Capitolul 3a

Aspecte generale

Capitolul 3. Elemente de calcul şi proiectare pentru echipamente de separare prin sedimentare a impurităţilor din apele uzate

3.1. Aspecte generale

Sedimentarea este procesul de separare a particulelor solide, minerale sau organice, aflate în suspensie în apa uzată, prin depunere gravimetrică. Sedimentarea particulelor solide are loc pe cale naturală sau după tratamente de coagulare – floculare sau precipitare care fac posibilă depunerea gravimetrică.

În staţiile de epurare a apelor uzate urbane se întâlnesc două categorii principale de echipamente pentru separarea impurităţilor prin sedimentare, şi anume: deznisipatoarele şi decantoarele.

Deznisipatoarele sunt instalaţii utilizate pentru separarea din apele uzate a particulelor minerale cu dimensiuni mai mari de 0,2 – 0,25 mm, care în timpul procesului de lucru se depun pe radierul echipamentului, şi care poartă denumirea generică de „nisip” (trebuie menţionat faptul că nisipul rezultat în deznisipatoarele staţiilor de epurare a apelor uzate menajere conţine pe lângă particule minerale şi mici cantităţi de substanţe organice care îi conferă acestuia un ridicat grad de nocivitate) [3, 7]. Deznisipatoarele fac parte din treapta mecanică a staţiilor de epurare a apelor uzate fiind amplasate în mod curent după echipamentele de sitare şi înaintea separatoarelor de grăsimi, sau dacă acestea nu sunt utilizate, a decantoarelor primare.

Deznisipatoarele cele mai frecvent utilizate în staţiile de epurare actuale se clasifică după mai multe criterii, şi anume:

- după direcţia de curgere a apei:- deznisipatoare orizontale longitudinale;- deznisipatoare orizontale tangenţiale;

- după modul în care se realizează circulaţia apei:- deznisipatoare cu curgere gravitaţională;- deznisipatoare cu antrenare mecanică a curentului de apă;- deznisipatoare cu insuflare de aer (aerate);

- după modul în care se evacuează nisipul:- deznisipatoare cu evacuare manuală;- deznisipatoare cu evacuare mecanică;- deznisipatoare cu evacuare hidraulică.

Decantoarele sunt instalaţii utilizate pentru separarea din apele uzate a substanţelor sedimentabile gravimetric aflate în suspensie care se depun pe radierul acestora şi poartă denumirea generică de „nămol”. Nămolurile au natură şi aspecte diferite în funcţie de locul de plasare a decantoarelor în schema

80

tehnologică a staţiilor de epurare a apelor uzate urbane, putându-se deosebi următoarele categorii: nămoluri primare rezultate în decantoarele din treapta mecanică, nămoluri secundare rezultate în decantoarele din treapta biologică şi, eventual, nămoluri terţiare de la decantoarele din treapta terţiară atunci când staţiile de epurare sunt dotate cu o astfel de treaptă. Indiferent de treapta în care se găsesc, decantoarele sunt de regulă ultimul obiect tehnologic de prelucrare a apelor uzate din cadrul acesteia.

Decantoarele uzual utilizate în staţiile de epurare actuale se pot clasifica după mai multe criterii, şi anume:

- după direcţia de curgere a apei:- decantoare orizontale longitudinale;- decantoare orizontale radiale;- decantoare verticale;- decantoare de tip special (cu module lamelare, ciclatoare, etc.);

- după modul de evacuare a nămolului:- decantoare cu evacuare manuală;- decantoare cu evacuare mecanică;- decantoare cu evacuare hidraulică;

- după calitatea de a realiza şi alte procese tehnologice în afară de sedimentarea impurităţilor din apa uzată:

- decantoare obişnuite în care se realizează numai sedimentarea impurităţilor din apa uzată;

- decantoare cu etaj (Imhoff) în care se realizează pe lângă sedimentarea impurităţilor din apa uzată şi fermentarea anaerobă şi criofilă (la temperatura mediului ambiant) a nămolului rezultat.

În cadrul acestui capitol vor fi prezentaţi algoritmii de calcul ai principalilor parametrii dimensionali, cinematici, dinamici şi energetici ai unor tipuri reprezentative de deznisipatoare şi decantoare frecvent utilizate în cadrul staţiilor de epurare actuale, şi anume: deznisipator longitudinal cu secţiune parabolică şi colectare mecanică/ hidraulică a nisipului, deznisipator longitudinal cu secţiune dreptunghiulară şi colectare mecanică/hidraulică a nisipului, decantoare orizontale longitudinale cu colectare mecanică a nămolului (cu pod raclor sau cu racloare pe lanţuri), decantor orizontal radial cu colectare mecanică a nămolului.

3.2. Determinarea parametrilor principali ai deznisipatoarelor

3.2.1. Determinarea debitelor caracteristice de apă şi nisip ale deznisipatoarelor

Debitul de calcul (dimensionare) Qc [m3/h] de apă uzată prelucrat de deznisipatoare se stabileşte în funcţie de procedeul de canalizare utilizat pentru aducerea apei uzate în staţia de epurare, astfel:

81

Determinarea parametrilor principali ai deznisipatoarelor

- pentru procedeul de canalizare unitar sau mixt:(3.1)

în care: Qu orar max [m3/h] – debitul orar maxim al localităţii deservite de staţia de epurare;

z – coeficient care ţine seama de neuniformitatea debitului apelor de canalizare introduse în staţie, cu valori între 2 – 4 (vezi paragraful 1.2 sau STAS 1846-90), în condiţii normale z având valoarea 2 [7];

- pentru procedeul de canalizare separativ:(3.2)

Debitul de verificare Qv [m3/h] de apă prelucrat de deznisipatoare, indiferent de procedeul de canalizare utilizat pentru aducerea apei uzate în staţia de epurare, se stabileşte cu relaţia:

(3.3)în care: Qu orar min [m3/h] – debitul orar minim de apă uzată al localităţii

deservite de staţia de epurare.

Menţiune: Deznisipatoarele sunt obiecte tehnologice care sunt prevăzute în componenţa staţiilor de epurare numai în cazul în care valorile debitului orar maxim de apă uzată Qu orar max [m3/h] al localităţii deservite de acestea sunt mai mari sau egale cu 36 m3/h (10 l/s) în cazul în care pentru aducerea apei uzate la staţia de epurare se utilizează canalizări în procedeul unitar sau mixt, respectiv mai mari sau egale cu 126 m3/h (35 l/s) în cazul în care pentru aducerea apei uzate la staţia de epurare se utilizează canalizări în procedeul separativ [7].

Cantitatea specifică de nisip cms [m3 nisip/105 m3 apă uzată] care se colectează şi evacuează se apreciază în funcţie de procedeul de canalizare folosit pentru aducerea apei uzate la staţia de epurare, astfel:

- pentru procedeul de canalizare unitar sau mixt:

- pentru procedeul de canalizare separativ:

Cantitatea zilnică de nisip evacuată Cms zi [m3/zi] se determină cu relaţia:(3.4)

în care : Qu zi max [m3/zi] – debitul zilnic maxim de apă uzată al localităţii.

82

Elemente de calcul şi proiectare pentru echipamente de separare prin sedimentare a impurităţilor din apele uzate

Masa zilnică de nisip evacuată mnis zi [kg/zi] se determină cu relaţia:(3.5)

în care: ρnis – densitatea nisipului evacuat din deznisipator, ρnis = 2650 kg/m3 [7].

