Расчет водохранилищного гидроузла

Водоотводящая труба служит для отвода воды из шахты, поступившей через водосливной порог шахты и водоспуск. Число нитей и размеры поперечного сечения водоотводящей трубы определяют на основании гидравлического расчета, из условия равенства геометрического напора на сооружение алгебраической сумме потерь напора в водоотводящей трубе.

Отводящие трубы  устраивают из сборных унифицированных  железобетонных изделий круглого или  прямоугольного профиля. Трубы прямоугольного сечения делают из унифицированных  блоков высотой 1,4…2,0м, с шириной  меньше высоты не менее 0,2м.

Устройство нижнего  бьефа должно обеспечить гашение  кинетической энергии потока. Тип  и размеры устройств, принимаются  на основании гидравлического расчета  и технико-экономического сравнения  вариантов. За башенным водосбросом  чаще всего устраивают водобойный колодец  длиной и шириной , а также водобойную плиту длиной на которой размещают в шахматном порядке гасители энергии.

За водобойной плитой устраивается рисберма длиной , которая сопрягается с отводящим каналом через зуб из каменной наброски шириной 1,0м.

 

5.1 Гидравлический расчет подводящего (отводящего) канала

 

Гидравлический расчет подводящего канала

Подводящий канал  принимаем трапецеидального сечения, с уклоном . Расчет выполняем на пропуск расхода опорожнения водохранилища Канал располагается на отметке дна 148,00м в первом слое грунтов – глине, по таблице 1 находим, что заложение откосов а коэффициент шероховатости для содержания в средних условиях . Принимаем глубину наполнения канала тогда

 

Результаты вычислений приводятся в таб. 5.1

Таблица 5.1 Расчет параметров водоподводящего канала водоспуска

				R	C
3,0	1,2	5,04	6,39	0,79	38,46	34,2	172
3,4	-	5,52	6,79	0,81	38,62	34,8	192
3,6	-	5,76	6,99	0,82	38,70	35,0	202
3,7	-	5,88	7,09	0,83	38,77	35,3	208
3,8	-	6,00	7,19	0,83	38,77	35,3	212

Для определения  расчетной ширины канала по дну, стоится  график зависимости рисунок 4, по которому находим, что для расчетного значения , ширина канала с округлением принимаем Фактическая скорость воды в канале

 м/с

 м/с

м/с.

Условие 4.29 выполняется, значит, размеры водозаборного канала определены правильно и крепление дна и откосов канала не требуются.

               

                    

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                           

 

 

Рисунок 4. Зависимость расходной характеристики и ширины подводящего канала водоспуска по дну

 

Гидравлический расчет отводящего канала

Отводящий канал  также принимаем трапецеидального сечения, с продольным уклоном дна . Расчет выполняем графоаналитическим способом на пропуск максимального расчетного сбросного расхода Канал располагается на отметке дна 148,00м в первом слое грунтов – глине, по таблице 1 находим, что заложение откосов а коэффициент шероховатости для содержания в средних условиях . Принимаем глубину наполнения канала тогда

 

Результаты вычислений приводятся в таб. 5.2

Таблица 5.2 Расчет параметров водоотводящего канала водосброса

				R	C
16,0	1,6	28,16	20,53	1,37	42,16	49,3	1388
18,0	-	31,36	22,53	1,39	42,26	49,8	1562
20,0	-	34,56	24,53	1,41	42,36	50,3	1738

Для определения  расчетной ширины канала по дну, стоится  график зависимости рисунок 5, по которому находим, что для расчетного значения , ширина канала с округлением принимаем Фактическая скорость воды в канале

 м/с

 м/с

м/с.

Условие 4.29 выполняется, значит, размеры водозаборного канала определены правильно и крепление дна и откосов канала не требуются.

 

                                                

 

Рисунок 5. Зависимость расходной характеристики и ширины отводящего канала водоспуска по дну

 

5.2 Конструктивный и гидравлический расчеты

 

 

Задачей гидравлического  расчета шахтного водосброса является определение длины водосливного фронта, водосливного порога (L), размеров и количество нитей транзитной части на основании равенства геометрического напора (Н) алгебраической сумме потерь напора на входе, по длине и выходе потока, т.е.

Расчет начинаем с составления расчетной схемы  шахтно-башенного водосброса рисунок 6.

                              (5.42)

                         (5.43)

                    .

Длина водосливного порога определяется из формулы 5.40 пропускной способности водослива с тонкой стенкой, толщину которой с конструктивных соображений принимаем , поэтому . Коэффициент подтопления для по таблице 6 Тогда

 

В первом приближении  назначаем две нити труб прямоугольного сечения  Площадь живого сечения одной нити:

                                 .

Скорость движения воды в трубопроводе:

 

Для обеспечения  плавного входа потока в трубопровод, предусматриваем раструб , тогда скорость на входе

 

Коэффициент сопротивления на входе:

 

 

Коэффициент сопротивления  по длине трубопровода:

 

Длину отводящей  трубы шахтно-башенного водосброса определяем из расчетной схемы (рисунок 6):

        .

