КП. Задача курсового проекта запроектировать основные сооружения средненапорного гидроузла бетонную водосливную плотину и грунтовую плотину

Название	Задача курсового проекта запроектировать основные сооружения средненапорного гидроузла бетонную водосливную плотину и грунтовую плотину
Дата	23.03.2023
Размер	0.6 Mb.
Формат файла
Имя файла	Primer_KP_12539524.docx
Тип	Задача #1009519
страница	3 из 12

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 12

2.4. Определение условий сопряжения бьефов при маневрировании затворами

2.4.1 Принципы расчёта сопряжение бьефов

Сопряжение бьефов осуществляется с помощью донного гидравлического прыжка. Прыжок должен находиться в затопленном состоянии при любых пропускаемых через водосброс расходах.

Условие затопления гидравлического прыжка имеет вид:

где

– раздельная глубина гидравлического прыжка в пространственных условиях;

– бытовая глубина в нижнем бьефе

Для расчета принимаем следующие расчетные случаи маневрирования затворами:

случай №1: открыт один центральный затвор на

;

случай №2: открыты все затворы полностью.

Необходимо определить затоплен или отогнан прыжок для обоих расчетных случаев.

Раздельная глубина

(вторая сопряженная глубина гидравлического прыжка) в плоских условиях определяется по формуле:

где

– коэффициент кинетической энергии (коэффициент Кориолиса),

;

– число Фруда для потока в сжатом сечении,

– сжатая (первая сопряженная глубина) гидравлического прыжка.

Число Фруда

для потока в сжатом сечении определяется по формуле

где

– скорость потока в сжатом сечении.

Скорость потока в сжатом сечении определяется по формуле

где

– расход через один водосливной пролёт шириной b.

Сжатая глубины за водосливом

определяется по формуле [7, стр.105]:

где

– коэффициент скорости, учитывающий потери энергии на водосливе;

– полная энергия потока в верхнем бьефе.

Полная энергия потока в верхнем бьефе

равна:

где

– глубина воды в верхнем бьефе по отношению к поверхности водобоя:

Раздельную глубину в пространственных условиях

определяют по формуле:

где

– коэффициент пространственного растекания:

где

– ширина одного пролета;

– общая ширина потока за водосливом;

– коэффициент неравномерности распределения удельного расхода по ширине водосливного фронта.

В данном случае B равна

;

2.4.2 Сопряжение бьефов по первому расчетному случаю

В случае, если затвор открыт частично, расход через один водосливной пролет определяется по формуле истечения из-под щита [7, стр.96].

где

– высота поднятия затвора, высота водосливного отверстия;

– коэффициент скорости;

– ширина водосливного пролета;

– напор на пороге водослива;

– коэффициент вертикального сжатия струи.

Коэффициент скорости принимаем равным

.

В нашем случае:

ширина водосливного пролета, ;
напор на пороге водослива ;

– коэффициент вертикального сжатия струи определяется по формуле А.Д. Альтшуля [7, стр.97]:

где

– относительное открытие затвора.

При открытии затвора на 0,25 Н

, а коэффициент вертикального сжатия струи по формуле (2.30) составит

Коэффициент скорости примем равным

.

Расход через один водосливной пролёт при открытии затвора на 0,25 Н по формуле (2.29) составляет

Глубина воды

в верхнем бьефе по отношению к поверхности водобоя по формуле (2.26) составляет

Так как

, то принимаем .

Расчет сжатой глубины ведется последовательными приближениями и сводится в Таблицу 2.2.

В первом приближении принять

и вести расчет пока значения

двух приближений не сойдутся с точностью 1 см.

Принимаем сжатую глубину

.

Скорость потока в сжатом сечении определяем по формуле (2.23)

Число Фруда для потока в сжатом сечении по формуле (2.22)

Определяем раздельную глубину

в плоских условиях по формуле (2.21)

Коэффициент неравномерности распределения удельного расхода по ширине водосливного фронта в первом случае равен

Коэффициент пространственного растекания по формуле (2.28)

Определяем раздельную глубину

в пространственных условиях по формуле (2.27):

2.4.3 Сопряжение бьефов по второму расчетному случаю

Общий расход водосливной плотины при всех открытых затворах будет равен

. В этом случае расход через один пролёт определяется формулой

В нашем случае

Определение сжатой глубины за водосливом

(первой сопряженной глубины) выполняем по формуле (2.24). Расчет ведется последовательными приближениями и сводится в Таблицу 2.3.

