Гидравлический расчет деривационного канала г. Калининград

ПЗ.docx

Федеральное агентство по рыболовству
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
«Калининградский государственный технический университет»
Тема: Гидравлический расчет каналов и гидротехнических сооружений
Работу выполнил студент группы
Глава 1 Гидравлический расчет каналов при равномерном движении
1 Гидравлический расчет деривационного канала при равномерном движении .. 3
2 Гидравлический расчет первого сбросного канала .. 11
3 Гидравлический расчет второго участка сбросного канала 13
Глава 2 Определение состояния потока в каналах и построение кривых свободных поверхностей.
1. Определение состояния потока в каналах 22
1.1 Определение состояния потока в деривационном канале 22
1.2 Определение состояния потока в первом сбросном канале . .25
1.3 Определение состояния потока во втором сбросном канале . 27
2 Построение кривой подпора методом Павловского Н.Н . 29
3 Построение кривой спада методом Агроскина . 32
Глава 3 Гидравлический расчет сооружений
1 Гидравлический расчет водослива 34
Список литературы 39
Гидравлический расчет каналов и гидротехнических сооружений
Глава 1 гидравлический расчет каналов при равномерном движении
Деривационный канал - это искусственный водоток сооружаемый вдоль русла реки или в обход озера. Д. к. устраиваются: 1) в русле реки для судоходства с целью обхода препятствий (пороги узкие извилистые места); 2) от устья реки впадающей в озеро до истока реки вытекающей из него с целью обхода озера опасного или трудно проходимого для речных судов; 3) при использовании водной энергии рек для подвода воды к гидростанции в целях увеличения используемого напора воды. [1]
Рис 1.1 – Конструктивные элементы русла деривационного канала
Деривационные каналы редко выполняются без облицовки дна и откосов. Применение искусственных облицовок вызвано в первую очередь целесообразностью сокращения площади живого сечения канала путем уменьшения коэффициента шероховатости и увеличения допустимой скорости течения воды а также необходимостью уменьшения фильтрационных потерь.
Кроме того применение облицовок уменьшает или полностью устраняет возможность выпора грунтов слагающих дно и откосы вследствие колебаний уровня воды в канале; предохраняет русло канала от повреждения плавающими предметами льдом или землеройными животными; предотвращает зарастание деривационного канала водной растительностью.
Наиболее распространенными типами облицовок деривационных каналов являются бетонные и железобетонные облицовки: они надежны в эксплуатации почти не требуют ремонта и меньше зависят от геологических условий.
Форма поперечного сечения канала зависит главным образом от геологических и топографических условий его трассы. Преобладающей формой’ является трапецеидальная (рис. 28.3 схема I). Если канал трассируется в глубокой выемке в грунтах обладающих малым углом естественного откоса (плывуны глины и др.) то поперечному сечению канала придают полигональный (схема II) параболический (схема III) или круговой (схема IV) профиль. В скальных ненарушенных породах возможны откосы с большой крутизной вплоть до вертикальных (схема V). В данной работе рассматривается канал трапецеидального сечения. [2]
Рис. 1.2 – Типы поперечных сечений деривационных каналов [2]
1 гидравлический расчет деривационного канала при равномерном движении
Вычислим расходную характеристику Кнорм соответствующую нормальному расходу Qнорм при заданном уклоне i по формуле:
Определим нормальную глубину (глубина при равномерном движении) в трапецеидальном канале - расчет выполняется графо аналитическим способом.
Выполним гидравлический расчет при h0 = 1; 125; 15; 2; 25; 3 м – глубина воды в канале
Пример расчёта при h=1 м
Площадь живого сечения трапецеидального канала определяется по формуле:
Значение гидравлического радиуса R м вычислить по формуле:
Далее рассчитывается Коэффициент Шези можно определить по формулам Агроскина-Маннинга и Павловского.
Коэффициент Шези С м05с по приближённой формуле Маннинга:
где n - показатель шероховатости русла; R – гидравлический радиус м.
