第二章 溝道水力學(xué)_第1頁(yè)
第二章 溝道水力學(xué)_第2頁(yè)
第二章 溝道水力學(xué)_第3頁(yè)
第二章 溝道水力學(xué)_第4頁(yè)
第二章 溝道水力學(xué)_第5頁(yè)
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1、第一節(jié)第一節(jié)第一節(jié)第一節(jié)第一節(jié)第一節(jié) 溝道中的水流情況溝道中的水流情況溝道中的水流情況溝道中的水流情況溝道中的水流情況溝道中的水流情況第二節(jié)第二節(jié)第二節(jié)第二節(jié)第二節(jié)第二節(jié) 污水溝道水力學(xué)設(shè)計(jì)的原則污水溝道水力學(xué)設(shè)計(jì)的原則污水溝道水力學(xué)設(shè)計(jì)的原則污水溝道水力學(xué)設(shè)計(jì)的原則污水溝道水力學(xué)設(shè)計(jì)的原則污水溝道水力學(xué)設(shè)計(jì)的原則第三節(jié)第三節(jié)第三節(jié)第三節(jié)第三節(jié)第三節(jié) 溝道水力學(xué)計(jì)算用的基本公式溝道水力學(xué)計(jì)算用的基本公式溝道水力學(xué)計(jì)算用的基本公式溝道水力學(xué)計(jì)算用的基本公式溝道水力學(xué)計(jì)算用的基本公式溝道水力學(xué)計(jì)算用的基本公式第四節(jié)第四節(jié)第四節(jié)第四節(jié)第四節(jié)第四節(jié) 水力學(xué)算圖水力學(xué)算圖水力學(xué)算圖水力學(xué)算圖水力學(xué)算圖水

2、力學(xué)算圖第五節(jié)第五節(jié)第五節(jié)第五節(jié)第五節(jié)第五節(jié) 溝道水力學(xué)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)溝道水力學(xué)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)溝道水力學(xué)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)溝道水力學(xué)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)溝道水力學(xué)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)溝道水力學(xué)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)第六節(jié)第六節(jié)第六節(jié)第六節(jié)第六節(jié)第六節(jié) 溝段的銜接溝段的銜接溝段的銜接溝段的銜接溝段的銜接溝段的銜接第七節(jié)第七節(jié)第七節(jié)第七節(jié)第七節(jié)第七節(jié) 溝段水力學(xué)計(jì)算舉例溝段水力學(xué)計(jì)算舉例溝段水力學(xué)計(jì)算舉例溝段水力學(xué)計(jì)算舉例溝段水力學(xué)計(jì)算舉例溝段水力學(xué)計(jì)算舉例第八節(jié)第八節(jié)第八節(jié)第八節(jié)第八節(jié)第八節(jié) 倒虹管水力學(xué)計(jì)算舉例倒虹管水力學(xué)計(jì)算舉例倒虹管水力學(xué)計(jì)算舉例倒虹管水力學(xué)計(jì)算舉例倒虹管水力學(xué)計(jì)算舉例倒虹管水力學(xué)計(jì)算舉例第九節(jié)第九節(jié)第九節(jié)第九節(jié)第九節(jié)第九節(jié) 常用排

3、水泵常用排水泵常用排水泵常用排水泵常用排水泵常用排水泵第十節(jié)第十節(jié)第十節(jié)第十節(jié)第十節(jié)第十節(jié) 排水泵站水力學(xué)計(jì)算舉例排水泵站水力學(xué)計(jì)算舉例排水泵站水力學(xué)計(jì)算舉例排水泵站水力學(xué)計(jì)算舉例排水泵站水力學(xué)計(jì)算舉例排水泵站水力學(xué)計(jì)算舉例第一節(jié)第一節(jié) 溝道中的水流情況溝道中的水流情況 水流在溝道流動(dòng)時(shí),水流上方是大氣,具有水流在溝道流動(dòng)時(shí),水流上方是大氣,具有自由的表面,而其他三個(gè)方向受到溝道固體界面自由的表面,而其他三個(gè)方向受到溝道固體界面的限制,稱明渠流或重力流。的限制,稱明渠流或重力流。 溝道有時(shí)在溝道有時(shí)在水壓下水壓下流動(dòng),這時(shí)的水流方式稱流動(dòng),這時(shí)的水流方式稱管流或壓力流。管流或壓力流。第二節(jié)第二

4、節(jié) 污水溝道水力學(xué)污水溝道水力學(xué)設(shè)計(jì)的原則設(shè)計(jì)的原則計(jì)算計(jì)算確定確定管徑管徑坡度坡度高程高程水力學(xué)計(jì)算要水力學(xué)計(jì)算要滿足下列要求滿足下列要求不溢流不溢流不淤積不淤積不沖洗溝壁不沖洗溝壁通風(fēng)通風(fēng)-采用最大流采用最大流量進(jìn)行設(shè)計(jì)量進(jìn)行設(shè)計(jì)-有最低流速有最低流速限制限制-有最高流速有最高流速限制限制第三節(jié)第三節(jié) 溝道水力學(xué)計(jì)算用的溝道水力學(xué)計(jì)算用的基本公式基本公式789 設(shè)計(jì)管段是相鄰的兩個(gè)窨井間的溝段。設(shè)計(jì)管段是相鄰的兩個(gè)窨井間的溝段。 當(dāng)相鄰的設(shè)計(jì)管段能采用同樣的口徑和坡度時(shí),當(dāng)相鄰的設(shè)計(jì)管段能采用同樣的口徑和坡度時(shí),可以合并為一條設(shè)計(jì)溝段??梢院喜橐粭l設(shè)計(jì)溝段。流量公式:流量公式:AvqV流

