Водозабірні споруди (або водозабори) являють собою комплекс гідротехнічних споруд, призначених для забору води із джерела водопостачання, захисту системи водопостачання від влучення в неї з водою сміття, наносів, льоду, водоростей, риби й т.п., і подачі води споживачеві або на споруди водоочищення.

Для виконання поставлених завдань водозабори включають у свій склад наступне встаткування (рис. 4.1): решітки 1, що захищають водоприймальні отвори від влучення в них сміття й плаваючих тіл; сітки 2 для затримки дрібного сміття й великої суспензії; рибозахисні пристрої 3 для запобігання захоплення молоді риб при заборі води; промивні пристрої сіток 4; затвори 5 для відключення окремих секцій і елементів водозаборів; колонки 6 для керування затворами й засувками; ежектори 7 або насоси для видалення з берегових колодязів наносів; насоси 8 для подачі води водоспоживачеві або на спорудження водоочищення; решіткоочисні машини 9 для очищення решіток на великих водозаборах; підйомно-транспортні машини 10 для монтажу, експлуатації й ремонту встаткування.

4.1.1 Затвори. Для відключення різних частин (секцій, камер) водозабірних споруджень застосовуються затвори, які бувають двох типів - тимчасові й постійні. Постійні затвори призначені для нормальної роботи водозабору при його експлуатації. До них належать шибери, засувки, затвори поворотні дискові. Шибери промисловістю не випускаються, виготовляються кустарно, але не забезпечують герметичності.

Засувки досить надійні, герметичні, але громіздкі й коштовні. Найбільше поширення отримали поворотні дискові затвори. Засувки й затвори розглянуті раніше.

Тимчасові затвори встановлюються на період ремонту окремих частин водозабору або на випадок аварії. До тимчасових відносяться щитові пласкі затвори.

Затвори пласкі щитовівиготовляються дерев'яними - для малих вікон (рис. 4.2) або металевими - для великих вікон (рис. 4.3) .

Установлюються в напрямні зі швелерів, розмір яких у світлі на 2-4 мм більше товщини щита.

Затвори пласкі металеві. Зварюють зі швелерів, кутків і листової сталі. Ущільнення зазвичай із листової гуми. Виготовляють затвори як ковзні, так і каткові.

Розрахунок зусилля для підйому щитів.

(4.1)

де m- маса щита, кг; р- гідравлічний тиск, Па; f- коефіцієнт тертя металу по мокрому металу, f=0,44- для ковзних, f=0,1 для каткових щитів; К- коефіцієнт запасу 1,5

4.1.2 Рибозахисні пристрої. Роль рибозахисних пристроїв успішно виконують решітки в тому випадку, якщо швидкість руху води в річці в 3-4 рази вище, ніж швидкість входу води в отвір водозабору. В інших випадках доводиться ставити спеціальні пристрої.

У берегових водоприймачах застосовують рибозахисні сітки з нержавіючої сталі з отворами 2-4 мм. Сітка плоска промивається промивним пристроєм, що опускають за допомогою тельфера. Сітка барабанного типу промивається зсередини реактивним зрошувачем. Струмені води змивають забруднення і відлякують молодь риби.

У руслових водоприймачах застосовують рибозахисні фільтри із промиванням зворотним струмом води (рис. 4.4):

- горизонтальний (а) з однією підтримуючою решіткою. Товщина шару гравію більше 400 мм. Завантаження - гравій крупністю 60…80 мм;

- горизонтальний із надходженням води знизу (б). Товщина шару гравію 300-400 мм;

- вертикальний із надходженням води збоку (в). Товщина шару гравію 250-300 мм;

- знімний із решітчастим контейнером (г). Завантаження - гравій крупністю 60…80 мм;

- знімний дерев'яний, пакетно-рейковий (д), товщиною 90…200 мм, виконаний із рейок товщиною 15…50 мм.

4.1.3 Решітки.При заборі води з рік і інших поверхневих джерел у водоприймальних отворах водозабірних споруджень установлюють решітки для захисту від влучення в них плаваючих у воді предметів.

Решітки знімні (рис. 4.5). Промисловістю не випускаються, виготовляються на місці. Рама з кутової сталі або швелера зі стрижнями прямокутного перетину (40…60)х6 мм. Відстань між стрижнем зазвичай 50 мм. Знизу дерев'яний брус для зм'якшення ударів при посадці на місце.

