Проектирование судоходных шлюзов

Для того, чтобы выбрать удельный расход из определенных ранее тремя методами, необходимо проанализировать полученные результаты, по которым можно будет выбрать наиболее экономические выходной. Анализ выбора удельного расхода рисбермы — это затопленный гидравлический прыжок за водосливом, именно по этому критерию и будем определять удельный расход. Условие затопление прыжка Определение раздельной глубины:

Сжатая глубина рассчитывается последовательными приближениями (в данном случае приближения было 3) При удельном расходе равном прыжок затоплен. При удельных расходах и прыжок так же затоплен. Выбираем удельный расход 2. Проектирование водосливного фронта. Ширина пролетов водосливной плотины может быть принята согласно стандартным значениям:

6,7,8,10,12,14,16,18,20,24 м. Водосливная плотина представляет собой комплекс водосливных пролетов — секций. Размеры секции водосливной плотины, фундаментная плита которой покоится на песчаных грунтах не должна превышать 40 м. Расход, который должен быть пропущен через водослив, будет равен расчетному расходу минус расход, который пропускает здание ГЭС. Qрасч=7400 м3/сQгэс= 1800 м3/сQвс = Qрасч — Qгэс = 7400 — 1800 = 5600 м3/сЗная расход на водосливе, определяем ширину водосливного фронта. Пусть qв/с = 1,25qрис = 1,2540 = 50 м2/сПринимаем nb=112 мСогласно стандартным величинам пролетов водосливной плотины, принимаем семь пролетов n=7 по b=16 м. Принимаем все быки разрезные.

3.Определение отметки порога водослива. Необходимо определить отметку порога водослива, запроектировать профиль водослива и решить вопрос о размещении затворов. В курсовом проекте используем водослив практического профиля, т.к. это позволяет уменьшить стоимость гидромеханического оборудования, размещенном на водосливе. При проектировании профиля водосливного порога необходимо предусмотреть возможность размещения затворов. В данной работе проектируем оголовок с двумя затворами: рабочим и аварийно-ремонтным.Отметка порога водослива назначается такой, чтобы при создаваемом напоре на пороге был возможен пропуск расчетного паводка при. Для этого используем универсальную формулу расхода водослива, гдеm — коэффициент расхода водослива; - коэффициент бокового сжатия;

п — коэффициент учитывающий подтопление водослива. b — ширина (суммарная ширина водосливных пролетов).Для определения снижения коэффициента расхода за счет устройства горизонтальной вставки используем формулу, где = 0,3Н + гор, где — общая ширина вставки на водосливном пороге, включая горизонтальную вставку;

Для вычисления коэффициента бокового сжатия используем формулу:

где — высота водослива — ширина потока до водослива Расход для одного пролёта: Методом последовательных приближений находим напор на водосливе и отметку гребня водослива. Определяем скорость подхода воды к водосливу:

где — площадь попереч-ного сечения водохрани-лища в створе гидроузла. Так как скорость меньше чем 0,5 м/с, то её можно не учитывать1-е приближение,, 2-е приближение:

Горизонтальная вставка 3-е приближение: =2,664 м. Принимаем, ХН=1 мХН=8,88 мУН=1 мУН=8,88 мX+δгор000,1261,1 188 800,10,8880,0360,319 680,8880,21,7760,0070,62 161,7760,32,664 002,6640,43,5520,0060,53 284,5520,54,440,0270,239 765,440,65,3280,060,53 286,3280,76,2160,10,8887,2160,87,1040,1461,296 488,1040,97,9920,1981,758 248,99218,880,2562,273 289,881,19,7680,3212,8 504 810,7681,210,6560,3943,4 987 211,6561,311,5440,4754,21 812,5441,412,4320,5645,83 213,4321,513,320,6615,8 696 814,321,614,2080,7646,7 843 215,2081,715,0960,8737,7 522 416,0961,815,9840,9878,7 645 616,9841,916,8721,1089,8 390 417,872217,761,23 510,966818,762,118,6481,36 912,1567219,6482,219,5361,50 813,3910420,5362,320,4241,65 314,6786421,4242,421,3121,89 416,8187222,3122,522,21,9617,404 823,22,623,0882,12 218,8433624,0882,723,9762,28 920,3263224,9762,824,8642,46 221,8625625,8642,925,7522,6423,443 226,752326,642,82 425,0771227,643,127,5283,1 326,7554428,5283,228,4163,20 728,4781629,4163,329,3043,40 530,236430,3043,430,1923,60 932,0479231,1923,531,083,81 833,9038432,083,631,9684,3 135,7952832,9683,732,8564,24 937,7311233,8563,833,7444,47 139,7024834,7443,934,6324,69 841,7182435,632 435,524,93 843,8494436,52Нижнюю часть водосливной грани очерчиваем по дуге круга радиусом R. Величина этого радиуса назначается в зависимости от высоты плотины и напора на гребне водослива. HгребQmebσBP8,992 158 000,49116113619,900 788,906997 0,4 603 680,961362 0,96 19,0938,881 866 0,4 631 180,959712 0,96 19,118 138,882568 0,4 630 390,959763 0,96 19,117 434.