3.2.2. Determinarea parametrilor principali ai deznisipatorului longitudinal cu secţiune parabolică şi colectare mecanică/hidraulică a nisipului

3.2.2.1. Construcţia şi funcţionarea deznisipatorului longitudinal cu secţiune parabolică

Deznisipatorul longitudinal cu secţiune parabolică şi colectare mecanică/hidraulică a nisipului este compus din următoarele componente principale (vezi figura 3.1): compartimentele de deznisipare (poziţia I), canalele Parshall (poziţia II), podul rulant de colectare a nisipului (poziţia III), sistemul de evacuare şi spălare a nisipului (poziţia IV) şi jgheaburile drenante longitudinale pentru deshidratarea nisipului (poziţia V).

Compartimentele de deznisipare sunt construite din beton având pereţii 1 de formă parabolică (sau o formă cât mai apropiată de aceasta) în zona de curgere a apei (vezi figura 3.1, secţiunea transversală A - A) şi verticali deasupra zonei de curgere a apei. De-a lungul părţii inferioare a compartimentelor sunt prevăzute rigolele centrale 2 de colectare a nisipului. În cazul în care deznisipatorul are sistem de colectare mecanică a nisipului, în partea dinspre amonte a fiecărui compartiment sunt prevăzute başele 3. În cazul în care deznisipatorul are sistem de colectare hidraulică a nisipului, başele nu sunt necesare.

În avalul fiecărui compartiment de deznisipare cu secţiune parabolică este recomandabil să fie prevăzut câte un canal Parshall care are următoarele roluri foarte importante: să menţină constantă viteza de curgere a curentului de apă uzată care străbate deznisipatorul în cazul în care debitul curentului de apă uzată variază (variaţia debitului este limitată superior de o valoare maximă, şi anume valoarea debitului Qc de calcul, situaţie în care nivelul apei în deznisipator se găseşte la limita superioară a zonei parabolice a pereţilor); să permită o determinare uşoară şi precisă a valorii debitului de apă uzată care străbate deznisipatorul.

Canalele Parshall care lucrează în agregat cu compartimentele de deznisipare, sunt canale cu secţiune dreptunghiulară prevăzute cu o îngustare (fantă) dreptunghiulară având radierul orizontal sau coborât (cu treaptă). Atâta timp cât curgerea apei prin canalul Parshall se face cu salt hidraulic neînecat, debitul de intrare în canal (acelaşi cu debitul din deznisipator) poate fi determinat prin măsurarea unui singur parametru, şi anume nivelul apei din amontele

83

Fig. 3.1. Deznisipator longitudinal cu secţiune parabolică, cu colectare mecanică şi evacuare hidraulică a nisipului


îngustării, scop în care în această zonă este prevăzut căminul 4 în care se fac măsurătorile.

Podul rulant de colectare a nisipului este compus din platforma 5, sistemul de rulare 6, sistemul de antrenare 7 care asigură deplasarea podului rulant şi după caz, cu lopeţile racloare 8 dotate cu mecanismele de poziţionare 9, la sistemele de colectare mecanică a nisipului sau cu agregate de pompare sau cu instalaţii cu sifoane, la sistemele de colectare hidraulică a nisipului (în acest din urmă caz, amestecul de nisip şi apă este preluat din rigola de colectare a deznisipatorului prin intermediul unor conducte de absorbţie prevăzute cu sorburi şi apoi evacuat în lungul jgheabului drenant longitudinal adiacent deznisipatorului prin conductele de evacuare fixate pe podul rulant). Un pod rulant poate deservi simultan unul sau mai multe compartimente de deznisipare. Dacă podul rulant deserveşte concomitent mai multe compartimente de deznisipare, atunci acesta este prevăzut cu organe de colectare/colectare – evacuare a nisipului pentru fiecare compartiment în parte, poziţionate corespunzător şi care pot fi comandate independent.

Sistemul de evacuare şi spălare a nisipului, care echipează deznisipatoarele cu colectare mecanică a nisipului, preiau hidraulic nisipul colectat în başele din amontele compartimentelor de deznisipare prin intermediul unor agregate de pompare 10 şi îl introduc în instalaţia de spălare 11, unde acesta este curăţat de particulele şi impurităţile fine de natură organică, după care este evacuat prin intermediul unui sistem de conducte 12 în jgheabul drenant longitudinal amplasat paralel cu compartimentele de deznisipare, în vederea deshidratării.

3.2.2.2. Determinarea parametrilor dimensionali şi funcţionali ai compartimentelor deznisipatorului longitudinal cu secţiune parabolică

Viteza vo [m/s] orizontală a apei în deznisipator (medie pe secţiune) se impune de către proiectant din intervalul de valori 0,1 – 0,3 m/s.

Timpul tm dez [s] mediu de trecere a apei prin deznisipator se impune de către proiectant din intervalul de valori 30 – 65 s.

Lungimea L [m] a deznisipatorului se determină cu următoarea relaţie:

(3.6)

Încărcarea superficială us [m/h] a deznisipatorului se exprimă cu relaţia:

(3.7)

85


Fig. 3.2. Parametrii dimensionali ai compartimentelor deznisipatorului longitudinal cu secţiune parabolică

Aceasta trebuie să îndeplinească condiţia:(3.8)

în care: u [m/h] – viteza de sedimentare în curent, determinată experimental pentru particule de diferite dimensiuni de nisip cu densitatea de 2650 kg/m3 şi la o viteză de curgere orizontală a apei de 0,3 m/s, are valorile din tabelul 3.1 (în tabel sunt indicate în plus şi valorile mărimii hidraulice uo [m/h] corespunzătoare diferitelor dimensiuni ale particulelor de nisip).

Suprafaţa Ao [m2] a luciului de apă din deznisipator corespunzătoare debitului de calcul se exprimă cu relaţia:

(3.9)în care: B [m] – lăţimea deznisipatorului.

Tabelul 3.1d [mm] 0,20 0,25 0,30 0,40uo [m/h] 82,8 115,2 144 201,6u [m/h] 57,6 82,8 108 162

Lăţimea B [m] a deznisipatorului se poate determina pe baza relaţiilor 3.7, 3.8 şi 3.9 rezultând:

(3.10)

Se recomandă ca lăţimea B a deznisipatorului să aibă valori între 0,6–4m [2]. Dacă prin calcul, cu relaţia 3.10, valoarea lăţimii B este mai mare de 4 m atunci deznisipatorul va avea cel mai mic număr întreg idez de compartimente active cu o lăţime Bcomp [m] mai mică de 4 m. Lăţimea Bcomp se determină tot cu relaţia 3.10, înlocuind debitul Qc de calcul al deznisipatorului cu debitul de calcul

86


Qc comp = Qc / idez pentru un compartiment activ al deznisipatorului. Dacă, prin calcul rezultă o valoare a lui B mai mică de 0,6 m, atunci i se va da lui B valoarea de 0,6 m.

Menţiuni: La deznisipatoarele din staţiile de epurare trebuie să fie obligatoriu prevăzute atât compartimente active cât şi de rezervă. Deci, numărul total minim de compartimente ale unui deznisipator este de 2 compartimente (unul activ şi unul de rezervă).

Se recomandă ca la intrarea şi la ieşirea compartimentelor de deznisipare să se prevadă stavile sau batardouri în scopul izolării fiecărui compartiment în caz de avarii, revizii sau reparaţii.

Dacă deznisipatorul are mai multe compartimente de deznisipare, amplasarea acestora se face ţinându-se seama de numărul total de compartimente şi pe baza dimensiunilor caracteristice recomandate ale podurilor rulante (vezi tabelele 3.2 şi 3.3), analizându-se dacă podurile rulante vor deservi concomitent unul sau mai multe compartimente.

