Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Гидротехнические сооружения

.pdf
Скачиваний:
53
Добавлен:
26.03.2016
Размер:
7.13 Mб
Скачать

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Hp

 

p

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2gμ2ω2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Здесь Qр – расход водотока (реки);

 

 

 

 

 

 

μ – коэффициент расхода водоспуска, определяемый по

формуле (4.18);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ω – площадь сечения водоспуска.

 

 

Гидравлический расчет водовыпуска заключается в определе-

нии размеров поперечного сечения трубы,

обеспечивающихУпо-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Н

ступление в нижний бьеф требуемого расхода. Расчетный расход

водовыпуска определяется величиной полезных попусковТводы из

водохранилища в нижний бьеф в соответствии с хозяйственными

нуждами и устанавливается по графикам водоподачи потребителям.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

случай

минимальной экс-

Расчет выполняется по формуле (4.17) на

 

плуатационной отметки уровня верхнего бьефаБ, обычно совпадаю-

щей с уровнем мертвого объема водохран лища. Уровень нижнего

бьефа определяется по графику

Q = f(УНБ). Порядок расчета может

 

 

 

 

 

 

 

р

азмерами поперечного сече-

быть следующим. Задаются фо мой

 

 

 

 

 

о

 

 

 

 

ния трубы и по формуле (4.17) находятиее пропускную способность.

Подбираются такие размеры, чт бы п опускная способность трубы

 

 

 

 

 

т

 

 

 

 

 

 

 

соответствовала требуем му расх ду.

 

 

 

 

 

 

 

 

или

водоспуск

используются для пропуска

Если водовыпуск

 

строительных расходов, х размеры назначаются из условия про-

 

 

 

з

 

 

 

 

 

 

 

 

 

пуска этих расходов. В отдельных случаях за расчетный расход мо-

 

 

о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

жет быть принята часть паводкового расхода, пропускаемая через

водовыпуск или в доспуск.

 

 

 

 

 

 

 

 

п

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

е

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

170

5.МЕХАНИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

5.1.Состав механического оборудования

Механическое оборудование гидротехнических сооружений – это комплекс устройств и приспособлений, предназначенных для выполнения сооружением технологических задач. В состав механического оборудования входят следующиеустройства и приспособления:

затворы – это подвижные конструкции для перекрытия водо-

сливных отверстий и регулирования расходов, уровней, перепадовУ

уровней, объемов воды в бьефах сооружений;

Н

закладные части – это конструкции, заделанные в телоТсооруже-

ния и предназначенные для направления движения затворов и ре-

шеток и фиксации их положения, монтажа отдельных устройств;

 

 

 

 

 

 

 

 

й

для обогрева сооружений и защиты кромок и поверхности бетона от

разрушения;

 

 

 

 

 

 

и

Б

опорно-ходовые части – это устро

ства для передачи давления

от затворов на закладные части и

 

 

н х – на сооружение;

оборудования;

 

 

 

 

через

 

 

сороудерживающие решетки;

 

 

 

 

 

 

 

о

 

захватные балки для подъ-

подъемно-транспортные механизмы

ема и транспортирования

 

 

 

в и ешеток, монтажа и демонтажа

 

 

затв

 

 

 

 

 

 

и

для чистки сороудерживающих решеток.

очистные устройс ва

К механическому оборудованию также можно отнести служеб-

з

 

 

 

 

 

 

 

 

ные мосты, подкрановые балки, эстакады.

 

о

 

 

 

5.2. Затворы

 

Попэкс луатационному назначению и условиям работы затворы дныелятся на основные, аварийные, ремонтные, строительные. Основ- Рзатворы предназначены для выполнения технологических задач в эксплуатационный период. Аварийные затворы служат для перекрытия отверстий в случае аварии. Ремонтные затворы предназначены для перекрытия отверстий при ремонте основных затворов или оборудования. Часто функции аварийного и ремонтного затворов совмещаются в одном, который в таком случае называется

аварийно-ремонтным. Строительные затворы служат для перекры-

тия отверстий в период пропуска строительных расходов.

