Проектування та гідравлічний розрахунок регуляторів

Вибір споруди. При проектуванні великих відповідальних гідротехнічних споруд для забезпечення їх нормальної роботи враховується весь комплекс техніко-економічних та експлуатаційних умов. А тому такі споруди будуються за індивідуальними проектами. Майже 95 % внутрісистемних споруд, які обслуговують окремі канали, чи їх ділянки, розраховані на невеликі витрати (до 10 м³/с) і за багатьма показниками знаходяться приблизно в однакових умовах. Це дозволяє перейти від індивідуального до типового проектування, знижуючи цим їх загальну вартість.

Гідравлічні розрахунки регуляторів. На основі гідравлічних розрахунків визначаються розміри отворів та труб, умови пропуску витрат та безпечні умови спряження б'єфів.

Регулятори на меліоративних системах пропускають воду в умовах вільного чи підтопленого витікання по схемі водозливу, щитового отвору чи труби.

1) Водозлив з широким порогом. Така схема пропуску витрати через регулятор має місце у випадку повного відкриття водопропускного отвору. Вибір розрахункової формули залежить від умов протікання потоку через водозлив: вільне чи підтоплене.

Критерій підтоплення визначається за залежністю

, (6.16)

де h – глибина води на порозі регулятора (глибина підтоплення);

Н ₀ – глибина води перед спорудою з врахуванням швидкості підходу,

;

α – коефіцієнт кінетичної енергії; V ₀ – швидкість підходу.

 

Рис. 6.5. Витікання через водозлив з широким порогом

 

При п < 0,8 витікання вільне, водозлив непідтоплений, а при п ≥ 0,8 – витікання підтоплене.

а) вільне витікання

, (6.17)

де Q – витрата води; ε – коефіцієнт бокового стиснення потоку; m – коефіцієнт витрати (при відсутності порога m = 0,38); в – ширина отвору споруди.

б) підтоплене витікання

, (6.18)

де – φ коефіцієнт швидкості (при відсутності порога φ = 0,99).

2) Водозлив з тонкою стінкою (рис. 6.6). Якщо відбувається перелив через затвор чи шандорну стінку, то пропускна спроможність непідтопленого водозливу визначається за залежністю (6.17), причому, коефіцієнт витрати для тонкої стінки т = 0,42(для товстої т = 0,40). Витрата для затоплених водозливів, коли рівень води в нижньому б'єфі перевищує відмітку порога водозливу, визначається за залежністю (6.17) з врахуванням коефіцієнта затоплення σ ₃.

3) Витікання з-під щита. В процесі експлуатації можливе неповне відкриття затвора для пропуску проміжних витрат. При цьому розглядаються два випадки витікання з-під шита:

а) вільне витікання (рис. 6.7), коли рівень води в нижньому б'єфі не впливає на характер витікання

Рис. 6.6. Водозлив з тонкою стінкою

 

, (6.19)

де ε_в – коефіцієнт вертикального стиснення; h_щ - висота підняття щита.

б) затоплене витікання (рис. 6.8) має місце, коли глибина в природних умовах більша за другу спряжену, тобто витікання відбувається як через затоплений отвір

Рис. 6.7. Вільне витікання з-під щита Рис. 6.8. Затоплене витікання з-під щита

, (6.20)

де z ₀ –різниця рівнів води верхнього та нижнього б'єфів з врахуванням швидкості підходу.

4) Труби. Трубчасті регулятори можуть працювати в безнапірному чи напірному режимі. Безнапірна труба розраховується як водозлив з широким порогом. При розрахунках напірної труби можливі два випадки (рис. 6.9):

а) затоплене витікання – рівень води в нижньому б'єфі вище центра вихідного отвору, розраховується за формулою

, (6.21)

де μ – коефіцієнт витрати труби; S – площа поперечного перерізу труби.

б) незатоплене витікання – рівень води в нижньому б'єфі нижче центра труби, розраховується за формулою

, (6.22)

де Н ₀ – напір над дном вихідного отвору труби з врахуванням швидкості підходу; d – діаметр чи висота труби.

Якщо кількість прогонів більше, одного, то при певних схемах пропуску витрат води в нижньому б'єфі може виникнути збійність потоку, що призводить до зростання швидкостей та розмивної здатності потоку на значній відстані від споруди.

Рис. 6.9. Витікання через трубу

 

Щоб уникнути цього небажаного явища, гасителі енергії потоку влаштовуються навіть тоді, коли за розрахунками вони не потрібні. Їх розміри визначаються конструктивно.

 

Тема 7. Водопровідні споруди