Înălţimea hc [m] a apei în compartimentele de deznisipare, la debitul de calcul Qc comp se determină cu relaţia:

(3.11)

Se recomandă ca înălţimea hc a apei în compartimentele de deznisipare, la debitul de calcul, să ia valori între 0,4 – 1,5 m. Dacă valoarea lui h c nu se încadrează în gama de valori recomandată, atunci se vor reconsidera valorile impuse pentru vo şi tm dez şi se vor relua calculele cu relaţiile 3.6 – 3.11 până vor fi respectate toate condiţiile impuse.

Înălţimea H [m] a compartimentelor de deznisipare se impune să fie cu 0,5-0,7 m mai mare ca înălţimea hc a apei în compartimentele de deznisipare, la debitul de calcul.

Ecuaţia parabolei după care sunt profilaţi pereţii compartimentelor deznisipatorului în zona de curgere a apei uzate este de forma (vezi figura 3.3):

(3.12)

în care: b [m] – distanţa curentă dintre pereţii parabolici ai deznisipatorului la oglinda apei;

h [m] – adâncimea curentă a apei din deznisipator; p – parametrul parabolei.

Parametrul parabolei se determină punând condiţiile la limită: b=Bcomp şi h=hc, în acest caz rezultând pentru parametrul p valoarea B2

comp/8·hc.Deci, relaţia explicită a ecuaţiei după care sunt profilaţi pereţii

compartimentelor deznisipatorului în zona de curgere a apei uzate este:

87


(3.13)

Fig. 3.3. Reprezentarea grafică a ecuaţiei care defineşte forma pereţilor deznisipatorului în zona de curgere a apei

Dimensiunile lăţimii brig [m] şi înălţimii hrig [m] ale rigolei longitudinale de colectare a nisipului se vor impune de către proiectant şi vor avea valori de minimum 0,4 m, respectiv minimum 0,25 m [2, 7].

3.2.2.3. Determinarea parametrilor dimensionali şi funcţionali ai canalului Parshall, amplasat în avalul deznisipatorului

Canalele Parshall sunt dispozitive de măsurare a debitului de apă uzată care pot fi plasate în orice punct al staţiei de epurare. Totuşi, se recomandă ca acestea să fie plasate în avalul deznisipatoarelor cu secţiune parabolică în scopul menţinerii constante a vitezei de curgere a apei în acestea.

Canalele Parshall se obţin prin îngustarea secţiunii în plan transversal de la valoarea iniţială BP la bP < BP şi apoi lărgirea printr-un divergent la valoarea iniţială BP (vezi figura 3.4), suprafeţele verticale de racordare fiind plane. Îngustarea secţiunii canalului produce o accelerare a curentului de apă rezultând o coborâre a nivelului acestuia.

88


Fig. 3.4. Principiul de funcţionare a unui canal ParshallDacă datorită îngustării secţiunii canalului sau a modificării (coborârii)

fundului acestuia se produce un regim de curgere rapidă sau torenţială a curentului de apă, rezultând un salt hidraulic neînecat (perfect sau îndepărtat) între nivelurile curentului de apă din amontele, respectiv avalul îngustării, atunci se poate considera că curgerea curentului de apă din canal în amontele îngustării nu este influenţată de curgerea curentului de apă din avalul îngustării şi că debitul curentului de apă poate fi determinat doar prin măsurarea unui singur parametru, şi anume adâncimea ham [m] curentului de apă în canalul din amontele îngustării secţiunii, printr-o relaţie de forma:

(3.15)

Orientativ şi acoperitor se poate considera că saltul hidraulic este neînecat atunci când este îndeplinită condiţia:

(3.16)în care: hav [m] – adâncimea curentului de apă în canalul din avalul

îngustării secţiunii.

Menţiune: Prin realizarea de racordări curbe corespunzătoare şi utilizarea unor dimensiuni geometrice alese raţional, valoarea limită a adâncimii hav din aval pentru realizarea saltului hidraulic neînecat poate atinge chiar 0,75·ham.

Forma secţiunii îngustării (denumită şi fantă) poate fi (vezi figura 3.5): dreptunghiulară, trapezoidală sau în U (dreptunghiulară cu fund rotunjit). Dintre acestea, canalele cu fantă rectangulară sau sub formă de U sunt mai sensibile la variaţiile de debit, iar cele cu fantă trapezoidală sunt recomandate în cazul unei game foarte largi de debite care trebuie măsurată. În practică, pentru ape uzate, canalele cu fantă dreptunghiulară, care sunt totodată şi cele mai simplu de executat, sunt cel mai des utilizate.

89


Fig. 3.5. Forme ale secţiunii transversale a canalelor ParshallDeterminarea parametrilor dimensionali şi funcţionali ai canalelor

Parshall cu îngustare cu secţiune dreptunghiulară utilizate în staţiile de epurare a apelor uzate s-a făcut prin studii experimentale, prin folosirea unor modele la scară redusă şi, apoi, prin aplicarea principiilor de similitudine [7].

S-au studiat două variante de canale Parshall, şi anume:

- canal Parshall cu radierul coborât (cu treaptă);- canal Parshall cu radierul drept.

Modelele experimentale de canale Parshall pe care s-au făcut încercările experimentale în laborator au avut lăţimea B* = 0,30175 m (toţi parametrii aferenţi modelului sunt notaţi cu „* ”). S-au făcut încercări pentru trei variante de

îngustare, şi anume, având valorile coeficientului de îngustare de 0,30;

0,40 şi 0,50 m.În urma încercărilor experimentale, a analizei şi prelucrării rezultatelor,

s-au putut stabili expresiile parametrilor dimensionali şi funcţionali ai celor două variante de canale Parshall (cu radierul coborât şi cu radierul drept) studiate.

Ţinându-se seama şi de criteriile de similitudine, dimensionarea parametrilor dimensionali şi funcţionali se face prin intermediul coeficientului de similitudine geometrică l (similitudine Froude), astfel:

(3.17)

(3.18)

(3.19)

în care: l – coeficientul de similitudine geometrică, reprezintă raportul dintre dimensiunile omoloage ale canalelor Parshall din natură, respectiv pe model, adică:

(3.20)

– adâncimile curentului de apă din

amontele, respectiv avalul îngustării modelelor de canal Parshall studiate;

Q [m3/h], Q* [m3/h] – debitele curenţilor de apă care parcurg canalele Parshall real, respectiv de laborator.

Parametrii dimensionali ai unui canal real de tip Parshall cu radierul coborât (vezi figura 3.6), respectiv ai unui canal real de tip Parshall cu radierul drept (vezi figura 3.7) se determină cu următoarele relaţii:

90


(3.21)

(3.22)

Fig. 3.6. Canal Parshall cu radier coborât (cu treaptă)

(3.23)

(3.24)

(3.25)

(3.26)

(3.27)

(3.28)

(3.29)

(3.30)

(3.31)

91


Menţiune importantă: Pentru ca un canal Parshall care lucrează în agregat cu un compartiment de deznisipare longitudinal cu secţiune parabolică, să asigure menţinerea constantă a vitezei orizontale de curgere a apei în

deznisipator, se impune egalitatea dintre adâncimea a curentului de apă din

canalul Parshall (în amonte de îngustarea secţiunii) şi adâncimea hc a curentului

de apă în compartimentul de deznisipare ( = hc), aceasta conducând, pe baza

condiţiei de egalitate a secţiunilor parcurse de curentul de apă, atât în compartimentul de deznisipare cât şi în canalul amonte a canalului Parshall, la o valoare a lăţimii BP a canalului Parshall:

Fig. 3.7. Canal Parshall cu radier orizontal

92


(3.32)

în care: B [m] – lăţimea compartimentului de deznisipare longitudinal cu secţiune parabolică cu care canalul Parshall lucrează în agregat.

