CC BY
28
Вестник Курганской ГСХА № 4, 2019 Таашчажие чаукч 77
УДК 621.6
Я.А. Царевский1, Д.С. Цыпленков1, В.Н. Ширяев2, С.А. Тарасьянц2
ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ УСТАНОВКИ ДЛЯ УДАЛЕНИЯ ИЛОВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ПЕРВИЧНЫХ ОТСТОЙНИКОВ КАНАЛИЗАЦИОННЫХ
ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ
1 АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО «АНАПА ВОДОКАНАЛ», АНАПА, РОССИЯ 2 НОВОЧЕРКАССКИЙ ИНЖЕНЕРНО-МЕЛИОРАТИВНЫЙ ИНСТИТУТ ИМЕНИ А.К. КОРТУНОВА ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ», НОВОЧЕРКАССК, РОССИЯ
YaA Tsarevsky1, D.S. Tsyplenkov1, V.N. Shiryaev2, SA Taras'yants2 HYDRAULIC COMPUTATION FOR SLUDGE DISPOSAL INSTALLATION OF PRIMARY SEDIMENTATION TANKS OF SEWAGE TREATMENT PLANTS JOINT STOCK COMPANY <^АРА WATER SERVICE COMPANY», ANAPA, RUSSIA 2NOVOCHERKASSK ENGINEERING AND AMELIORATIVE INSTITUTE OF A. K. KORTUNOV NAME OF THE FEDERAL STATE BUDGETARY EDUCATIONAL INSTITUTION OF HIGHER PROFESSIONAL EDUCATION "DON STATE AGRARIAN UNIVERSITY", NOVOCHERKASSK, RUSSIA
ЯрославАнверович Царевский
Yaroslav Anverovich Tsarevsky [email protected]
Вадим Николаевич Ширяев
Vadim Nikolaevich Shiryaev [email protected]
Аннотация. Известно, что в канализационных отстойниках глубиной до 10 м и выше осадок накапливается в конусной части и удаляется гидростатическим напором 1,5-2,0 м через самотечную сеть. Удаление осадка, таким образом, представляет определенную сложность вследствие низкого напора и коррозии отводящих трубопроводов. В работе предлагается гидравлическая схема удаления осадка с принудительным рыхлением иловых отложений, глубиной разработки до 20 м и использованием сточных вод, поступающих на очистные сооружения. В качестве основного механизма для рыхления, забора и транспортировки ила предлагается струйный насос новой конструкции (пат. № 168656 РФ, МПК Е 03 Р 7/10. Струйный насос для очистки заиленных колодцев и канализационных отстойников), опускаемый на дно отстойника, способный не только всасывать и транспортировать ил, но и разрыхлять накопленные осадки напорной струей.
Кроме конструктивной схемы, в работе рассмотрен расчет всей установки, где в качестве исходных данных предлагается подсасываемый расход, высота подъема, коэффициент гидравлических сопротивлений в струйном насосе, необходимые геометрические и гидравлические параметры.
По результатам расчета получены оптимальные величины коэффициента эжекции, приведенный напор, геометрическая характеристика, скорость выхода потока из сопла, напор центробежного насоса, диаметры трубопроводов, кроме того, предлагается пример расчета.
По результатам работы сделан вывод о возможности расчета всей установки для различных вариантов очистки первичных отстойников городских очистных сооружений.
Ключевые слова: отстойник канализационных стоков, струйный насос, очистные сооружения, первичный отстойник, гидрорыхлитель.
Введение. Во многих регионах РФ при очистке отстойников канализационных стоков глубиной до 10 м и выше (рисунок 1), выпадающий осадок накапливается в иловой конусной части отстойника и удаляется гидростатическим напором 1,52,0 м через иловую трубу (7) в самотечную иловую сеть.
