3. Шлюз-регулятор

Шлюз-регулятор служит для поддержания отметки НПУ, а также для пропуска расчетных расходов воды.

Гидравлический расчет шлюза-регулятора состоит из двух частей: расчет пропускной способности, который дает возможность определить размеры и количество водосбросных отверстий; расчет режимов соединения бьефов, на основании которого определяются тип и размеры гасителей энергии потока. Гидравлический расчет шлюза-регулятора в курсовом проекте предусмат-ривает только расчет его пропускной способности.

Исходными данными для гидравлического расчета шлюза-регулятора являются: Q_P, h_пк , V_доп , h_ск , отметка уровня верхнего бьефа (УВБ=НПУ). Расчетная схема представлена на рис.3.5.

Рис.3.5 Схема для гидравлического расчета шлюза регулятора.

Порядок гидравлического расчета шлюза-регулятора рекомендуется следующий:

1. определяется глубина подтопления

(3.6)

где Р – высота уступа.

2. вычисляется напор перед шлюзом-регулятором

(3.7)

где α – коэффициент Кориолиса, α = 1,03-1,1.

Если V_пк < 1 м/с, то значением скоростного напора можно пренебречь.

3. определяется критерий подтопления

(3.8)

4. определяется режим работы шлюза-регулятора

при n<0,8 – неподтопленный режим, формула расхода

(3.9)

при n>0,8 – подтопленный режим, формула расхода

(3.10)

где ε – коэффициент бокового сжатия, ;

m – коэффициент расхода, ;

φ – коэффициент скорости, ;

Σb – суммарная ширина водосбросных отверстий шлюза-регулятора.

5. из формулы (3.9) или (3.10), в зависимости от режима работы, оп-ределяется суммарная ширина водосбросных отверстий шлюза-регулятора.

6. определяется количество стандартных отверстий одинаковой ширины из условия, чтобы ширина одного отверстия b_ст не превышала четы-рех глубин воды на пороге шлюза-регулятора, т.е. b_ст<4h_пк , b_ст – стандартная ширина водосбросного отверстия, которая принимается по табл.3.4 [4].

Таблица 3.4

Стандартные размеры водосбросных отверстий

Ширина отверстий bст , м

1,25

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

7. уточняется коэффициент бокового сжатия по формуле Кригера – Офицерова

(3.11)

где n₁ – количество боковых стеснений (для двух отверстий n₁=4, для трех – n₁=6 и т.д);

- коэффициент формы быка (для циркульной формы абриса );

- суммарная ширина стандартных водосбросных отверстий шлю-за-регулятора.

8. определяется фактическая пропускная способность всех водосбросных отверстий стандартной ширины по одной из формул (3.9) или (3.10), в которую подставляются уточненные значения и b_ст. Отклонение Q_фак от Q_P не должно превышать 10%.

4. Быстроток

Быстроток – это соединительное сооружение, которое служит для соеди-нения двух лотков соединительного и отводящего каналов, которые находятся на разных по высоте отметках. Основными конструктивными элементами быстротока являются: входная часть, лоток и выходная часть, выполненная в виде гасителя энергии. Конструкция быстротока представ-лена на рис.3.6.

Цель гидравлического расчета быстротока – определение ширины лотка и размеров водобойного колодца в конце лотка.

Начальными данными для расчета быстротока являются: Q_P, V_ск , h_ск , i – уклон лотка быстротока, h_ок – глубина воды в отводящем канале.

Для определения уклона лотка необходимо нанести на построенный поверхностный профиль по оси водосбросного тракта (рис.3.1) линию дна лотка быстротока. Линия дна лотка вписывается в уклон речной долины таким образом, чтобы она примерно была параллельна общей поверхности долины с углублением под поверхность земли приблизительно на величину глубины в соединительном канале. Начало лотка быстротока принимается в конце соединительного канала в сечении, где глубина выемки канала равняется глубине воды в нем. Заканчивается лоток на отметке дна реки.

Рис 3.6 Конструкция быстротока.

Уклон лотка быстротока определяется по формуле:

(3.12)

где Z – разница отметок начала и конца лотка;

L – горизонтальная проекция лотка, которая находится графически с профиля (см. рис.3.1).

Уклон местности под быстроток не должен превышать допустимого i< 0,15. Если это условие не выполняется, то необходимо поменять весь тракт соединительных сооружений (быстроток) с целью уменьшения уклона местности.

Ширина лотка быстротока b определяется по формуле для неподтоплен-ного водослива с широким порогом (3.9). Полученное значение ширины округляется до 0,1 м.

Расчет водобойного колодца заключается в определении глубины и длины колодца. Глубина водобойного колодца находится по формуле:

(3.13)

где – вторая глубина гидравлического прыжка;

h_ок – глубина воды в отводящем канале, которая равняется глубине воды в реке h_ок = Н₂.

Для нерасширенного в плане потока вторая глубина определяется по уравнению:

(3.14)

где h_n – первая глубина гидравлического прыжка, м;

q – искомый расход, м³/с;

α = 1,1.

Первая глубина гидравлического прыжка принимается равной глубине воды в конце лотка и находится по кривой , которая строится с применением формулы (2.4). Для лотка быстротока прямоугольной фор-мы , , шероховатость для бетонной поверхности принимается n = 0,014-0,17. Искомый расход . Расчет рекомендует-ся вести в форме таблицы 2.1.

Длина водобойного колодца находится по формуле:

(3.15)

где l_пр – длина гидравлического прыжка.

(3.16)

За водобойным колодцем проектируется рисберма длиной

(3.17)

При проектировании быстротока размеры некоторых его частей в курсовом проекте принимаются конструктивно. Так размеры элементов боковых бетонных стен принимаются пропорционально их высоте, толщину плиты днища лотка следует принимать 0,4-0,5 м, водобойного колодца 0,8-1,0 м. По длине быстроток разрезается температурно-осадочными швами через 8-12 м.