5、速公式:流速公式:21321IRnv qv設(shè)計(jì)溝段的設(shè)計(jì)流量,設(shè)計(jì)溝段的設(shè)計(jì)流量,m3/s; A設(shè)計(jì)溝段的過(guò)水?dāng)嗝婷嬖O(shè)計(jì)溝段的過(guò)水?dāng)嗝婷娣e,積,m2 ;v設(shè)計(jì)溝段過(guò)水?dāng)嗝娴钠骄O(shè)計(jì)溝段過(guò)水?dāng)嗝娴钠骄魉?,流速,m/s ;R水力半徑(過(guò)水?dāng)嗝婷嫠Π霃剑ㄟ^(guò)水?dāng)嗝婷娣e與濕周的比值),積與濕周的比值),m ;I水力坡度(即水面坡度,水力坡度(即水面坡度,也等于溝底坡度也等于溝底坡度i) ;n溝壁粗糙系數(shù)。溝壁粗糙系數(shù)。11其他公式:其他公式:12其他公式:其他公式:第四節(jié)第四節(jié) 水力學(xué)算圖水力學(xué)算圖 水力學(xué)算圖有不滿流圓形溝道水力學(xué)算圖、水力學(xué)算圖有不滿流圓形溝道水力學(xué)算圖、滿流圓形溝道水力學(xué)算圖、

6、滿流矩形水力學(xué)算滿流圓形溝道水力學(xué)算圖、滿流矩形水力學(xué)算圖和明渠流用的水力學(xué)算圖等。圖和明渠流用的水力學(xué)算圖等。 例例 2-1 已知已知n0.014,D300mm,i0.0024,qV25.5L/s,求,求v和和h/D。解:(解:(1) D300mm,采用教材中圖采用教材中圖2-2。 (2)這張圖有四組線條:豎的線條代表流量,)這張圖有四組線條:豎的線條代表流量,橫的代表坡度,從右向左下傾的斜線代表充滿度,橫的代表坡度,從右向左下傾的斜線代表充滿度,從左向右下傾的斜線代表流速。每條線上的數(shù)目從左向右下傾的斜線代表流速。每條線上的數(shù)目字代表相應(yīng)要素的值。先從縱軸字代表相應(yīng)要素的值。先從縱軸(表示

7、坡度表示坡度)上的上的數(shù)字中找數(shù)字中找0.0024,從而找出代表,從而找出代表i0.0024的橫線。的橫線。 (3)從橫軸)從橫軸(表示流量表示流量)上找出代表上找出代表qV25.5L/s的的那根豎線。那根豎線。 (4)代表坡度)代表坡度0.0024的橫線和代表流量的橫線和代表流量25.5L/s的的豎線相交,得一點(diǎn),這一點(diǎn)正好落在代表流速豎線相交,得一點(diǎn),這一點(diǎn)正好落在代表流速0.65m/s的那根斜線上,并靠近代表充滿度的那根斜線上,并靠近代表充滿度0.55的的那根斜線上。因此求得那根斜線上。因此求得v0.65m/s,h/D0.55。 例例 2-2 已知已知n0.014,D300mm, qV

8、26L/s,i0.003,求,求v和和h/D。解:(解:(1)D300mm,采用教材圖采用教材圖2-2 。 (2)找出代表)找出代表qV26L/s的那根豎線。的那根豎線。 (3) 找出代表找出代表i0.003的那根橫線。的那根橫線。 (4) 找出這兩根線的交點(diǎn),這交點(diǎn)落在代表找出這兩根線的交點(diǎn),這交點(diǎn)落在代表v0.7m/s和和v0.75m/s的兩根斜線之間。假如有一根和的兩根斜線之間。假如有一根和以上兩根斜線平行的線正好穿過(guò)這交點(diǎn),估計(jì)這根線以上兩根斜線平行的線正好穿過(guò)這交點(diǎn),估計(jì)這根線代表代表v=0.71m/s。求得。求得v0.71m/s。 (5)這交點(diǎn)又落在代表)這交點(diǎn)又落在代表h/D0.

