Гидравлические расчеты сбросного шлюза

Гидравлические расчеты сбросного шлюза выполняются с целью установления основных размеров сооружения, которые обеспечат безопасный пропуск максимального расчетного расхода воды. Такие расчеты состоят из расчета пропускной способности сбросного шлюза и расчета сопряжения бьефов за сооружением. При выполнении расчетов используются данные, полученные при предварительном определении основных размеров сооружений открытого берегового водосброса.

Расчет пропускной способности сбросного шлюза. Этот расчет сводится к определению значения расчетного расхода воды Q_r, который может пропустить сбросной шлюз. Этот расход должен быть не меньше максимального расчетного расхода воды Q.

Значение Q_r может быть определено по формуле незатопленного водослива с широким порогом

, (3.15)

где т_ш – коэффициент расхода водослива с широким порогом при хорошо подобранной форме т_ш = 0.365 [12]; п_отв – число отверстий сбросного шлюза; b_{отв. ш.} – ширина отверстий сбросного шлюза; Н_ш – напор на пороге сбросного шлюза; Н_ш0 – напор на пороге сбросного шлюза с учетом скорости подхода, равный

; (3.16)

V_к.п. – скорость воды в подводящем канале; ε – коэффициент бокового сжатия, значение которого определяется по формуле

; (3.17)

ξ_у – коэффициент, учитывающий влияние устоев, принимаемый в соответствии с данными, приведенными на рис. 3.8 [14]; ξ_б - коэффициент, учитывающий влияние формы оголовков быков, принимаемый в соответствии с данными, приведенными на рис. 3.9 [14].

Рис. 3.8. Устой, ограничивающий сбоку водосбросное отверстие

Рис. 3.9. Формы входных оголовков быков

Расчет сопряжения бьефов за сбросным шлюзом. Этот расчет сводится к определению размеров водобойного колодца. Последовательность расчета сопряжения бьефов может быть принята следующей.

1. Вычисляется значение удельного расхода воды на водобое сбросного шлюза при пропуске расчетного максимального расхода q_ш

. (3.18)

2. Определяются сопряженные глубины в водобойном колодце сбросного шлюза h_с1, h_с2, м, и длина гидравлического прыжка l_пр.

2.1. Предварительно принимается глубина водобойного колодца d_к.ш. равной d_к.ш. = 0.5 м.

2.2. Находится значение удельной энергии потока Т₀ относительно дна водобойного колодца с учетом скорости подхода

, (3.19)

где Z₁ – отметка порога сбросного шлюза; Z₂ – отметка дна отводящего канала.

2.2. Вычисляется сжатая глубина потока в водобойном колодце h_с1 из решения полукубического уравнения . Для этого предварительно определяется вспомогательная величина θ, в радианах по формуле

. (3.20)

Затем находится значение h_с1 из выражения

. (3.21)

2.3. Определяется значение второй сопряженной глубины h_с2

. (3.22)

2. 4. Находится длина гидравлического прыжка l_пр по формуле
Н.Н. Павловского

. (3.23)

3. Определяется глубина водобойного колодца d_к.ш. сбросного шлюза

. (3.24)

Принимается глубина водобойного колодца d_к.ш. сбросного шлюза, округляя полученное значение в большую сторону с точностью до 0.1 м

4. Вычисляется длина отлета струи l_отл.

4.1. Определяется высота падения струи у

. (3.25)

4.2. Находится начальная скорость струи V_c

. (3.26)

4.3. Вычисляется длина отлета струи l_отл

. (3.27)

5. Определяется длина водобойного колодца l_к.ш.

, (3.28)

где β - коэффициент, учитывающий уменьшение длины прыжка в водобойном колодце β = 0.8.

Принимается длина водобойного колодца l_к.ш. сбросного шлюза, округляя полученное значение в большую сторону с точностью до 0.1 м

Ниже приведен пример гидравлических расчетов сбросного шлюза.

Пример 3.5. Гидравлические расчеты сбросного шлюза

Исходные данные

1. Расчетный максимальный расход Q = 104.2 м³/с.

2. Напор на пороге сбросного шлюза Н_ш = 2.5 м.

3. Число отверстий сбросного шлюза п_отв = 3.

4. Ширина отверстий сбросного шлюза b_{отв. ш.} = 6 м

5. Отметка порога сбросного шлюза Z₁ = 164.1 м

6. Отметка дна сбросного (соединительного) канала Z₂ = 162.7 м

7. Глубина воды в сбросном (соединительном) канале h_к.с. = 2.604 м

8. Скорость воды в подводящем канале V_к.п. = 1.199 м/с

9. Коэффициент, учитывающий уменьшение длины гидравлического прыжка в водобойном колодце β = 0.8.

Расчет