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1、首钢 180000 吨/天 D 型滤池设计计算一、已知条件设计水量：Q=180000m3/d滤池规格：共有 14 格，每格 28 肘，分 2 组，每组 7 格。反冲洗流程：第一阶段：单独气冲，冲洗历时 35 min，气洗强度 23L/ ( m2 s);第二阶段：气水同时反冲洗,历时 810 min，气洗强度 23L/ (m2 s),水冲洗6L/ (m2 s);第三阶段：活水漂洗，冲洗历时 35 min，冲洗强度 6 (L/m2s);反冲洗全过程中伴有表面扫洗，表面扫洗强度2.8 L/m2 s；冲洗时间共计 t=1520min，冲洗周期 T=24h。(取 20min=1/3h )二、设计计算1、
2、池体设计(1) 、滤速：v=Q/ (F X 24)F滤池总面积，14 X 28=392m2v=180000/ (392 X 24) =19.1m/h(2) 、校核强制滤速 vv=Nv/(N 1)=7 X 19.1/(7 1)=22.3m/h 23m/h(3) 、滤池高度的确定滤板下布水区高度 H1=0.9m滤板高度 H2=0.03 m滤网板(承托层)高度 H3=0.07 m滤网板与注塑盖板之间高度 H4=1.9 mV 型槽与注塑盖板之间距离为 H5=0.1 mV 型槽高度为 H6=0.635 mV 型槽顶至滤池顶高度为 H7=0.965 m强度则滤池总高H= HI +H2+ H3+H4+H5+
3、 H6+ H7=0.9+0.03+0.07+1.9+0.1+0.635+0.965=4.6 m(4)、水封池的设计按照试验数据，DA863 彗星式纤维滤料活洁滤层的水头损失取 H清=0.4 m正常过滤时，通过长柄滤头的水头损失 H 0.22 m,取 0.2 m。忽略其他水头 损失，则每次反冲洗后刚开始过滤的水头损失为： H开始=0.4+0.2=0.6m为保证滤池正常时滤池内的液面高出滤料层，水封井出水堰顶标高与滤料层相 同。堰底板与滤池底版标高相同，水封井出水堰总高 H水封=Hi+H2+ H3=0.9+0.1+0.8=1.8 m。2、反洗水量和气量计算(1) 、反洗水量计算按水冲强度最大时计算
4、，单独水洗时反洗强度最大为Q反=q水 f=6 X 28=168L/s=0.168m3/s=604.8m3/hD 型滤池反冲洗时，表面扫洗同时进行，其流量Q表水=q表水. f=0.0028 X 28=0.0784m3/s(2) 、反洗气量 Q 气的计算按单独气冲强度最大时的空气流量计算，这时气冲强度为 23L/ (m2 s)Q反气=q气 f=23 x 28=644L/s=38.64m3/min3、滤池管渠的布置(1)、反冲洗管渠A、气水分配渠气水分配渠起端宽取 0.8m,高取 2.3m ;末端宽取 0.8 m,高取 1.75 m。则起端 截面积1.84 肘，末端截面积1.4 肘。两侧沿程各布置2
5、8 个配气小孔和 23 个布水方 孔，共56 个配气小孔和 46 个布水方孔。B、排水集水槽排水集水槽槽顶端高出滤料层顶面 1.35 米，则排水集水槽起端槽高H起=H1+H2+ H3+ 滤料层厚度 +1.35 2.3 0.1=0.9+0.03+0.07+0.8+1.35 2.3 0.1=0.75 米6 L/ (m2 s)式中，H1H2H3同前，2.3 米为气水分配渠起端高度，0.1 为排水集水槽板厚。排水集水槽末端高H末=H1+H2+H3+滤料层厚度+1.35 1.75 0.1= 1.3 米底坡=(1.3 0.75) /7.04=0.078C、排水集水槽排水能力校核。由矩形端面暗沟(非满流，n
