11085
.pdf
150
Расчет шлюза-регулятора проводится методом последовательных приближений. Вначале многие расчетные величины задаются. В процессе расчета они уточняются, поэтому расчет делится на 2 стадии:
−предварительную
−уточняющую
3.1Предварительная стадия расчета
1.В первом приближении выбирается значение εm , где ε − коэффициент бокового сжатия струи, принимается ε =1; m − коэффициент расхода шлюзарегулятора, который определяется по [3, табл.5]
εm = 0,382
2. Рассчитывается ширина водосливного фронта
B = b + mh
гдеb − ширина канала по дну, м; m − заложение откоса канала;
h − высота воды в канале
B =17,325м
3. Определяется затопляемость водослива Для этого принимается 2 величины:
− подтопление, при hНБ = h = 4,275м
hП = hНБ − PH
hП = 3,475м
− критическая глубина
hK = 3 αQ2 gB2
hK = 3,277м
Проверяется условие:
hП = 3,475 > hK = 3,277 м
Водослив подтоплен.
(19)
(20)
(21)
4.Находится напор на пороге водослива из формулы для подтопленного водослива:
Q =ϕn h2 B |
|
(22) |
2g(H0 − h2 ) |
h2 = hП ;
ϕn =0,99 - определяется по [3, табл.6]
151
|
|
1 |
|
|
Q |
|
2 |
|
H0 |
= |
|
|
|
|
+ h2 |
||
2g |
ϕ |
h |
B |
|||||
|
|
|
|
|
П 2 |
|
|
|
H0 = 5,403 м
5. |
Вычисляются габариты затвора |
|
|
(23) |
|
НЗ = Н0 +0,5 |
|||
|
H3 = 5,94 м |
|
|
|
|
Принимается стандартное значение по [3, табл.7]: |
|
||
|
H3 = 4,0 м |
|
||
|
Ширина водосливного отверстия принимается: |
(24) |
||
|
вотв = 2НЗ |
|||
|
вотв =12 м |
|
||
6. |
Уточняется число водосливных отверстий |
|
||
|
n = |
В |
|
(25) |
|
в |
|||
|
отв |
|
||
|
|
отв |
|
|
|
nотв =1,444 |
|
||
|
Принимается nотв =1 |
|
|
|
7. |
Выбирается толщина бычка |
|
|
(26) |
|
dБ = (0,15 ÷0,2) bотв |
|||
|
Толщина бычка обычно делается кратной 5. Минимальная толщина 1 м |
|
||
|
Принимается ширина бычка dБ =1,8м |
|
|
|
|
Назначается число промежуточных бычков |
(27) |
||
|
nБ |
= nотв −1 |
||
nБ =1
Принимается форма оголовка бычка. Берется самая распространённая
ξ= 0,7
8.Находится общая ширина водосливного фронта шлюза-регулятора
ВШР = вотв nотв +dБ nБ |
(28) |
BШР = 22,2 м
На этом предварительная стадия расчёта заканчивается. Дальнейший расчет связан с уточнением намеченных размеров.
152
3.2Уточнённый расчёт шлюза - регулятора
1.Принимается действительная ширина водосливного фронта
ВД = вотв nотв |
(29) |
BД = 24 м |
|
2.Определяется затопляемость водослива Для этого в формулу (21) подставляется ВД:
h |
=3 |
α Q2 |
K |
|
g BД2 |
hк = 2,122 м
Проверяется условие:
hП = 3,475 > hк = 2,122
Водослив подтоплен.
