книги из ГПНТБ / Механизация и автоматизация оросительных систем и технология орошения сельскохозяйственных культур сборник научных статей гидромелиоративного факультета

В таблице 1 и на графике рис. 2 даны величины погонных моментов при размерах затвора (h 3Xb) = (16,6x16,6)см2. Следовательно, при расчете момента натурного затвора с размерами Н3 и Вп>1 можно записать

Необходимо, заметить, что результаты замеров гидродина­ мических давлений на плоскости затвора показали, что по 'ширине затвора давление меняется. Из этого следует, что при масштабных пересчетах почти нельзя отступать от гео­

метрического подобия, изменяя согласно требованиям удли-

в

нение затвора л [2] в ограниченном диапазоне 0,9 : qq- 1,2.

Д ля этого в формуле пересчета (1) правую часть необхо­ димо разделить на удлинение, которое имело место при опы-

н з Подставляя в формулу (1) размеры модели для нового

Уде: М — момент, действующий на натурный затвор; Н3— высота натурного затвора в метрах;

В — ширина натурного затвора в метрах.

Порядок расчета гидродинамического момента, действуюцего на затвор можно принять следующим. Задавшись глу­ биной (напором) воды перед затвором Н, определяем отноштельный напор над осью вращения

н - н 3

Нз нз

По^полученным t и заданным К для любого угла а нахо­

дится М по таблице 1 или графику на рис. 2. Если значения t даходятся между кривыми, то следует прибегнуть к интерпо­ ляции. Подставляя в формулу (2) размеры натурного затвора

г М, получим момент от силы давления воды, действующей га натурный затвор.

В таблице 2 и на графике рис. 3 даны погонные расходы модели. ■

131

Графики зависимости Q = [(a ri, t, к).

Т а б л и ц а 2\

Осредненные значения Q в зависимости от a t, к

Q л/с/слг

\t

132

Для принятых размеров модели будем иметь:

Для любого допустимого Л о ~Tj— получим: 1*3

(■де: Q — расход, пропускаемый натурным затвором; ' В -- ширина натурного затвора в метрах;

11( — высота натурного затвора в метрах.

Методика определения Q аналогична методике определе­ ния М п описана выше.

Вслучае1работы устройства при излишних расходах воды»

вреке, когда затвор не закрывает все отверстие, его можнорассчитывать по моментной кривой (рис. 2).

При 100% водозаборе, расчет уступа ведется по методике,

изложенной в [4].

Методика расчета промывного устройства

Прежде, чем приступить к расчету устройства, необходи­ мо выяснить исходные данные:

а) напор в верхнем бьефе у промывного устройства II Макс

иНМШ|. В случае установки автомата уровня верхнего бьефа

вречном пролете напор в нем будет величиной постоянной:

нее 0,54-0,8 м [3].

Размеры напорной грани пустотелой призмы принимаются на 8—10 см больше отверстия промывника из условия при­ мыкания к уплотнению.

133

2. Определяют силу максимального давления воды н; напорную грань Р г.Ст. и момент ее относительно оси враще ния затвора М г.ст. (случай полного закрытия затвора).

Вес пустотелой призмы G np и расстояние от центра тяже| сти призмы до оси вращения затвора гпр определяются мето! дом подбора и в первом приближении соответственно равны]

Угол наклона линии, соединяющий точку центра тяжесп нусттелой призмы с осью вращения, к напорной грани равег

(р= 65-г70°.

3. Зная приведенные выше параметры, определяем мо

п— коэффициент запаса, принимаемый из условия со-, здания аккумулирующей емкости п= 1,1 -f-1,2.

Вуравнении (7). три неизвестных: W„, гв, у, поэтому для^ нахождения этих параметров конструируют емкость и подвер-| гают ее статическому расчету и методом последовательного! приближения добиваются равенства выражений 7 и 8.