9、50和和0.55兩根斜線之兩根斜線之間,估計(jì)間,估計(jì)h/D0.52。于是,求得。于是,求得h/D0.52。 例例 2-3 已知已知n0.014,D300mm,qV38L/s,v1.0m/s,求,求i和和h/D。解:(解:(1) D300mm,采用教材圖采用教材圖2-2 。 (2)找出代表)找出代表qV38L/s的那根豎線。的那根豎線。 (3)找出代表)找出代表v1.0m/s的那根斜線。的那根斜線。 (4)這兩根線的交點(diǎn)落在代表)這兩根線的交點(diǎn)落在代表i0.0057的橫線的橫線上,求得上,求得i0.0057。 (5)這交點(diǎn)又落在)這交點(diǎn)又落在h/D0.53的斜線上,求得的斜線上,求得h/D0.5

10、3。第五節(jié)第五節(jié) 溝道水力學(xué)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)溝道水力學(xué)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) 充滿度示意設(shè)計(jì)充滿度設(shè)計(jì)充滿度 溝道中的水深溝道中的水深h和管徑和管徑D(或渠或渠深深H)的比值。的比值。一、設(shè)計(jì)充滿度一、設(shè)計(jì)充滿度 溝道是按不滿流的情況進(jìn)行設(shè)計(jì)的。在設(shè)計(jì)溝道是按不滿流的情況進(jìn)行設(shè)計(jì)的。在設(shè)計(jì)流量下,溝道中的水深流量下,溝道中的水深h和管徑和管徑D(或渠深或渠深H)的的比值比值c稱為設(shè)計(jì)充滿度。稱為設(shè)計(jì)充滿度。0.7510000.705009000.653504500.55200300最大設(shè)計(jì)充滿度最大設(shè)計(jì)充滿度(h/D或或h/H)管徑或渠高管徑或渠高/mm最大設(shè)計(jì)充滿度最大設(shè)計(jì)充滿度二、設(shè)計(jì)流速二、設(shè)計(jì)流速 設(shè)計(jì)流速

11、是溝道中流量到達(dá)設(shè)計(jì)流量時(shí)的水流設(shè)計(jì)流速是溝道中流量到達(dá)設(shè)計(jì)流量時(shí)的水流速度。速度。 污水溝道的最小設(shè)計(jì)流速為污水溝道的最小設(shè)計(jì)流速為0.6m/s;明溝的最;明溝的最小設(shè)計(jì)流速為小設(shè)計(jì)流速為0.4m/s。最大設(shè)計(jì)流速混凝土管為。最大設(shè)計(jì)流速混凝土管為5m/s,鋼管為,鋼管為10m/s 。 防止淤積所需的溝道設(shè)計(jì)流速的最小限值同廢防止淤積所需的溝道設(shè)計(jì)流速的最小限值同廢水中夾帶的懸浮物的性質(zhì)水中夾帶的懸浮物的性質(zhì)(顆粒大小、相對(duì)密度顆粒大小、相對(duì)密度)有有關(guān)。關(guān)。 各設(shè)計(jì)溝段的設(shè)計(jì)流速?gòu)纳嫌蔚较掠巫詈檬侵鸶髟O(shè)計(jì)溝段的設(shè)計(jì)流速?gòu)纳嫌蔚较掠巫詈檬侵饾u增加的。漸增加的。三、三、 最小管徑最小管徑污水溝

12、管的最小管徑和最小設(shè)計(jì)坡度污水溝管的最小管徑和最小設(shè)計(jì)坡度溝道位置溝道位置最小管徑最小管徑/mm最小設(shè)計(jì)坡度最小設(shè)計(jì)坡度i在街坊和廠區(qū)內(nèi)在街坊和廠區(qū)內(nèi)2000.004在街道下在街道下3000.003四、最小設(shè)計(jì)坡度和不計(jì)算管段的最小設(shè)計(jì)坡度四、最小設(shè)計(jì)坡度和不計(jì)算管段的最小設(shè)計(jì)坡度 坡度和流速存在一定的關(guān)系坡度和流速存在一定的關(guān)系( ),同,同最小設(shè)計(jì)流速相應(yīng)的坡度就是最小設(shè)計(jì)坡度。最小設(shè)計(jì)流速相應(yīng)的坡度就是最小設(shè)計(jì)坡度。21321IRnv 因設(shè)計(jì)流量很小而采用的最小管徑的設(shè)計(jì)溝因設(shè)計(jì)流量很小而采用的最小管徑的設(shè)計(jì)溝段稱為不計(jì)算溝段。段稱為不計(jì)算溝段。五、溝道的埋設(shè)深度和覆土厚度五、溝道的埋設(shè)

13、深度和覆土厚度 溝道的埋設(shè)深度是指溝底的內(nèi)壁到地面的距離。溝道的埋設(shè)深度是指溝底的內(nèi)壁到地面的距離。 在干燥土壤中,溝道最大埋深一般不超過(guò)在干燥土壤中,溝道最大埋深一般不超過(guò)78m;在多水、流沙、石灰?guī)r地層中,一般不超過(guò)在多水、流沙、石灰?guī)r地層中,一般不超過(guò)5m。 溝道的覆土厚度是指溝頂?shù)耐獗诘降孛娴木嚯x。溝道的覆土厚度是指溝頂?shù)耐獗诘降孛娴木嚯x。決定最小覆土決定最小覆土厚度的因素厚度的因素 必須防止溝道中的污水冰凍和因必須防止溝道中的污水冰凍和因土壤冰凍膨脹而損壞溝道土壤冰凍膨脹而損壞溝道 必須防止溝壁被車輛造成的活荷必須防止溝壁被車輛造成的活荷載壓壞載壓壞 必須滿足支溝在銜接上的要求必須滿