По формуле Н.Н.Павловского:
где n - показатель шероховатости русла; R – гидравлический радиус м; у – показатель степени
Коэффициент шероховатости зависит от грунтов слагающих русло для плотной супеси n = 0025 (см. СНиП III-И.3-62 Сооружения мелиоративных систем. Нормы проектирования.)
Воспользуемся формулой Павловского:
При равномерном движении воды расход Q м 3 с следует определять по формуле (СП 100.13330.2016 «Мелиоративные системы и сооружения»):
Вычислим расходную характеристику К:
где Q – расход воды м3с; i – уклон русла
Искомое значение нормальной глубины 0 определить по графику в соответствии с вычисленным значением Кнорм
Рис. 1.3 – функция К = f(h)
1.3. Выполнить проверку: определить значение расхода Qнорм при полученной глубине h0 (табл. 1.2). Относительная погрешность вычисленного значения Q не превышает 1%.
Таблица 1.1.2 – К определению нормальной глубины
Q = 2683 (Qнорм = 27 м3c)
Вычислить расходную характеристику Кмакс соответствующую максимальному расходу Qмакс при заданном уклоне i по формуле
Вычислить максимальный расход по формуле:
Вычислить расходную характеристику Кмин соответствующую максимальному расходу Qмин при заданном уклоне i по формуле
Вычислить минимальный расход по формуле:
Значение максимальной и минимальной глубины мин и макс определить по графику в соответствии с вычисленным значениями Кмин и Кмакс
1.4. Канал рассчитывается так чтобы выполнялось условие при котором не происходит его заиление и размыв:
где R - гидравлический радиус м.
Допускаемые неразмывающие средние скорости потока принять в соответствии с приложением с СП 100.13330.2016 «Мелиоративные системы и сооружения».
Средняя скорость воды в канале рассчитывается по формуле
Вывод: средняя скорость находится в пределах между незаиляющей и максимальной неразмывающей укрепление канала не требуется.
1.7.Для построения поперечного профиля канала необходимо вычислить значение ширины канала по свободной поверхности В м по формуле:
Строим поперечный профиль деривационного канала – Приложение 1.
2 Гидравлический расчет первого сбросного канала
При расчете принимаем глубину воды h = h0 (см радел 1.1) т.е. равной глубине в деривационном канале.
Определим необходимые параметры канала. Расчет производится графо-аналитическим способом.
Исходные данные: скальные породы; m = 025; n = 0.04; h = h0 = 2104
2.1 Зададимся различными значениями b м выполним вычисления по указанным выше формулам и занесем результаты расчета в таблицу 1.2.1
Таблица 1.2.1 – Гидравлический расчет первого сбросного канала
Ширину канала по дну округляют до стандартного значения – целое число. (см. СП 100.13330.2016 МЕЛИОРАТИВНЫЕ СИСТЕМЫ И СООРУЖЕНИЯ)
Таблица 1.2.2 – К определению нормальной ширины канала по дну
Канал рассчитывается так чтобы выполнялось условие при котором не происходит его заиление и размыв:
2.2 Построение поперечного профиля первого участка сбросного канала в масштабе
Для построения поперечного профиля канала необходимо вычислить значение ширины канала по свободной поверхности В м по формуле:
Строим поперечный профиль первого сбросного канала – Приложение 2.
3 Гидравлический расчет второго участка сбросного канала
Исходные данные: песчано-гравелистые; m = 25; n = 0.025;
Гидравлически наивыгоднейшим называется такое сечение канала которое при заданных площади живого сечения и продольном уклоне i а также при известных коэффициентах шероховатости n и заложения откоса m обладает наибольшей пропускной способностью (расходом) Q.
3.1 Определим расходную характеристику К м3с для третьего участка.
3.2. Определить необходимые параметры канала. Задаемся различными значениями h (не менее шести) производим расчеты в табличной форме (табл.1).
Все остальные табличные значения определяются аналогично как в частях 1.1 и 1.2.
