Гидравлический розрахунок вузла гідротехнічних сооружений

1. Розрахунок магістрального канала.

1. Перевірка каналу на умова неразмываемости і незаиляемости.

2. Перевірка каналу на заиление.

3. Визначення глибин наповнення канала.

2. Розрахунок розподільного і сбросного канала.

1. Визначення глибини наповнення трапецеидального сбросного каналу по заданої ширині по дну.

1. Розрахунок розподільного каналу методом І.І Агроскина.

2. Розрахунок сбросного канала.

3. Розрахунок кривою вільної поверхні в магістральному канале.

1. Визначення критичної глибини розподільчому канале.

2. Встановлення форми кривою вільної поверхности.

3. Розрахунок кривою підпора в магістральному каналі методом І.І. Агроскина.

4. Гідравлічний розрахунок шлюза-регулятора.

4.1 Визначення ширини шлюзу — регулятора у голові магістрального канала.

5. Розрахунок водосливной плотины.

1. Визначення гребеня водосливной плотины.

2. Побудова профілю водосливной плотины.

6. Гідравлічний розрахунок гасителей.

1. Визначення форми поєднання в нижньому б'єфі водосливной греблі методом І.І. Агроскина.

2. Гідравлічний розрахунок водобойной стінки (Розрахунок довжини колодца).

7. Список використовуваної литературы.

Варіант 3(5).

На річці N проектується вузол гідротехнічних споруд. До складу вузла входят:

А) Водосливная плотина.

Б) Водозабірний регулятор з часткою магістрального канала.

Магістральний канал подає воду на зрошення і обводнювання подкомандной йому території. На магістральному каналі влаштовується розподільний вузол. На сбросном каналі, що йде від цього вузла, влаштовується перепад (схема I).

[pic].

Схема I.

1. Розрахунок магістрального канала.

До складу розрахунку входит:

1. Визначення розмірів каналу з умови його неразмываемости (при Qmax =.

1,5Qн) і незаиляемости (при Qmin = 0,75Qн).

2. Визначення нормальних глибин для заданих витрат і його побудова кривой.

Q = f (h).

Дані для расчёта:

— Витрата Qн = 9,8 м3/сек. Qmax = 14,7. Qmin = 7,35.

— Схил дна каналу і = 0,29.

— Грунти — щільні глины.

— Умова змісту: среднее.

— Мутність потоку? = 1,35 кг/м3.

— Склад наносів за фракціями в %:

I. d = 0.25 — 0.1 мм = 3.

II. d = 0,10 — 0,05 мм = 15.

III. d = 0,05 — 0,01 мм = 44.

IV. d = Rгн то R < Rгн 2,92 >1,54, приймаємо R =.

1,38. 10. Визначаємо ставлення [pic] 11. По вычисленному відношенню [pic] визначаємо ставлення [pic]по таблице.

XI [1]. 12. Обчислюємо ширину каналу на дні та глибину потоку в каналі [pic].

Приймаємо стандартну ширину рівну 8,5 м. 13. Визначається глибина потоку в каналі при пропуску нормального расхода.

Qн при прийнятої ширині каналу в м. І тому обчислюється функція [pic].

Далі визначається гідравлічний найвигідніший радіус за таблицею X[1] Rгн = 1,31 м. По вычисленному відношенню [pic] визначається ставлення [pic]по таблиці XI[1]. Нормальна глибина [pic] 14. Визначається глибина потоку в каналі при пропуску мінімального витрати: [pic].

При [pic] Rгн = 1,17, таблиця XI[1]. Далі визначаємо ставлення [pic] У цій відношенню визначаємо [pic] таблиця XI[1].

[pic].

1.2 Перевірка каналу на заиление.

1. Обчислюється мінімальна середня швидкість течії в каналі: [pic].

2. Обчислюється мінімальний гідравлічний радіус живого перерізу канала:

[pic].

3. Визначається гідравлічна крупность наносів для заданого значення діаметрів частинок даної фракції, таблиця XVII[1].

Таблиця 1.

Склад наносів по фракциям.

|Фракции |I |II |III |IV | |Діаметр, мм. |0,25 — 0,1 |0,1 — 0,05 |0,05 — 0,01 |? 0,01 | |Р, %. |1 |12 |28 |59 | |Гідравлічна |2,7 |0,692 |0,173 | | |крупность. | | | | | |Wd, см/с. |2,7 — 0,692 |0,692 — 0,173 |0,173 — 0,007 |0,007 |.