14、足支溝在銜接上的要求 污水在溝道中冰凍的可能與污水的水溫和土壤的污水在溝道中冰凍的可能與污水的水溫和土壤的冰凍深度等因素有關(guān)。冰凍深度等因素有關(guān)。 無(wú)保溫措施的生活污水溝道或水溫和它接近的工無(wú)保溫措施的生活污水溝道或水溫和它接近的工業(yè)廢水溝道,溝底在冰凍線之上的距離不得大于業(yè)廢水溝道,溝底在冰凍線之上的距離不得大于0.15m。 溝頂最小覆土厚度一般不宜小于溝頂最小覆土厚度一般不宜小于0.7m。 房屋排出管的最小埋深通常采用房屋排出管的最小埋深通常采用0.550.65m。 街溝的最小覆土厚度可用下式計(jì)算:街溝的最小覆土厚度可用下式計(jì)算:21hhiLhd式中:式中:d d街溝的最小覆土厚度,街溝的

15、最小覆土厚度,m m; h h街區(qū)或廠區(qū)內(nèi)的污水溝道起端的最小埋深,街區(qū)或廠區(qū)內(nèi)的污水溝道起端的最小埋深,m m; i i街區(qū)或廠區(qū)內(nèi)的污水溝道和連接支管的坡度;街區(qū)或廠區(qū)內(nèi)的污水溝道和連接支管的坡度; L L街區(qū)或產(chǎn)區(qū)內(nèi)的污水溝道和連接支管的總長(zhǎng)度,街區(qū)或產(chǎn)區(qū)內(nèi)的污水溝道和連接支管的總長(zhǎng)度,m m; h h1 1街溝窨井處地面高程,街溝窨井處地面高程,m m; h h2 2街區(qū)或廠區(qū)內(nèi)的污水溝道起點(diǎn)窨井處地面高程,街區(qū)或廠區(qū)內(nèi)的污水溝道起點(diǎn)窨井處地面高程,m m。第六節(jié)第六節(jié) 溝段的銜接溝段的銜接 銜接原則:銜接原則: (1)盡可能提高下游溝段的高程,以減少埋深,)盡可能提高下游溝段的高程,

16、以減少埋深,從而降低造價(jià),在平坦地區(qū)這點(diǎn)尤其重要;從而降低造價(jià),在平坦地區(qū)這點(diǎn)尤其重要; (2)避免在上游溝段中形成回水而造成淤積;)避免在上游溝段中形成回水而造成淤積; (3)不允許下游溝段的溝底高于上游溝段的溝底。)不允許下游溝段的溝底高于上游溝段的溝底。銜接銜接方法方法溝頂平接溝頂平接水面平接水面平接溝底平接溝底平接下游溝底高于上游溝底下游溝底高于上游溝底下游水位高于上游水位下游水位高于上游水位不應(yīng)不應(yīng)發(fā)生發(fā)生第七節(jié)第七節(jié) 溝段水力學(xué)計(jì)算舉例溝段水力學(xué)計(jì)算舉例 例例 2-4 已知設(shè)計(jì)溝段長(zhǎng)度已知設(shè)計(jì)溝段長(zhǎng)度L為為240m;地面坡度;地面坡度I為為0.0024;流量;流量qV為為40L/s

17、,上游溝段管徑,上游溝段管徑D300mm,充滿度充滿度h/D為為0.55,溝底高程為,溝底高程為44.22m,地面高程為,地面高程為46.06m,覆土厚度為,覆土厚度為1.54m。 求:設(shè)計(jì)溝段的口徑和溝底高程。求:設(shè)計(jì)溝段的口徑和溝底高程。 解:由于上游溝段的覆土厚度較大,設(shè)計(jì)溝段解:由于上游溝段的覆土厚度較大,設(shè)計(jì)溝段坡度應(yīng)盡量小于地面坡度以減少埋深。坡度應(yīng)盡量小于地面坡度以減少埋深。 (1)令)令D300mm,查圖,當(dāng)查圖,當(dāng)D300mm,qV40L/s,h/D=0.55時(shí),時(shí),i0.0058I0.0024,不符合本題應(yīng)盡量減少不符合本題應(yīng)盡量減少埋深的原則;令埋深的原則;令v0.6m/

18、s時(shí),時(shí),h/D0.900.55,也不符合要,也不符合要求。求。采用溝頂平接采用溝頂平接:設(shè)計(jì)溝段上端溝底高程:設(shè)計(jì)溝段上端溝底高程:44.220+0.300-0.35044.170(m)設(shè)計(jì)溝段的下端溝底高程:設(shè)計(jì)溝段的下端溝底高程:44.170-240 0.001543.810(m)檢驗(yàn):檢驗(yàn):44.398m高于高于44.385m,不符合要求,應(yīng)采用水面平接。,不符合要求,應(yīng)采用水面平接。上游溝段下端水面高程:上游溝段下端水面高程: 44.220+0.300 0.5544.385(m)設(shè)計(jì)溝段上端水面高程:設(shè)計(jì)溝段上端水面高程: 44.170+0.65 0.35044.398(m) (2)

