Тұндырғыларды есептеу тәсілі.

1. Есеп құрамы. Тұндырғыны жобалау барысында гидравликалық, судың сүзілуін және статикалық есептерін орындайды. Негізгі есептеу болып гидравликалық есептеулер болып табылады, осы есептеулер арқылы тұндырғының өлшемдерін және жұмыс атқару режимін анықтайды. Ал судың сүзілуін және статикалық есептерін белгілі тәсілдермен орындайды.

Тұндырғының әр элементінің гидравликалық есептерін бір-біріне байланыссыз, бірақ ортақ берілген деректерге сәйкес орындайды. Сонымен қатар, тұндырғының бір элементінің параметрлерін анықтағанда алынған өлшемдер, келесі элементті есептегенде пайдаланылады, бұл параметрлер келесі элементтер үшін бастапқы дерек болып табылады.

Негізгі гидравликалық есептер болып тұндырғыдан суды алып кететін каналдың, реттегіш шлюздың, камераларының, тасынды жуғыш галереяның және трактің өлшемдерін анықтау болып табылады.

2. Есептеу барысында қолданған жеңілдіктер. Тұндырғыларды есептеу үшін су ағысының жеңілдетілген моделін қабылдайды. Есептеу барысында қабылданған жеңілдіктер:

а) камералардағы судың беті тасындылар тұнған бірінші кезеңде жазық (гоизонталді), б) камераға түскен қалқыма тасындылар тік бұрышты эпюраға сәйкес таралған; в) бас тұндырғыға кірген су лайлығы тұрақты және өзендегі су лайлығына тең; г) тұндырғы камерасында тасындылар шөккен кезеңде, судың орташа жылдамдығы кесе көлденең және жазықтық бағытта бірдей; д) шөккен тасындыларды тұндырғыдан жуған кезінде, яғни тұндырғының екінші жұмыс кезеңінде, су бірқалыптыағады; е) камерадағы су температурасы өзгергенде, тасындылардың гидравликалық ірілігі аздап қана өзгереді; ж) тұндырғы камераларының өлшемдерін оның орташа қимасына сәйкес табады.

3. Алғы деректер. Тұндырғыны есептеу үшін мына мәндер берілуі қажет: 1) тұтыну графигіне сәйкес анықталатын су ағымы; 2) өзен суының есепті лайлығы; 3) қалқыма тасындылардың гранулометриялық құрамы, кесте не интегралдық қисық түрінде беріледі; 4) қалқыма тасындылардың камерада ұстауға (шөгуге) тиісті фракцияларының диаметірі; 5) бөгетті су торабындағы жоғарғы бьефтегі су деңгейі және тасындылар жуатын трактың өзенге құйылатын жерде - төменгі бьефтегі су деңгейі.

Тұндырғыны есептегенде айнымалы шамалардың, оны анықтайтын теңдеулерден көптігін ескере отырып және нормативті нұсқаулар мен жобалау тәжірибесіне сүйене отырып, бұл айнымалы шамалардың тек кейбіреуін қабылдайды. Бұл қабылданатын айнымалы шамаларға мыналар жатады: 1) 3-5 м аралығын да қабылданатын тұндырғы камераларындағы судың орташа тереңдігі, 2) 0,2-0,4 м/с аралығында қабылданатын тасындылар тұну кезеңіндегі судың ұзына бойына орташа жылдамдығы ,; 3) (1-1,5)Q_кан аралығында қабылданатын тасындыларды жууға керек су ағымы Q_жуу,; 4) камераларды жуғанда су ағысының тасымалдау мүмкіндігі, немесе су лайлығы. Бұл ұсынылған шамалардан басқа шамаларды да қабылдауға рұхсат етіледі, егер ол дәлелденсе. Жобалау барысында тұндырғының бірнеше вариантын қарастырып, оның ішіндегі арзанын және пайдалануға тиімдісін қабылдайды.

