-*новый или неперечисленный*-

Гидравлический расчёт узла гидротехнических сооружений



                                 СОДЕРЖАНИЕ


   1. Расчёт магистрального канала.
     1. Проверка канала на условие неразмываемости и незаиляемости.
     2. Проверка канала на заиление.
     3. Определение глубин наполнения канала.
   2. Расчёт распределительного и сбросного канала.
     1. Определение глубины наполнения трапецеидального сбросного канала по
        заданной ширине по дну.
        1. Расчёт распределительного канала методом И.И Агроскина.
        2. Расчёт сбросного канала.
   3. Расчёт кривой свободной поверхности в магистральном канале.
     1. Определение критической глубины в распределительном канале.
     2. Установление формы кривой свободной поверхности.
     3. Расчёт кривой подпора в магистральном канале методом И.И. Агроскина.
   4.  Гидравлический расчёт шлюза-регулятора.
      4.1  Определение ширины шлюза – регулятора в голове магистрального
   канала.
   5. Расчёт водосливной плотины.
     1. Определение гребня водосливной плотины.
     2. Построение профиля водосливной плотины.
   6. Гидравлический расчёт гасителей.
     1. Определение формы сопряжения в нижнем бьефе водосливной плотины
        методом И.И. Агроскина.
     2. Гидравлический расчёт водобойной стенки (Расчёт длины колодца).
   7. Список используемой литературы.



                                Вариант 3(5).

     На реке N проектируется узел гидротехнических сооружений.
В состав узла входят:
                                     А)  Водосливная плотина.
                                     Б)  Водозаборный регулятор с частью
магистрального канала.
     Магистральный канал подаёт воду на орошение и обводнение подкомандной
ему территории. На магистральном канале устраивается распределительный
узел. На сбросном канале, идущем от этого узла, устраивается перепад (схема
I).


                                    [pic]
                                   Схема I


                      1. Расчёт магистрального канала.
     В состав расчёта входит:
   1. Определение размеров канала из условия его неразмываемости (при Qmax =
      1,5Qн) и незаиляемости (при Qmin = 0,75Qн).
   2. Определение нормальных глубин для заданных расходов и построение
      кривой
      Q = f(h).

                             Данные для расчёта:

                - Расход Qн = 9,8 м3/сек. Qmax = 14,7. Qmin = 7,35.
                - Уклон дна канала i = 0,00029.
                - Грунты – плотные глины.
                - Условие содержания: среднее.
                - Мутность потока ? = 1,35 кг/м3.
                - Состав наносов по фракциям 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 = <0,01мм = 38.
                - Глубина воды у подпорного сооружения 3,0 h0.



      1.1  Проверка канала на условие неразмываемости и незаиляемости.

   1. Принимаем коэффициент заложения откоса канала «m» в зависимости от
      грунта и слагающего русла канала по таблице IX [1] m = 1.
   2. Принимаем коэффициент шероховатости “n” в зависимости от условия
      содержания канала по таблице II [1] n = 0,025.
   3. Принимаем допускаемое значение скорости на размыв в зависимости от
      грунта, слагающего русло канала по таблице XVI [1] Vдоп = 1,40 м/с.
   4. Принимаем максимальную скорость потока в канале Vmax = Vдоп = 1,40м/с.
   5. Вычисляем функцию [pic]из формулы Шези: [pic]
   6. По вычисленному значению функции [pic]при принятом коэффициенте
      шероховатости ( n ), определяем допускаемый гидравлический радиус
      (Rдоп).
                        Rдоп = 2,92 м. Таблица X[1].
   7. Вычисляем функцию [pic]
      Qmax – максимальный расход канала м3/с.
      4m0 – определяется по таблице X[1] 4m0 = 7,312.
   8. По вычисленному значению функции [pic]при принятом коэффициенте
      шероховатости ( n ), определяем гидравлически наивыгоднейший радиус
      сечения по таблице X[1].     Rгн = 1,54 м.
   9. Сравниваем Rдоп  с Rгн и принимаем расчётный гидравлический радиус
      сечения (R). Так как Rдоп > Rгн то R < Rгн  2,92 >1,54, принимаем R =
      1,38.
  10. Определяем отношение [pic]
  11. По вычисленному отношению  [pic] определяем отношение [pic]по таблице
      XI [1].
  12. Вычисляем ширину канала по дну и глубину потока в канале [pic]
      Принимаем стандартную ширину равную 8,5 м.
  13. Определяется глубина потока в канале при пропуске нормального расхода
      Qн при принятой ширине канала в м. Для этого вычисляется функция [pic]
     Далее определяется гидравлический наивыгоднейший радиус по таблице
X[1]
Rгн = 1,31 м. По вычисленному отношению [pic] определяется отношение
[pic]по таблице XI[1]. Нормальная глубина [pic]
  14. Определяется глубина потока в канале при пропуске минимального
      расхода: [pic]