19、令)令D400 mm,查圖查圖,當(dāng)當(dāng)D400mm,qV40L/s,v0.6m/s時(shí),時(shí),h/D0.53,i0.00145。與。與D350mm相比相比較,溝管設(shè)計(jì)坡度基本相同,溝管容積未充分利用,溝較,溝管設(shè)計(jì)坡度基本相同,溝管容積未充分利用,溝管埋深反而增加管埋深反而增加0.05m。另外,溝管口徑一般不跳級(jí)增加,。另外,溝管口徑一般不跳級(jí)增加,所以所以D350mm,i0.0015的設(shè)計(jì)為好。的設(shè)計(jì)為好。 (3)溝底高程修正:采用水面平接。)溝底高程修正:采用水面平接。上流溝段的下端水面高程上流溝段的下端水面高程: 44.22+0.3 0.5544.385(m)設(shè)計(jì)溝段的上端溝底高程設(shè)計(jì)溝段的上

20、端溝底高程: 44.385-0.35 0.6544.158(m)設(shè)計(jì)溝段的下端溝底高程設(shè)計(jì)溝段的下端溝底高程: 44.158-240 0.001543.798(m) 例例 2-5 已知設(shè)計(jì)溝段長(zhǎng)度已知設(shè)計(jì)溝段長(zhǎng)度L130m,地面坡度,地面坡度I0.0014,流量,流量qV56L/s,上游溝段口徑,上游溝段口徑D350mm,充滿度充滿度h/D0.59,溝底高程為,溝底高程為43.67m,地面高程為,地面高程為45.48m。 求:設(shè)計(jì)溝段的口徑與溝底高程。求:設(shè)計(jì)溝段的口徑與溝底高程。 解:覆土厚度為解:覆土厚度為45.48-43.67-0.351.46m。離最小。離最小覆土厚度允許值覆土厚度允許

21、值0.7m較大,因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量使設(shè)較大,因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量使設(shè)計(jì)溝段坡度小于地面坡度。計(jì)溝段坡度小于地面坡度。 (1)令)令D350m,查圖,當(dāng),查圖,當(dāng)D350mm,qV56L/s,v0.60m/s時(shí),時(shí),i0.0015,但,但h/D0.950.65不合格。當(dāng)不合格。當(dāng)h/D0.65時(shí),時(shí),v0.85m/s,i0.0030I0.0014,不很理想。,不很理想。 (2)令)令D400mm,查圖查圖,當(dāng)當(dāng)D400mm,qV56L/s,v0.60m/s時(shí),時(shí),i0.0012,但,但h/D0.700.65,不符合規(guī)定;,不符合規(guī)定;當(dāng)當(dāng)h/D0.65時(shí),時(shí),i0.00145,v0.65m/s,符合要

22、求。溝管符合要求。溝管坡度接近地面坡度坡度接近地面坡度I0.0014。采用溝頂平接采用溝頂平接:設(shè)計(jì)溝段的上端溝底高程:設(shè)計(jì)溝段的上端溝底高程:43.67+0.350-0.40043.620(m)采用水面平接采用水面平接:設(shè)計(jì)溝段的下端溝底高程設(shè)計(jì)溝段的下端溝底高程: 43.67+0.350 0.5943.877(m)設(shè)計(jì)溝段的上端溝底高程設(shè)計(jì)溝段的上端溝底高程: 43.877-0.65 0.35043.650(m)設(shè)計(jì)溝段下端溝底高程設(shè)計(jì)溝段下端溝底高程: 43.650-130 0.003043.260(m)設(shè)計(jì)溝段的下端溝底高程設(shè)計(jì)溝段的下端溝底高程: 43.620-130 0.00145

23、43.43(m)施工高程:施工高程:43.43(m)檢驗(yàn):檢驗(yàn):上游溝段下端水面高程:上游溝段下端水面高程:43.877(m) 43.880高于高于43.877,雖不符合要求,但可接受,雖不符合要求,但可接受(下端溝底下端溝底施工高程略低于計(jì)算值施工高程略低于計(jì)算值)。設(shè)計(jì)溝段上端水面高程:設(shè)計(jì)溝段上端水面高程:43.620+0.65 0.40043.880(m) (3)從本設(shè)計(jì)溝段的造價(jià)而論,第一答案可能比第)從本設(shè)計(jì)溝段的造價(jià)而論,第一答案可能比第二答案便宜;但是,后面的溝管都將落下二答案便宜;但是,后面的溝管都將落下0.172m。假。假如下游的地區(qū)有充分的坡度,可以采用第一答案,假如下游

24、的地區(qū)有充分的坡度,可以采用第一答案,假如在平坦的地區(qū),以后還有很長(zhǎng)的溝段以及覆土厚度如在平坦的地區(qū),以后還有很長(zhǎng)的溝段以及覆土厚度大于大于0.7m較多時(shí),宜采用第二答案。較多時(shí),宜采用第二答案。 例例 2-6 已知已知L190m,qV66L/s,I0.008(上端上端地面高程地面高程44.50m,下端地面高程,下端地面高程43.40m),上游溝段,上游溝段D400m,和,和h/D0.61,其下端溝底高程為,其下端溝底高程為43.40m,覆,覆土厚度土厚度0.7m。如下圖所示:。如下圖所示: 求:管徑與溝底高程。求:管徑與溝底高程。 解:本例的特點(diǎn)是地面坡度充分,偏大。上游溝解:本例的特點(diǎn)是地

