Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

11085

.pdf
Скачиваний:
1
Добавлен:
25.11.2023
Размер:
59.49 Mб
Скачать

160

Т.к. глубина hC находится в обеих частях уравнения, то задача решается методом приближений в табличной форме – табл. 5.

Таблица 5 – Определение сжатой глубины в нижнем бьефе

hC

Т0 hC

*

 

 

qP

 

 

 

h*

h

 

 

hC =

 

 

 

 

 

 

C

C

100%

 

 

ϕ

 

2g(T0 hC )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

0

27,979

 

 

1,629

 

 

 

 

100%

1,629

26,35

 

 

1,68

 

 

 

 

3.04%

Полученное значение hC < 5% , следовательно, hC =1,629 м

3.Вычисляется значение критической глубины в нижнем бьефе Ширина реки в нижнем бьефе больше ширины реки плотины. Это дает

право предполагать, что за плотиной формируется прямоугольное сечение.

h

=3

αq2

 

P

 

K

 

g

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

hK = 3

1,1 34,36

2

 

м

 

9,81

= 5,097

 

 

 

 

 

Так как hC < hK , то за плотиной наблюдается бурный режим потока.

4. Вычисляется сопряжённая глубина потока

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

hK

 

 

3

h " = hC '

1+8

 

 

1

 

 

 

 

C

2

 

 

 

 

h

'

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где: hC = hC '=1,629 м

(51)

(52)

hC′′ =

1,629

(

1+8(

5,097

)3

1) =11,96 м

2

1,629

Проверяется условие: > 4,5 м)

Так как hC′′ > hНБ (11,96 м , то наблюдается отогнанный

гидравлический прыжок.

При отогнанном гидравлическом прыжке скорости в НБ достаточно велики. Это приводит к интенсивному размыву дна. Для исключения этого явления необходимо предусмотреть гасители энергии падающего водного потока в виде водобойного колодца.

4.4 Расчёт водобойного колодца

На практике расчёт водобойного колодца выполняется с помощью двух зависимостей:

 

hКОЛ =σhC "

(53)

где: σ =1,05 1,1 - степень заполнения (гарантируем обеспеченность

 

затопления

потока в нижнем бьефе).

 

161

 

 

hКОЛ = d +hН.Б.

 

(54)

где: d - глубина колодца, м

 

 

0

 

 

H

 

 

H

 

 

 

 

0

 

 

Е

В

 

H

Р

 

Р

aН

 

НБ

h

h

 

II C

 

 

 

d

 

 

I C

 

 

h

Рисунок 10 – К определению габаритов водобойного колодца

Решение поставленной задачи выполняется графически на основе расчётных данных, представленных в табл. 6.

Таблица 6 – К расчёту глубины водобойного колодца, м

d

Е0 = РН +

 

 

 

qP

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

hКОЛ =σhC "

hКОЛ =

hC ' =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+8

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

" = hC

' 1

hK

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+d + Н

 

ϕ

 

2g(E

h

)

 

= d +h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

C

2

 

 

h '

 

 

 

 

 

 

 

0

C

 

 

 

 

 

 

 

 

Н.Б.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

31,979

 

 

1,28

 

 

 

 

 

 

13,758

 

 

 

 

14,446

8,5

1

39,979

 

1,139

 

 

 

 

 

 

14,691

 

 

 

 

15,426

16,5

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По результатам строится график – рисунок 11.

162

Рисунок 12 −Определение глубины колодца по графику

 

Принимаем глубину колодца d=4,75 м.

 

Длина водобойного колодца определяется по формуле:

(55)

lКОЛ = βhC "

где:β = 0,7 0,8

 

lКОЛ = 0,8 7,95 = 6,36 м

4.5 Построение профиля водосливной плотины

Сливная грань водосливной плотины строится в координатах КригераОфицерова. В качестве исходного параметра служит профилирующий напор H ПРОФ = 4,486 м на гребне плотины.

Расчет ведется в соответствии с [3,табл.11].

Профиль водосливной плотины строится по данным табл.7.