     При [pic] Rгн = 1,17, таблица XI[1].
Далее определяем отношение [pic] По этому отношению определяем [pic]
таблица XI[1].

[pic]

                      1.2  Проверка канала на заиление.

   1. Вычисляется минимальная средняя скорость течения в канале: [pic]
   2. Вычисляется минимальный гидравлический радиус живого сечения канала:
      [pic]
   3. Определяется гидравлическая крупность наносов для заданного значения
      диаметров частиц данной фракции, таблица XVII[1].
                                                                  Таблица 1.
                         Состав наносов по фракциям.

|Фракции        |I              |II             |III            |IV             |
|Диаметр, мм.   |0,25 – 0,1     |0,1 – 0,05     |0,05 – 0,01    |? 0,01         |
|Р, %.          |1              |12             |28             |59             |
|Гидравлическая |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. Определяется осреднённая гидравлическая крупность для каждой фракции.
                                    [pic]
   5. Определяется средневзвешенная гидравлическая крупность наносов:
                                    [pic]

   6. Принимается условная гидравлическая крупность наносов. Сравниваем
      [pic]то есть < 0,002 м/с, то W0 = 0,002 м/с.
   7. Вычисляем транспортирующую способность потока: [pic].
[pic]
Сравниваем: [pic]- канал не заиляется.

        3. Определение глубины наполнения канала графическим методом.

   Расчёт для построения кривой Q = f (h) ведётся в табличной форме.
                                                                  Таблица 2.

                     Расчёт координат кривой Q = f (h).

|h, м.     |?, м2.    |X, м2.    |[pic]     |[pic],    |Q, м3/с.  |Расчетные |
|          |          |          |          |м/с.      |          |формулы   |
|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]    - определяется по таблице X[1].
По данным таблицы 2 строится кривая Q = f (h).
По кривой, при заданном расходе, определяется глубина:
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 расчёте максимальной глубины двумя способами значения
максимальной глубины имеют небольшие расхождения, что может быть вызвано не
точностью округлений при расчёте – расчёт выполнен верно.



             2.  Расчёт распределительного и сбросного каналов.
   1. Определение глубины наполнения трапецеидального сбросного канала по
                           заданной ширине по дну.

Данные для расчёта:
                                    Распределительный канал:
                - ширина по дну b = 6,4 м.
                - расход Q = 0,5 Qmax магистрального канала – Q = 7,35.
                - Уклон канала i = 0,00045.
                - Грунты – очень плотные суглинки.
                - Коэффициент шероховатости n = 0,0250.

                     Сбросной канал:
                - расход Q = Qmax магистрального канала Q = 14,7.
                - Уклон дна i = 0,00058.
                - Грунты – плотные лёссы.
                - Коэффициент шероховатости n = 0,0275.
                - Отношение глубины перед перепадом  к hкр.


         2.1.1  Расчёт распределительного канала методом Агроскина.

   1. m = 1, табл. IX[1].
   2. n = 0,0250.
   3. Вычисляется функция F(Rгн).
                                    [pic]
   4. Определяется гидравлически наивыгоднейший радиус по функции [pic]
         Rгн = 1,07, табл. X[1].
   5. Вычисляем отношение [pic]
   6. По отношению [pic] по таблице XI[1] определяем отношение [pic]
   7. [pic]

                       2.1.2  Расчёт сбросного канала.
   1. m = 1, таблица IX[1].
   2. n = 0,0275. 4m0 = 7,312.
   3. Вычисляем функцию [pic]: [pic]
   4. Определяем гидравлически наивыгоднейший радиус по таблице X[1] по
      функции [pic]. Rгн = 1,35.
   5. Принимаем расчётный гидравлический радиус сечения R = Rгн; [pic]
   6. По отношению [pic], определяем [pic]таблица XI[1]. [pic]табл. XI[1].
      [pic]

     3.  Расчёт кривой подпора в магистральном канале методом Агроскина.

