§ 33—3. КОНСТРУКЦИИ ОТСТОЙНИКОВ С ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ПРОМЫВКОЙ
Отстойники состоят из следующих частей: входа; конструкций, предупреждающих поступление в каморы шуги и мусора; отстойных камер; устройств, отводящих осветленную воду; промывников. Скорости воды во входной части в несколько раз превышают скорости в камере; поэтому задача конструкции входа состоит в плавном роспуске потока по ширине и глубине, в спокойном впуске его в камеру и в создании направления вступающего в камеру потока вдоль продольной оси камеры. Компоновка отстойника в водозаборном узле показана на рисунке 33—4 и 33—5.
Вход в камеры разделен быками но 3 м толщиной и промежуточными быками по 2,5 м, что определяет ширину входа нетто 15,3 м при средней ширине камеры в 18,8 м. При таком соотношении ширины входа и ширины камеры и при возможности растекания потока но четырем граням быков обеспечивается свободное и полное растекание потока и вход его в камеру без отрыва от стенок.
Различие в условиях входа в крайние и срединные каморы может повести к неравномерному входу потока, вследствие чего при небольших средних (фиктивных) скоростях течения в камерах, казалось бы вообще достаточных для осаждения наносов, действительные скорости будут значительно отличаться от средних, что существенно может понизить эффективность работы камер. В таких случаях прибегают к выравниванию скоростей с тем, чтобы действительная скорость была возможно ближе к средней; достигается это путем постановки грубых решеток или подвески 2—3 (редко более) рядов железных труб различной длины с горизонтальными стержнями; трубы и стержни размещают в зоне повышенных скоростей, где они, стесняя поток, действуют как тормоза, выравнивая распределение скоростей по вертикали и в плане.
Расстановку труб производят в пусковой период работы отстойника, добиваясь при этом равномерного распределения скоростей за трубами. Однако такая подвеска труб может удовлетворить лишь тем гидравлическим условиям, при которых она была подобрана; при изменении этих условий принятая система подвески труб может не удовлетворить своему назначению. Например, пусть подвеска труб была подобрана для случая, когда затворы входа были полностью открыты; тогда при повышении уровня в верхнем бьефе реки и при том же расходе водозабора необходимо было бы частично опустить затворы и забирать воду из-под затвора, что, конечно, изменит гидравлические условия входа воды и прежде всего распределение скоростей. Производить перевеску труб, приспособляясь к новому режиму входящего потока, нецелесообразно как из-за медлительности такой работы, в течение которой камеры будут работать далеко не удовлетворительно, так и из-за многократности таких перевесок в связи с изменением режима реки.
Так как расходы водозабора в паводковый период, в течение которого вода реки особенно мутна и когда особенно ответственна работа отстойников, постоянны или почти постоянны, следует вместо перевески труб стремиться к созданию стабильности гидравлических условий входа в отстойник, а это прежде всего требует поддержания постоянства уровня верхнего бьефа реки. Правда, при этом условии вследствие различных расходов реки подходные скорости верхнего бьефа к отстойникам и к плотине будут изменяться, следовательно будут меняться и условия входа в отстойники. Эти изменения будут более или менее значительны лишь для камеры, соседней с плотиной; для остальных камер изменения гидравлических условии входа в отстойник будут невелики; перевески труб не потребуется.
Помимо поддержания почти постоянного уровня верхнего бьефа, необходимо стремиться выдержать постоянство направления входа воды в отстойник, чему помогает устройство регулировочных русловых дамб. Дамбы отделяют сравнительно небольшой участок от широкой поймы, однообразно направляют воду к отстойнику и плотине, препятствуют образованию сбойного течения перед водозабором, позволяют использовать верхний бьеф в борьбе с захватом водозаборным сооружением донных наносов, смывая их через донные промывники входного порога водозабора и через пролеты плотины и не допуская в отстойник.
Небольшие заиления русла между дамбой и берегом смываются в паводок, при этом до стабилизации подводящего русла реки и образования в нем естественного крепления (см. § 29—2) возможны небольшие размывы русла.