3.Определяется величина Н0 из формулы (22), при В = ВД Предварительно вычисляется коэффициент бокового сжатия Ɛ по формуле Френсиса по [3, рис.3]:
|
ε =1−0,1nC ξ H0 |
(30) |
|
|
|
BД |
|
где nC = 2nотв =4 - число боковых сжатий; |
|
||
|
ε = 0,937 |
|
|
Определяется εm = 0,358, далее по [3, табл.6] определяется ϕП = 0,99 |
|
||
|
H0 = 5,4403 м |
(31) |
|
|
0 = + 22 |
||
4. Находится геометрический напор на водосливе |
|
||
V = 0,91 мс |
= 0 − |
∙22 |
|
= шр∙( 0+ ) |
(32) |
||
|
|
||
где V - скорость подхода воды к шлюзу-регулятору, м/с |
|
||
H= 5,394 м
5.Проверяется высота затвора на шлюзе-регуляторе
НЗ > Н - перелива воды через затвор не будет
|
|
|
|
|
153 |
|
|
6. |
Назначается длина порога шлюза-регулятора |
|
|||||
|
НПУ=28 м |
Криваяспада |
У |
|
Прямолинейный |
ГПгребеньплотины |
|
|
навходе |
|
|
участок |
|||
|
|
|
|
|
|
Криваяспада |
(порогшлюза-регулятора) |
|
H |
|
|
|
навыходе |
ДКдноканала |
|
|
ГП |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
ДК |
У- отметкаустояи |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
s1 |
s2 |
s3 |
|
бычков |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
s |
|
|
|
|
|
|
∂1 |
= 2H =10,788 |
|
||
|
|
|
∂2 |
=1H |
= 5,394 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
∂3 |
|
|
конструктивно |
|
|
|
|
= 2H |
=10,788 |
|
||
|
|
|
∂ = 5H = 26,97 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|||
7.Вычисляются отметки сооружения
↓ГП =↓ НПУ − Н = 22,606 м
↓ДК =↓ ГП − Рн = 21,806 м
↓У =↓ ГП + Нy =15,478 м
Нy =1,2H3 = 7,128 м
154
4 Гидравлический расчет водосливной плотины
Водосливная плотина состоит из ряда водопропускных отверстий перекрываемых плоскими затворами. В плотине предусматриваются промежуточные быки и береговые устои. С помощью береговых устоев плотина сопрягается с соседними сооружениями гидроузла. Плотина предусмотрена по типу безвакуумного водослива.
Цель расчёта заключается в определении габаритных размеров плотины и высотных отметок её элементов – рис.7.
aV2 |
|
|
|
|
|
|
|
2g |
|
|
|
|
|
|
|
НПУ=28м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
a =75Å |
|
|
|
|
|
Н H |
|
|
|
|||
|
B |
|
|
|
|
||
* |
|
|
|
|
|
Z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
=h |
|
|
|
|
|
|
СВНУБ=4,5м |
0 |
B |
a |
|
|
H |
|
|
Т P |
|
|
P |
|
|
||
ДР=0м |
|
|
|
|
|
НБ |
ДР=0м |
|
|
a |
=60Å |
R |
h |
||
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
H |
|
|
|
|
|
|
Рисунок 7 − Схема водосливной плотины |
|
||||
Дано: Qmax = 5600 м3/с |
|
Qпотр = 600 м3/с |
|
3 |
а |
|
|
qВ = 40 м /с |
|
= 0,7 |
|
РB |
|
||
αв = 75º |
|
αн = 60 º |
|
↓ НПУ = 28м |
↓ ДР = 0 м |
↓ СВУНБ = 4,5 м |
|
Расчёт выполняется методом последовательных приближений и проводится
в2 стадии, в виду ответственности плотины как напорного сооружения.
