Судоходный шлюз в составе комплексного гидроузла

     Шлюз  необходимо расположить на левом берегу реки, он будет располагаться примерно в 240 м от кромки берега.

     В результате строительства гидроузла  будет полностью затоплен остров Бирюсинский. Наибольшая ширина зеркала камеры будет достигать 1500 м 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4. СИСТЕМЫ ПИТАНИЯ ШЛЮЗОВ

 

1. ВЫБОР ТИПА СИСТЕМЫ ПИТАНИЯ

 

     Выбор типа системы питания шлюза, в  конечном счете, определяется требованиями безопасности шлюзования, как для судна, так и для самого сооружения. Это в равной степени относится и к судам, находящимся в камере, и к судам, ожидающим шлюзования у причалов.

     На выбор типа системы питания влияют, главным образом, величина напора на шлюз, размеры камеры, требование обеспечения заданной пропускной способности.

     Предварительно  выбор системы питания может  быть сделан на основе ^{следующих рекомендаций (стр. 20, [1]), при значениях}

     

      , , .

   Третье условие не выполняется, но из практики проектирования следует принять головную систему питания [1].

     Для предварительно выбранной системы  питания из-под щита, рассчитываются следующие основные её характеристики

       время наполнения (опорожнения) камеры, с

       ^{время полного открытия затвора, с}

       ^{скорость открытия затворов и интенсивность её изменения во} времени, м/с

       ^{относительное время полного открытия затвора}

       ^{площадь водопроводных галерей}

       ^{продольная составляющая гидродинамической силы, действующей} на судно, кН

     ^{Полученная  величина сравнивается с её допускаемым значением для данного судна. Если} > ^{, необходимо изменить время и режим открытия затвора, т. е. Если же при этом не обеспечивается} заданная пропускная способность шлюза, следует рассматривать другую систему питания.  

Допускаемое значение продольной составляющей гидродинамической  силы определяется прочностью судовых  швартовных тросов и подсчитывается 

                    (37)

     

где весовое водоизмещение расчётного судна или наибольшего судна в составе (в том числе и жёсткосчаленном) 

                    (38)

       

     Головная  система питания. Наполнение камеры

     Гидравлические явления в камере при её наполнении, а, следовательно, и поведения судна будут различными в зависимости от того, затоплены водовыпускные отверстия или нет. В нашем случае они не затоплены.

     При безгалерейной системе вначале определяется высота подъёма затвора

                                                                                                            (39)

^{где время полного открытия затвора; принимается в долях от времени} наполнения

                                                                                                           (40)

                  (41)

      ^{относительное время открытия затвора, [1]}

      

     ^{Т.к. из гидравлического расчёта при относительное время открытия затвора,}

     На первом этапе расчёта устанавливается площадь водопроводных отверстий (галерей) 

                                                  (42)

     

     Определим продольную составляющую гидродинамической  силы

                                                                                                    (43)

     

     ^{По-прежнему должно выполняться  условие} 

       

     Условия неблагоприятные.

     Следует уменьшить площадь галереи, но при этом увеличится время наполнения камеры 

                                                                         (44)

     

        
 

2. РАСЧЁТ ГАСИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

 

     Гасительные устройства состоят из камеры гашения, расположенного за ней успокоительного участка, и не входящего в полезную длину камеры шлюза. 

     Камера  гашения

     При безгалерейной системе питания  камера гашения включает в себя пространство, ограниченное по длине шлюза стенкой падения и гасителями ^{(экран, балки и др.). Объём камеры гашения , определяется по} следующим эмпирическим формулам:

    - при  незатопленных в начале наполнения  водопроводных отверстиях и равномерном открытии затвора 

                                                          (45)

где   коэффициент, принимаемый для наиболее совершенных гасителей ^{равный (стр. 30, [1])}

       ^{площадь полностью открытого отверстия,}

       ^{напор в конце второго промежутка;}

       ^{- напор на верхние ворота}

       ^{относительное время открывания затвора;}

     

     Размеры камеры гашения по вертикали определяются высотой стенки ^{падения , по горизонтали он будет равен} 

                                                                                 (46)

     

 
 
 

     Успокоительный  участок

     Располагается непосредственно за гасителями и предназначается для ^{окончательного успокоения потока. Длина этого участка   при незатопленных} отверстиях и равномерном открытии затвора  

                                          (47)

^где   , ^{(в первом приближении ), (стр. 31, [1])}

        ^{- коэффициент, принимаемый для лучших из} осуществленных гасителей (стр. 31, [1])

     

     ^{Второе  приближение дает окончательное значение}

     

     

3. ОПОРОЖНЕНИЕ КАМЕРЫ

 

     При наличии двухстворчатых ворот на нижней голове наиболее рациональной системой опорожнения будут короткие круговые галереи, расположенные в устоях головы. В качестве рабочего затвора в этих условиях чаще всего применяется плоский щит, поднимаемый с постоянной скоростью

      

                                         (48)                

            (49)

                  (50) 

^{где  рекомендуется 0,6 при любых системах опорожнения}

  Т - время опорожнения принимается предварительно таким же, как и время наполнения

       ^{суммарная площадь обеих галерей, расположенных в двух устоях} головы

       ^{коэффициент расхода системы с короткими галереями,} предварительно может быть равным 0,7 (стр. 32, [1])

       ^{скорость в расчетном сечении галереи при полном открытии затвора}

       ^{расход воды, поступающий из камеры}

     

     

       

     Наиболее  удобным будет квадратное сечение галереи

     

     Для плавного входа потока в галерею  и спокойного (с наименьшими скоростями) выхода рекомендуется принимать

                                             (51) 

                                               (52)

     

     

     

     

     Затворы водопроводных галерей следует  располагать на прямолинейном участке  галереи длиной по оси равной примерно ширине галереи. Ось галереи в  выходном сечении назначается перпендикулярно  грани устоя; в этом случае достигается лучшее взаимное гашение энергии двух встречных потоков, выходящих из противоположных галерей.

     ^{Радиус  закругления оси галереи на повороте принимается из условия безотрывного обтекания потоком стенок галереи}

     ^{В целях уменьшения радиуса  и более компактного расположения} галереи в устое на входной и выходной частях её устраивают разделительные ^{бычки. В этом случае за расчётную ширину при определении принимают уже} ширину одной ветви галереи.

     Потолок галереи должен располагаться не менее чем на 0,3 м ниже уровня нижнего бьефа.

     Условия отстоя судна в камере при её опорожнении наиболее тяжелыми будут в самом конце опорожнения, при самых низких уровнях воды в камере. ^{Определение в этом случае может быть сделано по формуле с учётом значения для второго промежутка опорожнения итоговая формула получит вид}

                   (53)

     ^{По-прежнему должно выполняться условие} 

     

     

     Условия неблагоприятные

     Следует уменьшить площадь галереи, но при  этом увеличится время опорожнения  камеры, возвращаемся к формуле (46): 

   

   

                                            

                                              

     

     

     

     

                                                            (54)