La dimensionarea canalelor Parshall cu ştrangulare dreptunghiulară se mai ţine seama şi de următoarele recomandări:

- adâncimea apei în canalul Parshall în amonte de ştrangulare trebuie să fie astfel încât ham > 0,05m sau ham > 0,05·CD, dar în orice caz mai mică de 2 m;

- lăţimea bP va fi astfel încât:

(3.33)

la care bP > 0,10 m şi

Fig. 3.8. Aliniamentul canalelor Parshall

- canalul Parshall trebuie amplasat pe un aliniament care să asigure distanţele (vezi figura 3.8):

- în amonte (de la deznisipator până la orificiul de măsurare):

(3.34)

- în aval:

(3.35)

93


aliniamentul L3 poate fi eliminat dacă există probabilitatea realizării imediat după canalul Parshall a unei căderi sau trepte (vezi figura 3.9). În acest caz, canalul Parshall va funcţiona neînecat atâta vreme cât nivelul apei din aval de treaptă hav c va fi sub nivelul critic hcrc aferent treptei;

Fig. 3.9. Canal Parshall cu treaptă aval

- pierderile de sarcină sunt cu atât mai mici cu cât coeficientul de ştrangulare are valori mai mari;

- sensibilitatea cea mai mare în ceea ce priveşte măsurarea adâncimii ham

a curentului de apă se obţine pentru valori mici ale coeficientul de ştrangulare ( = 0,30).

Amplasarea canalelor Parshall în fluxul tehnologic al staţiei de epurare va urmării ca nici un obiect sau obstacol aval să nu producă remuu care ar putea conduce la înecarea acestora şi, de asemenea, ca nivelurile din amonte generate de canalele Parshall să nu influenţeze defavorabil curgerea în obiectele din amonte.

Adâncimile ham [m] şi hav [m] ale curentului de apă din canalele Parshall în amontele, respectiv în avalul ştrangulării se determină în funcţie de debitul Q al curentului de apă care parcurge canalul Parshall pe baza graficelor de variaţie rezultate în urma cercetărilor experimentale realizate pe modele de laborator [7], respectiv impunerii regulilor de similitudine (relaţiile 3.17, 3.18, 3.19 şi 3.20) pentru trecerea la aplicaţii reale. Astfel la canalele Parshall cu radierul coborât, respectiv cu radierul drept, pentru diferite valori ale coeficientului de ştrangulare au fost stabilite prin regresie următoarele relaţii de calcul pentru adâncimile ham şi hav:

- canal Parshall cu radierul coborât:

- la = 0,30:

94


(3.36)

(3.37)

- la = 0,40:

(3.38)

(3.39)

- la = 0,50:

(3.40)

(3.41)

- canal Parshall cu radierul drept:

- la = 0,30:

(3.42)

(3.43)

- la = 0,40:

95


(3.44)

(3.45)

- la = 0,50:

(3.46)

(3.47)

Pe baza relaţiilor 3.36 3.47 se poate stabili caracterul saltului hidraulic din canalul Parshall pentru orice valoare între 0 şi Qc comp a debitului Q a curentului de apă care îl străbate.

Menţiune: La dimensionarea canalului Parshall se va avea grijă ca la debitul Qv de verificare, înălţimile ham

v şi hav

v să fie astfel încât valorile vitezelor medii ale apei în amonte, respectiv în aval de ştrangulare să fie superioare valorii vitezei de autocurăţire pentru apa deznisipată (0,4 m/s).

3.2.2.4. Determinarea parametrilor dimensionali, cinematici dinamici şi energetici ai podului rulant de colectare a nisipului

3.2.2.4.1. Tipuri de poduri rulante folosite în staţiile de epurare a apelor uzate

Podurile rulante care echipează deznisipatoarele şi decantoarele longitudinale din staţiile de epurare a apelor uzate sunt construcţii monogrindă sau cu două grinzi, cu deschideri până la cca. 10 m, propulsate cu sisteme de acţionare proprii, pe care sunt montate organele de colectare/colectare – evacuare a nisipului/nămolului.

În general un pod rulant este compus din următoarele părţi principale (vezi figura 3.10): cadrul podului rulant (poziţia I), trenul de rulare (poziţia II),

96


sistemul de propulsie a podului (poziţia III), sistemul de colectare/ colectare – evacuare a nisipului/nămolului (poziţia IV), instalaţia electrică a podului rulant (poziţia V).

Fig. 3.10. Schema de principiu a unui pod rulant pentru bazine longitudinale (aici dotat cu lame de raclare a nisipului din deznisipatoare)

Cadrul podului rulant este format din: grinzile de rezistenţă 1 confecţionate din profiluri de oţel sau din chesoane din tablă de oţel, platforma 2 şi balustradele de protecţie 3.

Trenul de rulare al podurilor este de regulă format din două punţi cu câte două roţi 4 (în unele cazuri excepţionale, la poduri de mari dimensiuni pot utilizate mai multe punţi), dintre care una motoare (respectiv cea anterioară în direcţia de mişcare a podului la cursa activă); roţile podurilor rulante ale deznisipatoarelor sau decantoarelor longitudinale pot fi: metalice prevăzute cu buze de ghidare unilaterale sau bilaterale (vezi figura 3.11), caz în care căile de rulare sunt metalice (şine), metalice cu înveliş din poliuretan sau cauciuc, caz în care căile de rulare sunt chiar coamele pereţilor din beton ale bazinelor (în acest caz pentru ghidarea deplasării podurilor rulante astfel încât să fie împiedicată înaintarea oblică care se poate dovedi foarte periculoasă, acestea sunt prevăzute cu roţi de ghidare, cu axa verticală, care rulează pe pereţii laterali ai bazinelor – vezi figura 3.13).

97


Fig. 3.11. Roţi metalice cu buze de ghidare de la podurile rulante [1]

Sistemul de propulsie al podului rulant este format din motorul electric 5 şi transmisia 6, care este de regulă mecanică putând avea în componenţă transmisii cu curea, reductoare sau transmisii cu lanţ şi care acţionează roţile motoare; sistemul de propulsie trebuie să asigure deplasarea podului rulant în ambele sensuri.

Sistemul de colectare/colectare – evacuare a nisipului/nămolului realizează raclarea nisipului/nămolului din rigola centrală longitudinală sau de pe radierul deznisipatoarelor/decantoarelor antrenându-l către başa din amontele acestora în cazul sistemelor mecanice de colectare, sau absorbţia nisipului/nămolului din rigola centrală longitudinală sau de pe radierul deznisipatoarelor/decantoarelor în cazul sistemelor hidraulice de colectare-evacuare.

Sistemul mecanic de colectare a nisipului/nămolului este format (vezi figura 3.10) din: lamele de raclare 7, sistemul 8 de susţinere a lamelor de raclare şi mecanismul 9 de poziţionare a lamelor de raclare.

În cazul utilizării sistemelor mecanice de colectare a nisipului/nămolului deplasarea podurilor rulante prezintă particularităţi în funcţie de sensul de deplasare şi anume: la deplasarea dinspre avalul către amontele bazinelor longitudinale se realizează cursa activă pe parcursul căreia podul rulant are organele sistemului de colectare a nisipului/nămolului în poziţie de lucru şi are loc procesul de raclare, în timp ce la deplasarea dinspre amontele către avalul bazinelor longitudinale se realizează cursa pasivă pe parcursul căreia podul rulant are organele sistemului de colectare a nisipului/nămolului în poziţie retrasă

98


sau rabătută podul rulant îndreptându-se spre punctul de pornire într-o nouă cursă activă (de obicei în timpul cursei pasive la decantoarele longitudinale primare sunt activate lamele de antrenare a spumei de la suprafaţa apei).

De regulă, în cazul deznisipatoarelor longitudinale, podurile rulante deservesc simultan mai multe compartimente, pe acelaşi pod rulant fiind montate organe de colectare a nisipului pentru toate compartimentele, amplasate corespunzător, şi dotate cu mecanisme de poziţionare individuale (vezi figura 3.10).