4.Для определения максимального угла наклона напор­ ной грани призмы к вертикали в случае полного опорожне­

ния емкости от воды сифоном необходимо методом последо­ вательного приближения найти равенства гидродинамического момента силы давления воды, действующего на напорную грань призмы и момента от веса пустотелой призмы. Зная, максимальный угол а легко определить, согласно выше при-| веденной методике, расход.

5. Рассчитывается питающий трубопровод на пропускную способность, диаметр которого конструктивно принимается 50 мм. Вход в питающий трубопровод устраивается в напор­ ной грани затвора, который защищен мусороудерживающей решеткой и расположен на расстоянии 10—15 см от оси вра­

134

щения затвора. Следовательно, напор над выходным отвер­ стием питающего трубопровода, в случае свободного истече­ ния воды в пуп отелую призму, будет равен

И1= НВ+ (10+ 15) см.

Зная напор над отверстием питающего трубопровода и параметры его, можно определить максимальный расход пи­ тания с| из формулы:

6. Рассчитывается сбросной трубопровод на максимальный расход q, определенный выше. Напор над отверстием сброс­ ного трубопровода принимается не более высоты Н3 из конст­ руктивных соображений. Для регулировки сбросного расхода в.трубопроводе устраивается задвижка, тогда площадь сброс­ ного трубопровода определится из формулы:

вора) при опороженении емкости призмы. При этом необхо­ димо, чтобы его пропускная способность была больше максимального расхода поступления через питающий трубо­ провод, что достигается гидравлическим расчетом. Этим са­ мым обеспечивается автоматическое отключение сифона.

8. Диаметр промывного отверстия принимается 80-!-100 мм из конструктивных соображений.

9. Время сработки устройства в течение одного цикла за­ дается исходя из требований, выработанных на основе эксп­ луатации. На этом расчет устройства для промыва наносов

закапчивается.

Изложенная методика использована при расчете промыв­ ного устройства и оиробирована северной межрайонной проектной группой при Министерстве мелиорации и водного хозяйства К.ирг. ССР в проекте «Водозаборный узел па р. АкСу Московского района».

2.Р. А. Н и к и т и н а . «Расчет щитов-автоматов горизонта верхнего бьефа системы Финке». Труды САПИИРИ, вып. 106, 1960 г.

135

5.Итоговый отчет по хоздоговорной теме.с ММ и ВХ Кирг. ССР «Гидрав­ лические исследования к расчет горного автоматизированного водозабо­ ра из малых рек», г. Фрунзе, 1975 г.

ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И РАСЧЕТ АВТОРЕГУЛЯТОРА УРОВНЯ ВЕРХНЕГО БЬЕФА С ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫМ КОРРЕКТОРОМ ПОЛОЖЕНИЯ*

Аспирант РОХМАН А. И.

Для автоматизации водозабора из предгорных участков малых рек [1] и для улучшения его работы предлагается ав­ торегулятор уровня верхнего бьефа с дифференциальным кор­ ректором положения со встроенным в него промывным устрой­ ством прислониых типов. Авторегулятор подвешен шарнирно к диафрагме сооружения, помещенной в центре циркуляцион­ ной камеры, которая оборудована двумя вертикальными сту­ пенчатыми порогами-водосливами. С целью ликвидации экра­ нирования потока перед авторегулятором (затвором) при 100% водозаборе, (тем самым создания лучшего подхода на­ носов к промывнику) и при паводке предлагается устройство струенаправляющего козырька, (рис. 1, 2) параметры которо го найдены на основании модельных исследовании.

Струенаправляющий козырек и промывное устройство здесь не рассматриваются, как не относящиеся к предмету темы.

Внедрение авторегулятора на водозаборных узлах из ма­ лых рек сдерживается отсутствием научно-обоснованных ре­ комендаций по методике его расчета.

Поэтому возникла необходимость в постановке экспери­ ментальных исследований с целью определения расчетных зависимостей, разработки методики расчета, проверки теоре­ тических предпосылок и конструктивного оформления. Теоре-

* Работа выполнена под научным руководством д.т.н., профессора Я. В. Бочкарева.

