-
Определение глубины наполнения и уклона дна канала на подводящем участке
Полагаем,
что υ = (υmax)неразм1
= 0,88 м/с.
Используя
формулы (1.4) и (3.1) найдём глубину наполнения
канала, решив квадратное уравнение:
;
;
;
;
м;
м.
Проверка
решения квадратного уравнения:
57,16 ≈ (8,9 + 2,1
* 3,52) * 3,52 = 57,12
В результате
получаем:
Новый уклон
канала можно определить по формуле:
, (4.1)
где
С = C(h’01)
и R = (h’01).
Найдём
новые коэффициент Шези (С) и гидравлический
радиус (R).
– по
формуле (1.4):
ω
= (8,9+ 2,1 * 3,52) * 3,52 = 57,12 м2;
– по формуле
(1.5):
м;
-по формуле
(1.6):
м;
– по формуле
(1.7):
м1/2/с.
Подставляем
найденные значения в формулу (4.1):
.
-
Определение критической глубины hK и критического уклона iK канала
Воспользуемся
уравнением для нахождения критической
глубины:
, (5.1)
где α –
корректив кинетической энергии ( пусть
α = 1,05).
Найдём
значение, соответствующее заданному
расходу в канале:
м2.
Составим
таблицу, отражающую зависимость значения
от
глубины канала (табл. 5.1).
Таблица
5.1
|
h |
B |
ω |
ω3/B |
|
м |
м |
м2 |
м5 |
|
1,00 |
13,10 |
11,00 |
101,60 |
|
1,20 |
13,94 |
13,70 |
184,62 |
|
1,40 |
14,78 |
16,58 |
308,15 |
|
1,60 |
15,62 |
19,62 |
483,23 |
|
1,80 |
16,46 |
22,82 |
722,35 |
Пример
расчёта таблицы (для h
= 1,00 м):
-
Ширина канала по
верху определяется по формуле (2.1):
B
= 8,9 + 2 * 2,1 * 1 = 13,10м.
-
Площадь живого
сечения определяется по формуле (1.4):
ω = (8,9 +
2,1 * 1) * 1 = 11,00 м2.
-
м5.
По данным
таблицы 5.1 строим график зависимости
значения
от глубины канала h (рис.
5.1).
Рис. 5.1
По построенному графику определяем
критическую глубину канала:
м2
=> hK
= 1,34 м.
Далее необходимо найти критический
уклон, который определяется по формуле:
, (5.2)
где g
– ускорение свободного падения (g
= 9,8 м2/с).
Величины С,
В, χ зависят от критической глубины hK.
Найдём их значения:
– по формуле
(1.4):
ω(hK)
= (8,9 + 2,1 * 1,34) * 1,34 = 15,70м2;
– по формуле
(2.1):
В(hK)
= 8,9 + 2 * 2,1 * 1,34 = 14,53 м;
– по формуле
(1.5):
м;
– по формуле
(1.6):
м;
– по формуле
(1.7):
м1/2/с.
Подставляем
найденные значения в формулу (5.2):
.
-
Построение графика удельной энергии сечения э(h)
Удельная
энергия сечения определяется по формуле:
. (6.1)
Составим
таблицу, отражающую зависимость удельной
энергии сечения от глубины (табл. 6.1).
Таблица
6.1
|
h |
ω |
υ |
αυ2/2g |
Э(h) |
|
м |
м2 |
м/с |
м |
м |
|
0,60 |
6,10 |
8,25 |
3,65 |
4,25 |
|
0,70 |
7,26 |
6,93 |
2,57 |
3,27 |
|
0,80 |
8,46 |
5,94 |
1,89 |
2,69 |
|
0,90 |
9,71 |
5,18 |
1,44 |
2,34 |
|
1,00 |
11,00 |
4,57 |
1,12 |
2,12 |
|
1,10 |
12,33 |
4,08 |
0,89 |
1,99 |
|
1,20 |
13,70 |
3,67 |
0,72 |
1,92 |
|
1,34 |
15,70 |
3,20 |
0,55 |
1,89 |
|
1,50 |
18,08 |
2,78 |
0,41 |
1,91 |
|
2,00 |
26,20 |
1,92 |
0,20 |
2,20 |
|
2,20 |
29,74 |
1,69 |
0,15 |
2,35 |
|
2,50 |
35,38 |
1,49 |
0,11 |
2,61 |
|
3,00 |
45,60 |
1,10 |
0,07 |
3,07 |
Пример
расчёта таблицы (для h
= 0,60 м):
-
Площадь живого
сечения определяется по формуле (1.4):
ω = (8,9 +
2,1 * 0,6) * 0,6 = 6,10 м2.
-
Скорость
определяется по формуле (3.1):
.
-
Скоростной напор:
м.
-
Удельная энергия
сечения определяется по формуле (6.1):
Э = 0,6 + 3,65
= 4,25 м.
По данным
табл. 6.1 строим график удельной энергии
сечения канала (рис. 6.1).
Рис. 6.1
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
Способы геодезического контроля уклона дна
разрабатываемых траншей
2.3. Для контроля уклона дна разрабатываемой траншеи применяют традиционные способы (способ визирок, способ геометрического нивелирования) и способ автоматического регулирования глубины копания траншей.
