Следовательно, грузопропускной способности шлюза достаточно для того, чтобы обеспечить расчётный грузооборот.

2. Гидравлический расчёт водопроводной системы шлюза

Цель гидравлического расчёта – установить основные размеры элементов водопроводной системы шлюза, при которых будут обеспечены наполнение и опорожнение камер в течении определённого времени, отвечающего пропуску через шлюз заданного грузооборота, при удовлетворительных условиях отстоя и маневрирования шлюзующихся судов, а также надёжной работе конструкций и оборудования.

2.1. Определение значений продольных гидравлических усилий

Гидравлический расчёт производим отдельно для наполнения и опорожнения камер.

В курсовом проекте принимаем:

1. Стены камер вертикальными;

2. Среднюю площадь камеры определяем по формуле:

, где

L_c,ef– полезная длина камеры шлюза,L_c,ef= 300м;

b_c,ef– полезная ширина камеры шлюза,b_c,ef= 20м.

A_p=1.1*300*20=6600 м²;

3. Равномерное открывание водопроводных затворов в течении времени:

, где

k_с= 0.3 … 0.5 – при наполнении камер через продольные галереи, принимаемk_с= 0.5;

t– время наполнения и опорожнения камер,t= 7,88мин.

t_c=0.4*7.88=189 сек=3.15 мин.

При наполнении камер предварительно принятое время равномерного открывания водопроводных затворов необходимо проверить по условиям отстоя судов.

Условия отстоя судов оцениваются допускаемыми продольными гидродинамическими усилиями, действующими на судно водоизмещением D, находящееся при наполнении и опорожнении камеры в неустановившемся потоке.

Водоизмещение расчётного судна в полном грузу Dопределяется по формуле:

, где

r– плотность воды,r= 10кН/м³;

k_в– коэффициент полноты водоизмещения,k_в= 0.9;

L_Sиb_S– соответственно длина и ширина расчётного судна,L_S= 98.4м,b_S= 14.3м;

S– осадка расчётного судна при полной загрузке,S= 3.7м.

Таким образом, водоизмещение расчётного судна в полном грузу Dсоставит:

D=10*0.9*98.4*14.3*3.7=46857.1 кН.

На основании данных, приведенных в таблице для определения допустимых значений продольных гидравлических усилий, получаем:

F_lдоп= 90.43кН, а следовательно иn_доп===518.16, где

F_lдоп– допустимое значение продольной гидродинамической силы из условия прочности швартовых устройств.

2.2. Расчёт наполнения камеры шлюза

Определим площадь продольных галерей по формуле для однокамерных шлюзов:

, где

m– коэффициент расхода, принимаемый для распределенной системы питания короткого шлюзаm= 0.55;

a_с– коэффициент, зависящий от типа затвора и величиныm. Значение коэффициента при плоском или сегментном затворе при полностью открытых водопроводных затворах (1 –a_с) = 0.39.

A_p– средняя площадь камеры шлюза,A_p= 6600м²;

H_д– максимальный напор на шлюз,H_д= 11.9м;

t– время наполнения и опорожнения камер,t= 472.8 сек = 7,88мин.

Площадь продольных галерей:

A_ОП==47.06 м²≈47 м ².

Поперечное сечение одной галереи квадратной формы определяется по формуле:

b_ОП===4.84 м≈5 м.

Проверку условий отстоя судов на продольную гидродинамическую силу F_lпроизводим из условияF_l<F_lдоп.

, где

D– водоизмещение расчётного судна,D= 46857.1кН;

A_c– площадь живого сечения камеры шлюза при минимальномУНБ(ННУНБ):

, где

b_c,ef– полезная ширина камеры шлюза,b_c,ef= 20м.

h_L– глубина на порогах шлюза,h_L= 6м.

А_с=20*6=120 м²;

A_ms– площадь миделевого сечения расчётного судна ниже ватерлинии, определяемая по формуле:

, где

b_S– ширина расчётного судна,b_S= 14.3м;

S– осадка расчётного судна при полной загрузке,S= 3.7м.

A_ms=14.3*3.7*2=105.82 м²;

Ф– коэффициент, характеризующий качество данного типа распределительной системы питания по сравнению с качеством других типов этой системы и головной системы питания. При распределительной системе питания для наиболее совершенных систем принимаемФ= 0.25.

(dQ / dt)₀– наибольшее приращение расхода потока, поступающего в камеру шлюза (при изменении коэффициента расходаmпо прямой и постоянной скорости открывания затворов в начале наполнения, т.е. при наибольшем напоре на шлюз), определяемое по формуле:

, где

H_д– максимальный напор на шлюз,H_д= 11.9м;

A_ОП– площадь продольных галерей,A_ОП= 47м²;

t_c– время равномерного открывания водопроводных затворов,t_c= 3,15мин= 189сек;

m– коэффициент расхода, принимаемый для распределенной системы питания короткого шлюзаm= 0.55.

₀==2.09.

Таким образом, продольная гидродинамическая сила F_lсоставит:

F_i=2.09*=84.21 кН

Так как F_l=84.21 кН< F_l,доп=90.43 кН, то условия отстоя судна в камере на продольную гидродинамическую силу выполняются.

При гидравлическом расчёте головных систем питания необходимо определить заглубление a₀центра водопроводных затворов нижней головы под наинизший навигационный уровеньНБиз условия:

, где

P_СЖ– минимальное давление за затворами, равное –2 … –4м. ПринимаемP_СЖ=

–3 м;

k_g– коэффициент, зависящий от относительного времени отрывания затворов k_с= 0.5, коэффициента расхода водопроводной системы при открытых затворахm= 0.55 и коэффициента сопротивления участка галерей за затворомx₂(в курсовом проекте принимаем x₂= 2).

Значение коэффициента k_g=f(k_с,,x₂), близких между собой для плоских, сегментных и поворотных затворов, принимают в зависимости от значенийk_с. На основании табличных данных методом интерполяции получаемk_g= 0.37.

Заглубление центра водопроводных затворов a₀составит:

a₀=-3+0.37*11.9=1.4 м