       1. Определение критической глубины в распределительном канале.

    Исходные данные: (из расчёта магистрального канала).
                - Расход Q = 9,8 м3/сек.
                - Ширина канала по дну bст = 8,5 м.
                - hн = h0 =1,42 м.
                - коэффициент заложения откоса m = 1.
                - Коэффициент шероховатости n = 0,025.
                - Уклон дна канала i = 0,00029.
                - Глубина воды у подпорного сооружения hн = 3,0h0 =3 ? 1,42
                  = 4,26 м.
                - Коэффициент Кориолиса ? = 1,1.
                - Ускорение свободного падения g = 9,81 м/с2.
     Наиболее простым способом является расчёт критической глубины методом
Агроскина.
                                    [pic]
     Критическая глубина для канала прямоугольного сечения определяется по
формуле:
[pic]
Безразмерная характеристика [pic] вычисляется по формуле [pic]
Из этого следует: [pic]

             2. Установление формы кривой свободной поверхности.
[pic]

     Знак числителя дифференциального уравнения определяется путём
сравнения глубины потока у подпорного сооружения  hn с нормальной глубиной
h0.
     Знак знаменателя дифференциального уравнения определяется путём
сравнения глубин потока у подпорного сооружения hn с критической глубиной.
                               Так как hn = 4,26 > h0 = 1,42, то k > k0,
[pic], числитель выражения (1) положительный (+).
Так как hn = 4,26 > hкр = 0,519, то поток находится в спокойном состоянии
Пк <1, знаменатель выражения (1) положительный (+).
       [pic] в магистральном канале образуется кривая подпора типа A1.

   3.3 Расчёт кривой подпора в магистральном канале методом И.И. Агроскина.

     Гидравлический показатель русла (x) принимаем равным 5,5.
     При уклоне i  > 0  расчёт канала ведём по следующему уравнению:
 [pic], где e1-2 – расстояние между двумя сечениями потока с глубинами h1 и
                                   h2, м.
     а – переменная величина, зависящая от глубины потока.
     i – уклон дна канала = 0,00029.
     z – переменная величина зависящая от глубин потока.
     [pic] - среднее арифметическое значение фиктивного параметра
кинетичности.
     ? (z) – переменная функция.
     Переменная величина a определяется по формуле: [pic] , где h1 и h2 –
глубина потока в сечениях.
     z1 и z2 – переменные величины в сечениях между которыми определяется
длина кривой свободной поверхности.
[pic]
где [pic]=1,532 табл. XXIII (а)[1].
h – глубина потока в рассматриваемом сечении, м.
? - безразмерная характеристика живого сечения.
h0 – нормальная глубина = 1,42.
?0- безразмерная характеристика.
[pic]



     3. Гидравлический расчёт шлюза – регулятора в голове магистрального
                                   канала.
  1. Определение ширины шлюза – регулятора в голове магистрального канала.

    В состав расчёта входит:
   1. Определение рабочей ширины регулятора при максимальном расходе в
      магистральном канале. Щиты полностью открыты.

                             Данные для расчёта:
                - Расход Qmax = 14,7 м3/с.
                - Стандартная ширина магистрального канала bк = 8,5 м.
                - hmax = 1,80 м.
                - коэффициент откоса m = 1.
                - ?z = (0,1 – 0,3 м) = 0,1м.
                - Форма сопряжения подводящего канала с регулятором:
                  раструб.

Порядок расчёта:

   1. Определяется напор перед шлюзом регулятором H = hmax + ?z = 1,80 + 0,1
      = 1,9 м.
   2. Определяется скорость потока перед шлюзом регулятором: [pic]
   3. Определяется полный напор перед регулятором: [pic]  ? = 1,1.
   4. Проверяется водослив на подтопление, для чего сравнивается отношение
      [pic]
      ? - глубина подтопления.
      P – высота водослива со стороны НБ.
   5. Вычисляем выражение: [pic]
      Где  ?п – коэффициент подтопления.
      m – коэффициент расхода водослива.
      b – ширина водослива.
      H0 – полный напор.
Дальнейший расчёт ведётся в табличной форме.