Таблица 1.3.1 – Гидравлический расчет третьего участка канала
По полученным данным строим график зависимости K = f (h) и определяем по расходной характеристике Кнорм глубину потока h0:
Рис. 1.7 – функция K = f (h)
Таблица 1.3.2 – К определению нормальной ширины канала по дну
Средняя скорость воды в канале рассчитывается по формуле:
Гидравлический расчет 2 участка канала
Вывод: средняя скорость находится в пределах между незаиляющей и максимальной неразмывающей укрепление канала не требуется.
Вычислить расходную характеристику Кмакс соответствующую максимальному расходу Qмакс при заданном уклоне i по формуле (1.10)
Вычислить максимальный расход по формуле (1.11):
Вычислить расходную характеристику Кмин соответствующую максимальному расходу Qмин при заданном уклоне i по формуле :
при макс = найдем по формуле (1.17):
Максимальная скорость не превышает размывающую.
3.2 Построение поперечного профиля второго участка сбросного канала в масштабе
Строим поперечный профиль второго сбросного канала – Приложение 3.
Глава 2 Определение состояния потока в каналах и построение кривых свободных поверхностей.
1. Определение состояния потока в каналах
1.1 Определение состояния потока в деривационном канале
Расчет выполняется графоаналитическим способом.
Исходные данные: Q = 27; b = 11; h0 = 2104; m = 15
Пример расчета для h =2:
Рассчитать параметры (табл. 2.1.1.1) задаваясь произвольными значениями глубин потока h м (не менее восьми значений): - ширина трапецеидального канала по свободной поверхности В м:
Таблица 2.1.1.1 – Определение критической глубины канала
Рис. 2.1 – Функция h = f (3B)
Таблица 2.1.1.2 – к определению критической глубины канала
h0 > hкр следовательно в канале спокойное течение
Вычислим параметр кинетичности:
1.2 Определение состояния потока в первом сбросном канале
Исходные данные: Q = 27; b = 2; h0 = 3449; m = 125
Вычисления производятся аналогично пункту (2.1.1) результаты вычисления представлены в таблице:
Таблица 2.1.2.1 – Определение критической глубины канала
Рис. 2.2 – Функция h = f (3B)
Таблица 2.1.2.2 – к определению критической глубины канала
Вычислить параметр кинетичности по формуле (2.4):
1.3 Определение состояния потока во втором сбросном канале
Исходные данные: Q = 27; b = 6; h0 = 4706; m = 125
Таблица 2.1.3.1 – Определение критической глубины канала
Рис. 2.3 – Функция h = f (3B)
Таблица 2.1.3.2 – к определению критической глубины канала
2 Построение кривой подпора методом Павловского Н.Н.
Исходные данные: Q = 27; h0 = 2104; m = 15; n = 0025; X = 375; b = 11; Кнорм=1674
При расходе Qнорм перед водоприемником в конце деривационного канала глубина воды повышается до 16h0. Выяснить форму кривой свободной поверхности. Рассчитать методом Павловского Н.Н. и построить кривую свободной поверхности считая что длина деривационного канала L равна длине кривой. Канал имеет трапецеидальное поперечное сечение.
2.1. Принять начальную глубину в канале равной h0 конечную
(схема гидроузла № 2).
Глубина потока увеличивается вниз по течению кривая свободной поверхности образует кривую подпора.
2.2. Для построения кривой свободной поверхности по длине канала разбить значения от h0 до hкон на 5 глубин. Выполнить расчет длины кривой методом Н.Н. Павловского при заданном гидравлическом показателе русла x и уклоне дна i результаты внести в таблицу.
Пример расчета для пикета h1:
Вычислим расходную характеристику по формуле:
Необходимые гидравлические характеристики определим по формулам из раздела 1.1. Коэффициент Шези определяется по формуле Н.Н. Павловского (рекомендуется использовать при значениях гидравлического радиуса R 5 м).
Коэффициент Павловского z:
Функция Павловского Ф(z) – справочная величина.
Параметр кинетичности потока Пк :
Вспомогательная величина а:
где h – глубина м; z - коэффициент Павловского;
Длина участка между заданными глубинами воды в канале (например между глубинами в сечениях 0-0 и 1-1) м;
Суммируем длины l и находим общую длину кривой подпора.
Результаты вычислений вносим в таблицу.