25、面坡度充分,偏大。上游溝段下端覆土厚度已為最小容許值。估計(jì)設(shè)計(jì)溝段坡度段下端覆土厚度已為最小容許值。估計(jì)設(shè)計(jì)溝段坡度將小于地面坡度,且口徑可小于上游溝段。將小于地面坡度,且口徑可小于上游溝段。 (1)令)令D400mm,i0.008,h/D0.65時(shí),查時(shí),查圖得圖得qV133L/s66L/s。 (2)令)令D350mm,iI0.008,h/D0.65時(shí),時(shí),查圖得查圖得qV91L/s66L/s。 (3)令)令D300mm, iI0.008,h/D0.55時(shí),時(shí),查圖得查圖得qV47L/s66L/s。 (4)可以選用)可以選用D350mm, i0.008。規(guī)范規(guī)定,在地。規(guī)范規(guī)定,在地面坡度變

26、陡處,溝道管徑可以較上游小面坡度變陡處,溝道管徑可以較上游小1或或2級(jí)。下面計(jì)算級(jí)。下面計(jì)算溝底高程。溝底高程。 D=350mm,qV=66L/s,I0.008 時(shí),查圖得:時(shí),查圖得:h/D 0.53, v=1.28m/s,合格。,合格。 (5)如果采用地面坡度作為設(shè)計(jì)坡度,設(shè)計(jì)流速超過(guò)最)如果采用地面坡度作為設(shè)計(jì)坡度,設(shè)計(jì)流速超過(guò)最大流速,這時(shí)溝道設(shè)計(jì)坡度必須減少,并且設(shè)計(jì)溝段上端大流速,這時(shí)溝道設(shè)計(jì)坡度必須減少,并且設(shè)計(jì)溝段上端窨井應(yīng)采用跌水井。窨井應(yīng)采用跌水井。采用溝底平接采用溝底平接:設(shè)計(jì)溝段上端溝底高程上游溝段下端溝底高程設(shè)計(jì)溝段上端溝底高程上游溝段下端溝底高程43.40(m)設(shè)計(jì)

27、溝段下端溝底高程設(shè)計(jì)溝段下端溝底高程: 43.40-190 0.00841.88(m)第八節(jié)第八節(jié) 倒虹管水力學(xué)計(jì)算舉例倒虹管水力學(xué)計(jì)算舉例 倒虹管進(jìn)水井上游溝道中流量倒虹管進(jìn)水井上游溝道中流量qV500L/s,口徑,口徑D1000mm,坡度,坡度i0.00062,流速,流速v0.78m/s,充滿度,充滿度h/D0.75,水面高程,水面高程+0.75m,溝底高程,溝底高程0.00m。倒虹管出。倒虹管出水井下游溝道中的各水力學(xué)要素?cái)?shù)值與上游溝道相同,水井下游溝道中的各水力學(xué)要素?cái)?shù)值與上游溝道相同,試設(shè)計(jì)直管式倒虹管,并求下游溝道溝底高程。試設(shè)計(jì)直管式倒虹管,并求下游溝道溝底高程。 (1) 確定倒

28、虹管口徑確定倒虹管口徑 倒虹管中水流流速應(yīng)大于上游溝道,以防淤積,故倒虹管中水流流速應(yīng)大于上游溝道,以防淤積,故管徑采用管徑采用800mm。 查滿流溝管水力學(xué)算圖,得:查滿流溝管水力學(xué)算圖,得:當(dāng)當(dāng)qV500L/s,D800mm時(shí),時(shí),i0.00143,v1.0m/s。 (2) 確定下游溝底高程確定下游溝底高程倒虹管進(jìn)水井上游溝管與出水井下游溝管間的水位差:倒虹管進(jìn)水井上游溝管與出水井下游溝管間的水位差:gviLH25 . 12)m(146. 081. 9215 . 1500014. 02H采用采用0.20m,以改善倒虹管水力學(xué)條件。,以改善倒虹管水力學(xué)條件。下游溝底高程:下游溝底高程:0.7

29、5-0.20-0.75-0.2(m)第九節(jié)第九節(jié) 常用排水泵常用排水泵常用的常用的排水泵排水泵離心泵離心泵混流泵混流泵軸流泵軸流泵螺旋泵螺旋泵潛污泵潛污泵立式立式優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)它占地面積較小,能節(jié)省造價(jià)它占地面積較小,能節(jié)省造價(jià)水泵和電動(dòng)機(jī)可以分別安放在適宜的地方水泵和電動(dòng)機(jī)可以分別安放在適宜的地方一、幾種常用排水泵一、幾種常用排水泵1離心泵離心泵 離心泵分臥式和立式兩種形式離心泵分臥式和立式兩種形式立式立式缺點(diǎn)缺點(diǎn)對(duì)安裝技術(shù)和機(jī)件精度要求都較高對(duì)安裝技術(shù)和機(jī)件精度要求都較高檢修不及臥式泵方便檢修不及臥式泵方便混流泵混流泵泵內(nèi)主流方向介乎輻射與軸向之間泵內(nèi)主流方向介乎輻射與軸向之間軸流泵軸流泵主流方

