D型滤池设计计算书

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㎡，分2组，每组7格。反冲洗流程：第一阶段：单独气冲，冲洗历时3～5min，气洗强度23L/（m2·s）；第二阶段：气水同时反冲洗，历时8～10min，气洗强度23L/（m2·s），水冲洗强度6L/（m2·s）；第三阶段：清水漂洗，冲洗历时3～5min，冲洗强度6（L/m2·s）；反冲洗全过程中伴有表面扫洗，表面扫洗强度2.8L/m2·s；冲洗时间共计t=15～20min，冲洗周期T=24h。（取20min=1/3h）二、设计计算1、池体设计（1）、滤速：v=Q/（F×24）F——滤池总面积，14×28=392㎡v=180000/（392×24）=19.1m/h（2）、校核强制滤速v’v’=Nv/(N－1)=7×19.1/(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=0.03m滤网板（承托层）高度H3=0.07m滤网板与注塑盖板之间高度H4=1.9mV型槽与注塑盖板之间距离为H5=0.1mV型槽高度为H6=0.635mV型槽顶至滤池顶高度为H7=0.965m则滤池总高H=H1+H2+H3+H4+H5+H6+H7=0.9+0.03+0.07+1.9+0.1+0.635+0.965=4.6m（4）、水封池的设计按照试验数据，DA863彗星式纤维滤料清洁滤层的水头损失取ΔH清=0.4m正常过滤时，通过长柄滤头的水头损失ΔH≤0.22m，取0.2m。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：ΔH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ΔH水封=H1+H2+H3=0.9+0.1+0.8=1.8m。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，单独水洗时反洗强度最大为6L/（m2·s）Q反=q水·f=6×28=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=0.0028×28=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=23×28=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0.8m，高取1.75m。则起端截面积1.84㎡，末端截面积1.4㎡。两侧沿程各布置28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=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+2×0.45=1.7米水流断面。A排集=bh=0.8×0.45=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=(0.2122/3×0.0781/2)/0.013=0.356×0.28/0.013=7.67m/s过水能力Q排集=A排集v=0.36×7.67=2.76m3/s,实际水量：Q反=Q反水+Q表水=0.168+0.0784=0.2464m3/s＜2.76m3/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A进总=Q/v=0.52/0.8=0.65m2水面高1.2m，总渠宽1.4m，实际流速v’=0.52/1.2×1.4=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。进水孔设电动闸门，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，孔口两侧水位差取0.1m，则孔口面积：A孔=Q强/（0.8（2gh）1/2）Q强=180000/（12×86400）=0.174m3/sA孔=0.174/（0.8×（2×9.81×0.1）1/2）=0.155m2孔口宽高=400×400㎜，实际孔口面积0.16m2C、滤池内设的宽顶堰为保证进水稳定性，进水总渠引来的水经过宽顶堰进入每座滤池内的配水渠，再经滤池内的配水渠分配到两侧的V型槽。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/（1.84b宽顶）]3/2=[0.174/（1.84×5.28）]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/（2×0.7×1.00）=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）=0.7×1.00/（2×1.00+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=（0.013×0.124/0.262/3）2==1.55×10-5渠内水面降落量Δh渠=I渠L渠/2=1.55×10-5×5.28/2=4.09×10-5m配水渠最高水位h配渠+Δh渠≈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/（2×0.374）=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d孔=0.03m,间隔0.1m，每槽共计70个。则单侧V型槽表扫水出水孔总面积A表孔=（3.14×0.032/4）×70=0.0495㎡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V型槽内水位高出滤池反冲洗时液面hv液=[Q表水/（2×0.8A表孔）]2/（2g）=[0.0784/(2×0.8×0.0495)]2/(2×9.81)=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的流量Q反单=（6+2.8）×28/1000=0.246m3/sh排槽=[Q反单/(1.84×7)]2/3=0.072m。V型槽倾角500，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0.9―0.05―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－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’=Il=0.0115×50=0.575m表4—1冲洗管配件及阻力系数配件名称数量/个局部阻力系数900弯头阀门等径三通6346×0.78=4.683×0.2=0.64×0.1=0.4总计5.68△hj’=ξv2/(2g)=5.68×1.682/(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）、集水池最低取水水位与滤池排水槽堰顶的高差H0=4.415m（3）、滤池配水系统的水头损失△h2A、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=0.013）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/（1.68×0.8）=0.125m水力半径：R反水=b气水h反水/（2h反水+b气水）=0.8×0.125/（2×0.125+0.8）=0.095m水力坡降：i反渠=（nv渠/R渠2/3）2=（0.013×1.68/0.0952/3）2=0.011渠内水头损失△h反水=I反水l反水=0.011×7=0.077m。B、气水分配干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为配水方孔总面积，A方孔=0.552㎡，则，△h方孔=[Q反气水/（0.8A方孔）]2/2g=[0.168/（0.8×0.552）]2/（2×9.81）=0.019mC、查手册，反冲洗水经过滤头的水头损失△h滤≤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%×f）=0.168/(1%×28)=0.6m/s通过滤头增加的水头损失△h增=9810n(0.01-0.01v+0.12v2)=9810×3.83×(0.01-0.01×0.6+0.12×0.62)=1773.4pa=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γ1比水略重，水的容重γ=1000㎏/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，则滤料层水头损失△h3=（γ1/γ-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=H0+△h1’+△h2’+△h3’+△h4’=4.415+1.395+0.493+0.5+1.5=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ΔP滤头根据资料，在该气体流量下的压力损失最大为：ΔP滤头=3Kpa。（2）、气水分配渠配气小孔的气压损失ΔP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/（2×28×0.785×0.052）=5.86m/s压力损失按孔口出流公式Q=3600ΜA（2gΔp/γ）1/2计算式中：μ——孔口流量系数，μ=0.6A——孔口面积，0.00196㎡ΔP——压力损失㎜水柱g——重力加速度，g=9.81㎡/sQ——气体流量，m3/hγ——水的相对密度，γ=1ΔP气孔=（Q2气孔γ）/（2×36002μ2A2气孔g）=41.42/(2×36002×0.62×0.001962×9.81)=4.9㎜H2O≈0.0478Kpa（3）、配气管道的总压力损失ΔP管A、配气管道的沿程压力损失ΔP1反冲洗空气流量0.644m3/s,配气干管用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