În cazul decantoarelor primare longitudinale, în cele mai multe cazuri un pod rulant deserveşte un singur bazin şi este dotat cu organe de colectare ale nămolului şi spumei necesare deservirii acestuia. Spre exemplificare vor fi prezentate mai multe variante de poduri rulante care deservesc decantoare, şi anume: în figura 3.12 [8] este prezentat un pod rulant pentru decantoare primare longitudinale cu colectare mecanică a nămolului cu lamă racloare având mecanism de poziţionare cu flotoare, în figura 3.13 [9] este prezentat un pod rulant pentru decantoare primare longitudinale cu colectare mecanică a nămolului cu lamă racloare având mecanism de poziţionare cu troliu, care are particularitatea că în timpul cursei active lama este pusă în poziţie de raclare a nămolului iar în timpul cursei pasive lama este rabătută şi adusă la suprafaţa apei lucrând ca lamă de antrenare a spumei.

Sistemul hidraulic de colectare – evacuare a nisipului/nămolului este format (vezi figura 3.14) din conductele de sucţiune 1 prevăzute cu sorburile 2 astfel profilate încât la deplasarea podului rulant să baleieze complet zonele de depunere a nisipului/nămolului, rezervorul tampon 3 şi instalaţia de evacuare a nisipului/nămolului (prin pompare sau prin sifonare) compusă din pompa de lucru/amorsare 4 şi conductele de transport 5 care preia nisipul/nămolului din rezervorul tampon şi îl evacuează în jgheabul drenant longitudinal 6.

99


Fig. 3.12. Pod rulant pentru decantoare primare longitudinale cu lamă racloare de colectare a nămolului cu flotoare şi tren de rulare cu roţi metalice pe şine [8]

1 – platformă, 2 – mecanism de acţionare a podului rulant, 3 – racord electric aerian, 4 – lamă racloare, 5 – flotor, 5 – mecanism de poziţionare a lamei racloare, 7 – jgheab oscilant,

8 – lamă pentru spumă, 9 – tablou de comandă, 10 – tampon amonte,11 – tampon aval, 12 – lamă deversantă, 13 – cale de rulare.

100


Fig. 3.13. Pod rulant pentru decantoare primare longitudinale cu lamă racloare de colectare a nămolului şi tren de rulare direct

pe coama pereţilor verticali ai bazinului [9]

1 – platformă, 2 – roţi acţionate, 3 – role laterale, 4 – sistem de acţionare, 5 – mecanism susţinere lamă, 6 – lamă în poziţie de raclare nămol,

7 – lamă în poziţie de antrenare spumă, 8 – jgheab colector oscilant, 9 – tablou electric, 10 - racord electric aerian.

101


Fig. 3.14. Schema de principiu a unui sistem hidraulic de colectare – evacuare a nisipului care echipează un pod rulant pentru deznisipatoare longitudinale

În cazul utilizării sistemelor hidraulice de colectare – evacuare a nisipului/nămolului nu apar particularităţi în funcţie de sensul de deplasare a podurilor rulante, sistemul hidraulic de colectare-evacuare a nisipului/nămolului fiind în funcţionare permanentă indiferent de sensul de deplasare.

Podurile rulante dotate cu sisteme hidraulice de colectare – evacuare a nămolului se utilizează numai la decantoare secundare. Spre exemplificare în figura 3.15 [12, 14] este prezentat un pod rulant pentru decantoare secundare longitudinale cu colectare – evacuare hidraulică a nămolului prin pompare, iar în figura 3.16 [12, 14] este prezentat un pod rulant pentru decantoare secundare longitudinale prevăzut cu colectare – evacuare hidraulică a nămolului prin sifonare.

Instalaţia electrică a podului rulant (vezi figura 3.10, poziţia V) este compusă din racordul electric aerian 10, tabloul electric şi de automatizare 11 precum şi sistemul de cabluri. Prin intermediul tabloului electric şi de automatizare poate fi stabilit programul de deplasare al podului şi comanda sistemelor de poziţionare a organelor de colectare sau, după caz, acţionarea electropompelor de la sistemele de colectare – evacuare hidraulică a nisipului/nămolului.

102


Fig. 3.15. Pod rulant pentru decantoare primare longitudinale cu evacuarea nămolului prin pompare [12]

1 – platformă, 2 – mecanism de acţionare, 3 – racord electric aerian, 4 – gură de aspiraţie,5 – conducte de aspiraţie, 6 – deversor circular, 7 – colector, 8 – instalaţie de pompare,

9 – instalaţie electrică, 10 – lamă deversantă, 11 – cale de rulare.

Fig. 3.16. Pod rulant pentru decantoare primare longitudinale cu evacuarea nămolului prin sifonare [12]

1 – platformă, 2 – mecanism de acţionare, 3 – racord electric aerian, 4 – gură de aspiraţie, 5 – conducte de aspiraţie, 6 – deversor reglabil, 7 – colector, 8 – sifon,

9 – pompă de amorsare, 10 – instalaţie electrică, 11 – lamă deversantă, 12 – cale de rulare.

103


3.2.2.4.2. Parametrii dimensionali, cinematici, dinamici şi energetici ai podurilor rulante din staţiile de epurare a apelor uzate

Podurile rulante folosite în staţiile de epurare din ţara noastră sunt realizate în serie tipodimensională având parametrii dimensionali în corelaţie cu profilele bazinelor decantoarelor longitudinale, care au dimensiuni standardizate (STAS 4162/1-89, STAS 4162/2-89).

Condiţiile constructive care se impun podurilor rulante şi bazinelor pentru decantoare longitudinale primare (vezi figurile 3.12, 3.13, 3.17) sunt prezentate în tabelele 3.2 [8, 9] şi 3.9 [16].

Tabelul 3.2 [8]Lăţime

decantor

b1 [m]

Distanţa dintre

coamele pereţilor lateraliB [m]

Lungime maximă decantor

L [m]

Ecartamentul trenului podului rulant

E [m]

Lungime lamă de raclare

l [m]

Distanţa dintre barele de

susţinere a lamei de raclare

c [m]

Distanţe de montare a

tampoanelor din aval

Înălţime bazin

H [m]

Nivelul apei la debitul

de calcul

Ha [m]a1 [m] a2 [m]

3 2,5 30 2,9 2,3 1,3 0,27 0,97 2,6 2,24 3,5 40 3,9 3,3 1,9 0,27 0,97 2,8 2,45 4,5 50 4,9 4,3 2,5 0,27 0,97 3,0 2,66 5,5 55 5,9 5,3 3,1 0,26 1,17 3,4 3,07 6,5 60 6,9 6,3 3,7 0,25 1,38 3,6 3,28 7,5 65 7,9 7,3 4,3 0,23 1,69 3,8 3,49 8,5 70 8,9 8,3 4,9 0,23 1,69 4,0 3,6

La execuţia bazinelor se impun următoarele condiţii [9]:- culmea şi partea laterală interioară (pe o porţiune de 200 mm

de la suprafaţă) a pereţilor longitudinali, constituind căile de rulare ale podului raclor, se vor realiza din beton mozaicat;

- planeitatea suprafeţei căii de rulare va avea o abatere maximă în direcţie transversală de maxim 2 mm;

- toleranţa de planeitate a suprafeţei de rulare şi ghidare va fi de 0,02 m pe o lungime de 4 m;

- devierea lăţimii totale a bazinului nu trebuie să depăşească ± 0,02 m.

Condiţiile constructive care se impun podurilor rulante şi bazinelor pentru decantoare longitudinale secundare (vezi figurile 3.15, 3.16 şi 3.18) sunt prezentate în tabelele 3.3 [12, 14] şi 3.10 [17].