30、向和主流方向和泵軸平行泵軸平行螺旋泵螺旋泵特點(diǎn)特點(diǎn)提升絮提升絮體易碎體易碎的回流的回流活性污活性污泥泥沒(méi)有阻塞問(wèn)題沒(méi)有阻塞問(wèn)題結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,可自行制造結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,可自行制造無(wú)需輔助設(shè)備無(wú)需輔助設(shè)備無(wú)需正規(guī)泵站無(wú)需正規(guī)泵站基建投資省基建投資省低速運(yùn)行,機(jī)械磨低速運(yùn)行,機(jī)械磨損小,維修方便損小,維修方便電能消耗少電能消耗少運(yùn)行費(fèi)用低運(yùn)行費(fèi)用低占地較大占地較大螺旋泵示意圖螺旋泵示意圖螺旋泵外形螺旋泵外形螺旋泵外形空氣提升泵空氣提升泵 用于提升回流活性污用于提升回流活性污泥。泥。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,管理方便,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,管理方便,當(dāng)壓縮空氣有現(xiàn)成來(lái)源時(shí),當(dāng)壓縮空氣有現(xiàn)成來(lái)源時(shí),可以采用。可以采用。潛污泵潛污泵 無(wú)需正

31、規(guī)的無(wú)需正規(guī)的泵站,占地面積泵站,占地面積小;管路簡(jiǎn)單,??;管路簡(jiǎn)單,配套設(shè)備少。配套設(shè)備少。潛污泵安裝圖潛污泵安裝圖潛污泵安裝圖二、排水泵站的工作特性二、排水泵站的工作特性離心泵離心泵 流量較小,揚(yáng)程較高,流量較小,揚(yáng)程較高,用于提升污水。用于提升污水。 其最高效率點(diǎn)兩側(cè)下其最高效率點(diǎn)兩側(cè)下降較緩,比較容易控制在降較緩,比較容易控制在高效率狀況下運(yùn)行;水泵高效率狀況下運(yùn)行;水泵的軸功率曲線表明,的軸功率曲線表明,qV0時(shí),軸功率最小,所以時(shí),軸功率最小,所以應(yīng)閉閘啟動(dòng),以減少電動(dòng)應(yīng)閉閘啟動(dòng),以減少電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流。機(jī)的起動(dòng)電流。軸流泵軸流泵 流量大,揚(yáng)程低,流量大,揚(yáng)程低,額定點(diǎn)效率較高,吸

32、額定點(diǎn)效率較高,吸水高度很低,僅有水高度很低,僅有12m。 應(yīng)在出水閘門開應(yīng)在出水閘門開啟時(shí)啟動(dòng),以減小電啟時(shí)啟動(dòng),以減小電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流。動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流。螺旋泵螺旋泵 揚(yáng)程低,轉(zhuǎn)速低,流量范圍大,效率穩(wěn)定,適用揚(yáng)程低,轉(zhuǎn)速低,流量范圍大,效率穩(wěn)定,適用于提升回流活性污泥。于提升回流活性污泥。 當(dāng)進(jìn)水水位達(dá)到泵軸心管邊緣螺旋葉片處時(shí),提當(dāng)進(jìn)水水位達(dá)到泵軸心管邊緣螺旋葉片處時(shí),提升水量升水量qV達(dá)到最大值。達(dá)到最大值。三、排水泵引水設(shè)備三、排水泵引水設(shè)備真空泵系統(tǒng)真空泵系統(tǒng) 啟動(dòng)迅速,效率高,尤其適用于大、中型水泵啟動(dòng)迅速,效率高,尤其適用于大、中型水泵和吸水管較長(zhǎng)的水泵系統(tǒng);但操作較繁,自控復(fù)

33、雜。和吸水管較長(zhǎng)的水泵系統(tǒng);但操作較繁,自控復(fù)雜。水射器水射器(泵泵) 適用于小型泵站,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占地少、安裝適用于小型泵站,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占地少、安裝容易、工作可靠等特點(diǎn)。容易、工作可靠等特點(diǎn)。第十節(jié)第十節(jié) 排水泵站水力學(xué)排水泵站水力學(xué)計(jì)算舉例計(jì)算舉例以水力學(xué)原理為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)所需揚(yáng)水量和揚(yáng)程以水力學(xué)原理為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)所需揚(yáng)水量和揚(yáng)程知最大設(shè)計(jì)流量,最小設(shè)計(jì)流量,確定泵的臺(tái)數(shù)和知最大設(shè)計(jì)流量,最小設(shè)計(jì)流量,確定泵的臺(tái)數(shù)和型號(hào)型號(hào)布置泵的位置和出水管的線路,并確定水管的口徑布置泵的位置和出水管的線路,并確定水管的口徑核算所選水泵是否合用,要否修正核算所選水泵是否合用,要否修正管線水頭計(jì)算方法管

34、線水頭計(jì)算方法 水流通過(guò)管件時(shí)有局部水頭損失,局部損失的水流通過(guò)管件時(shí)有局部水頭損失,局部損失的計(jì)算公式如下:計(jì)算公式如下:gvHf22 為簡(jiǎn)化計(jì)算,?;芗橹惫?,與直管一起計(jì)算為簡(jiǎn)化計(jì)算,常化管件為直管,與直管一起計(jì)算水頭損失。水頭損失。 直管水頭損失的公式為:直管水頭損失的公式為:iLHf21321iRnv 43234222212RgnRnvgvL管件的相當(dāng)長(zhǎng)度公式:管件的相當(dāng)長(zhǎng)度公式:342)4(21Dgn當(dāng)粗糙系數(shù)當(dāng)粗糙系數(shù)n0.013時(shí),得:時(shí),得:345 .47 D81.581.51500150029.529.570070011.711.735035060.660.6120012