                                                                 Таблица 4.1
            Расчёт для построения графика зависимости [pic]=f(b).
|b,  |m      |K2    |Подтопление водослива | ?п    |[pic]    |Примечание     |
|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     |               |


     Водослив считается подтопленным если [pic], коэффициент подтопления
определяется по табл. 8.8[1].
     По данным таблицы 4.1 строится график зависимости и по графику
определяется искомая ширина b.  [pic]. Принимаем регулятор однопролётный
шириной 4,2м.

[pic]



                       5.  Расчёт водосливной плотины.

     В состав расчёта входит:
   1. Выбор и построение профиля водосливной плотины (без щитов).
   2. Определение ширины водосливной плотины и определение щитовых отверстий
      при условии пропуска расхода Q = Qmax.
Исходные данные:
   1. Уравнение [pic] для реки в створе плотины: - коэффициент «а» 12,1.
                - коэффициент «b» 20.
   2. Расход  Qmax = 290 м3/с.
   3. Отметка горизонта воды перед плотиной при пропуске паводка ПУВВ – 60,3
      м.
   4. Ширина реки в створе плотины, В – 24 м.
   5. Ширина щитовых отверстий 5,0.
   6. Толщина промежуточных бычков t, 1,0 – 1,5 м.
   7. Тип гасителя в нижнем бьефе: водобойная стенка.

Порядок расчёта:

 I. Выбор профиля водосливной плотины.
Водосливная плотина рассчитывается по типу водослива практического профиля
криволинейного очертания (за расчетный принимаем профиль I).
Полная характеристика: водослив практического профиля, криволинейного
очертания, с плавным очертанием оголовка, безвакуумный.
II. Определение бытовой глубины в нижнем бьефе плотины (hб).
Для определения (hб) при заданном расходе необходимо по заданному уравнению
[pic] построить график зависимости Q = f(hб). Расчёт координат этого
графика ведётся в табличной форме.
                                                                   Табл. 5.1
           Расчёт координат графика зависимости функции 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. Определение ширины водосливной плотины и числа водосливных отверстий
    при пропуске заданного расхода:
1.  Определяем профилирующий напор перед плотиной [pic]
     где - ?ПУВВ – отметка подпёртого уровня высоких вод (max отметка
возможная в водохранилище).
     ?Г = ?НПУ = ?НПГ = 58 м. где ?НПУ – нормальный подпёртый уровень.
Принимаем скорость подхода перед плотиной V0 ? 0 ? [pic], тогда полный
напор равен H0 = Hпр.


   2. Принимаем коэффициент расхода водослива при H0 = Hпр = 2,3 м, для
      профиля [1] m=0,49.
   3. Определяем высоту водосливной плотины P = ?Г – ?дна = 58 – 49,2 = 8,8
      м.
   4. Проверяем условие подтопления водосливной плотины. Для этого
      сравниваем высоту плотины с бытовой глубиной. P = 8,8 > hб = 4,2 –
      плотина не подтоплена.
                                    ?п=1.
   5. Принимаем коэффициент бокового сжатия ? =0,98.
   6. Вычисляется ширина водосливной плотины в первом приближении: [pic]
         [pic]
   7. Сравниваем вычисленную ширину водосливной плотины с шириной реки в
      створе плотины. b = 39,08 > Bр = 24,0 м (ширина плотины больше ширины
      реки). Так как ширина плотины больше ширины реки – это значит, что
      отметка гребня плотины (?Г) равная ?НПГ (нормальный подпёртый
      горизонт) не обеспечивает при профилирующем напоре пропуск
      максимального расхода. В этом случае рекомендуется: 1. Понизить
      отметку гребня водосливной плотины увеличив тем самым профилирующий
      напор и пропускную способность плотины. 2. На ряду с водосливной
      плотиной спроектировать глубокие донные отверстия, отметки порога
      которых ниже отметки гребня водосливной плотины.
      Принимаем за расчётный 1 вариант, т.е. понижаем отметку гребня
      водосливной плотины по всему водосливному фронту.

            5.1  Определение отметки гребня водосливной плотины.