6、=0.013 )计算公式校核集水槽能力。设集水槽超高 0.3 米，则槽内水位高 h排集=0.45 米，槽宽 b排集=0.8 米，湿周 X=b+2h=0.8+2 X 0.45=1.7 米水流断面。A排集=bh=0.8 X 0.45=0.36 米2水力半径：R= A排集/X=0.36/1.7=0.212 米水流速度：v=(R2/3 i1/2)/n =(0.2122/3乂 0.0781/2)/0.013=0.356 X 0.28/0.013=7.67m/s过水能力 Q排集=A排集v=0.36 X 7.67= 2.76m3/s ,实际水量：Q反=Q反水+Q表水=0.168+0.0784=0.2464m
7、3/s 2.76 m3/s(2)、进水管渠A、进水总渠8 座滤池双侧进水，每 4 座滤池共用一个进水渠，进水渠流量为Q=180000/4m3/d=0.52m3/s,进水总渠流速取 0.8m/s ,则水流断面积2A进总=Q/v=0.52/0.8=0.65m水面高 1.2m，总渠宽 1.4m，实际流速 v=0.52/1.2 X 1.4=0.31m/s。B、每座滤池的进水孔每座滤池由进水侧开一个进水孔， 进水总渠的水通过这个进水孔进入滤池。 进水设电动闸门，在反冲洗时调节阀门的开启度，供给反洗表扫水。孔口面积按孔口淹没出流公式 Q=0.8A (2gh )1/2计算，其面积按滤池强制过滤水量计，孔口两
8、侧水位差取 0.1m,则孔口面积：A1/2孔=Q强/ (0.8 (2gh)Q强=180000/ (12 X 86400 ) =0.174m3/sA孔=0.174/ (0.8 X (2X 9.81 X 0.1 )1/2)=0.155m2孔口宽高=400 X 400 mm，实际孔口面积 0.16 m2C、 滤池内设的宽顶堰孔为保证进水稳定性，进水总渠引来的水经过宽顶堰进入每座滤池内的配水渠，经滤池内的配水渠分配到两侧的 V 型槽。再宽顶堰堰宽 b宽顶=5.28m ,宽顶堰与进水总渠平行设置，与进水总渠侧壁相距 0.7m，堰上水头由矩形堰的流量公式 Q=1.84bh3/2得：h宽顶=Q强/ (1.8
9、4b宽顶)3/2=0.174/ (1.84 X 5.28 ) 2/3=0.04m。D、每座滤池的配水渠进入每座滤池的水经过宽顶堰溢流于配水渠，由配水渠两侧的进水孔进入滤池内的 V 型槽。滤池配水渠宽 b配渠=0.7m ,渠高 1.5m ,渠总长等于滤池总宽，则渠长 L配渠=5.28。当渠内水深 h配渠=1.00m 时，流速(进来的浑水由分配渠中段向渠两侧进水孔流去， 每侧流量为 Q强/2)v配渠=Q强/ (2b配渠h配渠)=0.174/ (2X 0.7 X 1.00) =0.124m/sE、配水渠过水能力校核配水渠的水力半径R配渠=b配渠h配渠/ (2h配渠+b配渠)=0.7 X 1.00/
10、(2X 1.00+0.7 ) =0.7/2.7=0.26m,配水渠的水力坡降：I渠=(nv渠/R渠2/3)2= (0.013 X 0.124/0.262/3)2=1.55 X 10-5渠内水面降落量 h渠=I渠L渠/2=1.55X10-5X5.28/2=4.09X10-5m配水渠最高水位 h配渠+ h渠q 1.0m 渠高 1.6m。进 V 型槽配水孔断面积为 A=0.374m2进 V 型槽配水孔流速 v= Q强/2A=0.174/ (2X 0.374) =0.23m/s。4、V 型槽的设计V 型槽槽底设表面扫洗水出水孔，直径取个。则单侧 V 型槽表扫水出水孔总面积A 表孔=(3.14 X 0.
