Расчет скорых безнапорных фильтров с кварцевой загрузкой

Определение размеров фильтра. Заданная полезная производительность станции, оборудованной скорыми безнапорными фильтрами с кварцевой загрузкой, составляет Q_сут = 31439,3м³/сут, или Q_час = 1310,0м³/час, или q_сек = 0,364м³/с.

Суммарная площадь скорых фильтров:

Здесь Т – продолжительность работы станции в течение суток, ч;

V_р.н – расчетная скорость фильтрования при нормальном режиме эксплуатации, равная 6 м/ч;

n – количество промывок каждого фильтра за сутки, равное 2;

w – интенсивность промывки, равная 12,5 дм³/с

t₁ – продолжительность промывки, равная 0,1 ч;

t₂ – время простоя фильтра в связи с промывкой, равное 0,33 ч.

Количество фильтров должно быть

N=0,5

Площадь 1-го фильтра будет 240/8=30м² с размером в плане 5,4*5,55 м.

Скорость фильтрования воды при форсированном режиме составит

Тогда

где N₁ – количество фильтров, находящихся в ремонте (N₁ =1).

Следовательно, скорость фильтрования при форсированном режиме от­вечает требованиям СНиП.

Подбор состава загрузки фильтра. Загрузка фильтра: высота фильтрующего слоя h_ф=700 мм с минимальным диаметром зерен 0,5 мм и максимальным 1,2 мм. Эквивалентный диаметр зерен d_э=0,7 мм, а коэффициент неоднородности К_н=1,8.

Поддерживающие слои имеют общую высоту 500 мм и крупность зерен 2-32 мм.

Расчет распределительной системы фильтра. В проектируемом фильтре распределительная система служит как для равномерного распределения про­мывной воды по площади фильтра, так и для сбора профильтрованной воды.

Интенсивность промывки принята w=12,5 дм³/с м². Тогда количество промывной воды, необходимой для одного фильтра, составит

Диаметр коллектора распределительной системы определяют по скорости входа промывной воды d_кол =600 мм, что при расходе 375 дм³/с соответствует скорости V_кол= 1,25 м/с (в начале коллектора рекомендуется V_кол =1 1,2 м/с).

Площадь дна фильтра, приходящаяся на каждое ответвление распредели­тельной системы при расстояниях между ними m=0,27м (рекомендуется m=0,25÷0,35 м) и наружном диаметре коллектора D_кол = 630 мм, составит:

а расход промывной воды, поступающей через одно ответвление:

Диаметр труб ответвлений принимаем d_отв =80 мм (ГОСТ 3262-62), тогда скорость входа воды в ответвления будет v=1,7 м/с (что не превышает реко­мендуемой скорости 1,8 - 2 м/с).

В нижней части ответвлений под углом 60° к вертикали предусматрива­ются отверстия диаметром 10-12 мм.

Отношение площади всех отверстий в ответвлениях распределительной системы к площади фильтра F принимается равным 0,25-0,3 %.

При площади одного фильтра F = 30 м² суммарная площадь отверстий составит

²

При диаметре отверстий δ₀ = 14 мм площадь отверстия f₀ = 1,54 см².

Сле­довательно, общее количество отверстий в распределительной системе каждого фильтра n₀ = 750/1,54=487 шт.

Общее количество ответвлений на каждом фильтре при расстояниях ме­жду осями ответвлений 0,27 м составит (5,4:0,27) 2 = 40. Количество отвер­стий, приходящихся на каждое ответвление, 487:40=12 шт.

При длине каждого ответвления L_oтв=(5,55 -0,63)/ 2=2,46 м шаг оси от­верстий на ответвлении будет равен е₀= L_oтв:12=2,46:12 =0,205 м, или 205 мм (рекомендуется е_о=200÷250 мм). Отверстия располагают в два ряда в шахмат­ном порядке под углом 60° к вертикальной оси трубы.

Для удаления воздуха из трубопровода, подающего воду на промывку фильтра, в повышенных местах распределительной системы предусматривают установку стояков-воздушников диаметром 75—150 мм с автоматическим уст­ройством для выпуска воздуха. На коллекторе фильтра также устанавливают стояки-воздушники.

