西安建筑科技大学课程设计（论文）
1?m??ΔH1=180V?30??1?l0v
gm0??d0?22式中： ΔH1——水流通过清洁滤料层的水头损失，cm； V——水的运动黏度，cm2/s，22℃时为0.009691㎝2/s； g——重力加速度，取为981 cm/s2；
m0——滤料孔隙率，取为0.5；
d0 ——与滤料体积相同的球体直径，取为0.1cm； l0——滤层厚度，cm,取为110cm； v——滤速，9m/h=0.25cm/s； φ——滤料颗粒球度系数，取为0.8。
0.009691??1-0.5?2?1?故?H1?180?????110?0.25?15.28cm3981?0.5?0.8?0.1?
2根据经验，滤速为8～12 m/h时，清洁滤料层的水头损失一般为30～50cm，计算值比经验值低，取经验值的下限30cm为清洁滤料层的过滤水头损失。正常过滤时，通过长柄滤头的水头损失?h≤0.22m，忽略其他水头损失，则每次反冲洗后刚开始过滤时的水头损失为
ΔH2=0.3+0.22=0.52m
为保证滤池正常过滤时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。
设计水封井平面尺寸2m×2m，堰底板比滤池底板低0.3m，水封井出水堰总高
H水封=0.3+ H1+ H2+ H3=0.3+0.9+0.13+1.1=2.43m
每座滤池过滤水量：
Q单=vf=9×73.5=661.5m3/h=0.18 m3/s
所以水封井出水堰堰上水头由矩形堰的流量公式Q?1.84bh计算得：
??0.18?h水封??????0.134m?1.84b?1.84?2.0 ????2Q单?32?332则反冲洗结完毕，清洁滤料层过滤时，滤池液面比滤料层高0.134+0.52=0.654m。
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7.3反冲洗管渠系统设计
本设计采用长柄滤头配水配气系统,冲洗水采用冲洗水泵供应,为适应不同冲洗阶段对冲洗水量的要求,冲洗水泵采用两用一备的组合,水泵宜于滤池合建,且冲洗水泵的安装应符合泵房的有关设计规定。
1.洗用水量的计算
反冲洗用水流量按水洗强度最大时计算，单独水洗时反洗强度最大为5L/( m2.s)
Q反水= q水2f=5×73.5=367.5L/s=0.3675m3/s=1323m3/h
V型滤池反冲洗时表面扫洗同时进行，表面扫洗强度q表=2L/(m2.s)，其流量为：
Q表水= q表f=2×73.5=147L/s=0.147m3/s=529.2m3/h Q反= Q反水+ Q表水=0.3675+0.147=0.5145m3/s
2.反冲洗配水系统的断面计算
配水干管（渠）进口流速取为1.0m/s，配水干管（渠）的截面积
A= Q反水/v进=0.3675/1.0=0.3675m2
D?4A?4?0.3675?0.684m??
反冲洗配水干管用钢管，DN600，流速1.26m/s。反冲洗水由反冲洗配水干管输送至气水分配渠，由气水分配渠底侧的布水方孔配水到滤池底部的布水区。反冲洗水通过布水方孔的流速按反冲洗配水支管的流速取值。
配水支管流速或孔口流速为1～1.5m/s左右，取v支=1.2m/s，则配水支管（渠）的截面积为：
A支= Q反水/v支=0.3675/1.2=0.31m2
此即配水方孔总面积。沿渠长方向两侧各均匀布置20个配水方孔，共40个，孔中心间距0.5m，每个孔口面积：
A孔=0.31/40=0.0077m2
每个孔口尺寸取0.09m×0.09m，则实际流速为1.13m/s 3.反冲洗用气量的计算
Q气= q气f=15×73.5=1102.5L/s=1.1025m3/s
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4.配气系统的断面计算
配气干管（渠）进口流速应为5m/s左右，则配气干管（渠）的截面积
A气1= Q气/v气进=1.1025/5=0.2205m2
D?4A?4?0.2205?0.530m??