11、032/4) X 70=0.0495 m2表扫水出水孔中心标高与排水集水槽堰顶相平， 即V型槽底低于排水集水槽堰顶 0.05m。据潜孔出流公式 Q=0.8A (2gh)1/2,其中 Q 应为单格滤池的表扫水流量。则表面 扫洗时d孔=0.03m,间隔 0.1m，每槽共计 70V 型槽内水位高出滤池反冲洗时液面hv液=Q表水1(2 X 0.8A表孔)2/(2g) =0.0784/(2 X 0.8 X 0.0495)2/(2 X 9.81)=0.05m反冲洗时排水集水槽的堰上水头由矩形堰的流量公式Q=1.84bh3/2求得，其中 b 为集水槽长，b=L排槽=7m , Q 为单格滤池反冲洗 流量表扫水
12、的流量Q反单=(6+2.8) X28/1000=0.246m3/sh排槽=Q反单/(1.84 x 7)2/3=0.072m。V 型槽倾角 50,垂直高度 0.9m，壁厚 0.1m。反冲洗时 V 型槽顶高出滤池内液面的高度为0.90.05 h排槽=0.9 0.05 0.072=0.778m。反冲洗时 V 型槽顶高出槽内液面高度为0.9 h排槽一hv液=0.9 0.072 0.05=0.778m5、反冲洗水的供给(1)、反洗水泵到滤池配水系统的管路水头损失h1反冲洗配水管用钢管，DN350，管内流速 1.68m/s,1000i=11.5 布置钢总长计 50m,则反冲洗总管的沿程水头损失 hf=10
13、=0115X50=0.575m表 4 1 冲洗管配件及阻力系数配件名称900弯头阀门等径三通数量/个634局部阻力系数6 X 0.78=4.683X 0.2=0.64X 0.1=0.45.68总计 h葺 v2/(2g)=5.68 脩 82/(2 9.81)=0.82m则冲洗水泵到滤池配水系统的管路水头损失h1 = hf+ hj=0.575+0.82=1.395m(2)水槽堰顶的高差(3) 、滤池配水系统的水头损失 h2、集水池最低取水水位与滤池排H0=4.415mA、气水分配干渠的水头损失按最不利条件，即气水同时反冲洗时计算。此时渠 上部是空气，下部是反冲洗水，按矩形暗管(非满流 n=0.01
14、3)近似计算。气水同时反冲洗时 Q反气水=0.168m3/s,则气水分陪渠内水面高为:h反水=Q气水/ (v水干b气水)=0.168/ (1.68 X 0.8)=0.125m水力半径：R反水=b气水h反水/ (2h反水+b气水)=0.8 X 0.125/ (2 X 0.125+0.8 )=0.095m水力坡降：i反渠=(nv渠/R渠2/3)2= (0.013 X 1.68/0.0952/3) 2=0.011 渠内水头损失 h反水=I反水l反水=0.011 X 7=0.077m。B、 气水分配十渠底部配水方孔水头损失h方孔Q=0.8A (2gh)1/2计算。其中 Q 为 Q反气水，A 为配水方孔
15、总面积，A 方孔=0.552 肘，h方孔=Q反气水/ (0.8A方孔)2/2g=0.168/ (0.8 X 0.552) 2/ (2X9.81)=0.019mC、 查手册，反冲洗水经过滤头的水头损失 h滤v 0.22mD、 气水同时通过滤头时增加的水头损失h增气水同时反冲洗时气水比 n=23/6=3.83 ,长柄滤头配水布气系统的滤柄孔口总 面积与滤池过滤总面积之比约为 1% ,则长柄滤头中的水流速度v柄=Q反气水/(1%28)=0.6m/s通过滤头增加的水头损失2h增=9810n(0.01-0.01v+0.12v )22=9810X3.83 (0.01-0.01 06+0.12 062)=1