La execuţia bazinelor se impun următoarele condiţii [12, 14]:- devierile admisibile la pereţii longitudinali şi la lăţimea totală

a bazinului nu trebuie să depăşească ± 0,02 m;

104

Tabel 3.3 [12]Lăţime

decantor

B [m]

Lăţime în partea

superioară a decantorului

B1 [m]

Ecartamentul trenului podului rulantE [m]

Lungime lamă de raclare

l [m]

Nivelul apei la

debitul de calculH1 [m]

Înălţime bazin

H2 [m]

Înălţimea la platforma podului rulantH3 [m]

Adâncimea gurii de

evacuare a sifonuluiH4 [m]

Înălţimea maximă a jgheabului

colector în cazul pompăriiH5 [m]

Adâncimea jgheabului colector în

cazul sifonăriiH6 [m]

Distanţa dintre bazin şi jgheabul

colectora1 [m]

Dimensiuni caracteristice ale

jgheabului colector în cazul sifonăriia2 [m] a3 [m]

3,5 2,0 3,4 2,8 2,7 3,0 0,28 1,62 2,0 1,695 0,95 0,215 0,3254,0 2,2 3,9 3,3 2,9 3,2 0,28 1,61 2,0 1,695 0,95 0,225 0,3505,0 3,2 4,9 4,3 3,1 3,4 0,28 1,59 2,0 1,705 0,95 0,265 0,4256,0 4,2 5,9 5,3 3,3 3,6 0,30 1,59 2,02 1,710 0,95 0,275 0,4507,0 5,2 6,9 6,3 3,5 3,8 0,33 1,59 2,05 1,720 0,95 0,290 0,4758,0 6,2 7,9 7,3 3,7 4,0 0,39 1,51 2,11 1,665 0,95 0,325 0,5509,0 7,2 8,9 8,3 3,7 4,0 0,39 1,52 2,11 1,690 0,95 0,350 0,60010,0 8,2 9,9 9,3 3,7 4,0 0,39 1,52 2,11 1,690 0,95 0,350 0,600

Determinarea parametrilor principali ai decantoarelor primare

- culmea şi partea interioară laterală a pereţilor longitudinali care constituie calea de rulare (în cazul variantelor de poduri fără cale metalică de rulare) se vor executa din beton mozaicat;

- planeitatea suprafeţei căii de rulare va avea o abatere maximă în direcţie transversală de maxim ± 2 mm.

Fig. 3.17. Parametrii dimensionali ai bazinelor decantoarelor primare longitudinale

105


Fig. 3.18. Parametrii dimensionali ai bazinelor decantoarelor secundare longitudinale

În cazul deznisipatoarelor cu colectare mecanică a nisipului, podurile racloare pot fi alese de preferinţă din seria tipodimensională prezentată în tabelul 3.2, în funcţie de numărul, dispunerea şi dimensiunile bazinelor deservite concomitent, având lame racloare cu dimensiuni în corelaţie cu dimensiunile rigolelor longitudinale de colectare a nisipului sau a radierelor bazinelor.

În cazul deznisipatoarelor cu colectare hidraulică a nisipului, podurile racloare pot fi alese de preferinţă din seria tipodimensională prezentată în tabelul 3.3, de asemenea în funcţie de numărul, dispunerea şi dimensiunile bazinelor deservite concomitent, având conducte de sucţiune prevăzute cu sorburi care la o trecere să acopere întreaga lăţime a rigolelor longitudinale de colectare a nisipului sau a radierelor bazinelor.

În continuare vor fi prezentaţi anumiţi parametri dimensionali caracteristici ai podurilor rulante.

Lungimea Lpr [mm] a platformei podului rulant se poate stabili cu relaţia:

(3.48)

Lăţimea Bpr [mm] a platformei podului rulant se impune astfel încât să fie asigurat loc suficient pentru accesul la mecanismul de propulsie, la mecanismul de comandă şi respectiv la instalaţiile de pompare sau sifonare. Se poate aprecia că lăţimea podului rulant poate lua valori între 900 – 1500 mm.

106


Diametrul Dr [mm] al roţilor podului rulant se impune ţinând seama de existenţa unor condiţii de amplasare a platformei podului rulant faţă de calea de rulare (vezi cota H3), în acest caz diametrul roţilor podului rulant putând lua valori între 200 – 300 mm. Dacă nu sunt impuse condiţii restrictive de amplasare a platformei, diametrul roţilor podului poate ajunge până la valori de 560 mm.

Ampatamentul Ar [mm] între axele roţilor motoare şi roţilor conduse ale podului rulant se poate stabili din condiţia ca acestea să se găsească în interiorul ariei platformei podului rulant pe baza relaţiei:

(3.49)

Viteza vpr [m/s] de deplasare a podului rulant este stabilită ţinându-se seama de:

- la podurile rulante prevăzute cu organe de colectare mecanică a nisipului/nămolului trebuie ca în timpul procesului de colectare, materialul sedimentat să fie antrenat fără să fie pus în suspensie; vitezele recomandate de deplasare ale organelor de raclare, deci implicit ale podului rulant, sunt între 0,01–0,05 m/s; respectiv de 0,01 – 0,02 m/s la deznisipatoare [2] şi de 0,02–0,05 m/s la decantoare [7], valoarea vitezei trebuind astfel aleasă încât un ciclu de funcţionare tur – retur să nu depăşească 45 minute [7];

Fig. 3.19. Modelul matematic pentru determinarea vitezei podului rulant la colectarea – evacuarea hidraulică a materialului sedimentat

- la podurile rulante prevăzute cu organe de colectare – evacuare hidraulice a nisipului/nămolului trebuie respectată condiţia ca viteza de deplasare a organelor de colectare trebuie să fie astfel impusă încât gurile de absorbţie (sorburile) să poată aspira întregul volum de material aflat în zona sa de acţiune, condiţie exprimată matematic prin relaţia:

107


(3.50)în care: tas [s] – timpul în care se aspiră întregul volum de material

sedimentat aflat în zona de acţiune a gurii de absorbţie;tpr [s] – timpul în care gura de aspiraţie (implicit podul rulant)

parcurge distanţa Lga [m].

Timpul tas se poate determina cu relaţia:

(3.51)

în care: Vms [m3] – volumul de material sedimentat absorbit de gura de aspiraţie care poate fi la rândul său determinat cu relaţia:

(3.52)

în care: lga [mm] – lungimea gurii de aspiraţie;sga [mm] – lăţimea gurii de aspiraţie;hms [mm] – înălţimea stratului de material sedimentat

aflat în zona gurii de absorbţie;

Qasp [m3/s] – debitul de material sedimentat absorbit de sistemul hidraulic de colectare – evacuare (care poate fi apreciat ca fiind debitul efectiv al pompei de evacuare a nămolului în cazul sistemelor de colectare – evacuare prin pompare, sau cu aproximaţie satisfăcătoare, debitul efectiv al pompei de amorsare în cazul sistemelor de colectare – evacuare prin sifonare).

Timpul tpr [s] se poate determina cu relaţia:

(3.53)

în care: vpr [m/s] – viteza de deplasare a gurii de aspiraţie (implicit a podului rulant).

Introducând expresiile 3.51, 3.52 şi 3.53 în relaţia 3.50 se obţine:

(3.54)

Greutatea Gpr [N] a podului rulant echipat cu sistemul de colectare sau colectare – evacuare a nisipului/nămolului se poate estima în faza de proiectare prin aprecierea unei anumite configuraţii constructive şi apoi prin calcularea masei/greutăţii acesteia pe baza volumului elementelor sale componente. Pentru orientare în tabelele 3.4 şi 3.5 sunt indicate greutăţile unor serii tipodimensionale

108


de poduri rulante pentru staţii de epurare a apelor uzate fabricate în ţara noastră [8].