4. Визначається осреднённая гідравлічна крупность кожної фракции.

[pic].

5. Визначається середньозважена гідравлічна крупность наносов:

[pic].

6. Приймається умовна гідравлічна крупность наносів. Сравниваем.

[pic]то є < 0,002 м/с, то W0 = 0,002 м/с.

7. Обчислюємо транспортирующую здатність потоку: [pic]. [pic] Порівнюємо: [pic]- канал не заиляется.

3. Визначення глибини наповнення каналу графічним методом.

Розрахунок для побудови кривою Q = f (h) ведеться в табличній форме.

Таблиця 2.

Розрахунок координат кривою Q = f (h).

|h, м. |?, м2. |X, м2. |[pic] |[pic], |Q, м3/с. |Розрахункові | | | | | |м/с. | |формули | |0,5 |4,5 |9,9 |0,45 |22,72 |1,74 | | |1 |8,5 |11,3 |0,75 |32,72 |4,73 | | |1,5 |15 |12,7 |1,18 |44,83 |11,43 | | |2 |21 |14,1 |1,49 |52,50 |18,74 | |.

[pic].

[pic] - визначається за таблицею X[1]. За даними таблиці 2 будується крива Q = f (h). По кривою, при заданому витратах, визначається глибина: hmax = 1,75 м при Qmax = 14,7 м3/с. hн = 1,50 м при Qн = 9,8 м3/с. hmin = 1,25 м при Qmin = 7,35 м3/с.

Вывод: При розрахунку максимальної глибини двома шляхами значення максимальної глибини мають невеликі розбіжності, може бути викликано не точністю округлений при розрахунку — розрахунок виконано верно.

2. Розрахунок розподільного і сбросного каналов.

1. Визначення глибини наповнення трапецеидального сбросного каналу по заданої ширині по дну.

Данные для расчёта:

Розподільний канал:

— ширина на дні b = 6,4 м.

— витрата Q = 0,5 Qmax магістрального каналу — Q = 7,35.

— Схил каналу і = 0,45.

— Грунти — дуже щільні суглинки.

— Коефіцієнт шорсткості n = 0,0250.

Сбросной канал:

— витрата Q = Qmax магістрального каналу Q = 14,7.

— Схил дна і = 0,58.

— Грунти — щільні лёссы.

— Коефіцієнт шорсткості n = 0,0275.

— Ставлення глибини перед перепадом до hкр.

2.1.1 Розрахунок розподільного каналу методом Агроскина.

1. m = 1, табл. IX[1].

2. n = 0,0250.

3. Обчислюється функція F (Rгн).

[pic].

4. Визначається гідравлічно найвигідніший радіус по функції [pic].

Rгн = 1,07, табл. X[1].

5. Обчислюємо ставлення [pic].

6. Щодо [pic] за таблицею XI[1] визначаємо ставлення [pic].

7. [pic].

2.1.2 Розрахунок сбросного канала.

1. m = 1, таблиця IX[1].

2. n = 0,0275. 4m0 = 7,312.

3. Обчислюємо функцію [pic]: [pic].

4. Визначаємо гідравлічно найвигідніший радіус за таблицею X[1] по функції [pic]. Rгн = 1,35.

5. Приймаємо расчётный гідравлічний радіус перерізу R = Rгн; [pic].

6. Щодо [pic], визначаємо [pic]таблица XI[1]. [pic]табл. XI[1].

[pic].

3. Розрахунок кривою підпора в магістральному каналі методом Агроскина.

1. Визначення критичної глибини розподільчому канале.

Вихідні дані: (із розрахунку магістрального канала).

— Витрата Q = 9,8 м3/сек.

— Ширина каналу на дні bст = 8,5 м.

— hн = h0 =1,42 м.

— коефіцієнт закладення укосу m = 1.

— Коефіцієнт шорсткості n = 0,025.

— Схил дна каналу і = 0,29.

— Вода у подпорного споруди hн = 3,0h0 =3? 1,42.

= 4,26 м.

— Коефіцієнт Кориолиса? = 1,1.

— Прискорення вільного падіння g = 9,81 м/с2.

Найпростішим способом є розрахунок критичної глибини методом Агроскина.

[pic].

Критична глибина для каналу прямокутного перерізу визначається по формулі: [pic] Безрозмірна характеристика [pic] обчислюється за такою формулою [pic] З цього випливає: [pic].