163

Таблица 7 − Координаты водосливной грани плотины

H=1 м

Hпроф.=7,049 м

x

y

x

y

0

0,126

0

0,888174

0,1

0,036

0,7049

0,253764

0,2

0,007

1,4098

0,049343

0,3

0

2,1147

0

0,4

0,006

2,8196

0,042294

0,5

0,027

3,5245

0,190323

0,6

0,06

4,2294

4,2294

0,7

0,1

4,9343

0,7049

0,8

0,146

5,6392

1,029154

0,9

0,198

6,3441

1,395702

1

0,256

7,049

1,804544

1,1

0,321

7,7539

2,262729

1,2

0,394

8,4588

2,777306

1,3

0,475

9,1637

3,348275

1,4

0,564

9,8686

3,975636

1,5

0,661

10,5735

4,659389

1,6

0,764

11,2784

5,385436

1,7

0,873

11,9833

6,153777

1,8

0,987

12,6882

6,957363

1,9

1,108

13,3931

7,810292

2

1,235

14,098

8,705515

2,1

1,369

14,8029

9,650081

2,2

1,508

15,5078

10,62989

2,3

1,653

16,2127

11,652

2,4

1,894

16,9176

13,35081

2,5

1,96

17,6225

13,81604

2,6

2,122

18,3274

14,95798

2,7

2,289

19,0323

16,13516

2,8

2,402

19,7372

16,9317

2,9

2,64

20,4421

18,60936

3

2,824

21,147

19,90638

3,1

3,013

21,8519

21,23864

3,2

3,207

22,5568

22,60614

3,3

3,405

23,2617

24,00185

3,4

3,609

23,9666

25,43984

3,5

3,818

24,6715

26,91308

3,6

4,031

25,3764

28,41452

3,7

4,249

26,0813

29,9512

3,8

4,471

26,7862

31,51608

3,9

4,698

27,4911

33,1162

4

4,938

28,196

34,80796

164

R=9.3 м.

4.6 Определение высоты открытия затвора на водосливной плотине

НПУ

Н

Qчастич

 

 

откр-я

а

 

 

 

 

 

Рисунок 13 – Схема открытия затвора

 

прол

 

 

Согласно заданию (3.3.3) требуется пропустить

част

= 0,5

при

открытии затвора на величину, равную a.

откр

 

 

 

Дано:

 

 

 

 

 

 

 

(56)

 

= 5000 м3 – расход на водосливной плотине

 

 

 

 

прол

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в

 

=

в с расход через пролет водослив плотины, мс3

 

 

 

 

 

 

5000

 

с

 

 

 

 

где n = 6 – число пролетов.

 

 

 

 

 

прол

=

8

= 625

м3

 

 

 

 

 

откр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчётный расход при частичном открытии затвора:

 

 

 

 

част

 

 

 

с

 

 

 

 

 

 

 

= 0,5*625 = 312,5 м3

 

 

 

 

Расход на гребне водослива плотины, очерченный по координатам

Крюгера-Офицерова при истечении из под щита рассчитывается по формуле:

 

 

 

 

 

 

з 2 (Н−

 

с

 

 

 

 

 

Q = φƐa

 

м3

где φ=0,98÷0,99 – коэффициент скорости;

 

2),(57)

Ɛ=f( ) – коэффициент вертикального сжатия,

 

 

 

 

Т.к.

проф

 

0 =

 

 

 

 

 

=12 м – ширина затвора, равная ширине водосливного пролета;

 

 

Hз=

 

=

4,486 м

 

 

 

 

 

величина Ɛ=f(

), то расчет выполняется методом подбора, таблица

8. При выполнении этого

расчета следует иметь в виду следующее

 

 

165

обстоятельствопрол : при открытии a > 0,75H через отверстие протекает весь расход .