Таблица 2.2 – К построению кривой подпора
Строим кривую подпора в масштабе. См. Приложение 4
3 Построение кривой спада методом Агроскина
Глубина потока уменьшается по течению кривая свободной поверхности называется кривой спада.
Исходные данные: Q = 27 b = 18 тяжелые глины; m = 025; n = 0.04; h = h0 = 2104 x = 25
Вычислим глубину в начале кривой свободной поверхности:
Определим расчетные коэффициенты:
где m – коэффициент заложения откосов
где h – глубина канала м; b – ширина канала по дну.
Величины F(); Ф(z); () определяются по справочным данным.
Остальные значения определяются аналогично пункту 2.2
Результаты вычислений внесем в таблицу:
Таблица 2.3 – К построению кривой спада
Строим кривую спада в масштабе. См. Приложение 5
1 Гидравлический расчет водослива
Схема гидроузла № 2. Головное сооружение на деривационном канале проектируется как прямоугольный водослив с широким порогом с входом по типу раструба. Отметка порога (Р2=0) совпадает с отметкой дна канала отметка уровня в верхнем бьефе на 03 м выше отметки уровня в начале канала. Определить ширину водослива при высоте входного порога Р1 при расходе Qнорм.
Рисунок 3.1 - Схема гидроузла 2:
- водохранилище 2 - бетонная плотина 3 - река 4 - водослив 5 - деривационный канал 6 – водоприемник 7 – здание ГЭС 810 - сбросные каналы 9 - сопрягающее сооружение
1.1. Определить условия подтопления водослива.
Превышение уровня воды в нижнем бьефе над порогом водослива п определяется по формуле:
При Р2 =0 п = б = 2104 (см. пункт 1.1.6)
где б – бытовая глубина в канале (на втором участке магистрального или деривационном канале) м; Р2 – высота порога на выходе м.
Напор с учетом скорости подхода определяется по формуле:
Р1 = 024 (по условию);
Вход в водослив может быть неплавным и плавным (вход по типу раструбов и конусов). Имеем водослив с широким порогом вход в водослив неплавный.
Принять что водослив подтоплен если при неплавном входе на порог
Можем сделать вывод что водослив не подтоплен.
1.3. Определить коэффициент сжатия по формуле Е. А. Замарина
По исследованиям работ А.Р. Березинского при 0 ≤ Р Н ≤ 3 коэффициент расхода водослива с широким порогом равен:
при прямоугольном входном ребре
Воспользуемся формулой для определения коэффициента расхода водослива с широким порогом при прямоугольном входном ребре:
Таблица 3.1.1 – К определению ширины водосливного фронта
bmб=Qнорм((2g)^12)*H0^32
Таблица 3.1.2 – Проверка значения ширины водосливного фронта
1.6 Установка бычков
Принимается условно что если ширина водосливного фронта превышает (2 25 Н) то следует поставить бычки разбив ширину на несколько пролетов. При назначении количества и ширины отверстий принимают значения b в метрах: 04; 06; 08; 10; 125; 15; 175; 20; 225; 25; 30; 35; 40; 45; 50; 60; 70; 80; 10; 12; 14; 16; 18; 20; 22; 24; 27; 30. Толщина бычка принимается t = 10 30 м
При округлении b необходимо уточнить расход если перед входом водохранилище или напор если перед входом канал используя формулу:
1.8 Вычертим водослив с широким порогом в масштабе.
См. Приложение 6;7;8
Технический железнодорожный словарь. - М.: Государственное транспортное железнодорожное издательство.Н. Н. Васильев О. Н. Исаакян Н. О. Рогинский Я. Б. Смолянский В. А. Сокович Т. С. Хачатуров.1941

Гидравлический расчет деривационного канала.dwg

Прямоугольный водослив
Масштаб по вертикали: 1:35
Масштаб по горизонтали: 1:100
Масштаб по вертикали: 1:40
Масштаб по вертикали: 1:20000
Масштаб по вертикали: 1:7500
Поперечный профиль 1-ого сбросного канала
Поперечный профиль 2-ого сбросного канала
Поперечный профиль деривационного канала