Принимаем сжатую глубину

.

Скорость потока в сжатом сечении определяем по формуле (2.23)

Число Фруда для потока в сжатом сечении по формуле (2.22)

Определение раздельной глубины

(второй сопряженной глубины) выполняем по формуле (2.21)

Раздельная глубина в пространственных условиях во втором расчётном случае, когда все пролёты открыты, может быть принята равной

, так как

и влиянием пространственных условий можно пренебречь.

2.4.4 Определение условий сопряжения бьефов и необходимости водобойных устройств

Анализ производится для наиболее опасного расчетного случая, когда разница между

и бытовой глубиной

максимальная

Определение расчетной бытовой глубины производится по батиграфической кривой (Рисунок 1.1). В первом расчётном случае расходы в нижнем бьефе равен минимальному, а во втором – расчётному расходу.

Результаты анализа сведены в Таблицу 2.4.
Таблица 2.4. Условия сопряжения бьефов

Случай						Положение прыжка
Первый	4,81	0,73	3,94	1,05	2,89	Отогнан
Второй	9,23	1,00	9,23	6,3	2,93	Отогнан

Первый расчетный случай является наиболее опасным. Так как гидравлический прыжок отогнан и

, то необходимо устройство водобойного колодца.

В первом приближении глубина водобойного колодца

определяется по формуле:

где

– коэффициент запаса на заполнение гидравлического прыжка,

;

– коэффициент эффективности работы гасителей (влияния гасителей на раздельную глубину).

Коэффициент эффективности работы гасителей принимаем

.

Глубину водобойного колодца определяем по формуле (2.32)

2.5 Гидравлический расчет водобойного колодца

Глубина колодца определяется из условия затопления гидравлического прыжка с учетом действия гасителей и необходимого запаса:

Последовательность расчета:

1. Определение необходимой глубины колодца в первом приближении.

2. Определение запаса энергии потока относительно дна водобойного колодца

3. Определить сжатую глубину по (2.23) и скорость в сжатом сечении по (2.28).

4. Вычислить параметр число Фруда в сжатом сечении по (2.27).

5. Определить раздельную глубину прыжка с учетом пространственного растекания по (2.26) и (2.29).

6. Определить необходимую глубину колодца по (2.33). В случае, если она отличается от найденной ранее на 10 см, повторить расчет с новыми значениями.

Расчет сводится в Таблицу 2.5

Первое приближение

Необходимая глубина водобойного колодца по формуле (2.32)

Определим запас энергии потока относительно дна водобойного колодца

по формуле (2.35)

Определим сжатую глубину потока за водосливом по формуле (2.23), путем последовательных приближений

Окончательно принимаем

Скорость потока в сжатом сечении определяем по формуле (2.23)

Число Фруда для потока в сжатом сечении по формуле (2.22)

Определение раздельной глубины

(второй сопряженной глубины) выполняем по формуле (2.21)

Определяем раздельную глубину

в пространственных условиях по формуле (2.27):

Второе приближение

Необходимая глубина водобойного колодца по формуле (2.32)

Определим запас энергии потока относительно дна водобойного колодца

по формуле (2.35)

Определим сжатую глубину потока за водосливом по формуле (2.23), путем приближений

Окончательно принимаем

Скорость потока в сжатом сечении определяем по формуле (2.23)

Число Фруда для потока в сжатом сечении по формуле (2.22)

Определение раздельной глубины

(второй сопряженной глубины) выполняем по формуле (2.21)

Определяем раздельную глубину

в пространственных условиях по формуле (2.27):

Таблица 2.5. Определение глубины водобойного колодца

Параметр	Приближения
Параметр	1	2
	2,63	2,74
	26,63	26,74
	0,311	0,31
	21,62	21,64
	153,21	153,59
	5,56	5,56
	4,05	4,05
	2,74	2,74

Принимаем глубину колодца

.

Так как дальнейшие расчеты ведутся по второму расчетному случаю, то определяем необходимые характеристики с учетом принятой глубины водобойного колодца:

2.6 Проектирование водобойной плиты

2.6.1 Выбор габаритных размеров водобойной плиты

Длина водобойной плиты назначается по длине гидравлического прыжка во втором расчётном случае.

Длина совершенного незатопленного гидравлического прыжка