Таблица 8 – К определению высоты открытия затвора.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

м3

 

 

 

 

 

 

а, м

 

На, м

Ɛ=f( )

 

Qрасч =

 

,

 

 

φƐa затв

Н

 

 

0,5

0,070932

0,6144

62,14127

 

 

 

1,0

0,141864

0,6156

122,8141

 

 

 

1,5

0,212796

0,6204

182,0795

 

 

 

2,0

0,283728

0,6226

238,7498

 

 

 

2,5

0,35466

0,628

294,7395

 

 

 

3,0

0,425592

0,6316

347,9629

 

 

 

На основании данных таблицы 8 строится график, рис.14.

Рисунок 14 – К определению высоты открытия затвора

166

5 Гидравлический расчет многоступенчатого перепада

Многоступенчатый перепад проектируется прямоугольной формы. Перепад состоит из входной части, ступеней и выходной части.

Расчетный расход равен расходу в канале.

5.1 Расчет входной части многоступенчатого перепада

Входная часть рассматривается, как незатопленный водослив с широким порогом. Высота порога равна нулю. Сопряжение стенок канала с переходной частью осуществляется с помощью косых плоскостей, рис. 15.

вК

b=10-15Å

в

 

 

 

 

 

?

 

канал

переходная

входная

многоступенчатыйперепад

 

часть

часть

 

V

h1 V

hК

 

 

 

 

 

 

C

 

 

PC

m=0,385, т.к.

 

h''С =1

h'

 

высотапорога

1

 

равна 0

С

m

С

 

 

m=0,42, т.к.водослив

 

 

 

полигональногопрофиля

 

 

 

l1

?lпр

 

 

 

 

lст1

 

Рисунок 15 – Сопряжение канала с верхней частью перепада

 

Расчет выполняется в следующей последовательности:

1.

Qрасч=Qк= 126 мс3 - расчетный расход на перепаде.

Ɛ

 

3

2.

Определяется ширина входной части b из формулы Q=

b

2.

 

На этом этапе Ɛ=1– сжатия нет;

= 4,437

 

 

2 0

 

где Н

2 = 4,275 +

2 9,81

м

 

 

 

 

Но= Н +

2

1,1(1,7)2

 

 

 

 

 

m=0,385 – т.к. высота порога водослива = 0 [3,табл.5];

 

 

 

=4,275 м – глубина воды в канале из табл.1; V=1,7 м/с – скорость воды в канале по ф.10.

 

 

 

 

 

 

 

23

=

 

 

 

126

 

 

23

167

 

 

 

3.

b =

 

 

 

1 0,385

 

 

 

= 7,905 м

 

Уточняется

 

 

 

2 9,81 (4,437)

 

 

 

 

 

 

 

 

Ɛ 2 0

 

 

 

 

= 0,921

 

 

 

 

где ƺ =

 

= 1 0,2 0,7 7,905

,

 

 

 

Ɛ=1-0,2ƺН0

 

величина Ɛ

 

4,437

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,7, по [3, рис.3].

 

 

 

3

 

 

 

 

4.

b =

 

 

 

3

=

 

 

 

126

 

 

= 8,583 м

 

Уточняется величина b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ɛ 2 02

 

 

0,921 0,385 √2 9,81 (4,437)2

 

 

 

 

5.

Определяется глубина

 

 

на входной части из формулы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1Q = φ

b

 

 

 

 

 

(58)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Величину

 

 

 

 

 

 

 

 

формуле:

 

 

можно вычислить1по 2 ( 0

1)

 

 

1=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= k ,

 

 

(59)

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где k=0,53 определяется по [3,рис1

.2].

 

 

 

 

 

Но

 

 

 

 

 

0,53*4,437= 2,352 м

 

 

 

 

 

 

 

 

6.

Назначается длина входной части

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

δ = 6Но

 

 

 

(60)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

δ = 6*4,437 = 26,622 м

 

5.2 Расчет многоступенчатого перепада

Независимо от высоты перепада и соответственно числа ступеней расчет выполняется только для 1-ой и для 2-ой ступеней. Размеры всех остальных ступеней принимаются по размерам 2-ой.