Гидравлический  радиус:

 

Коэффициент сопротивления  на выходе из трубопровода:

 

Площадь живого сечения на выходе из трубопровода зависит от глубины воды в отводящем  канале и ширины водобойного колодца. Как правило, ширину водобойного колодца назначают равную ширине портальной стенки ковша, формула (4.34)

 

Так как, вся длина  водосливного порога составляет 20,6м, то для прямоугольного очертания башни  в плане длина двух боковых  стенок составит 10,6м, каждая по 5,3м. Площадь  живого сечения на выходе из трубопровода:

 

Тогда полные потери напора определятся как

 

Процент отклонения рассчитанного и принятого коэффициента расхода составит

 

что меньше допустимого  Принимаем две нити отводящих труб прямоугольного сечения

 

 

Расчетная схема

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.3 Статический расчет водосброса

 

Устойчивость башенного водосброса определяется устойчивостью его отдельных элементов. Опыт эксплуатации показывает, что наиболее уязвимым элементом в оценке его устойчивости является башня, а именно устойчивость её на всплытие. Коэффициент устойчивости определяется:

                              К_вспл = [К_доп],                           (5.44)

где, – сумма всех вертикально действующих (удерживающих) сил, направление действия которых совпадает с направлением действия силы тяжести; – сумма всех вертикально действующих (опрокидывающих) сил, направления которых обратные направлению действию силы тяжести.

К удерживающим силам относятся:

Р₁ – собственный вес башни;

Р₂ – вес сороудерживающей решетки, служебного оборудования и затвора;

Р₃ – удерживающая сила от трения грунта о стенки башни.

 

Собственный вес башни определится:

                                           Р₁ = Р_ц + Р_ф                       

где, Р_ц , Р_ф – соответственно вес полого цилиндра и фундаментной плиты.

 

                 

где, – наружные размеры башни;

в,с – внутренние размеры  башни;

 

 

   

 

 

        

Вес сороудерживающей решетки  и вспомогательного оборудования принимаем 30% от собственного веса башни:

                                                                

                              .

Сила трения грунта о стенки башни определяется величиной действующего активного давления влажного грунта составит:

                                                               

где, K – коэффициент трения влажного грунта о стенки башни, выполненного из бетона, К = 0,4;

l – периметр башни по наружной стороне, ;

 – активное давление  грунта, определяется по формуле:

                                    (5.45)

где, – мощность грунта за стенками башни,

φ – угол внутреннего трения влажного грунта за стенками башни, φ = 18,9°;

γ_нас – объемная масса грунта за стенками башни,

 

n – относительная пористость грунта  плотины, n = 0,34.

 

 

К опрокидывающим силам относится действие взвешивающего давления:

                                       (5.46)

где: S_осн – площадь основания башни, ;

∇1 – отметка низа фундаментной плиты башни.

                  

Коэффициент устойчивости:

 

Полученное значение коэффициента устойчивости больше допустимого 

, следовательно башня будет устойчив к всплытию.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 7. Схема шахты к статическому расчету башенного водосброса

6.0 Проектирование и расчет водоспуска

 

Размеры и количество нитей труб водоспуска определяем из уравнения 

                                      ,                      (6.47)

где – площадь сечения трубопровода; z – геометрический напор на сооружение, принимается как среднее арифметическое значение ; – коэффициент расхода,

 

где, ∑ – сумма коэффициентов сопротивлений на входе, выходе и затворе, принимаем ; – коэффициент сопротивления по длине в трубах, определяется по справочно-нормативной литературе,.. принимаем ; R – гидравлический радиус, – длина и диаметр водоподводящей трубы. Глубину наполнения отводящего канала при пропуске определим по кривой связи рисунок 1. Координаты кривой связи вычисляют по уравнению 4.23 равномерного движения воды в трапецеидальном канале.

Результаты вычислений приводятся в таб. 6.1

Таблица 6.1 Определение координат кривой связи

			R	C
0,4	7,36	19,13	0,38	34,0	3,09
0,8	15,04	20,26	0,74	38,0	9,83
1,0	19,0	20,83	0,91	39,4	14,28
1,2	23,04	21,39	1,08	40,5	19,39
1,5	29,25	22,24	1,32	41,9	28,16

Рисунок 8. Кривая связи расходов и уровней воды в отводящем канале

По графику  8 находим, что при пропуске расхода опорожнения водохранилища, в отводящем канале установится глубина, равная 0,48м, а

 

Тогда геометрический напор Где , это отметка уровня мертвого объема.

Из расчетной  схемы (рисунок 6) аналитически находим длину трубы водоспуска

 

Принимаем значение коэффициента расхода  тогда из уравнения 6.52 находим площадь живого сечения:

 

Диаметр трубопровода . Принимаем стандартные трубы диаметром 1,0м. Уточним значение коэффициента расхода по формуле 6.53

 

Процент отклонения рассчитанного и принятого коэффициента расхода составит , что меньше допустимого Принимаем одну нить труб водоспуска диаметром 1,0м и длиной 15,1м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

В результате проделанных  вычислений была запроектирована грунтовая  плотина с дренажной призмой  и центральным ядром из глины. Отметка гребня плотины 158,3м, высота плотины 10,3м, ширина по гребню 8,0м. По гребню устроена автодорога.