171

По местоположению перекрываемого отверстия относительно

уровня воды в бьефе затворы делятся на поверхностные и глубин-

ные. По конструктивным признакам затворы бывают плоские, сег-

ментные, секторные, вальцовые, крышевидные, клапанные и др.

Наиболее частоприменяемыми поверхностными затворами являют-

ся плоские и сегментные.

 

 

 

 

 

 

 

Плоский металлический затвор (рис. 5.1, а) – наиболее распро-

страненный тип затворов, представляющий собой металлический

каркас из ригелей и балочной клетки, к которому со стороны верх-

него бьефа приварена обшивка из стального листа толщиной Уне ме-

нее 6 мм, воспринимающая нагрузку от давления воды. Плоский

затвор перемещается в пазах быков и устоев и через пазыТпередает

нагрузку от давления воды на сооружение.

 

Н

 

 

 

 

 

 

 

 

б)

 

 

 

 

 

аа)

 

 

 

 

 

 

 

 

Б

 

 

 

 

 

 

б

 

 

 

 

 

 

УВБ

 

 

 

 

 

 

УВБ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

й

опорный шарнир

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

в

в)

 

 

 

 

 

 

г)

 

УВБ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

рг

 

 

опорный шарнир

 

 

 

 

 

 

 

о

 

 

 

 

 

 

 

УВБ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

д)

 

з

 

 

ее)

 

УВБ

 

 

 

 

 

УВБ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

о

 

 

 

 

 

 

опорный шарнир

 

 

п

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

е

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 5.1. Поверхностные затворы:

 

 

 

 

а − плоский; б − сегментный; в – вальцовый; г – секторный;

 

 

 

 

 

д – крышевидный; е – клапанный

 

172

Сегментный затвор (см. рис. 5.1, б) отличается от плоского формой каркаса, а также тем, что для него не требуется устройство пазов. Он передает нагрузку от давления воды через ноги на опорные шарниры в быках и устоях.

Все другие типы поверхностных затворов относятся к редко применяемым. Некоторые из них (секторный, вальцовый, крышевид-

вращающегося вокруг горизонтальной оси. На рис. 5.1, Тг представУ- лен опускной секторный затвор, ось вращения которого расположена на пороге водослива. Затвор имеет обшивку цилиндрическойН и как минимум одной радиальной поверхности. Вальцовый затвор

ный, клапанный) представлены на рис. 5.1.

Секторный затвор имеет поперечное сечение в виде сектора,

(рис. 5.1, в) представляет собой горизонтальный полый цилиндр.

Подъем и опускание цилиндра производятся перекатыванием по

 

 

 

 

й

наклонным зубчатым рейкам, установленным в пазах быков и усто-

ев. Крышевидный затвор состоит из двух полотнищБ , которые в

поднятом состоянии перекрывают водосл вное отверстие, а в опу-

щенном – открывают его (см.

. 5.1,

д). Клапанный затвор состо-

 

 

рис

 

ит из одного полотнища, пово ач вающегося по горизонтальной

оси (рис. 5.1, е).

о

и

Затвор опирается в пазах че ез опо но-ходовые части, которые

 

т

могут быть скользящими (рис. 5.2, а) или колесными (рис. 5.2, б, в).

Опоры скользящего

м гут выполняться с опорной частью из

опирается на бык.

дерева, металла, ипадревесно-слоистого пластика, маслянита (пластмасса на основезатворпол ам да с добавлением графита). Колесные опоры представляютособой колеса или тележки, через которые затвор

Глубинныйп (рис. 5.3) по сравнению с поверхностным испытывает б льшие нагрузки на единицу площади, работает в потоке болвходевысоких скоростей, требует уплотнений повышенной надеж- Рности, м ханизмов большей грузоподъемности, менее доступен для осмотра и ремонта. Глубинные затворы могут располагаться на водовод, на выходе из него и внутри. Целесообразность той или иной компоновки рассматривается отдельно для каждого кон-

кретного случая и зависит от ряда факторов.