2. Встановлення форми кривою вільної поверхні. [pic].

Знак чисельника диференціального рівняння визначається шляхом порівняння глибини потоку у подпорного споруди hn із нормальною глибиною h0.

Знак знаменника диференціального рівняння визначається шляхом порівняння глибин потоку у подпорного споруди hn з критичної глубиной.

Оскільки hn = 4,26 > h0 = 1,42, то k > k0, [pic], чисельник висловлювання (1) позитивний (+). Оскільки hn = 4,26 > hкр = 0,519, то потік перебуває у спокійному стані Пк 0 розрахунок каналу ведемо з такого рівнянню: [pic], де e1−2 — відстань між двома сечениями потоку з глибинами h1 і h2, м. а — змінна величина, що залежить від глибини потоку. і - ухил дна каналу = 0,29. z — змінна величина що залежить від глибин потока.

[pic] - середнє арифметичне значення фіктивного параметра кинетичности.

? (z) — змінна функция.

Змінна величина a визначається за такою формулою: [pic], де h1 і h2 — глибина потоку в перетинах. z1 і z2 — перемінні величини в перетинах між якими визначається довжина кривою вільної поверхні. [pic] де [pic]=1,532 табл. XXIII (а)[1]. h — глибина потоку в аналізованому сечении, м.? — безрозмірна характеристика живого перерізу. h0 — нормальна глибина = 1,42. ?0- безрозмірна характеристика. [pic].

3. Гідравлічний розрахунок шлюзу — регулятора у голові магістрального каналу. 1. Визначення ширини шлюзу — регулятора у голові магістрального канала.

До складу розрахунку входит:

1. Визначення робочої ширини регулятора за максимального витратах в магістральному каналі. Щити повністю открыты.

Дані для расчёта:

— Витрата Qmax = 14,7 м3/с.

— Стандартна ширина магістрального каналу bк = 8,5 м.

— hmax = 1,80 м.

— коефіцієнт укосу m = 1.

— ?z = (0,1 — 0,3 м) = 0,1 м.

— Форма поєднання подводящего каналу з регулятором: раструб.

Порядок расчёта:

1. Визначається натиск перед шлюзом регулятором H = hmax + ?z = 1,80 + 0,1.

= 1,9 м.

2. Визначається швидкість потоку перед шлюзом регулятором: [pic].

3. Визначається повний натиск перед регулятором: [pic]? = 1,1.

4. Перевіряється водозлив на підтоплення, навіщо порівнюється отношение.

[pic].

? — глибина подтопления.

P — висота водозливу із боку НБ.

5. Обчислюємо вираз: [pic].

Де ?п — коефіцієнт підтоплення. m — коефіцієнт витрати водозливу. b — ширина водослива.

H0 — повний натиск. Подальший розрахунок ведеться в табличній форме.

Таблиця 4.1.

Розрахунок для побудови графіка залежності [pic]=f (b). |b, |m |K2 |Підтоплення водозливу | ?п |[pic] |Примітка | |м. | | | | | | | | |таб.8.6|таб.8.| |таб.22.| | | | |[1] |7[1] | |4[1] | | | | | | |Подтоплен|Не подтоплен| | | | |1 |2 |3 |4 |5 |6 |7 |8 | |6,8 |0,369 |0,76 |+ |- |0,81 |2,03 |[pic] | |5,95|0,365 |0,77 |+ |- |0,79 |1,71 | | |5,1 |0,362 |0,81 |+ |- |0,80 |1,48 | | |4,25|0,358 |0,82 |+ |- |0,81 |1,23 | |.

Водозлив вважається подтопленным якщо [pic], коефіцієнт підтоплення визначається по табл. 8.8[1].

За даними таблиці 4.1 будується графік залежності і з графіку визначається бажана ширина b. [pic]. Приймаємо регулятор однопролётный шириною 4,2 м.

[pic].

5. Розрахунок водосливной плотины.

До складу розрахунку входит:

1. Вибір і його побудова профілю водосливной греблі (без щитов).

2. Визначення ширини водосливной греблі й визначення щитових отворів за умови пропуску витрати Q = Qmax. Вихідні данные:

1. Рівняння [pic] для річки на створі греблі: — коефіцієнт «а» 12,1.

— коефіцієнт «b» 20.