Постоянство нормального подпорного уровня верхнего бьефа реки может быть достигнуто путем маневрирования затворами плотины (вручную или механическим подъемником), что весьма кропотливо и при резких колебаниях расхода реки трудно достижимо.
Лучшее регулирование уровней осуществляется автоматически — затворами-автоматами или сифонами. Следует стремиться пропускать большую часть паводковых расходов через пролеты плотины, управляя затворами вручную или механически, возлагая подрегулировку остальной части расходов на автоматы.
Для защиты камер отстойников от мусора в начале входной части ставят решетки и забральные стенки, иногда запани.
Входные части в деривационные отстойники проектируют, следуя в основном тем же указаниям, что и для отстойников головных узлов. Основное регулирование подаваемого расхода ведется на головном узле сооружений, а неточности выравнивают при отстойниках, устраивая для этого боковой водослив или сифон во входе в отстойник. Размещение сброса-автомата перед камерой целесообразнее, чем в камере, так как в последнем случае через камеру проходил бы излишний, неиспользуемый расход, повышающий в ней скорости и тем самым понижающий эффективность осветления воды. Через эти же автоматы сбрасывается вода при внезапном прекращении подачи в систему из-за выключения турбин пли аварий на оросительной системе и т. д.
Ширина камер отстойников обычно более 6—7 м, поэтому, чтобы не ставить тяжелых и широких затворов, в начале и конце камер ставят вспомогательные быки, что одновременно способствует выравниванию направления скоростей течения при входе в камеры.
Камера отстойника. При правильно сконструированном входе в отстойник обеспечивается равномерное течение, направленное вдоль оси камеры. Прямолинейность и равномерность течения в камерах способствует лучшему выпадению наносов, поэтому камеры следует делать прямолинейными в плане. Криволинейное очертание камер вызывает развитие в них винтового движения воды с крайне неравномерным распределением скоростей, вплоть до обратного направления в местах вихрей и отжима струй от стенок камеры, что не может не повести к ухудшению условий выпадения наносов.
В продольном направлении дну камеры придают положительный или отрицательный уклон, принимаемый около 0,02—0,005 и редко более. При положительном уклоне дна облегчается и ускоряется смыв наносных отложений во время промывки камеры и сама промывка становится несложной и сводится к следующим операциям: полное опускание затворов регулятора в конце камеры (рис. 35—3), частичное опускание затворов в начале камеры, поднимание нижнего затвора, открывающего отверстия донного промывника. Промыв наносов ведется неосветленной водой из подводящего канала. Скорость течения в камере в конце промывки назначают в зависимости от крупности фракций наносов, но не меньше 2,0—2,5 м/сек. После окончания промывки операции с затворами ведут в обратном порядке.
Содержание в воде крупных фракций наносов обычно повышается по мере приближения ко дну, поэтом в отстойниках в начале камер наблюдается интенсивное выпадение крупных наносов; средние и мелкие фракции наносов, распределяясь довольно равномерно по живому сечению, также равномерно выпадают вдоль камеры. Таким образом, наиболее интенсивно наносные отложения будут расти в начале камеры и медленнее в конце ее. Так как при положительном уклоне дна глубины в начале камеры наименьшие, а заиление наибольшее, то величиной этого начального заиления и будет по преимуществу определяться частота промывок камеры.
С целью уменьшения частоты промывок, а следовательно, и упрощения эксплуатации отстойников дну камеры придают отрицательный уклон (рис. 33—7); тогда в начало камеры, там, где наблюдаются наибольшие отложения наносов, будут и наибольшие глубины, а в конце камеры, где отложения наименьшие, и глубины воды будут наименьшие. В результате получается большая емкость отложений при той же длине камеры, и промывки можно делать реже. Промывки можно вести двояко. При расположении промывника в начале камеры (в конце входной части) маневрируют затворами в следующем порядке: опустив полностью затвор у входа в отстойник и частично опустив затвор в конце камеры, открывают отверстие промывника, подняв его затвор. Эта система промывки весьма нерациональна, так как, во-первых, на промывку идет чистая вода, осветленная в других камерах и забираемая из магистрального канала; во-вторых, через другие камеры нужно пропускать, помимо рабочего, еще и промывной расход, что перегружает камеры и ухудшает их работу.