Удаление осадка из отстойника с напором 1,5-2,0 м
Дмитрий Степанович Цыпленков
Dmitry Stepanovich Tsyplenkov [email protected]
Сергей Андреевич Тарасьянц
Sergey Andreevich Taras'yants [email protected]
Abstract. It is known that in sewer sumps with a depth of 10 m and above the sediment accumulates in the conical part and is removed by a hydrostatic pressure of 1.5-2.0 m through a gravity network. Therefore, the sludge removal is of some difficulty due to low pressure and corrosion of the discharge pipes. The hydraulic sludge removal scheme with controlled loosening of sludge deposits, a development depth of up to 20 m and the use of wastewater entering the treatment plant are proposed. As the main mechanism for loosening, collecting and transporting sludge, a new design jet pump is proposed (Pat. of the Russian Federation no. 168656, IPC E 03 F 7/10. A jet pump for cleaning silted wells and sewer sumps),
lowered to the bottom of the sump, not only suck in and transport sludge, but also loosen the accumulated sediments with a flushing.
Besides the constructive scheme, the calculation of the entire installation, where the input flow rate, lift height, hydraulic resistance coefficient in the jet pump, and the necessary geometric and hydraulic parameters are proposed as initial data is considered.
Based on the calculation results, the optimal values of the ejection coefficient, pressure head, geometric characteristic, flow exit velocity from the nozzle, centrifugal pump head, and pipe diameters were obtained, and an example of calculation is proposed.
Based on the results of the work it was concluded that it is possible to calculate the entire installation for various options for primary sedimentation tanks treatment in municipal treatment facilities.
Keywords: sewage sump, jet pump, treatment facilities, primary sedimentation tank, hydraulic ripper.
практически невозможно, кроме того, в процессе эксплуатации отстойников трубопроводы, отводящие ил, подвержены коррозии и заилению фасонины. Для надежной эксплуатации первичных отстойников в настоящей работе предлагается схема удаления ила с принудительным рыхлением с помощью гидравлического рыхлителя и увеличенным напором,
78 Научный журнал Вестник Курганской ГСХА
1 - подача сточной жидкости; 2 - центральная труба; 3 - лоток для осветленной воды; 4 - отвод осветлённой воды; 5 - лоток для всплывающих примесей; 6 - отвод всплывающих примесей; 7 - иловая труба; 8 - отражательный щит
Рисунок 1 - Схема вертикального отстойника
способствующим дальности транспортировки до 200 м, где в качестве рабочей жидкости предлагается использование канализационных стоков, поступающих в отстойник (рисунок 2) по лотку 1. В качестве основного узла, транспортирующего ил, используется струйный аппарат 5 (струйный насос).
Методика. Расчёт установки представляет собой задачу, при которой совместно работающие струйный насос и центробежный насосы взаимно удовлетворяют друг другу по расходам и обеспечивают устойчивый режим работы всей установки при подаче необходимого расчётного расхода.
Расчёт предусматривает определение геометрических и гидравлических параметров струйного насоса при работе на всасывающей линии центробежного насоса и подбор центробежного насоса под расчётные параметры.