35、0024.024.06006009.59.530030047.547.51000100018.818.85005007.57.525025041.241.290090016.416.44504505.65.620020035.535.580080014.014.04004003.83.8150150D DD DD D系數(shù)系數(shù)的值的值 例例 2-7 某一工業(yè)城鎮(zhèn)的人口某一工業(yè)城鎮(zhèn)的人口6000人,居住區(qū)生人,居住區(qū)生活污水的平均流量為活污水的平均流量為8.5L/s,總變化系數(shù)為,總變化系數(shù)為2.1,則設(shè),則設(shè)計(jì)流量約為計(jì)流量約為18L/s。工廠甲三班制工作,設(shè)計(jì)流量為。工廠甲三班制工作,設(shè)計(jì)流量

36、為26L/s。工廠乙一班制工作,生活污水和工業(yè)廢水在。工廠乙一班制工作,生活污水和工業(yè)廢水在8h當(dāng)中均勻排出,設(shè)計(jì)流量為當(dāng)中均勻排出,設(shè)計(jì)流量為6L/s。在終點(diǎn)泵站處的地。在終點(diǎn)泵站處的地面高程為面高程為41.50m。泵站入流溝管的管徑為。泵站入流溝管的管徑為350mm,水,水面高程為面高程為36.45m,溝底高程為,溝底高程為36.24m。試根據(jù)上述條。試根據(jù)上述條件,進(jìn)行泵站的水力學(xué)設(shè)計(jì)。件,進(jìn)行泵站的水力學(xué)設(shè)計(jì)。 解:(解:(1)泵站的最大入流量為)泵站的最大入流量為50=(18+26+6)L/s。居住區(qū)的生活污水的最小時(shí)流量估計(jì)為平時(shí)日流量的居住區(qū)的生活污水的最小時(shí)流量估計(jì)為平時(shí)日流量

37、的1.0,則最小入流量等于,則最小入流量等于8.5 86400 0.01 3600 2L/s。故泵站的最小入流量為故泵站的最小入流量為2+2628L/s。泵站的汲水能力。泵站的汲水能力應(yīng)能適應(yīng)應(yīng)能適應(yīng)2850L/s(100180m3/h)之間的任何入流量。之間的任何入流量。 (2)污水處理廠第一個(gè)水池)污水處理廠第一個(gè)水池(沉砂池沉砂池)水面高程假定水面高程假定為為45.50m。泵站進(jìn)水池中的最低水位在入流溝管底下。泵站進(jìn)水池中的最低水位在入流溝管底下1.50m左右,假定為左右,假定為34.85m,泵站進(jìn)水池中的最高水位,泵站進(jìn)水池中的最高水位比入流溝管中的水位低比入流溝管中的水位低0.080

38、.15m(水流過(guò)柵時(shí)的水頭水流過(guò)柵時(shí)的水頭損失損失),定為,定為36.35m,故凈揚(yáng)程在,故凈揚(yáng)程在9.1510.65m之間。之間。 (3)根據(jù)入流量和凈揚(yáng)程數(shù)據(jù)并加上估計(jì)的管線水)根據(jù)入流量和凈揚(yáng)程數(shù)據(jù)并加上估計(jì)的管線水頭損失頭損失2.0m和自由水頭和自由水頭1.0m,選用,選用4PW型水泵三臺(tái)型水泵三臺(tái),轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速n960r/min,其中一臺(tái)備用。其高效工作段的流量,其中一臺(tái)備用。其高效工作段的流量為為20L/s33L/s,總揚(yáng)程為總揚(yáng)程為12.010.5m(讀自特性曲線讀自特性曲線)。 (4)進(jìn)水池容積采用相當(dāng)于一臺(tái)泵)進(jìn)水池容積采用相當(dāng)于一臺(tái)泵5min的揚(yáng)水量的揚(yáng)水量:3m1010005

39、6033V有效水深為有效水深為1.5m,則進(jìn)水池面積為,則進(jìn)水池面積為6.7m2。 (5)泵站建筑和水泵及管線布置采用類似教材中)泵站建筑和水泵及管線布置采用類似教材中圖圖3-16所示的形式。管線布置情況如下圖所示。管徑所示的形式。管線布置情況如下圖所示。管徑是根據(jù)流速范圍決定的,必要時(shí)可以修改。是根據(jù)流速范圍決定的,必要時(shí)可以修改。 (6)管道水頭損失計(jì)算)管道水頭損失計(jì)算總計(jì)總計(jì)異徑三通異徑三通喇叭口喇叭口單向閘單向閘閘門閘門彎頭彎頭直管直管部件部件相當(dāng)長(zhǎng)度相當(dāng)長(zhǎng)度 件數(shù)件數(shù)管線并聯(lián)后管線并聯(lián)后管線并聯(lián)前管線并聯(lián)前53539 919191.21.2- - -5.65.60.10.12 2- - -6.66.63.83.81.5+0.241.5+0.241 1- -1 1- -5.65.60.10.11 1- - -7 73.83.81.71.71 1- -1 1- -5.65.60.10.11 1- - -1 13.83.80.10.11 122.522.54.54.5- -5.65.60.80.81+51

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