Tabelul 3.4[8]Poduri rulante cu sisteme mecanice de colectare

Lăţimea bazinului aferentb1 [m]

Masa podului rulantmpr [kg]

Greutatea podului rulantGpr [N]

3 2090 205034 2270 222695 2510 246236 2930 287437 3290 322758 4350 426749 4680 45911

Tabelul 3.5[12]Poduri rulante cu sisteme hidraulice de colectare – evacuare

Lăţimea bazinului aferentB [m]

Colectare – evacuare prin pompare Colectare – evacuare prin sifonareMasa podului rulant

mpr [kg]

Greutatea podului rulant

Gpr [N]

Masa podului rulant

mpr [kg]

Greutatea podului rulant

Gpr [N]3,5 2245 22023 1940 190314 2800 27468 2055 201605 3245 31833 2505 245746 3375 33109 3115 305587 4500 44145 3700 362978 5360 52581 4700 461079 6050 59351 5190 5091410 6120 60037 5460 53563

Forţa Fpr [N] de rezistenţă la înaintarea podului rulant se determină cu relaţia:

(3.55)în care: Fc [N] – forţa de rezistenţă la raclarea materialului sedimentat;

Fr [N] – forţa de rezistenţă la rulare a podului;Fmo [N] – forţa de rezistenţă determinată de mersul oblic;Fv [N] – forţa de rezistenţă determinată de acţiunea vântului;Fh [N] – forţa de rezistenţă la deplasarea prin curentul de apă

uzată a organelor de colectare/colectare – evacuare;Fi [N] – forţa de rezistenţă datorată inerţiei la demaraj.

109


Forţa Fc [N] de rezistenţă la raclarea materialului sedimentat se calculează cu relaţia:

(3.56)în care: Fms [N] – forţa de rezistenţă pe direcţie orizontală care apare la

raclarea materialului sedimentat;Foc [N] – forţa de rezistenţă dată de frecarea organelor

sistemului de colectare a materialului sedimentat cu radierul bazinului.

Forţa Fms [N] de rezistenţă pe direcţie orizontală care apare la raclarea materialului sedimentat se determină cu relaţia [6]:

(3.57)

în care: soc [mm] – lăţimea unei lamei de colectare a materialului sedimentat (măsurată pe verticală);

ioc – numărul lamelor de colectare a materialului sedimentat care lucrează concomitent, montate pe acelaşi pod rulant;

l [mm] – lungimea unei lamei de colectare a materialului sedimentat;

γms [N/m3] – greutatea specifică a materialului sedimentat având valorile de 25997 N/m3 pentru nisip; 9850 – 9950 N/m3

pentru nămol primar cu umiditatea de 95 – 97% şi cca. 9820 N/m3

pentru nămolul activ în exces (nămol secundar) cu umiditatea de 98–99% [5].

Se menţionează că volumul Vc [m3] transportat de organele de colectare mecanică se poate determina cu relaţia [3]:

(3.58)

în care: tg φms – panta naturală a materialului sedimentat sub apă care are valorile: 1/15 pentru nisip, 1/20 pentru nămol primar şi 1/24 pentru nămol secundar.

Forţa Foc [N] de rezistenţă dată de frecarea organelor sistemului de colectare a materialului sedimentat cu radierul bazinului poate fi determinată cu relaţia:

(3.59)în care: μlr – coeficientul de frecare dintre organul de colectare şi radier,

care se consideră că are valoarea 0,3 [6];

110


Roc [N] – apăsarea pe radier a lamelor organului de colectare a materialului sedimentat.

Apăsarea pe radier se va determina pentru mai multe tipuri de organe de colectare prezentate în figura 3.20 (poziţiile a, b, c, d).

Fig. 3.20. Diferite tipuri de organe de colectare a materialului sedimentat

a) Organe de colectare articulate, înclinate: în acest caz se poate aprecia că Roc ≈ Goc, Goc [N] – fiind greutatea unui organ de colectare a materialului sedimentat.

Acest tip de organe de colectare lucrează şi ca element de siguranţă împotriva suprasarcinilor fiind dimensionate pentru o forţă de antrenare care se determină cu următoarea relaţie [6]:

(3.60)

Pentru ca organele de colectare să nu se ridice de pe radier este necesar să fie îndeplinită următoarea condiţie [3]:

(3.61)

Relaţia 3.61 permite determinarea valorii greutăţii Goc a organelor de colectare pentru o funcţionare corespunzătoare. Pentru acest tip de organe de colectare se poate aprecia că Fc = Fant.

b) Organe de colectare verticale articulate, cu flotor: la acest tip de organe, flotorul, datorită forţei arhimedice pe care o dezvoltă, joacă rol de

111


element de stabilizare, de automatizare şi de siguranţă, asigurând organelor de colectare a materialului sedimentat două poziţii stabile şi anume: poziţia de lucru pe parcursul cursei active a podului rulant şi poziţia rabătută pe parcursul cursei pasive a podului rulant; uşurând trecerea din poziţia de lucru în poziţia rabătută, care se realizează prin intermediul unor tampoane montate la extremităţile bazinelor longitudinale (vezi figura 3.12) şi favorizând rabaterea organelor de colectare în cazul apariţiei unor suprasarcini.

În timpul poziţiei de lucru, datorită acţiunii flotorului se poate considera că lama organelor de colectare nu apasă pe radierul bazinului deci Roc = 0.

Pentru ca organele de colectare să aibă o poziţie stabilă în timpul procesului de lucru (cursei active), condiţia este următoarea [6]:

(3.62)

în care: Fa [N] – forţa ascensională dată de flotor; e [mm] – distanţa de montaj a flotorului (vezi figura 3.20); Hoc [mm] – distanţa dintre punctul de articulaţie a organelor de

colectare şi punctul de aplicaţie al forţei Fms (care se poate considera ca fiind la nivelul radierului).

Din relaţia 3.62 se poate determina la limită valoarea forţei ascensionale (arhimedice) minime Fa min pe care trebuie să o asigure flotorul pentru o funcţionare corespunzătoare.

c) Organe de colectare verticale, fixe: la acest tip de organe de colectare, lamele de raclare nu se sprijină pe radier, deci Roc = 0.

d) Organe de colectare cu elemente elastice de raclare: la acest tip de organe de colectare, lamele de raclare sunt confecţionate din cauciuc şi în timpul procesului de lucru se freacă pe radierul bazinului.

În acest caz forţa Foc [N] de rezistenţă dată de frecarea organelor de colectare cu radierul bazinului are expresia:

(3.63)

în care: foc [N/m] – forţa specifică de rezistenţă dată de frecarea lamelor elastice de cauciuc cu radierul bazinelor (vezi tabelul 3.7).

Tabelul 3.7 [6] Înălţimea lamei Grosimea lamei din cauciuc [mm]din cauciuc [mm]

50 60 80 120

6 380 260 100 608 - - 250 14010 - - - 260

112


Forţa Fr [N] de rezistenţă la rulare a podului rulant se poate determina cu relaţia:

(3.64)în care: wpr – coeficientul de rezistenţă la rulare a podului rulant.

În cazul în care podul rulant are trenul de rulare format din roţi metalice care rulează pe şine metalice, coeficientul wpr se calculează cu relaţia:

(3.65)

în care: f [mm] – coeficientul de frecare de rostogolire pentru roţi din oţel care rulează pe şină din oţel şi care are valorile: 0,03 / 0,04 pentru roţi cu diametrul Dr = 200 – 320 mm care rulează pe şină plată, respectiv bombată şi 0,05 / 0,06 pentru roţi cu diametrul Dr = 400 – 560 mm care rulează pe şină plată / bombată [1];

μ – coeficientul de frecare de alunecare în lagărele roţilor care are următoarele valori medii: 0,08 pentru lagăre de alunecare; 0,015 pentru lagăre cu rulmenţi cu bile sau role; 0,02 pentru lagăre cu rulmenţi cu role conice [1];

drul [mm] – diametrul mediu al căilor de rulare din lagărele roţilor podului rulant.