173

аа)

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б)

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

1

 

 

б

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вв)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

У

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

Н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Б

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 5.2. Опоры плоск х затворов:

 

 

 

а – скользящая; б – колесная; в – схема

 

й

 

 

 

асположен я колес плоских затворов:

 

1 – подушка; 2 – вкладыш из д евесно-сло стого пластика; 3 – рельс;

 

 

 

4 – колесная

п

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

а; 5 – нап авляющие ролики

 

 

 

 

аа)

 

 

 

бб)

 

 

р

 

вв)

 

 

 

 

 

 

 

о

 

 

 

 

 

 

УВБ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

з

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

гг)

о

 

 

дд)

 

 

 

 

ее)

 

 

 

 

п

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

е

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 5.3. Глубинные затворы:

 

 

 

 

а– плоский; б – сегментный; в – плоская задвижка; г – дисковый (дроссельный);

д– игольчатый; е – поворотный шаровой

174

По контуру затвора во избежание протечек воды устанавливают-

ся противофильтрационные уплотнения, которые бывают донные и

боковые. Схемы некоторых конструкций уплотнений представлены

на рис. 5.4.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

аа)

 

 

 

 

б)

 

 

 

вв)

 

 

 

 

 

 

 

 

б

 

1

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

4

 

4

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

У

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т

 

г)

 

 

 

 

 

дд)

 

 

 

Н

 

 

г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Б

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

й

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

и3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

р

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р с. 5.4. Уплотнения затворов:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а, б, в, – донные; г, д – боковые:

 

 

 

 

 

1 – деревянный бруси; 2 – обшивка; 3 – резиновые элементы; 4 – закладные части

 

 

 

з

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

п

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

е

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

175

 

 

6. КАНАЛЫ И СООРУЖЕНИЯ НА НИХ

 

 

 

 

6.1. Поперечное сечение каналов

 

 

 

 

 

 

 

и их гидравлический расчет

 

Канал – это водопроводящее сооружение, представляющее со-

бой искусственный открытый водовод правильной формы в земля-

ной выемке или насыпи.

 

 

 

 

 

 

 

 

По назначению каналы могут быть энергетическими, водопро-

водными,

ирригационными, судоходными,

 

лесосплавными,

обводни-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

У

тельными, осушительными, рыбоводными икомплексного назначения.

По способу подачи воды каналы делятся на самотечныеТи машин-

ные. В самотечных каналах вода движется по трассе под действием

силы тяжести. В машинных каналах по трассе устраиваются насосные

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Н

 

станции, осуществляющие подъем воды нанужныеотметки.

 

Поперечное

сечение

канала может иметь

следующие формы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Б

 

(рис. 6.1): трапецеидальную, полигональную, прямоугольную, па-

раболическую,

полукруглую и друг е

 

более

сложные

формы.

Наиболее

распространенными

фо

й

производственным

 

 

по

условиям

и

условиям

устойчивости

откосов

являются

трапеце-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

мами

 

 

 

идальная и полигональная. П следняя часто используется на круп-

ных, например судоходных, каналахр.

 

 

 

 

 

 

аа)

 

 

B

 

 

 

о

б)

 

 

B

 

 

 

 

 

 

 

т

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

h

 

 

 

 

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

зb

 

 

 

 

 

b

 

 

 

 

о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вв)

 

 

 

 

гг)

 

 

гд)

 

 

 

п

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

е

 

 

 

 

h

 

 

 

h

 

 

 

h

Р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 6.1. Формы живого сечения каналов:

 

 

 

а – трапецеидальная; б – полигональная; в – прямоугольная;

 

 

 

 

 

 

 

г – параболическая; д – полукруглая

 

176

Гидравлические расчеты канала производятся в предположении равномерного движения в нем потока. При необходимости выполняются поверочные расчеты на неравномерные режимы. Такие расчеты приведены в специальной литературе.

Основным уравнением для расчета канала при равномерном дви-

жении воды является уравнение Шези:

 

 

 

 

 

 

 

Q C Ri ,

 

 

(6.1)

где Q – расход воды в канале;

 

 

 

 

У

 

 

 

Т

ω – площадь живого сечения;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С – коэффициент Шези, определяемый по формуле

 

 

 

 

C 1n R y ,

 

Н

 

 

 

 

 

Б

 

 

здесь n – коэффициент шероховатости;

й

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y – показатель степени, кото ый для ор ентировочных расчетов

может быть принят равным 1/5–1/6;

 

 

 

 

R – гидравлический радиус;

и

 

 

 

 

 

 

р

 

 

 

 

 

 

 

R = ω/χ;

 

 

 

 

 

 

 

о

 

 

 

 

 

χ – смоченный перметр;

 

 

 

 

 

i – уклон дна канала.

