободного напора Н_св определяют в зависимости от этажности зданий:

• при одноэтажной застройке H_cs составляет не менее 10 м;

• при этажной застройке более одного этажа на каждый сле­
дующий этаж добавляют по 4 м, т. е.

где п - количество этажей.

Для отдельных высоких зданий или группы зданий, располо­женных на возвышенных местах, предусматривают местные уста­новки, повышающие напор. В системах пожаротушения низкого давления минимальный свободный напор у пожарных гидрантов должен составлять не менее 10 м. При водопользовании из водоза­борных колонок свободный напор должен быть не менее 10 м. Гид­ростатический напор в сети хозяйственно-питьевого водопровода у потребителя должен быть не более 60 м.

• направляющего аппарата 2 в насосах секционного типа, со­
стоящего из неподвижного диска с лопатками, в которых поток
жидкости, поступающей из рабочего колеса отводится в требуемом
направлении с одновременным преобразованием кинетической
энергии потока в давление;

• спиральной камеры 3 (улитки), которая в насосах служит
для преобразования скоростной энергии в давление, так как очер­
тания стенок спиральной камеры способствуют плавному умень­
шению скорости движения жидкости с одновременным повышени­
ем ее давления;

• вала 7 (ротора), посредством которого передается момент
вращения от двигателя к рабочим колесам, неподвижно закреплен­
ным на валу (на валу может быть закреплено одно или несколько
рабочих колес в зависимости от требуемого напора);

• корпуса насоса, который имеет всасывающий 4 (приемный)
и напорный 5 патрубки, каналы подвода и отвода жидкости к рабо­
чим колесам (при работе внутренняя полость насоса заполнена
жидкостью и находится под давлением);

• подшипников, которые являются опорой для валов и уплот­
няющих колец или сальников, уменьшающих утечки воды из насоса.