În cazul în care podul rulant are trenul de rulare format din roţi metalice îmbrăcate cu garnituri de poliuretan sau cauciuc care rulează direct pe coama pereţilor laterali ai bazinului, coeficientul wpr de rezistenţă la rulare poate lua valori între 0,002 – 0,01, iar raza de rulare r r [mm] a acestui tip de roţi se determină, ţinându-de seama de deformarea roţilor în regim dinamic, cu relaţia:

(3.66)

Forţa Fmo [N] de rezistenţă determinată de mersul oblic al podului rulant apare din numeroase cauze dintre care enumerăm: acţiunea excentrică a forţelor orizontale, rezistenţe la rulare diferite determinate de repartiţia neuniformă a încărcărilor pe roţi, abateri de execuţie sau montaj, etc. În calculele de proiectare se ţine seama de rezistenţa suplimentară determinată de mersul oblic printr-un coeficient cg, supraunitar care amplifică relaţia 3.64 de calcul a forţei Fr de rezistenţă la rulare. Valorile lui cg sunt: 1,2 în cazul roţilor cu cale de rulare conică şi buze de ghidare unilaterale şi 1,5 în cazul roţilor cu cale de rulare cilindrică şi buze de ghidare bilaterale [1]. Acest coeficient ia în considerare şi rezistenţele introduse de sistemul de alimentare cu energie electrică.

113


Forţa Fv [N] de rezistenţă determinată de acţiunea vântului se poate determina cu relaţia:

(3.67)

în care: i – numărul de elemente ale podului rulant expuse la acţiunea vântului; Ai [m2] – aria suprafeţei frontale ale elementelor podului rulant expuse la acţiunea vântului;

pvi [N/m2] – presiunea dinamică de bază dată de vânt a cărei valoare de calcul se poate aprecia la 80 N/m2 în conformitate cu STAS 2843.

Forţa Fh [N] de rezistenţă la deplasarea prin curentul de apă uzată a organelor de colectare/colectare – evacuare se poate determina cu o relaţie de forma:

(3.68)

în care: j – numărul de elemente ale podului rulant care lucrează imersate în curentul de apă uzată; CRj – coeficient de rezistenţă la înaintare care este în funcţie de forma elementelor submerse şi caracterul curgerii curentului de apă uzată (valorile coeficientului CR se pot determina pe baza lucrării [4]);

A j [m2] – aria frontală (perpendiculară pe direcţia de înaintare) a elementelor submerse ale podului rulant;

j [kg/m3] – densitatea categoriei de apă uzată în care lucrează elementele j (apă decantată: 1000 kg/m3, nămol primar: 1004-1014 kg/m3, nămol secundar: 1001 kg/m3 [5]);

vo [m/s] – viteza curentului orizontal de apă uzată care parcurge deznisipatorul/decantorul longitudinal;

vpr [m/s] – viteza de deplasare a podului rulant.

Deoarece vitezele vo şi vpr au valori foarte reduse, valoarea termenului Fh

este foarte mică în comparaţie cu valorile altor termeni ai bilanţului de forţe şi se poate neglija.

Forţa Fi [N] de rezistenţă datorată inerţiei la demaraj se poate determina cu o relaţie de forma:

(3.69)în care: δ – coeficient de influenţă la periferia roţilor podului rulant a

inerţiei organelor sistemului de propulsie a podului rulant antrenate în mişcare de rotaţie care se poate determina cu o relaţie de forma:

114


(3.70)

în care: k – numărul de organe ale sistemului de propulsie a podului rulant antrenate în mişcare de rotaţie;

Jk [kg·m2] – momentul de inerţie al organului k, antrenat în mişcare de rotaţie;

ik – raportul de transmisie dintre organul k, antrenat în mişcare de rotaţie şi arborele roţilor motoare ale podului rulant;

ηk – randamentul transmisiei între organele k şi arborele roţilor motoare ale podului rulant;

D r [mm] – diametrul roţilor motoare ale podului rulant;

mpr [kg] – masa podului rulant; a [m/s2] – acceleraţia medie în perioada demarajului

podului rulant.

Şi acest termen poate fi neglijat faţă de alţi termeni ai bilanţului de forţă datorită valorii sale foarte mici, rezultată din cauza valorii foarte reduse a acceleraţiei medii la demarajul podului rulant.

Puterea Ppr [W] necesară acţionării podului rulant, la arborele roţilor motoare ale acestuia, se determină cu relaţia:

(3.71)

3.2.2.5. Determinarea parametrilor principali ai jgheaburilor drenante pentru deshidratarea nisipului la deznisipatoarele longitudinale cu secţiune parabolică

Jgheaburile drenante pentru deshidratarea nisipului sunt situate de regulă alături de deznisipatoare, paralel cu acestea. Dacă nu se impun din punct de vedere constructiv anumite restricţii legate de spaţiu, cotele de poziţionare ale jgheaburilor pot fi apreciate pe baza indicaţiilor din figura 3.18 (în care sunt indicate cotele de poziţionare atât pentru cazul evacuării hidraulice a nisipului prin sifonare, caz care poate fi aplicabil şi la deznisipatoarele longitudinale cu colectare mecanică a nisipului, cât şi pentru cazul evacuării hidraulice a nisipului prin pompare). În figura 3.21 este prezentată o secţiune transversală a unui jgheab pentru deshidratarea nisipului.

115


Fig. 3.21 Jgheab drenant pentru deshidratarea nisipului [2]Parametrii principali care stau la baza proiectării unui jgheab drenant

pentru deshidratarea nisipului sunt:

Volumul Vdep [m3/zi] de nisip depus în deznisipator între două evacuări succesive care se determină cu relaţia:

(3.72)

în care: iev nis zi - numărul zilnic de evacuări ale nisipului sedimentat în deznisipator, uzual 4 - 8 evacuări/zi

Numărul icjdn de compartimente ale jgheabului de deshidratare a nisipului, realizate în lungul acestuia, se impune constructiv având valori uzuale icjdn = 3…6.

Lungimea Lcjdn [m] unui compartiment ale jgheabului de deshidratare a nisipului se determină cu relaţia:

(3.73)

în care: L [m] – lungimea deznisipatorului; c [m] – grosimea pereţilor dintre compartimente având uzual

valori între 0,08 – 0,12 m.

Lăţimea lcjdn [m] compartimentelor jgheabului de deshidratare a nisipului se impune de asemenea din motive constructive sau pe baza prescripţiilor din figura 3.18.

Suprafaţa Atjdn [m2] totală, orizontală a compartimentelor jgheabului de deshidratare a nisipului se determină cu relaţia:

(3.74)

Înălţimea hnd [m] a stratului de nisip depus în compartimentele jgheabului de deshidratare a nisipului se determină cu relaţia:

(3.75)

116


Înălţimea Hcdn [m] utilă pentru depunerea nisipului din compartimentele jgheabului de deshidratare se determină cu relaţia:

(3.76)în care: csig – coeficient de siguranţă care are valori între 1,5 – 2 [2].

De-a lungul jgheabului de deshidratare a nisipului sunt prevăzute ferestre de preaplin pentru evacuarea amestecului de nisip şi apă în exces în cazul defectării podului rulant cu pompa de evacuare a nisipului din deznisipator în funcţiune.

117

Capitolul 3a

Documents

Transcript of Capitolul 3a