   1. Принимаем ширину водосливной плотины равной ширине реки: Bпл = Bр = 24
      м.
   2. Определяем число пролётов: t = 1; bпр = 5,0 м. [pic]
   3. Определяем расход проходящий через один пролёт водосливной плотины
      [pic]
   4. Принимаем коэффициент расхода водосливной плотины m = 0,49.
   5. Принимаем, что водосливная плотина не подтапливается ?п = 1.
   6. Выражаем расход проходящий через 1 водосливной пролёт по формуле:
      [pic]
   7. Определение величины понижения отметки гребня водослива
      графоаналитическим способом. Строим график зависимости [pic]= f(h).
      Расчёт координат этого графика ведётся в табличной форме.



                                                                 Таблица 5.2
                  Расчёт графика зависимости  [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], где a = 0,11, табл. 22.29[2]. bпр – ширина пролёта 5 м.
По данным таблицы строим график.


                5.2  Построение профиля водосливной плотины.
     Построение профиля водосливной плотины выполняется по способу Кригера
– Офицерова.
     Для построения профиля по этому способу необходимо умножить [pic] на
единичные координаты приведённые в таблице 8.2 [1]. Расчёт координат
сливной грани плотины и профиля переливающейся струи сводим в таблице 5.3.

                                                                 Таблица 5.3
          Координаты сливной грани плотины и переливающейся струи.
|           |Y, м.                                                       |
|X, м.      |                                                            |
|           |Очертание кладки  |Очертание струи                         |
|           |                  |Внешняя           |Внутренняя           |
|           |                  |поверхность       |поверхность          |
|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                |

     Во избежании удара внизпадающей струи о дно нижнего бьефа, сливную
грань плотины сопрягают с дном при помощи кривой радиуса R, так чтобы
предать струе на выходе горизонтальное или близкое ему направление. Радиус
принимаем по таблице 8.3[1]. При P < 10 м R = 0,5P.
     По данным таблицы на миллиметровке строится профиль водосливной
плотины и переливающейся струи.



                    6.  Гидравлический расчёт гасителей.
    6.1  Определение формы сопряжения в нижнем бьефе водосливной плотины
                           методом И.И. Агроскина.

   1. Определяем удельный расход водосливной плотины: [pic]
   2. Вычисляется удельная энергия потока в верхнем бьефе: [pic]
   3. Определяется вторая сопряжённая глубина [pic], для чего вычисляется
      функция: ф(?с). [pic] где ? - коэффициент скорости (?=0,95). По
      вычисленной функции ф(?с) определяется глубина [pic] табл. XXIX[1].
      [pic]
   4. Сравниваем [pic] с hб: [pic] - сопряжение в НБ, происходит в форме
      отогнанного гидравлического прыжка, для гашении энергии в нижнем бьефе
      проектируется гаситель (водобойная стенка).


                6.2  Гидравлический расчёт водобойной стенки.

   1. Определяем высоту водобойной стенки.
                                    [pic]
   2. Определяется скорость потока пред водобойной стенкой: [pic]
   Где ? - коэффициент запаса = 1,05.
      [pic]  - вторая сопряжённая глубина = 5,33 м.
   3. Определяется напор над водобойной стенкой без скоростного напора:
      [pic]
   4. Вычисляется высота водобойной стенки. [pic]
   5. Вычисляем удельную энергию потока перед водобойной стенкой: [pic]
   6. Вычисляется функция ф(?с). [pic]
         где ? - коэффициент скорости, для водобойной стенки ?=0,9.
   7. Определяется относительная глубина [pic] по вычисленному значению
      функции ?с, при коэффициенте скорости ?, по табл. XXIX[1]. [pic]=
      0,6644.
   8. Вычисляется вторая сопряжённая глубина после водобойной стенки: [pic]
   9. Сравнивается [pic] с hб и устанавливается форма сопряжения за стенкой:

         [pic]=3,87 < hб = 4,2 – сопряжение за водобойной стенкой происходит
   в форме надвинутого гидравлического прыжка и стенка работает как
   подтопленный водослив, в этом случае напор над стенкой увеличивается, а
   высота водобойной стенки уменьшается.
10.  Расчёт длины колодца:  [pic] Длина колодца 16 метров.



смотреть на рефераты похожие на "Гидравлический расчёт узла гидротехнических сооружений "