Расчет устройств для сбора и отвода воды при промывке фильтра. Сбор и отвод загрязненной воды при промывке скорых фильтров осуществля­ется при помощи желобов, размещаемых над поверхностью фильтрующей за­грузки. Конструкция желобов должна а) предотвращать помехи нормальному расширению загрузки-фильтра, вызванному поступлением промывной воды; б) препятствовать возможности выноса зерен загрузки вместе с промывной водой.

Эти условия определяют выбор формы и размеров желоба, высоту его расположения над поверхностью фильтра и допустимые расстояния между со­седними желобами.

В практике применяются желоба, у которых верхняя часть поперечного сечения является прямоугольной, а нижняя часть сечения имеет либо треуголь­ную, либо полукруглую форму.

Желоба таких форм просты в исполнении, обладают хорошей обтекаемостью, не создают помех расширению загрузки фильтра и не вызывают образования застоя.

Площадь поперечного сечения желоба в месте примыкания его к сборно­му каналу:

где q - расчетный расход, м³/с;

В - ширина желоба, м;

g - ускорение силы тяжести, равное 9,81 м/с².

Площадь поперечного сечения желоба f состоящего из верхней прямоугольной части (площадью w₁) и треугольного основания (площадью (w₂),

или в иной форме

Здесь ;
h₁ - высота верхней прямоугольной части сечения желоба;

b₁=(1+2a).

Площадь поперечного сечения желоба с полукруглым основанием:

Приравнивая значение f, найдем

откуда ширину желоба определяем

Здесь а - отношение высоты прямоугольной части желоба к половине его ши­рины; принимается в пределах от 1 до 1,5;

К - коэффициент, принимаемый равным для желобов с полукруглым основанием - 2.

Принимаем три же­лоба с треугольным основанием. Тогда расстояния между осями желобов со­ставят 5,55: 3 = 1,85 м

Расход промывной воды, приходящейся на один желоб:

q_ж = 375: 3 = 125 дм³/с = 0,125 м³/с.

Принимая а = 1,5, найдем

Высота прямоугольной части желоба h_пр = 0,75В = 0,75 0,44 = 0,33 м. По­лезная высота желоба h=1,25В =1,25 0,44 = 0,55 м. Конструктивная высота желоба (с учетом толщины стенки) h_к =h+0,08= 0,55 + 0,08 = 0,63 м. Скорость движения воды в желобе V=0,61 м/с.

Высота кромки желоба над поверхностью фильтрующей загрузки при Н= 0,7 м и е = 45 %:

Так как конструктивная высота желоба h_к = 0,63 м, т. е. более 0,62 м, нужно принять Δh_ж = 0,7 м с тем, чтобы расстояние от низа желоба до верха за­грузки фильтра было 0,05-0,06 м.

Расход воды на промывку фильтра

где Т_р - продолжительность работы фильтра между двумя промывками, равная:

Т_р= Т_о – (t₁+t₂+t₃)

T₀ - продолжительность рабочего фильтроцикла, обычно принимаемая- равной 8 - 12 ч при нормальном режиме и не менее 6 ч при форсированном ре­жиме работы фильтра;

t₃ -продолжительность сброса первого фильтрата в сток.

Следовательно

T_р= 12 - (0,1 +0,33 + 0,17)= 11,4 ч.

При Q_Ч = 1310 м³/ч, w = 12,5 дм³/с м², N= 8 шт. и f = 30 м² расход воды, на промывку фильтра:

Скорость фильтрования на фильтрах, при промывке одного из них можно принимать постоянной или с увеличением на 20 %.

Расчет сборного канала. Загрязненная промывная вода из желобов ско­рого фильтра свободно изливается в сборный канал, откуда отводится в сток.

Поскольку фильтр имеет площадь f = 30 м² < 40 м², он устроен с боковым сбор­ным каналом, непосредственно примыкающим к стенке фильтра.

