Предварительная стадия расчета шлюза-регулятора

1. В первом, приближении выбирается значение произведения εm,

где ε – коэффициент бокового сжатия струи, принимается ε = 1;

m = 0,994– коэффициент расхода шлюза-регулятора по [3, табл.5];

2. Рассчитывается ширина водосливного фронта, по формуле(6):

В = b + mh, м

где b = 4 м – ширина канала по дну;

m = 2,5 – заложение откоса канала;

h = 4,1 м – глубина воды в канале.

В = 14,25м

3. Определяется затопляемость водослива. Для этого определяются 2 величины:

1)Подтопление, при h_НБ = h₀ = 4,1 м – глубина нижнего бьефа;

hП = hНБ – РН	(((17)
hП = 3,3 м – величина подтопления. 2) Критическая глубина:
	(((18)

,

Проверяется условие:

h_П = 3,3 м > h_K = 1,703 м – водослив подтопленный.

4. Находится напор на пороге водослива из формулы для подтапливаемых водосливов:

(19) (20) (

где = h_ПОД – высота подтопления, h₂ = 3,3м;

φ_П – коэффициент определяемый по [3, табл.6], φ_П = 0,994

= 3,51075 м

5. Вычисляются габариты затвора:

H_з = 4,01075 м

Принимается стандартное значение по [3, табл. 7] - H_затв = 4,0 м

Ширина водосливного отверстия принимается:

Принимается стандартное значение по [3, табл. 7] - b_отв = 8 м

6. Уточняется число водосливных отверстий:

n_от = 2

7. Выбирается толщина бычка:

d_Б = 1,2 м

Назначается число промежуточных бычков

n_Б = n_от – 1 (25)

n_Б = 1

Принимается форма оголовка бычка. Берется самая распространённая

Рисунок 6.1 Форма оголовка быка

8. Находится общая ширина водосливного фронта шлюза-регулятора:

В_шр = 17,2 м.

На этом предварительная стадия расчета заканчивается. Дальнейший расчет связан с уточнением намеченных размеров.

3.2 Уточненный расчет шлюза-регулятора

1. Принимается действительная ширина водосливного фронта:

В_д = 16 м

2. Определяется затопляемость водослива, для этого в формулу (18) подставляется В_д:

Проверяется условие:

h_П = 3,3 м > h_K = 1,582 м – водослив подтопленный.

3. Определяется величина Н₀ из формулы (20), где В=В_д. Предварительно вычисляется коэффициент бокового сжатия ε по формуле Френсиса [3, рис.3]:

где n₀ = 2n_от – число боковых сжатий;

ζ = 0,7

ε = 1 – 0,1 ⋅ 4 ⋅ 0,7 ⋅ (3,51075/16)= 0,938562

εm = 0,94⋅0,376 = 0,35344

далее по [3, табл.6] определяется

4. Находится геометрический напор на водосливе:

(((29)

= 3,4873 м где v – скорость подхода воды к шлюзу-регулятору

(((30)

м/с

v = 1,288 м/с > 1 м/с, поэтому учитывается скоростной напор.

5. Проверяется высота затвора на шлюзе-регуляторе

H_з = 4,0 м > H = 3,39 м – перелива воды через затвор не будет.

6. Назначается длина порога шлюза-регулятора:

ГП –гребень плотины (порог шлюза-регулятора);

ДК – дно канала; У – отметка устоя и бычков

Рисунок 6.2 Назначение длины порога шлюза-регулятора

Конструктивно принимается:

δ₁ = 2 H = 6,7872 м;

δ₂ = H = 3,3939 м;

δ₃ = 2 H = 6,7872м;

δ = 5 H = 16,9695 м

7. Вычисляются отметки сооружения:

Гребень плотины: ГП = НПУ - Н = 21,61 м

Дно канала: ДК = ГП - Р_Н = 20,81 м

Устои (быки): У = ГП + Н_у = 26,41м

Н_у = 1,2 Н_з = 4,8м.

На этом уточненная стадия расчёта завершена.

4 Гидравлический расчет водосливной плотины

Водосливная плотина состоит из ряда водосливных отверстий, перекрываемых плоскими затворами. В плотине предусмотрены промежуточные быки и береговые устои. С помощью береговых устоев плотина сопрягается с соседними сооружениями гидроузла. Плотина предусматривается по типу безвакуумного водослива. Цель расчёта заключается в определении габаритных размеров плотины и высотных отметок её элементов.

Рисунок 7 Схема водосливной плотины

Дано:

Q_max = 2800 м³/с;

НПУ = 25,0 м;

ДР = 0,0;

СВУНБ = 5,0 м;

а/Р_В = 0,90;

α_В = 55⁰;

α_Н = 45⁰

Расчёт выполняется методом последовательных приближений и проводится в две стадии, ввиду ответственности плотины как напорного сооружения.