136

тйческие основы и результаты конструктивных разработок опубликованы ранее [2].

При проектировании авторегулятора необходимо знание величины и центра силы гидродинамического давления воды, действующей на полотнище затвора, и пропускную способ­ ность [2], что позволяет найти гидродинамические моменты от­ носительно оси вращения затвора, а следовательно, выполнить гидравлический расчет, т. е. определить параметры затвора (в конечном итоге). Теоретическое отыскание гидродинами­ ческих моментов не представляется возможным, ввиду слож­ ности структуры потока в верхнем бьефе сооружения.

Подобная задача решена для диафрагмовых затворов нрислонного типа опытным путем [3] для случая, когда перед затвором отсутствует козырек, т. е. при действии на диафраг­ му (на затвор) экранирования потока, а также без дополни­ тельного перелива воды в водоприемную камеру узла через ступенчатые пороги-водосливы, что имеет место в нашем слу­ чае. Кроме того, эти исследования были проведены без нано­ сов, что также не позволяет использовать имеющиеся реко­ мендации.

Для расчета авторегулятора необходимо знание зависи­ мости напора перед козырьком от напора в месте установки датчика уровня на диафрагме (эти напоры не одинаковы, ввиду наличия местных сопротивлений, создаваемых козырь­ ком и диафрагмой).

Исходя из этого, к изучению были намечены следующие вопросы:

1. Распределение гидродинамических давлений по полот­ нищу затвора и на этой основе определение зависимости меж­

ду погонным гидродинамическим моментом М и углом накло­ на щита а к вертикали и относительным напором над осью вращения затвора t (отношение напора воды над осью вра­ щения затвора hB, замеряемого контрольным пьезометром, установленным в горизонтальной части диафрагмы в ' месте установки датчика уровня к высоте затворяй ш), т. е.

2. Изучение пропускной способности затвора и, на этой основе, определение зависимости между погонным расходом

Q и углом наклона щита к вертикали а и относительным на­ пором t, т. е.

138

относительным напором верхнего бьефа перед козырьком ш (выраженным отношением напора перед козырько'м hKк вы­ соте затвора 1чщ ) и углом наклона щита к вертикали а, и

относительным напором над осью вращения t, т. е.

ментов, расходов, напоров) и разработать методику расчета авторегулятора.

Сооружение вместе с авторегулятором испытывалось на русловой установке, построенной по законам гравитационного подобия в масштабе 1 :20 в привязке к водозаборному узлу р. Ак-Су Московского района при уклоне русла i = 0,017, что является наиболее характерным уклоном для источников предгорной зоны — зоны строительства водозаборных узлов— и расходах 0—30 л/сек и насыщенности потока наносами

0,3-г 3 г/л.

Модель выполнена из оргстекла, дерева и металла и пред­ ставлена на рис. 1, 2, расчетная схема представлена на рис.

За [1].

Напоры на модели были приняты Hi = 110 мм; Н2=130 мм; Н3=145 мм, что соответствует в натуре 2,2А-2,9 м и охваты­ вает диапазон колебания напоров горных водозаборных уз­ лов Киргизии, на примере которых и решалась данная задача.

Исследования модели проводились в лаборатории гидрав­ лики и автоматики Кирг. СХИ.

В процессе проведения опытов фиксировались следующие величины: углы наклона щита затвора к вертикали а; напоры в верхнем бьефе h; величины гидродинамических давлений

стрелок на угломере. Напоры в верхнем бьефе замерялись но контрольному пьезометру, установленному на горизонтальной площадке диафрагмы в месте установки датчика уровня, а капоры h перед козырьком — линейкой с точностью ±1 мм.

Отсчеты по пьезометру брались по нижнему мениску с точностью ± 1 мм. Расход замерялся по мерному протарированному треугольному водосливу, а моменты вычислялись по эпюре статических давлений.

139