4. Каналды есептеу. Каналды есептегенде, судың бір қалыпты қозғалысқа арналған форму лаларын қолданады. Тұндырғыға су әкелетін каналды есептегенде, су жылдамдығы өзеннен түскен бүкіл қалқыма тасындыларды тұндырғыға дейін тасымалдауын қамтамасыз етуі қажеттілігіне байланысты қабылданады. Тұндырғыға су әкелетін каналдың су ағымын ең көп тұтыну мөлшеріне байланысты және бір камераны жуатын су ағымын қоса есептеу арқылы қабылдайды. Ал тұндырғыдан су алып кететін, топырақтан қазылған каналдағы су жылдамдығын ең көп су тұтыну шамасына және топырақты жумайтын жылдамдыққа байланысты қабылдап, осыған байланысты каналдың көлденең қимасының ауданын және еңістігін табады.

5. Тұндырғы еамерасының өлшемдерін анықтау. Камераны есептеу оның жұмыс істеуінің бірінші кезеңіне жүргізіде, тұтынудың ең көп ағымына және судың ұзына бойына орташа жылдамдығына сәйкес. Бұл кезде тұндырғының қимасының ауданы мына формуладан табады:

ω_тұн=Q_k/ , (20.1)

 

Тұндырғының кесе көлденең сұлбасы тік бұрышты болғанда, орташа тереңдігі Н_ор белгілі болған жағдайда, оның енін мына формуладан табады:

В_тұн = , (20.2)

Пайдалану жағдайына немесе басқа жағдайларға байланысты камераның саны және олар үшін ағым шамасы да қабылданады. Тұндырғының камерасының ұзындығын S_кам қалқыма тасындының есепті фракциясының шөгу ұзындығына және 1,2-1,5-ке тең қор (запас) коэффи- циентін енгізу арқылы қабылдайды. Есепті фракцияның шөгу ұзындығын анықтағанда – тасынды камераның бас жағында судың бетінде тұр деп қабылдайды. Бұл қалқыма тасынды түйіршігі екі жылдамдық әсеріне тәуелді: жазықтық бағыттағы және жоғары бағытталған w- гидравликалық ірілікке. Бұл түйіршіктің қозғалысы мына теңдеумен анықталады: L_шөгу= ; Н_ор =wt, (20.3)

Бұл теңдеулерден уақытты алып тастау арқылы мына теңдеуді табамыз:

L_шөгу = , (20.4)

Осыған байланысты тұндырғының ұзындығы мына формула арқылы анықталады:

S_кам= , (20.5)

20.5. теңдеу тасындының есепті фракциясы түзу сызықты траекториямен шөгеді деген болжамға байланысты алынған. Ал шындығында, тасынды кисық сызықты траекториямен шөгеді, оны теориялық теңдеулер арқылы есептеп, сипаттау мүмкін емес. Ал қор коэффициенті осы тасындылардың түзу сызықты траекториядан ауытқуын және пайдаланбайтын көлем деңгейін көбейтуді ескереді және осыған байланысты камераның тасындылармен толу уақыты ұзарады.

Тасындыларды камерадан су жылдамдығымен жуған кезде мынандай тереңдік орнығады: , (20.6)

Мұнда: Q_жуу- бір камераны жууға қажетті су ағымы,

В_кам- бір камераның ені.

Камераны жуу кезіндегі тереңдікке байланысты R мен C-ті тауып, Шези формуласы арқылы тұндырғы камерасының еңістігін табады:

, (20.7)

Тасындылар шөкпеген кезде камераның бас жағындағы су тереңдігі мынаған тең:

Н₁=Н_ор- , (20.8)

Тасындылар шөкпеген кезде камераның аяқ жағындағы су тереңдігі мынаған тең:

Н₂=Н_ор+ , (20.9)