反冲洗配气干管用钢管，DN500，流速5.61m/s。反冲洗用空气由反冲洗配气干管输送至气水分配渠，由气水分配渠底侧的布气小孔配气到滤池底部的布水区。布气小孔紧贴滤板下缘，间距与布水方孔相同，共计40个。反冲洗用空气通过布气小孔的流速按反冲洗配气支管的流速取值。
反冲洗用配气支管流速或孔口流速为10m/s左右，则配气支管（渠）的截面积为：
A气2= Q反气/v气支=1.1025/10=0.11m2
每个布气小孔面积
A布=0.11/40=0.0028m2
孔口直径为
d?4?0.0028??0.06m，取60mm，则实际流速为9.75m/s
每孔配气量为
Q气孔= Q反气/40=1.1025/40=0.028m3/s=99.23m3/h
5.气水分配渠的断面设计
对气水分配渠断面面积要求的最不利条件发生在气水同时反冲洗时，亦即气水同时反冲洗时要求气水分配渠断面面积最大。因此气水分配渠的断面设计按气水同时反冲洗的情况设计。
气水同时反冲洗时反冲洗水的流量
Q气水水= q水2f=4×73.5=294L/s=0.294m3/s
气水同时反冲洗时反冲洗用空气的流量
Q气水气= q气2f=15×73.5=1102.5L/s=1.1025m3/s
气水分配渠的气、水流速均按相应的配水、配气干管流速取值。则气水分配干渠的截面积
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A气水= Q气水水/v进+ Q气水气/v气进=0.294/1.26+1.1025/5.61=0.43m2 7.4滤池管渠设计与计算 1.反冲洗管渠 （1）气水分配渠
气水分配渠起端宽取0.8m，高取1.5m，末端宽取0.8m，高取1.0m。则起端截面积1.2m2，末端截面积0.8m2。两侧沿程各布置20个配水方孔和20个配气小孔，孔间距0.5m，共40个配气小孔和40个配水方孔，气水分配渠末端所需最小截面积为0.43/40=0.01075 m2小于末端截面积0.8m2，满足要求。
（2）排水集水槽
排水集水槽顶端高出滤料层顶面0.5m，则排水集水槽起端槽高
H起= H1+ H2+ H3+0.5-1.5=0.9+0.13+1.1+0.5-1.5=1.13m 式中H1、 H2、 H3同前，1.5m为气水分配渠起端高度。 排水集水槽末端高
H末= H1+ H2+ H3+0.5-1.0=0.9+0.13+1.1+0.5-1.0=1.63m 式中H1、 H2、 H3同前，1.0m为气水分配渠末端高度。 底坡i=（1.63-1.13）/L=0.5/10.5=0.0476 （3）排水集水槽排水能力校核 集水槽超高0.3m，则槽内水深hn=0.013
水流截面积A排集=bh=0.8×0.83=0.664m2 水流湿周χ=b+2h=0.8+2×0.83=2.46m 水力半径R=A排集/χ=0.664/2.46=0.270m
水流速度v=R2/3i1/2/n=（0.2702/3×0.04761/2）/0.013=7.01m/s 过流能力Q排集=Av=0.664×7.01=4.65m3/s
实际过水量Q反=0.5145m3/s<过流能力Q排集=4.65m3/s 2.进水管渠 (1)进水总渠
进水总渠水流速度控制在0.7~1.0m/s，取流速1.0m/s，则水流断面积为：
排集
=H起-0.3=0.83m，槽宽b槽=0.8m，
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A进总= Q/ v进总=0.73/1.0=0.73m2
进水总渠宽1.5m，水面高0.5m，实际流速为0.97m/s。 (2)每座滤池的进水孔
每座滤池由进水侧壁开三个进水孔，进水总渠的浑水通过这三个进水孔进入滤池。两侧进水孔孔口在反冲洗时关闭，中间进水孔孔口设手动调节闸板，在反冲洗时不关闭，供给反洗表扫用水。调节阀门的开启度，使其在反冲洗时的进水量等于表扫水用水量。
孔口总面积按滤池强制过水量设计，孔口两侧水位差取0.1m，则孔口总面积为：
A孔=Q/（0.82gh）=0.73/（0.82?9.8?0.1）=0.65m2 中间孔口面积按表面扫洗水量设计：
A中孔=A孔（Q表/Q）=0.65×（0.147/0.73）=0.13 m2
孔口宽B中孔=0.35m，高H中孔=0.4m，实际面积为0.14m2 两个侧孔口设阀门，采用橡胶囊充气阀，每个侧孔面积为：
A侧=（A孔- A中孔）/2=（0.65-0.14）/2=0.255m2
孔口宽B孔=0.5m，高H侧孔=0.5m，实际面积为0.25m2 (3)每座滤池内设的宽顶堰
为保证进水稳定性，进水总渠引来的浑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=5m，宽顶堰与进水总渠平行设置，与进水总渠侧壁相距0.5m。堰上水头为：
h宽顶=[ Q/(1.84b宽顶)]2/3=[0.73/(1.84×5)]2/3=0.18m
(4)每座滤池的配水渠
进入每座滤池的浑水经过宽顶堰流至配水渠，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=0.5m，渠高1m，渠长等于滤池总宽，则渠长L配渠
=7.8m。当渠内水深为h配渠=0.6m时，流速末端流速：
v配渠=Q/（2b配渠h配渠）=0.73/（2×0.5×0.6）=1.22m/s
（5）配水渠过水能力校核
水力半径R配渠= b配渠h配渠/（2 h配渠+b配渠）=0.5×0.6/（2×0.6+0.5）=0.18m
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