4.1 Предварительный расчет водосливной плотины

1) Определяется расчётный расход на водосливе

Q_B = 2300 м³ /с

2) Находится общая ширина водосливного фронта

В = 115 м

3) Определяется напор на гребне водослива

QB = σП ε m B H0 2/3

(33)

где σ_П – коэффициент подтопления, σ_П = 1;

ε – коэффициент бокового сжатия, ε = 1;

m – коэффициент расхода, принимается m = 0,49;

На данной стадии расчета полагаем, что скорость подхода воды к плотине меньше 1 м/с, поэтому величиной скоростного напора (αv²/2g) пренебрегаем и из ф. H₀ = H + (αv²/2g) следует, что H₀ = H = 4,3968 м

4) Подбирается высота затвора по ф.21

Н_З = H + 0,5

Принимается стандартное значение по [3, табл.7]

Н_З = 5 м

5) Назначается ширина водосливного пролёта

Принимается стандартный размер по [3, табл.7]

b_зат = 10 м

6) Число отверстий определяется по ф.23

n_отв = 12

Определяется действующая величина ширины водосливного фронта

В_Д = 120 м

7) Находится толщина промежуточных быков по ф. 24

d_Б = 1,5 м

8) Определяется количество быков по ф.25

n_Б = 11

На этом предварительная стадия расчётов заканчивается.

4.2 Уточнённый расчёт размеров водосливной плотины

Расчёт заключается в определении истинного геометрического напора Н. При этом вводятся дополнительные коэффициенты уточняющие формулу расхода Q. Расчёт выполняется в следующей последовательности.

1) Определяется глубина в НБ

hНБ = СВУНБ - ДР

(36)

h_НБ = 5,0 м

2) Находится удельная энергия потока перед сооружением

Т0 = НПУ - ДР

(37)

Т₀=25 м

3) Вычисляем глубину воды перед напорным сооружением

h* = НПУ - ДР

(38)

h*=25 м

В формулу расхода Q на водосливе входят коэффициенты, находящиеся в сложной зависимости от глубины H на гребне водослива. Поэтому задача решается методом подбора с помощью графических построений для этого следует задаваться рядом значений H_i и для каждого значения находить соответствующие коэффициенты, а затем расходы Q_i. Результаты сводятся в табл.4. По данным табл.4 строится график (рис. 8), по которому определяется истинное значение геометрического напора на гребне водослива.

4) Предварительно вычисляются скорость подхода воды к плотине.

где Q_B - вычисляется по формуле (31);

ω - площадь живого сечения, определяется

ω = 3412,5 м²

V₀ = 0,67399 < 1 м/с, следовательно, скоростным напором можно пренебречь.

Таблица 4 – Определение истинного напора на гребне водослива

№ п/п	Величина	Единицы измерения	Попытки	Уточнен. величина
	Геометрический напор на гребне водослива, Н	м	4,3968	4,3724	4,4731	4,46678
	Полный напор, Н0 = Н+	м	4,3968	4,3724	4,4731	4,46678
	Высота водослива со стороны НБ, Рн = Т0 - Н	м	20,6032	20,6276	20,5269	20,53322
	Высота водослива со стороны ВБ, Рв = h* - Н	м	20,6032	20,6276	20,5269	20,53322
	Величина подтопления, hп = hНБ - Рн	м	-	-	-	-
	Перепад уровней бьефов, z = НПУ - СВУНБ	м
	Значения условия подтопления, z/ Рн	-	-	-	-	-
	Оценка затопляемости, hп / Рн	-	не подтоплен
	Коэффициент подтопления, σп	-
	Коэффициент бокового сжатия, ε=1 – 0,1 nc ζ	-	0,938445	0,938786	0,93738	0,937465
	Приведенный коэффициент расхода, mr = 0,5 – 0,012	-	0,497439	0,497453	0,49739	0,49739
	Значение коэффициента формы σф = f(), [1, табл. 9]	-	0,983	0,983	0,983	0,983
	Коэффициент расхода m= σф σн mr, σн = 1 – коэффициент полноты напора	-	0,488982	0,488996	0,48893	0,488934
	Расход на водосливе QB = σП ε m Bд H0 2/3	м3/с	2248,735	2230,16	2303,37	2300,002

Рисунок 8 – Определение истинного напора на гребне водослива

5) Проверяется возможность перелива воды через верх затвора. Чтобы этого не произошло должно выполняться условие:

где Н_зат = 5 м – подобранная высота затвора по ф.21 и принятое стандартное значение по [3, табл.7];

Н_проф = Н_ист = 4,46678м – по рис. 8

5 м > 4,46678м

6) Определяется высота быков и береговых устоев над гребнем плотины

Н_у = 6,5 м

7) Находится отметка гребня плотины

ГП = НПУ - Нпроф,	(43)
ВП = ГП + Ну,	(44)

ГП = 20,53322 м

ВП = 27,03322 м

Вычерчивается схема плотины с высотными значениями элементов (рис.9)

Рисунок 9 – Схема высотных отметок водосливной плотины

Поиск по сайту: