ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО МОРСКОГО И РЕЧНОГО ТРАНСПОРТА

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный университет водных коммуникаций»

Кафедра Гидротехнических сооружений, конструкций и гидравлики

Учебно-методический комплекс дисциплины: Гидротехнические сооружения водных путей, портов и континентального шельфа

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ

Специальность 270104.65 Гидротехническое строительство

код ОКСО наименование

Санкт-Петербург

2006

А.М. Гапеев В.В. Кононов

ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ ВОДНЫХ ПУТЕЙ,

ПОРТОВ И КОНТИНЕНТАЛЬНОГО ШЕЛЬФА

СУДОХОДНЫЕ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО МОРСКОГО И РЕЧНОГО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

“САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ВОДНЫХ КОММУНИКАЦИЙ”

А.М. Гапеев В.В. Кононов

ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ ВОДНЫХ ПУТЕЙ,

ПОРТОВ И КОНТИНЕНТАЛЬНОГО ШЕЛЬФА

СУДОХОДНЫЕ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ

Методические указания

Санкт-Петербург

2007

УДК 627 (28)

ББК

Рецензент:

Зав. каф. портов, строительного производства, оснований и фундаментов проф., д.т.н.

П.А. Гарибин

Гапеев А.М., Кононов В.В.

Гидротехнические сооружения водных путей, портов и континентального шельфа. Судоходные гидротехнические сооружения. Методические указания к выполнению лабораторных работ./А.М. Гапеев, Кононов В.В. – СПб.: СПГУВК, 2007 – 38 с.

Приведены рекомендации к выполнению лабораторных работ по дисциплине “Гидротехнические сооружения водных путей, портов и континентального шельфа”.

Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по специальности: 270104.65 “Гидротехническое строительство”, а также для студентов других специальностей при изучении дисциплины “Гидротехнические сооружения”

УДК 627. 45

ББК

© Санкт-Петербургский государственный

университет водных коммуникаций, 2007

© А.М Гапеев, 2007

© В.В. Кононов, 2007

Введение

Методические указания предназначены для более глубокого освоения студентами раздела “Судоходные гидротехнические сооружения” в составе дисциплины “Гидротехнические сооружения водных путей, портов и континентального шельфа ”.

Выполнение лабораторных работ охватывает изучение широкого круга вопросов, связанных с устройством и работой судоходного шлюза, определением его основных размеров, моделированием гидравлических явлений, определением гидромеханического воздействия воды на шлюзуемое судно в камере при ее наполнении и опорожнении, выбором безопасных режимов наполнения (опорожнения) камер и исследованиями других явлений, определяющих условия шлюзования судов.

Лабораторная работа № 1

ОЗНАКОМЛЕНИЕ С УСТРОЙСТВОМ МОДЕЛИ СУДОХОДНОГО ШЛЮЗА С ГОЛОВНОЙ СИСТЕМОЙ ПИТАНИЯ, УСТАНОВЛЕНИЕ МАСШТАБОВ

МОДЕЛИРОВАНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ШЛЮЗА

Целью работы является изучение устройства судоходного шлюза, ознакомление с его работой, установление масштабов моделирования и определение основных размеров шлюза для натуры.

Исходные данные:

1. Модель судоходного шлюза в масштабе λ=30;

для модели для натуры

2. Длина камеры шлюза L_к=_______м, L_к=______м;

3. Ширина камеры шлюза В_к=_______м, В_к=______м;

4. Начальная глубина воды в камере h_к=_______м, h_к=______м;

5. Напор на пороге верхней головы Н_n=______м, Н_n=______м;

6. Напор воды на камеру Н_к=______м, Н_к=______м;

7. Коэффициент шероховатости

материала шлюза n_м= 0,009, n_н= 0,018;

8. Предел чувствительности

прибора для измерения S_м= 0,4 кН, S_н=______кН

9. Водоизмещение расчетного судна W=_____кГс, W=______кН.

Порядок выполнения работы:

1. В соответствии с инструкцией по работе с установками в гидротехнической лаборатории им. проф. В.Е. Тимонова открыть задвижку (2) трубопровода, питающего водой гидравлический лоток (1) (рис.1), и установить положение уровня верхнего бьефа. Установка уровня верхнего бьефа производится регулятором уровня (3) посредством установочных

Рис.1. Схема лабораторной установки судоходного шлюза с головной системой питания.