2. Витрата Qmax = 290 м3/с.

3. Позначка горизонту води перед греблею при пропуску паводка ПУВВ — 60,3 м.

4. Ширина річки на створі греблі, У — 24 м.

5. Ширина щитових отворів 5,0.

6. Товщина проміжних бичків t, 1,0 — 1,5 м.

7. Тип гасителя в нижньому б'єфі: водобойная стенка.

Порядок расчёта:

I. Вибір профілю водосливной греблі. Водосливная гребля розраховується за типу водозливу практичного профілю криволинейного обриси (за розрахунковий приймаємо профіль I). Повна характеристика: водозлив практичного профілю, криволинейного обриси, з плавним обрисом оголовка, безвакуумный. II. Визначення побутової глибини нижньому б'єфі греблі (hб). Для визначення (hб) при заданому витратах необхідно по заданому рівнянню [pic] побудувати графік залежності Q = f (hб). Розрахунок координат цього графіка ведеться в табличній форме.

Табл. 5.1.

Розрахунок координат графіка залежності функції Q = f (hб). |hб, м. |hб2 |ahб2 |bhб2 |[pic] | |1 |1 |12,1 |20 |32,1 | |2 |4 |48,4 |40 |88,4 | |3 |9 |108,9 |60 |168,9 | |4 |16 |193,6 |80 |273,6 | |5 |25 |302,5 |100 |402,5 |.

III. Визначення ширини водосливной греблі і кількості водозливних отворів при пропуску заданого витрати: 1. Визначаємо профілюючий натиск перед греблею [pic] де — ?ПУВВ — позначка подпёртого рівня високих вод (max позначка можлива в водохранилище).

?Р = ?НПУ = ?НПГ = 58 м. де? НПУ — нормальний подпёртый рівень. Приймаємо швидкість підходу перед греблею V0? 0? [pic], тоді повний натиск дорівнює H0 = Hпр.

2. Приймаємо коефіцієнт витрати водозливу при H0 = Hпр = 2,3 м, для профілю [1] m=0,49.

3. Визначаємо висоту водосливной греблі P = ?Р — ?дна = 58 — 49,2 = 8,8 м.

4. Перевіряємо умова підтоплення водосливной греблі. І тому порівнюємо висоту греблі з побутової глибиною. P = 8,8 > hб = 4,2 — гребля не подтоплена.

?п=1.

5. Приймаємо коефіцієнт бічного стискування? =0,98.

6. Обчислюється ширина водосливной греблі у першому наближенні: [pic].

[pic].

7. Порівнюємо вирахувану ширину водосливной греблі із шириною річки на створі греблі. b = 39,08 > Bр = 24,0 м (ширина греблі більше ширини річки). Оскільки ширина греблі більше ширини річки — це що означає, що позначка гребеня греблі (?Р) рівна ?НПГ (нормальний подпёртый обрій) не забезпечує при профілюючому напорі перепустку максимального витрати. І тут рекомендується: 1. Знизити оцінку гребеня водосливной греблі збільшивши цим профілюючий натиск і пропускну спроможність греблі. 2. На ряду з водосливной греблею спроектувати глибокі донні отвори, позначки порога яких набагато нижчий позначки гребеня водосливной плотины.

Приймаємо за расчётный 1 варіант, тобто. знижуємо оцінку гребеня водосливной греблі з усього водосливному фронту.

5.1 Визначення позначки гребеня водосливной плотины.

1. Приймаємо ширину водосливной греблі рівної ширині річки: Bпл = Bр = 24 м.

2. Визначаємо число прольотів: t = 1; bпр = 5,0 м. [pic].

3. Визначаємо витрата проходить через один проліт водосливной плотины.

[pic].

4. Приймаємо коефіцієнт витрати водосливной греблі m = 0,49.

5. Приймаємо, що водосливная гребля не подтапливается? п = 1.

6. Висловлюємо витрата проходить через 1 водосливной проліт по формуле:

[pic].

7. Визначення величини зниження позначки гребеня водозливу графоаналитическим способом. Будуємо графік залежності [pic]= f (h).

Розрахунок координат цього графіка ведеться в табличній форме.

Таблиця 5.2.

Розрахунок графіка залежності [pic]= f (h). |h, м |[pic]=Hпр + h |[pic] |E |[pic] | |0,5 |2,8 |4,68 |0,96 |4,49 | |1 |3,3 |5,99 |0,95 |5,69 | |1,5 |3,8 |7,41 |0,95 |7,04 | |2 |4,3 |8,92 |0,94 |8,38 |.