Гидравлический расчет сопряжения бьефов при маневрирование затворов. Рассматриваем шесть расчетных случаев. Центральный пролет открыт на 0,25НВсе пролеты открыты на 0,25НЦентральный пролет открыт на 0,5Н, а все остальные на 0,25НВсе пролеты открыты на 0,5НЦентральный пролет открыт полностью, а все остальные на 0,5НВсе пролеты открыты полностью.

Определяем расходы воды через один пролет при различных открытиях.

Где a-величина открытия затвора, — коэффициент вертикального сжатия струи, определяемая по формуле Айтшуля.

Для полного открытия пролета.

Определяем сжатую глубину.

Где Тглубина в верхнем бьефе, То-полная удельная энергия.

Определяем скорость потока в сжатом сечение.

Определяем раздельную глубину в плоских условиях.

Определяем раздельную глубину в пространственных условиях, выбирая коэффициент пространственного растекания из таблицы.

Учитывается только для 1, 3 и 5 случая.

Определяем расходы воды в нижнем бьефе.

Расчет ведем для момента времени, предшествующего открытию данного затвора. Определяем бытовую глубину.

Бытовая глубина в нижнем бьефе устанавливается в зависимости от расхода, поступающего в нижний бьеф. Определяем расход через один водосливной пролет при разных значениях открытия затвора, для этих же случаев определяем коэффициент вертикального сжатия струи, сжатую и раздельную глубину. a (м)ƐbQ1hсж1hсж2hсж3hсж4Vсжhразд2,230,620 588 255,784650,7180,7270,7270,72 721,975358,5 198 074,460,641 667 474,250761,3311,3641,3651,36 521,7170511,351 878,9218002,2462,3412,3462,34 621,3134114,33 071.

Дальше рассматриваем 6 расчетных случаев для определения положения гидравлического прыжка.

16*7Qhраздhразд прост.

УНБПоложениеdкол1 случай18 008,51985,28 238,6000.

Затоплен02 случай3334,7088,51 988,519813,4000.

Затоплен03 случай3590,49 311,35197,38 214,0000.

Затоплен04 случай4901,28 911,351911,351 915,6000.

Затоплен05 случай5375,5414,33 078,885016,0000.

Затоплен06 случай7074,25 114,330714,330 716,8000.

Затоплен0ккоэффициент запаса, коэффициент эффективности работы гасителей.

Выводы: Во всех случаях без устройства гасителей, гидравлический прыжок затоплен следовательно, устройство водобойного колодца не требуется. Ограничимся установкой гасителей в виде ряда шашек. Грань кубика гасителя 2,5 м, устанавливаем один ряд по три гасителя на секцию, расстояние между ними 2,125 м.

5.Определение пропуска поверочного расхода.

Отметка ФПУ достигается при пропуске катастрофического расхода Qпов. Расход на водосливе при пропуске катастрофического расхода, гдеQпов. — поверочный расход;QГЭС — расход воды через здание ГЭС. Первое приближение. m=0,49; =1; п=0,93- характеристики при расчетном расходе.

Второе приближение. Для второго приближения необходимо уточнить только значение коэффициента m и так как все параметры водослива сохраняются, меняется только напор. Второе приближение, при m = 0.487, = 0.95, п = 0,93:Отметку гребня плотины принимаем.