Правильнее промывку нужно организовать следующим образом. По низу раздельных стенок устраивают водоводы, соединяющие верхний бьеф с концом отстойника. Выключив при этой системе питание магистрали из промываемой камеры, т. е. опустив затворы в конце отстойника в закрыв полностью вход в него, открывают отверстия водоводов, подняв их затворы, и затем поднимают затворы промывника. По окончании промывки операции с затворами производят в обратном порядке. Иногда, с целью скорейшего взмучивания наносных отложений и предупреждения образования пробки у промывников, слегка приподнимают затворы входа в начале промывки. Вторая система промывки совершеннее, но и сложнее по эксплуатации и по конструкции в связи с устройством дополнительных водоводов. При значительном содержании в речной воде крупных фракций наносов предпочтительно придавать дну отстойника обратный уклон.
Число водоводов можно уменьшить, придав им большие размеры, с тем, чтобы один водовод обслуживал две камеры. Наличие тяжелых раздельных стенок, рассчитываемых на одностороннее боковое давление воды (во время промывок), грузных флютбетов, рассчитываемых на выпирающее усилие со стороны фильтрационного потока (наибольшее во время промывок), большого числа затворов существенно повышает стоимость отстойников. Разгрузкой флютбетов от противодавления фильтрационного потока можно значительно уменьшить толщину флютбета, придав ей конструктивные, а не расчетные размеры. С этой целью флютбет, казалось бы, можно устроить сквозным, однако характер работы отстойника — осаждение наносов и последующее их удаление — может повести к кольматации фильтров отверстий во флютбете.
Флютбет отстойника можно разгрузить от фильтрационного противодавления, окольцевав его дренажем (рис. 32—22), т. с. устроив две продольные дрены вдоль отстойника, одну поперечную у начала камер и 1—2 вывода в нижний бьеф; тогда толщина флютбета будет конструктивной, не расчетной.
Выпуск воды из отстойника. Конструкции выпуска воды из отстойника должны отвечать требованию забора воды из верхних, наиболее осветленных слоев, без нарушения прямолинейности течения в камере. Наиболее распространенной формой выпуска являются торцовые в конце камеры водосливы, большей частью в виде донного порога, работающего в условиях затопленного истечения. Ширину выхода из отстойника следует назначать близкой к ширине камеры, что при большой затопленности истечения мало повлияет на увеличение скоростей в конце камеры.
Рис. 33—8. Отвод воды из камер отстойника.
Однако следует заметить, что развитие фронта отвода осветленной воды при большой разности уровней z в отстойнике и в магистрали может повести к фактическому сокращению рабочей длины камеры и тем самым к уменьшению количества задерживаемых камерой наносов.
На рисунке 33—8 показаны схемы вывода воды из отстойника широким и узким фронтом отвода при большом z. Из рисунка 33—8, а видно, что вследствие подтягивания струй к выходному отверстию теряется часть рабочей длины камеры; если же отвод воды осуществить по рисунку 33—8,б, то вследствие большой пропускной способности отверстия оно получилось бы узким и также давало бы потери в конце рабочей камеры по бокам (в плане).
Устранить этот недостаток, если задано большое z, можно введением добавочных сопротивлений в отверстиях в виде дополнительных бычков, разделяющих выходное отверстие на ряд более узких и глубоких пролетов, или в виде спицевого заграждения широких и глубоких отверстий.
Промывные отверстия камер располагают у дна; их ширина может быть в 1,5—2 раза менее ширины камеры. Если дну камеры придан отрицательный уклон (рис. 33—7), то для предупреждения завала наносами затвора промывника полезно устройство над ним свеса в виде тонкой железобетонной плиты, являющейся продолжением ската входа, на такую длину, при которой естественный откос отложений крупных фракций наносов не покрывал бы верха затвора.