Кроме оптимальных параметров струйного насоса, по результатам расчёта подбирается тип центробежного насоса. В качестве струйного насоса предлагается кольцевой двухповерхностный насос (рисунок 3) с повышенными энергетическими характеристиками [1]. Рисунок 2 ■
1 - лоток для канализационных стоков; 2 - центробежный насос; 3 - рабочий трубопровод; 4 - гидравлический рыхлитель; 5 - струйный насос; 6 - отстойник; 7 - задвижка; 8 - трубопровод смеси густой и жидкой фракции
Схема очистки вертикальных отстойников глубиной до 15-20 м
1 - рабочий трубопровод; 2 - наружное сопло; 3 - сопло; 4 - внутреннее вакуумное пространство; 5 - гидротурбина; 6 - вал гидротурбины; 7 - механический рыхлитель; 8 - кольцевая напорная щель; 9 - гидрорыхлитель; 10 - корпус насоса; 11 - напорный
трубопровод; 12 - внешнее вакуумное пространство Рисунок 3 - Кольцевой двухповерхностный струйный насос
Вестник Курганской ГСХА № 4, 2019 Техничесше тут 79
Исходные данные для расчёта установки представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Исходные данные для расчёта установки
Наименование показателей, единица измерения Обозначение Численные значения
1 2 3
Подсасывающий струйным аппаратом расход, м3/с (задается) 01 0,03
Высота подъема воды от дна накопителя до оси насоса, м Нп 15-20
Высота всасывания центробежного насоса, м Н 3,0
Коэффициент гидравлического трения в напорных и всасывающих трубопроводах установки А 0,02
Коэффициенты гидравлических сопротивлений в струйном аппарате: - входа - сопла - смесителя - диффузора £вх £см принимается [2] 0.04 0.10 0,06 0,15
Наименование показателей, единица измерения Обозначение Численные значения
1 2 3
Геометрическая характеристика (отношение площади поперечного сечения смесителя шц к площади поперечного сечения сопла ш0) т принимается [2] 4,0
_ с10 Относительный диаметр наружного сопла расчётное [2]
Скорость движения потока во всасывающем трубопроводе центробежного насоса, м/с Vвх 1,5 (принимается) [3]
Скорость движения потока в напорном трубопроводе струйного аппарата, м/с Vн 2,5 (принимается) [3]
Скорость движения потока в напорном трубопроводе центробежного насоса, м/с Vц 2,5 (принимается)
Таблица 2 - Расчёт установки с эжектором, установленным на всасывающем трубопроводе центробежного насоса.
Наименование показателей, единица измерения Расчётные формулы и расчёт
1 2
Оптимальный коэффициент эжекции (отношение подсасываемого расхода струйного насоса 01 к рабочему расходу центробежного насоса 00) "" Р Д 2,35 (1) V а V 1,22 о=(1+Свх)(1+Сд)=(1+0,06)(1-0,15)=1,22 (£вх - коэффициент сопротивления входа, - коэффициент сопротивления диффузора)
Приведенный напор нагнетания, НГПР, м, (напор струйного насоса) Н=Н-Н -к =15-4=11 (2) ГПР П вс Швх 4 ' ИШвх - потери напора в напорном трубопроводе струйного насоса, принимаются 1 м.
Оптимальная геометрическая характеристика, тор (отношение площади поперечного сечения смесителя шц к пощади поперечного сечения сопла ш0) 7,7 (3)
Оптимальный напор нагнетания, НГ Я^^ОЛЗ (4)
Скорость выхода потока из сопла V0, м/с ч^-пт^ (5)
Относительный напор нагнетателя (центробежного насоса) ((0 - коэффициент сопротивления сопла)
Приведенный напор центробежного насоса, м (напор перед струйным насосом) Я_ = Я„^=1,06.^3682 =46,6 (7)
Напор центробежного насоса, м - потери напора в трубопроводе от напорного патрубка центробежного насоса до патрубка струйного насоса, принимается без расчёта 5 м)
Рабочий расход струйного аппарата (расход центробежного насоса), Q0, м3/с а=®,=5 = 0'0127 (9)
Объёмный суммарный расход, Q2 (сумма расхода центробежного насоса О0 и подсасываемого расхода струйным аппаратом 01), м3/с 02 = 00 + 0 = 0,0127 + 0,03 = 0,0427 (10)
Диаметр нагнетательного трубопровода струйного насоса при суммарной подаче Q2 0,042 м3/с Принимается 0100 мм
80 Научный журнал Вестник Курганской ГСХА
Расчёт геометрических размеров струйного насоса представлен в таблице 3.