Камераның еңістігін бірнеше және үшін тауып осының ішінен тиімдісін қабылдаған дұрыс. Тұндырғыны есептегенде су тереңдігі Н_ор, орташа су жылдамдығы , камера ұзындығы S_кам және оның ені В_кам бір –бірімен байланысты, ал осылардың тек біреуі ғана формуламен табылады. Н_ор және , осыған байланысты В_ор шамамен қабылдауға тура келеді, қабылданған мәндер талапқа сай келе ме, келмей ме оны білмей тұрып. Негізінде S_кам/В_кам қатынасы белгілі деп айтуға болады, норматив бойынша камераның енін оның ұзындығының 35% көп қабылданбауы туралы кеңес берілген, себебі өте кең камераларда тасындыларды жуатын судың жылдамдығын енінде бірдей таралуын қамтамасыз ету өте қиын.

6. Тасындылардың шөгуін есептеу. Бұл есептер тұндырғының бірінші жұмыс кезеңінде шөккен тасындылардың көлемін табуға және шөгу уақытын анықтауға арналған.

Е.А.Замариннің тәсілі бойынша камераға тасындылардың шөгуін 2-4 сағат уақыт аралығына есептейді. Әр уақыт аралығына сәйкес, шөккен әр фракцияның қалыңдығы анықталып, сосын осы уақыт аралығында шөккен тасындылар көлемі табылады. Келесі уақыт аралығында камерадағы су тереңдігі бас және аяқ жағында азайған шамасына, орташа су жылдамдығы көбейген шамаға есептеледі.

Шөккен тасындылардың қалыңдығын анықтау үшін, алдымен әр фракцияның бастапқы кездегі шөгу қашықтығы L_шөгу мына формула бойынша анықталады:

L_шөгу=() = 1, (20.10)

Әр уақыт аралығында тасындылар камераның кесе көлденең қимасында бірқалыпы таралған деп қабылдап, шөккен тасындылардың әр фракциясының қалыңдығын мына формула арқылы табады:

, (20.11)

Мұнда: q= камерадағы судың үлесті ағымы; - әр фракцияның лайлығы.

Әр уақыт аралығында камераның бас және аяқ жағына шөккен әр фракция тасындыларының қалыңдығы бір-біріне қосылып отырады. Қалқыма тасындылардың негізгі фракцияларының бірінші уақыт аралығында камераға шөгу схемасы 20.9. суретте келтірілген

 

20.9. сурет. Тұндырғы камерасында бірінші уақыт аралығында тасындылардың әр фракцияларының шөгу схемасы. а) есепті фракциядан ірілеу тасындылардың шөгуі; б) есепті фракциялардың шөгуі; в) ірілігі есепті фракциядан кіші тасындылардың шөгуі; г) бірінші уақыт аралығында шөккен тасындылар қосындысы.

 

Осы схемада көрсетілгендей, есепті фракциядан ірілеу тасындылар барлық тереңдіктен толығымен камераға шөгеді және олардаң шөгу қашықтығы камера ұзындығынан қысқа. Ал есепті фракциялар барлық тереңдіктен толығымен камераға шөгеді және шөгу қашықтығы камера ұзындығынан қысқа. Ірілігі есепті фракциядан кіші тасындылар камераға жарым-жартылай шөгеді, тек h₂ тереңдігінен, бұл тереңдікті Е.А.Замариннің формуласымен табады:

, (20.12)

Бұл формуланы оңайлау түріне ауыстыруға болады:

, (20.13)

h₂ тереңдігінен жоғары орналасқан ірілігі есепті фракциядан кіші тасындылар, камераға шөкпей, тұндырғыдан су алып кететін каналға түседі. Шөккен тасындылардың әр фракциясының қалыңдығын қосқан соң, камераның бас және аяқ жағындағы су тереңдігін, жылдамдығын келесі уақыт аралығының басқы мезгіліне анықтайды. Осылай есептеулерді келесі уақыт аралықтарына жүргізеді, әр келесі уақыт аралығы үшін камераның бас және аяқ жағындағы су тереңдігі азая береді. Есепті фракцияның шөгу қашықтығы камера ұзындығына теңелгенде, онда камераны жуу кезеңі туғаны. Камераның тасындыларға толған мезгілі уақыт аралықтарының қосындыларына тең, соңғы кезеңде- есепті фракциялар тұндырғыға шөкпей, каналға өтіп кетеді. Бұл есептеулерді кестеге енгізеді.