4.1Предварительный расчёт водосливной плотины
1.Определяем расчётный расход водослива
QB = Qmax −QП , м3 / c |
(33) |
QВ = 5000 м3 / с
2. Находится общая ширина водосливного фронта
В = |
QB , м |
(34) |
|
qB |
|
155
В=125 м
3.Определяется напор на гребне водослива, исходя из формулы расхода на водосливе
QB =σПεтВ |
|
|
(35) |
2gH03/ 2 , м |
|||
где:σп −коэффициент подтопления, вначале расчёта принимается равным 1, |
||||||
то есть считается, что водослив не подтоплен; |
||||||
Ɛ−коэфициент бокового сжатия, также вначале принимается равным 1; |
||||||
т = 0, 48 −0, 49 − коэффициент расхода |
||||||
Н |
|
|
QB |
|
|
2/3 |
0 |
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|||||
|
|
σПεтВ |
|
|
|
|
|
|
|
2g |
|||
H0 = 7,07 м
На данной стадии расчёта полагаем, что скорость подхода во2ды к плотине меньше V<1 м/ c, поэтому= + величиной2 скоростного= =напора7,07 м 2 пренебрегаем
и из формулы 0 2 следует, что 0
4.Подбирается высота затвора по формуле (23)
НЗ = Н +0,5, м
H3 = 7,57 м
Принимается стандартное значение по [3, табл. 7]
H3 = 8 м
5. |
Назначается ширина водосливного пролёта |
(36) |
||||
|
|
|
вЗ = (2 −3)НЗ, м |
|||
|
Принимается стандартный размер по [3, табл. 7] |
|
||||
|
|
|
|
вЗ =16 м |
|
|
6. |
Число отверстий определяется по формуле (25) |
|
||||
|
п |
= |
В |
|
|
|
|
вЗ |
|
||||
|
|
отв |
|
|
||
|
Определяется действительная |
величина ширины водосливного фронта |
|
|||
|
|
отв = 8 |
(37) |
|||
|
|
|
ВД = вЗпотв, м |
|||
ВД =128 м
7.Находится толщина промежуточных бычков по формуле (26)
Принимается кратной 5: |
dБ = (0,15 ÷0,2) bз |
= 2,4м |
|
|
dБ = 2,5м |
|
|
8. Определяется количество бычков |
Б = 7 |
(38) |
|
|
|
||
|
|
пБ = потв −1 |
|
156
На этом предварительная стадия расчёта заканчивается.
4.2 Уточнённый расчёт размеров водосливной плотины
Расчёт заключается в определении истинного геометрического напора Н. При этом расчёте вводятся дополнительные коэффициенты, уточняющие формулу расхода.
1. Определяется глубина в нижнем бьефе
hНБ =↓ СВУНБ− ↓ ДР, м |
(39) |
hНБ = 4,5 м
2. Находится удельная энергия потока перед сооружением
Т0 =↓ НПУ− ↓ ДР, м |
(40) |
Т0 = 28 м
3.Вычисляется глубина воды перед напорным сооружением
h* =↓ НПУ− ↓ ДР, м |
(41) |
h* = 28 м
В формулу расхода Q на водосливе входят величины (коэффициенты), находящиеся в сложной зависимости от глубины Н на гребне водослива. Поэтому задача решается методом подбора с помощью графического построения. Для этого следует задаваться рядом значений Нi и для каждого
значения находить соответствующие коэффициенты, а затем расходы Qi .
Результаты сводятся в табл. 4. По данным этой таблицы строится график – рис.9, по которому определяется истинное значение геометрического напора Н на гребне водослива.
4. Предварительно вычисляется скорость=подхода воды к плотине
где: ω – площадь живого сечения, м2
0 , м/с (42)
ω = (ВД +nБdБ )h* =4074 м2
V0 =1,23м/ с
V>1 м/с, следовательно скоростной напор учитывается.