Таблица 3 - Геометрические размеры струйного насоса
Наименование показателей, единица измерения
Расчётные формулы и пример расчёта
Ссылка на литературный источник
3
Площадь выходного отверстия насадка, шп, м2
(13)
[4]
Радиус цилиндрической части камеры смешения, R мм
(14)
[4]
Внешний радиус насадка, r0 , мм
Рассчитывается для m = 8,0
[4]
Внутренний радиус насадка, r0 , мм
(15)
[4]
Относительное расстояние между обрезом насадка и началом цилиндрической части камеры смешения
Диаметр выходного отверстия диффузора
Dd = 100 мм (по диаметру напорного трубопровода струйного насоса)
Угол конусности диффузора 0, 0
Принимается 8°
[5]
1
2
Результаты. По вычисленному расходу Q0 = 0,0127 м3/с = 45,7 м3/ч и напору НН = 51,6 м подбирается центробежный насос К 45/55 с подачей 45 м3/ч, напором 55 м, частотой вращения 2400 с-1 и допустимой вакуумме-трической высотой всасывания НЩ = 5м, который обеспечит подачу иловой пульпы струйным насосом с параметрами, показанными в таблице 3.
Выводы. По предложенной методике имеется возможность рассчитывать струйный насос и подбирать к нему центробежный насос для всех необходимых вариантов очистки первичных отстойников на существующих очистных городских сооружениях.
Предлагаемый вариант очистки можно использовать для удаления ила на других очистных сооружениях и заводских производственных отстойниках.
Список литературы
1 Пат № 168656 РФ, МПК E 03 F 7/10. Струйный насос для очистки заиленных колодцев и канализационных отстойников / П.В. Пашков, Ю.С. Уржумова, Д.С. Ефимов, С.А. Тарасьянц; заявитель и патентообладатель: НИМИ Донской ГАУ. - № 2015155500; заявл. 23.12.2015; опубл. 14.02.2017 Бюл. № 5.
2 Тарасьянц С.А. Коэффициент гидравлического сопротивления смесителя кольцевого гидроэлеватора с двухповерхностной рабочей струей // Организация и технология гидромелиоративных работ: сб. ст. / Ново-черк. инж.-мелиор. ин-т. - Новочеркасск: НИМИ, 1976. С. 114-118.
3 Вишневский К.П. Моделирование переходных процессов в сложных запорных системах с насосными станциями : автореферат дис. ... докт. техн. наук : 05.14.10 / Ленингр. политехн. ин-т им. М.И. Калинина. Л., 1988. 37 с.
4 Чайка Е.А. Экспериментальное определение оптимальных геометрических размеров и параметров эжек-тирования кольцевого землесоса / Е.А. Чайка [и др.] // Технологии и средства механизации в АПК: сб. науч. тр. сотрудников факультета механизации НГМА / ФГОУ ВПО «Новочеркасская гос. мелиорат. академ.». Новочеркасск, 2009. С. 175-183.
5 Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям / И.Е. Идельчик. М.: Госэнрегоиздат, 1960. 43 с.
List of references
1 Pat № 168656 of the Russian Federation, IPC E 03 F 7/10. The jet pump for cleaning silted wells and sewer sumps / P.V. Pashkov, Yu.S. Urzhumova, D.S. Efimov, S.A. Tarasyants; Applicant and patent holder: NIMI Don SAU. № 2015155500; declared 12/23/2015; publ. 02/14/2017 Bull. Number 5.
2 Tarasyants S.A. The hydraulic resistance coefficient of a mixer of a ring hydraulic elevator with a two-surface working jet // Organization and technology of irrigation and drainage works: Sat. Art. / Novocherk. engineer-melioor. institute - Novocherkassk: NIMI, 1976. Pр. 114-118.
3 Vishnevsky K.P. Modeling of transients in complex locking systems with pumping stations: abstract of thesis. ... doctor. tech. Sciences: 05.14.10 / Leningrad. Polytechnic Institute of them. M.I. Kalinin. L., 1988. 37 p.
4 Chayka E.A. Experimental determination of optimal geometrical sizes and parameters of ejection of a ring dredger / E.A. Chayka [and others] // Technologies and means of mechanization in the agro-industrial complex: collection. scientific tr employees of the faculty of mechanization NGMA / FSEI HPE Novocherkassk State. ameliorate. Academic". Novocherkassk, 2009. Рр. 175-183.
5 Idelchik I.E. Handbook of hydraulic resistance / I.E. Idelchik. M.: Gosenregoizdat, 1960. 43 p.