1 – гидравлический лоток; 2 – задвижка для питания лотка водой; 3 – регулятор уровня ВБ; 4 – установочные винты регулятора; 5 – водосбросная труба регулятора; 6 – подъемно-опускной затвор верхней головы шлюза; 7 – двигатель с редуктором скоростей; 8 – шпитценмасштаб; 9 – судно в камере шлюза; 10 – направляющая штанга; 11 – направляющие каретки (верхняя и нижняя); 12 – датчик усилий; 13 – указатель изменения уровня воды; 14 – водослив с тонкой стенкой; 15 – передвижной щит нижней головы.

винтов (4). Затем, на пульте привода (7) необходимо определить заданную скорость подъема плоских подъемно-опускных ворот верхней головы шлюза (6) и произвести наполнение камеры. После наполнения камеры осуществляется закрытие ворот верхней головы и производится опорожнение камеры шлюза. Для этого требуется поднять на определенную высоту передвижной щит нижней головы (15). По окончании опорожнения камеры необходимо выполнить измерения исследуемых параметров шлюза: глубину воды на пороге верхней головы Н_n и в камере h_к, напор воды Н_к, полную длину камеры L_к и ее ширину В_к. Измерения уровней воды производится шпитценмасштабами обычного образца (8), установленными в верхнем и нижнем бьефах, и по отметкам бьефов при выровненном положении нулей шпитценмасштабов определяется величина напора Н_к. Измерение длины и ширины камеры шлюза осуществляется мерной рулеткой;

2. Выполнить пересчет измеренных на модели основных параметров шлюза для натуры.

Основной силой, определяющей волновые процессы в камере шлюза, является сила тяжести, поэтому моделирование гидравлических явлений ведется с соблюдением критерия подобия Фруда. При моделировании по Фруду соблюдается подобие сил тяжести и инерционных сил, однако нарушается подобие сил упругости, капиллярных сил и сил внутреннего трения. Для крупных моделей искажением этих сил можно пренебречь.

При выбранном масштабе моделирования λ образуются следующие соотношения масштабных параметров модели и натуры:

длина, ширина,

высота ; расход воды ;

сила ; скорость ;

время ; уклон воды .

3. Произвести обоснование выбранного масштаба моделирования.

Принятый в работе масштаб моделирования λ сопоставляется с минимально допустимыми масштабами моделирования по материалу шлюза на модели и в натуре, а также по чувствительности прибора для измерения действующих на суда гидродинамических сил.

Минимально допустимый масштаб по материалу модели и натуры (шероховатости или турбулентному трению) определяется выражением:

^; (1)

Масштабы гидравлических моделей по шероховатости обычно получаются порядка 20 ÷ 25. При таких масштабах моделей обеспечивается полное подобие рассматриваемых явлений в камере судоходного шлюза.

Минимально допустимый масштаб модели по чувствительности прибора определяется по зависимости:

_; (2)

где =2 – коэффициент запаса.

Масштабы гидравлических моделей по чувствительности прибора для измерения гидродинамических сил получаются порядка 40 – 80. Это указывает на то, что при принятой чувствительности прибора исследуемые явления на модели шлюза до указанных масштабов измеряются без существенных искажений.

Результаты исследований и основные выводы

1. Дать схему модели судоходного шлюза, описать устройство, назначение элементов и работу шлюза.

2. Выполнить перечет исследуемых параметров на модели для натуры и дать обоснование выбранному масштабу моделирования.

Лабораторная работа № 2

ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ НАПОЛНЕНИЯ КАМЕРЫ ШЛЮЗА С

ГОЛОВНОЙ СИСТЕМОЙ ПИТАНИЯ

Целью работы является определение опытных гидравлических характеристик наполнения камеры шлюза: изменений уровня и напора воды на камеру , высоты подъема затвора наполнения , поступающего в камеру расхода воды и коэффициента расхода системы наполнения .

Исходные данные:

1. Модель судоходного шлюза в масштабе λ=30;

для модели для натуры

2. Длина камеры шлюза L_к=______м, L_к=______м;

3. Ширина камеры шлюза В_к=______м, В_к=_____м;

4. Площадь зеркала камеры Ω_к=______м, Ω_к=_____м;

5. Начальная глубина воды в камере h_к=______м, h_к=______м

6. Напор на пороге верхней головы Н_n=______м, Н_n=______м;

7. Напор воды на камеру Н_к=______м, Н_к=______м;

8. Полная высота подъема затвора h_з.n=_____м, h_з.n=_____м;

9. Полное время подъема затворов t_з.п=_____м, t_з.п=______м;

10. Угол наклона ножа затвора α=35⁰, α=35⁰;

11. Высота скошенной части порога а=______м, а=_______м.