ФПУQmebσBP9,580 275 957,140,491 160,9313619,118 139,892192 0,4 870 620,958827 0,93 9,890 493 0,4 873 910,958426 0,93 6. Расчет и конструирование водобойной плиты. Водобойная плита предназначена для крепления русла в зоне гидравлического прыжка. Выполнена в виде массивной армированной бетонной плиты. Так как, водобойная плита под действующими на нее силами может всплыть, опрокинуться в сторону нижнего бьефа или сдвинуться, то необходимо провести соответствующие расчеты. Конструирование водобойной плиты проводим для наиболее опасного случая. Расстояние до гасителей:

Рассчитываем длину прыжка:

По формуле Чертоусова:

по формуле Войнича-Сяноженского:

Принимаем длину прыжка Принимаем длину водобоя =55,68 м принимаем Толщина водобойной плиты По методу Домбровского: Принимаем толщину водобойной плиты Водобойная плита, находясь в зоне гидравлического прыжка, испытаем большие гидромеханические нагрузки. Они вызывают дефицит давления, под действием которого плита может потерять устойчивость. Кроме того, на водобойную плиту может действовать остаточное (после дренажа плотины) фильтрационное давление. Определяем вес водобойной плиты во взвешенном состоянии:

Эпюра осредненного дефицита давления представляет собой треугольник:

Сила фильтрационного противодавления:

Определение пульсационной составляющей гидродинамического давления: критическая глубина потока на водобойной плите.

Условие устойчивости плиты принимаем в виде:

нормативное значение коэффициента устойчивости плиты. Расчет устойчивости водобойной плиты на всплытие: Всплытие плиты не произойдет, если.

Условие на всплытие выполняется. Расчет устойчивости водобойной плиты на опрокидывание:

Условие устойчивости на опрокидывание:

Условие на опрокидывание выполняется. Расчет устойчивости водобойной плиты на сдвиг:

Условие устойчивости на сдвиг выполняется.

7.Конструирование рисбермы и ковша. Рисберму выполняют в виде крепления, постепенно облегчающегося по течению. Обычно крепление устраивают из бетонных плит. Толщину плиты в начале рисбермы назначают равной двум третям от толщины водобоя. Следующая плита рисбермы будет составлять две трети от предыдущей. Концевой участок рисбермы заглубляется с уклоном 1:4, в результате чего образуется ковш, предназначенный для защиты рисбермы от подмыва. Находим длину крепления русла за водосливом:

Вычисляем длину рисбермы:

Проектируем плиты рисбермы:

Первая плита.

Вторая плита.

Третья плита.

Глубина воды в яме размыва вычисляем по методике Б. И. Студеничникова:

мгде — коэффициент неравномерности распределения удельного расхода;

неразмывающей способности потока. Уточняем длину рисбермы:.

Заключение

.

В состав данного гидроузла входят: бетонная водосливная плотина, здание ГЭС, земляная плотина, шлюз. В данном курсовом проекте выбрана пойменная компоновка гидроузла. Водосливная плотина и здание ГЭС, расположены на правом берегу. Полная длина всего гидроузла в створе составляет 4124.

1 м. Отметка гребня грунтовой плотины составляет 132 (м).Водослив располагается на песчаном основании. Водосливной фронт состоит из 7-ми пролетов по 16 м. Полная ширина водослива с учетом быков составляет 136 м. Высота — 19.

11. Удельный расход составляет 41м/с2. Напор на гребне водослива равен 8,88. Отметка гребня находится на отметке 120,12. Профиль водослива — практический (конструирование проводилось по методу Офицерова-Кригера). На нем расположено 9 затворов — 7 основных и ремонтных. Расчет маневрирования затворами показал, что во всех случаях удалось затопить гидравлический прыжок.

Следовательно, устройство колодца не требуется. Общая длина крепления русла в нижнем бьефе — 130,8 м. В конце крепления русла располагается ковш, необходимый для защиты грунта от размыва. Для защиты плотины от фильтрации в качестве противофильтрационного устройства мы выбрали глинистый понур и двухшпунтовый подземный профиль. Фильтрационный расход составил 5,71 м3/с.Здание ГЭС располагается на левом берегу, его длина составляет 200 м. Для пропуска судов в гидроузле запроектирован шлюз, к которому сделаны подходные каналы. Эти каналы позволяют судам без помех передвигаться во время строительства гидроузла. Список используемой литературы.

Методические указания к выполнению проекта водосбросной бетон-ной плотины в составе гидроузла на нескальном основании./ Сост.: С. М. Слисский, Е. В. Кузнецова. — М.:МИСИ, 1983.

Гидротехнические сооружения / Под ред. Л. Н. Рассказова, ч.1 и 2, М.: Стройиздат, 1996. СНиП 2.

06.01−86. Гидротехнические сооружения. Основные положения проектирования. М.: 1989. СНиП 2.

06.06−85. Плотины бетонные и железобетонные. М.: 1986. СНиП 2.

06.04−82. Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения. — М.: 1986. СНиП 2.

02.02−85. Основания гидротехнических сооружений. М.: 1988.

Справочник по гидравлическим расчетам /под ред. П. Г. Киселева. -М.: Энергия, 1974.