Тұндырғы камерасына шөккен тасындылардың жалпы көлемін мына формула бойынша анықтайды:

, (20.14)

Мұнда: В_кам- камераның ені; L_шөгу- фракциялардың шөгу қашықтығы, шөккен тасындылардың қалыңдығы.

7. Тұндырғы камерасын жууды есептеу. Судың тасымалдау қабілеттілігін қабылдайтын болсақ, тасындыларды жууға қажетті су жылдамдығын Б.М.Шкундиннің формуласынан табуға болады:

, (20.15)

Осы формула бойынша (20.15) тасындыларды жууға қажетті су жылдамдығын қабылдай отырып, су ағымының тасымалдау мүмкіндігін анықтауға болады. Тұндырғы камерасын жууға кететін уақытты мына формуладан табуға болады:

, (20.16)

Мұнда: - тасындылардың көлемдік салмағы;

V – шөккен тасындылардың қосынды (барлық) көлемі;

камераға кіре берістегі судың лайлығы;

Q_жуу- шөккен тасындыларды жуатын су ағымы.

Тұндырғы камерасының жұмыс істемейтін, тұтынушыға таза су берілмейтін уақыты камераны жуу уақытынан көп болады. Себебі жуу уақытына камерадағы су деңгейінің h_жуу-ға дейін төмендеуіне кететін уақытты, жуып болғасын камера толғанға дейінгі уақытты және қақпақта ашып жабуға кететін уақытты қосу қажет. Камераның жұмыс істемей тұратын уақыты, 20.16 формуламен есептеп табылған уақыттан шамамен екі есе көп болады.

8. Су реттегіш шлюздарды есептеу. Кіре берістегі және шыға берістегі реттегіш шлюздар табалдырығы кең, суға батыңқы су ағарды есептеу тәсілімен орындалады. Егер реттегіш шлюздардың тесіктерінің ені белгілі болса, онда жоғарғы және төменгі бьефтердің деңгейлерінің айырмасын z- ті табады. Кіре беріс реттегіш шлюздың табалдырығындағы судың тереңдігін -тұндырғыға су әкелетін каналдағы судың тереңдігіндей етіп қабылдайды. Шыға берістегі реттегіш шлюздың табалдырығындағы судың тереңдігін, камерадағы су деңгейлерінің айырмасын ескере отырып табады.

9. Тасынды жуғыш галереяны есептеу тәсілі. Галереядағы су ағымы үздіксіз өзгеріп отырады. Галереяның есептеулерін жеңілдету үшін, оны учаскелерге бөліп, осы учаске бойында су арынсыз және бірқалыпты қозғалады деп, бірқалыпты қозғалыс теңдеулерін қолдана отырып шешеді. Бұл тәсіл орлы су тастағыштарды есептеуде кеңінен қолданылады.

10. Тасындылар жуатын тракты есептеу тәсілі. Тракты не құбырды есептегенде бірқалыпты қозғалыс формуласын қолданады және бір камераны жуатын су ағымына есептеледі. Тасындылар жуатын тракке су камераны жуған лайлығымен келіп түседі, осыған байланысты трактегі су жылдамдығы 20.15 формуламен табылады, жуылған су құрамындағы тасындыларды тасымалдауды қамтамасыз ету үшін. Трактегі судың тереңдігін қабыл дағанда мынаны ескеру керек, су тереңдігі көбейген сайын, судың тасындыларды тасымалдау мүмкіндігі азая түсетінін. Су тасымалдайтын трактегі судың үлкен тереңдігі, тұндырғы мен өзендегі су деңгейінің айырмасының көп болуын талап етеді.