157
Таблица 4 – Определение истинного напора на гребне водослива
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ед. |
|
|
Попытки |
|
||
№ |
|
|
Величина |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
изм. |
1 |
2 |
3 |
Ут. |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вел. |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
1 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
||
1 |
Геометрический напор на гребне Н |
м |
7,07 |
4,50 |
2,00 |
7,049 |
||||||||||||
2 |
Полный напор |
Н0 = Н + |
αϑ2 |
м |
7,155 |
4,585 |
2,085 |
7,134 |
||||||||||
|
2g |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
3 |
Высота водослива со стороны нижнего бьефа |
м |
20,93 |
23,42 |
25,92 |
20,951 |
||||||||||||
|
|
РН =Т0 −Н |
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
4 |
Высота водослива со стороны верхнего бьефа |
м |
20,93 |
23,42 |
25,92 |
20,951 |
||||||||||||
|
|
|
РВ = h*−Н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
5 |
Величина подтопления hП = hНБ −РН |
м |
− |
|
− |
− |
− |
|||||||||||
6 |
Перепад уровней бьефов |
м |
23,5 |
23,5 |
23,5 |
23,5 |
||||||||||||
Z =↓ НПУ− ↓СВУНБ |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
7 |
Значение условия подтопления |
Z |
|
− |
− |
|
− |
− |
− |
|||||||||
РН |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
8 |
Оценка затопляемости |
hП |
|
− |
|
|
не подтоплен |
|
||||||||||
РН |
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
9 |
Коэффициент затопляемости σП |
− |
1 |
|
1 |
1 |
1 |
|||||||||||
|
Коэффициент бокового сжатия |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
10 |
ε =1−0,1n ξ |
H0 |
|
|
|
|
|
− |
0,9374 |
|
0,9599 |
0,9818 |
0,9376 |
|||||
|
|
|
|
C |
B |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
д |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Приведённый коэффициент расхода |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
11 |
т = 0,5 −0,012 H0 |
|
|
|
|
|
− |
0,4959 |
|
0,4977 |
0,499 |
0,4959 |
||||||
|
|
r |
|
|
PB |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Значение коэффициента формы |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
12 |
|
C |
,α1,α2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
− |
0,9983 |
|
0,9983 |
0,9983 |
0,9983 |
|
|
σФ = f |
|
, по [3, табл.9] |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
PB |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
13 |
Коэффициент расхода m =σФσПтr |
− |
0,4951 |
|
0,4968 |
0,4982 |
0,4951 |
|||||||||||
14 |
Расход |
QB =σGεmBд |
|
|
H03/ 2 |
м3/с |
|
|
|
|
|
|||||||
2g |
5026,84 |
|
2649,77 |
833,34 |
5005,87 |
|||||||||||||
По результатам таблицы строится график – рис.8.
158
Рисунок 8 − Определение истинного напора на гребне водослива Принимается геометрический напор на гребне Н=7,049 м.
5.Проверяется возможность перелива воды через верх затвора, чтобы этого не произошло должно выполняться условие
H З > H ПРОФ |
(43) |
8 м > 7,049 м
где : H3 определяется по п.4 раздела 4.1;
HПРОФ - HИСТ с графика, рис.8.
6. |
Определяется высота бычков и береговых устоев над гребнем |
|
плотины |
(44) |
|
|
НУ = (1, 25 −1,3)HЗ |
|
|
HУ =10м |
|
7. |
Находится отметка гребня плотины и отметка верха плотины |
(45) |
|
↓ ГП =↓ НПУ − НПРОФ |
|
|
↓ ГП = 28 −7,049 = 20,951м |
(46) |
|
↓ ВП =↓ ГП + НУ |
|
|
↓ ВП = 20,951−10 =10,951м |
|
Вычерчивается схема плотины с высотными значениями элементов –
рис.9.
159
Рисунок 9 – Схема высотных отметок водосливной плотины
4.3 Гидравлический расчёт нижнего бьефа плотины
Дано:
QB = Qmax −Qпотр = 5600 −600 = 5000 м3 / c
ВВ – ширина водосливного фронта с учётом бычков:
BВ = ВД + dБ nБ
ВВ =128 + 2,5 7 =145,5м
Т0 – удельная энергия потока:
Т0 = РН + НПРОФ
T0 = 20,93 +7,049 = 27,979м
Расчёт выполняется в следующей последовательности:
1. Определяется удельный расход рисбермы
qP = |
QB |
м2 / c |
|
BB |
|
qP = 1455000,5 = 34,36 м2 / c
2. Находится глубина потока в сжатом сечении методом приближения
hC = |
|
qP |
|
|
ϕ |
|
|
|
|
2g(T |
−h |
) |
||
|
0 |
C |
|
|
где: ϕ - коэффициент скорости
ϕ = 0,9 −0,95
(47)
(48)
(49)
(50)