Решітки стаціонарні з механізмом очищенням (рис. 4.6).Стаціонарні решітки з механізмом очищення застосовують на великих водозаборах із великою кількістю водоростей, тріски й іншого сміття у воді джерела при невеликих глибинах водозабору й незначному коливанні рівня води у водоймі. Стрижні решітки 1 кріпляться до рами, установленої під кутом 70° до горизонталі. Механізм очищення решітки складається із двох пластинчастих ланцюгів 2 із закріпленими на них щітками 3. Ланцюги натягнуті між натяжними 4 і ведучими 5 зірочками. Ведучі зірочки дістають обертання через ланцюгову передачу 6 і редуктор 7 від електродвигуна 8. Для очищення щіток є щітковий барабан 9, що приводиться в рух через передачі також від електродвигуна 8.

У процесі очищення щітки, переміщуючись знизу нагору, витягають сміття з решітки й доставляють його у верхню зону, де за допомогою щіткового барабана сміття скидається в грязьову ринву 10, і водою транспортується за межі водозабору

Решітки з електрообігріванням (рис. 4.7). Застосовують як один із засобів боротьби зі зледенінням і їхньою закупоркою шугою у важких шугольодових умовах. Для запобігання залипання решітки льодом необхідно підтримувати температуру рівня 0,02-0,05 ⁰С. Застосовується індукційний обігрів - при виникненні вихрових струмів і втрат на гістерезис у металі решіток при перетинанні його змінним електромагнітним полем прути розігріваються. Прути виконують порожніми. Між прутами - дерев'яні бруски-ізолятори.

Решітки з електрообігріванням складаються з рами 1, звареної з кутової сталі, дерев'яних брусів 2 у якості ізоляторів, стрижнів 3, приварених до з’єднувальних кутків 4, ребер 5, подовжень 6 для приєднання кабелю, й скоб 7 для підйому й опускання решітки. У цих решітках стрижні з'єднані в електричному ланцюзі попарно послідовно за допомогою з’єднувальних кутків 4 із використанням дерев'яних брусів 2 як ізолятори.

Решіткоочисна машина (рис. 4.8). Решіткоочисна машина застосовується для очищення решітки від сміття, що накопилось, на великих водозаборах берегового типу.

Машина складається із трьох основних частин: робочого органа у вигляді ковша-граблів 1, механізму підйому й повороту ковша 2, і візка (кішки) 3, за допомогою якої вся машина підвішується до монорейки 4 і переміщається по ній. Управління машиною здійснюється з підлоги за допомогою пульта 5.

При натисканні на кнопку «униз» ківш автоматично відкривається і в такому виді опускається в крайнє нижнє положення (холостий хід). Натисканням на кнопку «нагору» ківш закривається, граблі заходять у прозори між стрижнями решітки, і ківш, піднімаючись захоплює сміття, що нагромадилося на решітці (робоче положення). Пройшовши решітку, ківш повертається в положення I (транспортне положення) і піднімає зібране сміття на площадку, де воно вивантажується у візок. Потім по монорейці решіткоочисна машина переміщається до наступної решітки , провадить її очищення.

4.1.4 Сітки водозаборів. Для затримки дрібного сміття й великої суспензії, що перебувають у воді джерела, після решітки на водозаборах установлюються сітки.

Знайшли застосування сітки пласкі знімні й сітки обертові стрічкові.

Сітки пласкі знімні (рис. 4.9).Широко застосовуються на водозаборах продуктивністю до 1 м³/с, дуже прості по конструкції, малогабаритні й завдяки цьому в незначному ступені збільшують розміри водозабірних споруд. До їхніх недоліків варто віднести необхідність підйому сітки для промивання, можливість проскакування забруднень під час підйому в чисту зону, велику трудомісткість процесу промивання й неможливість його автоматизації. Пласка знімна сітка складається з металевої рами 1, звареної з кутової сталі, до якої за допомогою накладок 2 болтами 3 кріпляться робоче 4 і підтримуючі 5 сітчасті полотна. Для зручності натягу й запобігання витягування сітки в процесі експлуатації, краї сітчастого полотна по всьому периметру огинаються навколо стрижня 6. Захват сітки вантажопідйомним пристроєм здійснюється за дугу 7, приварену до верхнього пояса рами. Для забезпечення довговічності застосовуються сітчасті полотна із дротом зі сталі нержавіючої, стали оцинкованої, латуні, капрону й інших корозійностійких матеріалів. Розмір чарунок робочого сітчастого полотна приймається від 2х2 до 5х5 мм, діаметр дроту 1-2 мм. Для підтримуючого полотна використовується сітка із чарунками 20х20 мм, виконана із дроту діаметром 3 мм.

Водоочисні обертові сітки. Застосовуються на водозаборах при витратах води більше 1 м³/с або значному забрудненні води водойми при менших витратах.

