Верхней и нижней камерами шлюза

 

Процесс опорожнения верхней камеры шлюза и одновременного наполнения нижней можно разделить на два этапа:

1) течение воды в водопроводной галерее между верхней и нижней камерами шлюза при переменной площади поперечного сечения перекрываемого затвором отверстия от нуля до полного открытия

2) течение воды в галерее при полностью открытом затворе .

Время открытия затвора принимается равным

При указанных условиях формула для определения площадь поперечного сечения водопроводной галереи примет вид

где среднее значение коэффициента расхода в период открытия затвора водопроводной галереи ; коэффициент расхода, соответствующий полному открытию затвора водопроводной галереи .

Среднее и максимальное значения коэффициента расхода находятся в соответствии с его текущими расчетными значениями, которые определяются по формуле

где коэффициент сопротивления при входе потока в галерею; коэффициент сопротивления сороудерживающей решетки; коэффициент сопротивления на повороте прямоугольно галереи на угол с радиусом попорота, равным ее высоте [2]; переменны коэффициент сопротивления затвора водопроводной галереи, зависящий от его конструкции и относительного открытия (принимается по третьей строке табл. 5.2); коэффициент сопротивления, учитывающий потери напора по длине галереи.

Потери напора по длине определяются как сумма потерь на участке галереи протяженностью (где длина горизонтального сплошного участка галереи, ) при транзитном пропуске расходы воды и на участке при непрерывной и равномерной раздаче расхода через донные водовыпуски. Тогда коэффициент сопротивления по длине будет равен

где гидравлический радиус

коэффициент Шези

высота и ширина водопроводной галереи квадратного сечения, м; коэффициент шероховатости стенок галереи, для бетонной поверхности.

Расчет производим методом последовательных приближений.

В первом приближении принимаем Вычисления, выполняемые в соответствии с формулой , приведены в четвертой строке табл. 5.3.

Таблица 5.3

		0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9
		0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9
				18,05	8,4	4,27	2,4	1,1	0,64	0,34	0,25
		0,071	0,145	0,216	0,291	0,360	0,414	0,469	0,495	0,514	0,521

Примечание: текущее (промежуточное) открытие затвора, ; полное открытие затвора, .

По данным табл. 5.3 среднее значение коэффициента расхода равно , а максимальное при составляет . Отсюда в первом приближении находим

и

Подставляем полученное значение в формулы

и по равенству вычисляем

Найденное значение используем для вычислении во втором приближении. По формуле определяем текущие значение коэффициента расхода (вычисления сведены в табл. 5.4).

Таблица 5.4

		0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9
		0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9
				18,05	8,4	4,27	2,4	1,1	0,64	0,34	0,25
		0,071	0,144	0,213	0,284	0,348	0,396	0,469	0,444	0,482	0,488

По данным табл. 5.4 среднее значение коэффициента расхода равно , а максимальное при составляет . Отсюда во втором приближении находим

и

Вычисляем невязку между первым и вторым приближениями

Таким образом, требуемая точность расчета соблюдена, окончательно принимаем

При этом время открытия затвора составит

 

Определение размеров водопроводной галереи

Нижней камерами шлюза

 

Опорожнение нижней камеры шлюза осуществляется через короткую водопроводную галерею в канал нижнего бьефа.

Полагая как и ранее время открытия затвора, равным половине времени наполнения и опорожнения камеры шлюза , расчетная формула для вычисления площади поперечного сечения коротко водопроводной галереи принимает вид

В формуле учитывается, что при вычислении среднего и максимального коэффициентов расхода гидравлическими потерями на гидравлическое трение ввиду короткой длины водопроводной галерей, можно пренебречь, при этом

где коэффициент сопротивления при входе потока в галерею; коэффициент сопротивления сороудерживающей решетки; коэффициент сопротивления на повороте прямоугольно галереи на угол с радиусом попорота, равным ее высоте [2]; переменны коэффициент сопротивления затвора водопроводной галереи, зависящий от его конструкции и относительного открытия (по третьей строке табл. 5.2)

Результаты сведены в табл. 5.5.

Таблица 5.5

		0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9
		0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9
				18,05	8,4	4,27	2,4	1,1	0,64	0,34	0,25
		0,071	0,145	0,214	0,286	0,351	0,400	0,450	0,472	0,489	0,494

По данным табл. 5.5 среднее расчетное значение коэффициента расхода водопроводной галерей в период открытия затвора равно , а максимальное значение коэффициента расхода галереи при полностью открытом затворе при составляет . Отсюда получаем площадь поперечного сечения галереи

а, принимая это сечение квадратным, находим его высоту и ширину