Размеры 1ступени по высоте назначаются в пределах от 2,5 до 4 м. По заданию общее падение перепада Р=17 м. Назначается 5 ступеней

по Рс=3,4 м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

168

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.2.1 Расчет первой ступени

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=3,942м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

м

 

 

 

 

 

 

 

м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h=2,352

 

 

 

 

 

 

 

=5,656

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

δ=26,622 м

 

 

 

 

 

 

 

=1,238 м

 

 

=2,28 м

 

 

 

=6,33м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I C

 

1

 

 

II C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

 

 

c

 

 

 

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=1,036м

=2,133м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I C

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lст1=26,389 м

 

 

lст2 =25,998 м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 16 – К расчету 1-ой и 2-ой ступеней

 

1. Определяется удельная энергия потока 1-ой ступени

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т

= Рс

+

1

+ 12,

 

 

 

(61)

 

где V1

=

Q =VC

=

 

q

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

(62)

 

 

bh1

 

 

 

 

hкр ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т.к. q =

=14,68 м2/с;

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

расход воды в канале,

 

 

 

 

 

 

 

 

Q=126 м

/с –

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

кр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B=8,583 м – ширина входной части,

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

глубина на входной части.

 

 

 

 

 

=2,352 м–

 

 

 

Т0= 3,4 + 2,352 +

1,1(6,24)2 = 7,94 м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

126

 

= 6,24

м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

2 9,81

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

кр,

 

 

 

 

 

 

 

 

8,583 2,352

 

,

с

 

 

 

1.

Определяется

и сопряженные глубины

,,

 

 

 

 

 

 

кр

=

 

 

 

 

=

 

3

22

, м,

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

3 2

 

кр2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где

q =

 

=14,68

м /с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

1,1(14,68)2 = 2,89 м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

кр=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подсчет значения

,

 

выполняется в табличной форме, табл.9.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9,81

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

, .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

Таблица 9 – Расчет величины

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0- ,

 

 

 

= 2 ( ` )

δ = ,

*100%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

169

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

7,94

 

 

 

 

 

1.238

 

 

100

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.238

 

 

6.702

 

 

 

 

 

1.28

 

 

3.3<5

 

 

 

 

 

,,

 

 

 

2

1 + 8 ,

 

1

2

1 + 8 1.238

1

 

 

 

 

 

Определяется величина

 

,,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

,

 

 

 

 

 

 

 

кр

 

3

 

 

 

= 1.238

2,89 3

 

= 5.656 м

 

 

 

Вычисляется напор

 

 

на конце первой ступени из формулы

 

 

 

 

= 1

 

2 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

неподтопленного

водослива

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q =

 

 

 

Ɛ

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ɛ = 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ступени полигональные2

 

 

 

 

 

 

= 0,42 – т.к. очертания2

[3,табл.5]

2.

 

 

 

 

 

 

 

Ɛ 2

3 =

 

1 1 0,42 8.583 √2 9,81

 

 

 

 

Где

1

=

 

0

 

 

Q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

126

3 = 3.96 м

 

 

 

=

 

 

 

, м2

 

 

 

 

 

 

2 9,81

= 3.942 м,

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

-

α 22

= 3,96– 1,1(0.56)2

 

 

 

 

Определяется0

геометрический напор

 

 

 

 

 

 

 

где = 2

=

 

 

 

 

 

 

 

 

= 2.36

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,,

 

126

 

 

 

 

 

 

 

 

 

м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1,1 – запас на затопление ступени.

 

 

 

 

с1 =

2

 

 

 

8.583 1,1 5.656

 

 

 

 

 

 

с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.

 

=

,,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определяется высота ступени колодца

 

 

 

 

 

 

 

с1

 

1,1*5.656 – 3.942 = 2.28 м

 

ст1

= 1

+ β пр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.

 

 

1 =V1 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определяется длина ступени

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y1= +

1

9,81

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 6,24

 

2 4.576 = 6,027 м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y =

3,4

+22.352

= 4.576 м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

β = 0,8

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

пр

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ст1

= 4,5

 

,, - длина прыжка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

пр

 

 

 

 

25.452 м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 6,027+ 0,8*25.452 = 26.389 м

 

 

 

(63)

(64)

(65)

(66)

(67)

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]