16、773.4pa=0.177mH2O则滤池配水系统的水头损失 h2为：h2= h反水+ h方孔+ h滤+ h增=0.077+0.019+0.22+0.177=0.493m(4)、滤料层水头损失 h3滤料为 DA863 彗星式滤料。容重T 1 比水略重，水的容重T =1000 kg/m3,纤维 滤料膨胀前的空隙率 m0=0.9，滤料层膨胀前的厚度 H3=0.3m，贝 U 滤料层水头损失 h3= (丫1/ y -1) (1-m0)H3取 0.5m(5)、富裕水头 h4取 1.5m则反冲洗水泵的最小扬程为：H水泵=Ho+Ah + h2 +h3 +h4=4.415+1.395+0.493+0.5+1.5
17、=8.303m选 3 台 SB250-250A 型的单级单吸离心泵， 2 用 1 备， Q=600m3/h, H=10m , P=37KW 。5、反洗空气的供给(1) 、长柄滤头的气压损失 P滤头根据资料，在该气体流量下的压力损失最大为： P滤头=3Kpa 0(2) 、气水分配渠配气小孔的气压损失 P 气孔反冲洗时气体通过配气小孔的流速v气孔=Q气孔/A气孔=0.644/ (2X 28 X 0.785 X 0.052) =5.86m/s压力损失按孔口出流公式 Q=3600 MA (2gA p/ 丫)1/2计算式中：L 孔口流量系数，L =0.6A孔口面积，0.00196m2 P压力损失 mm
18、水柱g - 重力加速度，g=9.81 m2 /sQ气体流量，m3/hY 水的相对密度，Y=1 P气孔=(Q气孔丫)/ (2 x 3600 2A气孔g)222=41.42/(2 36002X0.62X0.0019629.81)=4.9 mm H2O 0.0478 Kpa(3) 、配气管道的总压力损失 P 管A、配气管道的沿程压力损失PI反冲洗空气流量 0.644m3/s,配气十管用 DN250 钢管，流速 13.1m/s,反冲洗空气管总长约 50m,气水分配渠内的压力忽略不计。反冲洗管道内的空气气压计算公式P气压= (1.5+H气压 )X9.81P气压 -空气压力，KpaH气压长柄滤头距反冲洗水
19、面高度，m, H气压=2.25m则反冲洗时空气管内气体压力P空气=(1.5+H气压)X 9.81= (1.5+2.25 ) X 9.81=36.79 Kpa空气温度按 30oC 考虑，查表，空气管道的摩阻为9.8 Kpa/1000 m则配气管道沿程压力损失PI=9.8 X 50/1000=0.49 KpaB、配气管道的局部压力损失 P2主要配件及去度换算系数 K 见表表 5-1 反冲洗空气管配件及长度换算系数配件名称90 弯头阀门等径三通数量/个833长度换算系数 K0.7 X 8=5.60.25 X 3=0.751.33 X 3=3.9910.34Z K当量长度的换算公式：L0=55.5KD
20、式中 LO管道当量长度，mD管径，mK 一长度换算系数空气配管换算长度 LO=55.5KD 1.2=55.5 X 10.34 X 0.251.2=108.73m。则局部压力损失为 P2=108.73 X 9.8/1000=1.07 Kpa配气管道的总压力损失： P管= P1+ P2=0.49+1.07=1.56 Kpa(4)、取富余压力 P富=4.9Kpa本系统采用气水同时反冲洗，对气压要求最不利情况发生在气水同时反洗时，此时要求鼓风机或贮气罐调压阀出口的静压力为：P出口= P滤头+ P气孔+ P管+P富+9.81Kh配气系统出口至空气溢出面的水深按滤板顶至排水槽顶高度计算P出口= P滤头+ P气孔+ P管+P富+9.81Kh=3+0.0478+1.56+4.9+9.81 X 1.1 X 2.22=31.9 Kpa选 3 台 BK8024 型罗茨风机,2 用 1备，Q=39.6m3/min , P=50 Kpa , P=55KWh=2.22m。总进水管：DN1000 , v=0.66m/s总出水管：DN900 , v=0.82m/s反冲洗水管：DN350 , v=1.66m/s反冲洗气管：DN250 , v=13.1m/s初滤水管：DN300 , v=1.01m/s反冲洗排污：DN400 , v=0.52m/s