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

Отсюда средняя скорость течения

 

 

 

 

 

з

 

 

 

 

 

 

 

о

 

C Ri .

 

 

(6.2)

В практике гидротехнического строительства чаще всего соору-

е

 

 

 

 

 

 

 

 

Р

 

 

 

 

 

 

 

 

жают каналы с трапецеидальной формой поперечного сечения (см. рис. 6.1, а). Площадь поперечного сечения такого канала

(b mh)h .

177

Длина смоченного периметра

b 2h 1 m2 ,

где b – ширина канала по дну; h – глубина воды в канале;

m – коэффициент заложения откоса.

При гидравлическом расчете каналов встречаются следующие

основные задачи.

 

 

 

 

 

 

 

 

У

1. При заданных размерах поперечного сечения канала, коэффи-

циенте шероховатости и уклоне дна требуется определитьТпропуск-

ную способность канала (расход Q) и среднюю скорость потока .

Вычисляются площадь живого сечения ω, гидравлическийНрадиус R,

коэффициент C и по формулам (6.1), (6.2) – расход и скорость.

2. По заданному расходу Q, размерам каналаБи коэффициенту

шероховатости n требуется определ ть уклон i. Из формулы (6.1)

требуемая величина уклона

 

 

 

 

 

й

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и2

 

 

 

 

 

 

 

i

Q

 

.

 

 

 

 

 

 

 

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

рC R

 

 

 

Если требуется най

уклонканала по значению неразмываю-

щей нр или не а

ляющейтнз скорости, то из формулы (6.2)

 

 

 

 

и

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

з

 

i

 

 

.

(6.3)

 

 

 

 

С2 R

 

 

 

о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В формулу (6.3) вместо подставляется нр или нз.

4.

п

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тр буется рассчитать размеры поперечного сечения канала,

то

глубину h и ширину b при известных Q, i,

n. В проектной

есть

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

практике задачи такого типа встречаются наиболее часто. Расход

обычно задается исходя из хозяйственных нужд, а уклон диктуется

Р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

топографией местности по трассе канала. Так как неизвестными

здесь являются h и b, то одной из этих величин следует задаваться, а вторую определяют. Расчет ведется графоаналитическим способом.

178

Например, назначив ширину b, задаются несколькими значениями глубины h. Для каждого значения h определяются ω, χ, R, C, Q. Затем строится график Q = f(h) и по графику для заданного значения расхода определяется требуемая величина h (рис. 6.2).

 

h

 

 

 

 

 

 

У

 

 

 

 

 

QQ=f(h))

 

 

 

 

 

 

 

 

Т

 

hhрасрасч

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

Б

Q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Qйрасч

 

 

 

 

 

 

 

Q асч

 

 

 

 

 

Рис. 6.2. К определению азме в поперечного сечения канала

 

 

 

т

 

 

 

 

 

Канал должен бы ь запр ектир ван таким образом, чтобы сред-

 

 

и

 

 

 

 

 

 

няя скорость течен я находиласьов следующих пределах:

 

 

п

 

нз ≤ ≤ нр,

 

 

 

(6.4)

 

 

 

 

 

 

 

 

где нз – минимальноздопустимая незаиляющая скорость;

 

 

нр – редельная неразмывающая скорость.

 

 

 

иление

 

 

 

 

 

 

 

Потокводыв канале часто несет некоторое количество твердых

частиц (наносов), находящихся во взвешенном состоянии. При не-

Р

 

 

 

 

 

 

 

 

больших скоростях эти наносы выпадают в осадок, происходит заканала. Минимальная скорость, при которой еще не наблюдается выпадения наносов, называется незаиляющей скоростью. При больших скоростях возможен размыв дна и откосов канала. Предельно допустимая скорость, при которой не наблюдается раз-

мыв, называется неразмывающей скоростью.

179

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.