Ці сітки вільні від недоліків, властивим пласким знімним сіткам, і дозволяють повністю автоматизувати процес промивання, однак вимагають значного збільшення розмірів водозабірного спорудження, ніж пласкі сітки.

Обертові сітки виконуються з лобовим, зовнішнім, внутрішнім і лобово-зовнішнім підведенням води.

Сітки з лобовим підведенням води (рис. 4.10, в) варто приймати при заборі води з відносно чистих водойм. До їхніх достоїнств варто віднести сталий гідравлічний режим перед полотном сітки й компактність споруд. Їхнім недоліком є можливий перенос забруднень у чисту зону при незадовільній роботі промивного пристрою й робота на проціджування тільки одного полотна.

Сітки із зовнішнім підведенням води (рис. 4.10,б) надійні в роботі, забезпечують високу якість проціджування й широко застосовуються на водозаборах великої продуктивності. Їх не слід застосовувати на річках із великою кількістю шуги, тому що витяг її з водоприймача може здійснюватися тільки з боку висхідного полотна сітки.

Сітки із внутрішнім підведенням води (рис. 4.10,а) забезпечують високу якість проціджування, однак мають наступні істотні недоліки: а) нагромадження сміття усередині сітки, витяг якого неможливий без її розбирання; б) утрудненістю доступу до грязьового корита, розташованого в порожнині сітки; в) незадовільною гідравлікою підходу води до стічного полотна, у зв'язку із чим спостерігається нерівномірність забруднення полотна по ширині.

Застосовуються ці сітки на водозаборах малої продуктивності з помірним шугольодовим режимом.

Сітки з лобово-зовнішнім підведенням води рис. 4.10,г) вільні від недоліків сіток з лобовим підведенням води в частині переносу забруднень у чисту зону й можуть успішно застосовуватися на водозаборах середньої продуктивності з водойм із важкими шугольодовими умовами.

По конструкції обертові стрічкові сітки розділяються на каркасні й безкаркасні. Зіставляючи обидва типи сіток, можна відзначити, що каркасні сітки більше складні по конструкції, важчі й дорожчі безкаркасних, але завдяки наявності каркаса, що несе на собі всі елементи сітки, не створюють вертикальних навантажень на перекриття водозабору, у той час як навантаження від безкаркасних сіток сприймаються перекриттям водозабору.

Усі обертові стрічкові сітки обладнаються промивними пристроями, які можуть бути виконані у вигляді горизонтальної дірчастої труби, труби із щілинними отворами й труби з використанням насадок, що розсіюють, розташованих у два ряди на горизонтальній трубі. Остання конструкція найбільш ефективна. Для поліпшення процесу відмивання, сітки з лобовим підведенням води обладнуються спеціальним щітковим барабаном. При можливості забруднення нафтопродуктами необхідно передбачити підведення до промивних пристроїв гарячої води,

Сітка обертова каркасного типу з лобовим підведенням води (рис. 4.11) складається з каркаса 1, секцій сіткового полотна 2, прикріплених до двох втулочно-роликових ланцюгів 3, натягнутих між ведучими 4 і веденими 5 зірочками. Привод обертання сітки складається з електродвигуна 6, циліндричного редуктора 7, відкритої зубчатої пари 8, що передає обертаючий момент на ведучий вал 9. Для поліпшення процесу промивання сітка обладнана щітковим барабаном 10, що має свій привод 11.

Обертова безкаркасна сітка з лобовим підведенням води (рис. 4.12) складається із секцій сітки 1, прикріплених до пластин ланцюгів 2. Між собою секції сітки з'єднані осями 3 із насадженими на кінцях роликами 4, які при русі сітки котяться в напрямних 5, закладених у будівельні конструкції водозабору. Пластинчасті ланцюги навішені на зірочки 5, закріплені на ведучому валу 7, що отримує обертаючий момент від електродвигуна 8 через редуктор 9 і ланцюгову передачу 10. Секції сітки через одну мають форму ківшиків, що дозволяє піднімати наверх шугу. Привод сіток закріплений па рамі 11, що передає навантаження від сітки на перекриття.

Секції сіток складаються з фільтруючого й підтримуючого полотен. Швидкість переміщення сітки під час промивання приймається 0,06-0,1 м/с.

Промивання сіток автоматизоване. Імпульсом для включення промивання сітки служить величина втрат напору в ній, що не повинна бути більше 0,15-0,20 м. При досягненні заданої граничної величини втрат напору спочатку відкривається засувка на подачі води до промивного пристрою, і тільки після цього включається механізм обертання сітки.