[pic], де a = 0,11, табл. 22.29[2]. bпр — ширина прольоти 5 м. За даними таблиці будуємо график.

5.2 Побудова профілю водосливной плотины.

Побудова профілю водосливной греблі виконується за способом Кригера — Офицерова.

Для побудови профілю у цій способу необхідно помножити [pic] на поодинокі координати приведені в таблиці 8.2 [1]. Розрахунок координат зливальний межі греблі і профілю переливчастої струменя зводимо в таблиці 5.3.

Таблиця 5.3.

Координати зливальний межі греблі і переливчастої струменя. | |Y, м. | |X, м. | | | |Обрис кладки |Обрис струменя | | | |Зовнішня |Внутрішня | | | |поверхню |поверхню | |0,00 |0,453 |-2,991 |-0,454 | |0,36 |0,129 |-2,891 |-0,129 | |0,72 |0,025 |-2,779 |-0,025 | |1,08 |0,000 |-2,664 |0,000 | |1,44 |0,025 |-2,527 |0,025 | |2,16 |0,216 |-2,232 |0,227 | |2,88 |0,529 |-1,839 |0,551 | |3,60 |0,921 |-1,368 |0,961 | |4,32 |1,414 |-0,788 |1,476 | |5,04 |2,034 |-0,108 |2,124 | |6,12 |3,142 |1,098 |3,312 | |7,20 |4,446 |2,495 |4,716 | |9,00 |7,056 |5,400 |7,560 | |10,8 |10,166 |9,000 |11,196 | |12,6 |13,744 |13,176 |15,336 | |14,4 |17,748 |18,000 |20,196 | |16,2 |22,392 |23,544 |25,74 |.

У уникнення удару внизпадающей струменя про дно нижнього б'єфа, зливальну грань греблі поєднують з дном з допомогою кривою радіуса R, те щоб зрадити струмені не вдома горизонтальне чи близький напрям. Радіус приймаємо за таблицею 8.3[1]. При P < 10 м R = 0,5P.

За даними таблиці на міліметрівці будується профіль водосливной греблі і переливчастої струи.

6. Гідравлічний розрахунок гасителей.

6.1 Визначення форми поєднання в нижньому б'єфі водосливной греблі методом І.І. Агроскина.

1. Визначаємо питома витрата водосливной греблі: [pic].

2. Обчислюється питома енергія потоку у верхній б'єфі: [pic].

3. Визначається друга сопряжённая глибина [pic], навіщо обчислюється функція: ф (?с). [pic] де? — коефіцієнт швидкості (?=0,95). По обчисленій функції ф (?с) визначається глибина [pic] табл. XXIX[1].

[pic].

4. Порівнюємо [pic] з hб: [pic] - поєднання в НБ, відбувається у формі отогнанного гідравлічного стрибка, для гасінні енергії в нижньому б'єфі проектується гаситель (водобойная стенка).

6.2 Гідравлічний розрахунок водобойной стенки.

1. Визначаємо висоту водобойной стенки.

[pic].

2. Визначається швидкість потоку перед водобойной стінкою: [pic].

Де? — коефіцієнт запасу = 1,05.

[pic] - друга сопряжённая глибина = 5,33 м.

3. Визначається натиск над водобойной стінкою без швидкісного напора:

[pic].

4. Обчислюється висота водобойной стінки. [pic].

5. Обчислюємо питому енергію потоку перед водобойной стінкою: [pic].

6. Обчислюється функція ф (?с). [pic] де? — коефіцієнт швидкості, для водобойной стінки ?=0,9.

7. Визначається відносна глибина [pic] по вычисленному значенням функції ?з, при коефіцієнті швидкості ?, по табл. XXIX[1]. [pic]=.

0,6644.

8. Обчислюється друга сопряжённая глибина після водобойной стінки: [pic].

9. Порівнюється [pic] з hб і встановлюється форма поєднання за стенкой:

[pic]=3,87 < hб = 4,2 — поєднання за водобойной стінкою відбувається у формі насунутої гідравлічного стрибка і стінка працює як подтопленный водозлив, у разі натиск над стінкою збільшується, а висота водобойной стінки зменшується. 10. Розрахунок довжини колодязя: [pic] Довжина колодязя 16 метров.