При отводе промывной воды с фильтра сборный канал должен предот­вращать создание подпора на выходе воды из желобов. Поэтому расстояние от дна желоба до дна бокового сборного канала должно быть не менее

где q_кан - расход воды в канале, м³/с, принимаемый равным 0,375 м³/с;

b_кан - минимально допустимая ширина канала (по условиям эксплуатации), принимаемая равной 0,7 м;

g=9,81 м/с²,

Скорость движения воды в конце сборного канала при размерах поперечного сечения f _кан=0,7 0,7 = 0,49 м² составит

V_кан= q_кaн/ f _кан =0,375: 0,49= 0,77 м/с,

что отвечает рекомендуемой минимальной скорости, равной 0,8 м/с.

Определение потерь напора при промывке фильтра. Потери напора слагаются из следующих величин:

а) потери напора в отверстиях труб распределительной системы фильтра:

где V_кол – скорость движения воды в коллекторе, м/с;

V_p.c. – то же, в распределительных трубах, м/с;

α – отношение суммы площадей всех отверстий распределительной системы к площади сечения коллектора, α=0,075:0,298=0,25.

б) потери напора в фильтрующем слое высотой Н_ф по формуле А. И. Егорова:

Здесь α = 0,76 и b = 0,017 - параметры для песка с крупностью зерен 0,5-1 мм.

При w = 12,5 л/с м² и H_ф =0,7 м

в) потери напора в гравийных поддерживающих слоях высотой Н_п.с. по формуле проф. В. Т. Турчиновича:

Для данного примера при Н_{п с} = 0,5 м

h _п.с= 0,022 0,5 12,5=0,14 м;

г) потери напора в трубопроводе, подводящем промывную воду к общему коллектору распределительной системы.

При q = 375 л/с, d = 500 м и V = 1,8 м/с гидравлический уклон I = 0,00818. Тогда при общей длине трубопровода L = 100 м:

h _{п.т .} = I L = 0,00818 100 =0,82 м;

д) потери напора на образование скорости во всасывающем и напорном трубопроводах насоса для подачи промывной воды:

е) потери напора на местные сопротивления в фасонных частях и арматуре:

Коэффициенты местных сопротивлений равны: ξ₁ = 0,984 для колена; ξ₂- 0,26 для задвижки; ξ₃, - 0,5 для входа во всасывающую трубу и ξ₄= 0,92 для тройника.

Таким образом,

Следовательно, полная величина потерь напора при промывке скорого фильтра составит

Геометрическая высота подъема воды h_г от дна резервуара чистой воды до верхней кромки желобов над фильтром будет

h = 0,7 + 1,2 + 4,5 = 6,4 м,

где 0,7 - высота кромки желоба над поверхностью фильтра, м;

1,2 - высота загрузки фильтра, м;

4,5 - глубина воды в резервуаре, м.

Напор, который должен развивать насос при промывке фильтра, равен Н= h_г +∑h + h_з.н. = 6,4 + 7 + 1,5≈ 15 м,

где h_з.н =1,5 м - запас напора (на первоначальное загрязнение фильтра и т.п).

Подбор насосов для промывки фильтра. Для подачи промывной воды в количестве 375 дм³/с принято два одновременно действующих центробежных насоса марки 12НДС производительностью 720 м³/ч (200 дм³/с), каждый с на­пором 21 м, при скорости вращения n=960 об/мин. Мощность на валу насоса 48 квт, мощность электродвигателя 55 квт; к.п.д. насоса 0,87.

Кроме двух рабочих насосов устанавливается один резервный агрегат. Промывку фильтра можно производить и от возвышенного резервуара. При выборе способа промывки следует учитывать допустимость пиковой нагрузки электросетей и результаты технико-экономического сравнения вариантов.

Определение диаметров трубопроводов на фильтровальной станции для подачи и отвода воды. Диаметры трубопроводов определяют по таблицам для гидравлического расчета стальных труб по заданному расходу и рекомендуемой скорости движения воды. Результаты расчета для данного примера пред­ставлены в табл. 5.

Размеры трубопроводов или каналов, обслуживающих каждый фильтр, следует принимать из условия форсированного режима работы (при выключе­нии одного фильтра на промывку). Таким образом, расчетный расход воды, приходящейся на один фильтр, составит 364/(8-1)=52 дм³/с.

Таблица 5

Поиск по сайту: