Определение приведенного коэффициента сопротивления простой распределительной системы питания

    Алгоритм приведения коэффициентов сопротивлений к площади расчетного сечения  рассмотрим на примере системы наполнения шлюза, схема которого приведена на рис. 2.5.

    Если из выражения (2.18) исключить потери напора на преодоление действий сил инерции воды, то можно получить уравнение:

 

.

(2.39)

 

    После подстановки в (2.39)  получим выражение для определения суммарного приведенного коэффициента сопротивления участков без разветвлений системы наполнения:

 

.

(2.40)

 

    Наиболее рационально за расчетное сечение водопроводной галереи принимать поперечное сечение участка в районе рабочего затвора , так как в этом случае не требуется приведение коэффициента сопротивления затвора, изменяющегося во времени.

    Коэффициент сопротивления системы, приведенный к площади , может быть определен по уравнению:

 

(2.41)

 

где  – площадь поперечного сечения рассматриваемого участка;  – коэффициент сопротивления затвора, изменяющийся во времени до полного открытия затвора;  – коэффициент сопротивления данного участка.

    Относительно величины открытия затвора, характеризующегося степенью открытия , процесс наполнения (опорожнения) камеры шлюза с распределительной системой питания можно разделить на два временных промежутка.

    Первый промежуток отличается переменной величиной открытия затвора и как следствие, изменяющимся коэффициентом его сопротивления.

    Второй промежуток начинается после полного открытия затвора. При этом коэффициент сопротивления затвора остается постоянным до окончания процесса наполнения (опорожнения) камеры, если не предусмотрено опережающее перекрытие водопроводной галереи с целью уменьшения инерционного перенаполнения и переопорожнения камеры шлюза.

    Теоретического описания изменения  не существует, поэтому при расчетах используют экспериментальные данные при различных значениях степени открытия затвора:

,

(2.42)

где  – величина открытия затвора в определенный момент времени;  – максимальная величина открытия затвора.

    В таблице 1 приведены значения  для различных видов затворов, используемых для перекрытия водопроводных галерей в распределительных системах питания судоходных шлюзов.

    Коэффициенты сопротивлений остальных участков принято считать постоянными. Их значения в общем случае могут быть определены по зависимости:

,

(2.43)

где  – коэффициент, учитывающий потери на преодоление сил сопротивления действующих по длине рассматриваемого участка (обычно при расчетах принимают во внимание только действие сил трения, т. е. );  – коэффициент, где учитываются потери на преодоление местных сопротивлений. Значение  в общем виде определяется по формуле:

(2.44)

где  – потери при входе в галерею;  – потери в сороудерживающих решетках;  – потери при поворотах галерей;  – потери при разделении потока (разветвлении галерей); – потери при выходе потока;  – потери при сужении галереи;  – потери при расширении галереи;  – сопротивление пазов затворов;  – сопротивление распределительной галереи;  – сопротивление последнего выпуска.

    Коэффициент сопротивления сил трения может быть определен по уравнению:

,

(2.45)

где  – длина участка галереи с постоянными размерами поперечного сечения;

 – коэффициент Шези;  – коэффициент шероховатости материала водопроводных галерей,

 – гидравлический радиус сечения,  – площадь поперечного сечения,  – смоченный периметр поперечного сечения рассматриваемого участка галереи.

    При описании неустановившегося движения воды в водопроводных галереях распределительных систем питания по уравнению (2.6) возникают сложности с определением коэффициента сопротивления распределительной галереи.

    Это обусловлено, в первую очередь, раздачей воды по отдельным выпускам и, следовательно, изменением скоростей течения на участках между выпусками. Кроме того, расход воды, проходящей через выпускные отверстия, изменяется как во времени, так и по длине распределительной галереи.

    Для простой распределительной системы питания, представленной на рис. 2.5, коэффициент сопротивления распределительной галереи (галереи с выпусками) приближенно может быть определен по зависимостям, предложенным И.М. Коноваловым:

при наполнении камеры ,	(2.46)
при опорожнении камеры ,	(2.47)

 

где  – количество выпусков;  – длина распределительной галереи;  – опытный коэффициент, принятый равным для прямоугольного сечения галереи 0,25, а для круглого сечения – 0,1.

    При выводе формул (2.46), (2.47) были приняты следующие допущения:

· все выпуски имеют одинаковые площади поперечных сечений;

· по всей длине распределительной галереи площадь поперечного сечения сохраняется постоянной;

· выпуски располагаются с постоянным шагом;

· в течение всего процесса наполнения камеры сохраняется одинаковый расход воды, проходящей через отдельные выпуски.

    Кроме того, в распределительной галерее следует раздельно учитывать сопротивление при выходе потока из выпусков () и отдельно сопротивление последнего выпуска ().