2.4. Наиболее распространенным является способ регулирования уклона по Т-образным визиркам. Они устанавливаются через 15 – 20 м на линии, параллельной оси траншеи и отстоящей от нее на величину, равную половине расстояния между внутренними гранями гусениц экскаватора. Поперечные планки визирок посредством геометрического нивелирования располагают на линии, параллельной проектному дну траншеи. Машинист экскаватора контролирует глубину копания по заметке на рукояти, вертикально поставленной в проверяемой точке дна траншеи. Глубина копания может контролироваться с помощью шарнирно соединенного с рабочим органом уклоноуказателя в виде стержня, уравновешенного грузом. При отрывке траншеи уклоноуказатель должен находиться на одной линии с верхними гранями визирок. Управляя рычагами, оператор компенсирует возникающие отклонения уклоноуказателя соответствующими вертикальными перемещениями рабочего органа (рис. 9).
Рис. 9. Отрывка траншеи с помощью визирок
Способ контроля с помощью визирок трудоемок и не всегда соответствует высоким требованиям к точности отрывки траншеи с заданным уклоном. Основной недостаток описанного способа состоит в том, что точность соблюдения уклона в значительной степени зависит от внимательности и мастерства оператора. Практика показала, что, находясь на машине и подвергаясь толчкам и вибрациям, оператор быстро устает. Это приводит к снижению точности регулирования глубины копания. Кроме того, этот способ не исключает геометрического нивелирования на стадиях подготовки, зачистки дна и укладки труб.
2.5. Контроль уклона дна способом геометрического нивелирования состоит в том, что сначала на местности намечают ось траншеи, правее которой на расстоянии 1,4 м через 20 м забивают колышки. Затем колышки нивелируют и на них указывают глубину траншеи. Дно траншеи недобирается на 5 см, так как укладка труб в траншею должна производиться на ненарушенный грунт.
Вслед за экскаватором производится контрольное нивелирование дна траншеи. Отклонение фактических отметок дна траншеи от проектных не должно превышать нормативных значений. Зачистка дна траншеи до проектных отметок производится вручную непосредственно перед укладкой труб.
2.6. Способы автоматического регулирования глубины копания траншеи и соблюдения проектного уклона можно разделить на две основные группы:
1) датчик уклона (направляющая проволока, световой луч, электромагнитный луч и т.д.) устанавливают отдельно от землеройной машины, и в течение рабочего процесса он остается неподвижным; регулируемым параметром является отклонение по высоте режущей точки рабочего органа от линии заданного уклона (неавтономные способы);
2) датчик уклона (маятник, уровень, гироскоп и т.д.) устанавливают на машине; регулируемым параметром служит угловое отклонение траектории режущей точки от заданного направления (автономные способы).
В настоящее время на всех советских экскаваторах (ЭТН-142, ЭНТ-171, ЭТЦ-202, ЭТЦ-163) и на многих зарубежных применяется система регулирования глубины копания (уклона) по копиру, в качестве которого используется тонкий тросик, натянутый над проектной линией дрены на высоте
k = h + H,
где k – высота копира над проектной линией дрены;
h – глубина траншеи;
H – высота копира над землей.
Уклон между точками подвеса троса устанавливается равным уклону дна траншеи. По данным разбивки опоры устанавливаются на высоту
H = k – h.
При работе экскаватора по тросику перемещается щуп, связанный с рабочим органом экскаватора. В случае отклонения рабочего органа от проектной линии изменяется положение щупа относительно троса, при этом вырабатывается сигнал, возвращающий щуп, а, следовательно, и рабочий орган механизма в требуемое положение.
Применение тросика как копира имеет преимущества перед другими способами отрывки траншей под определенным уклоном, заключающиеся в простоте и надежности системы. Рассмотрим основные источники погрешностей этого способа.
Основной погрешностью выдерживания уклона является провисание троса от собственной массы и массы следящего щупа. Величина провисания троса от собственной массы в любой точке пролета может быть найдена по формуле
где 
– величина провисания троса в точке k, находящейся от опоры на расстоянии xk;
l – расстояние между опорами;
q – масса 1 м троса;
W – сила натяжения троса.
Величина провисания троса вследствие воздействия массы следящего щупа P определяется по формуле
Сложив правые части выражений, определяющих и 
, получим общую величину провисания троса
Наибольшее провисание троса будет наблюдаться в середине пролета, когда
Уменьшение отклонений копирного троса от проектной линии возможно за счет:
уменьшения массы 1 м (диаметра) троса 
;
уменьшения расстояния между опорами l;
уменьшения давления щупа на копир Q;
увеличения силы натяжения W.
Экскаваторы снабжаются тросиками диаметром 2,5 и 3,4 мм; разрывное усилие которых 2970 и 5660 Н. Даже при коэффициенте запаса n = 5 натяжение этих тросиков составляет 600 и 1150 Н. Обеспечение такого натяжения затруднительно, а при усилии W = 500 Н провисание больше, чем у тросиков меньшего диаметра. Обрывы копирного тросика бывают, как правило, в местах образования петель, помятостей и т.д. Меры предосторожности позволяют избежать нарушения формы тросика и применять тросики с небольшой собственной массой (диаметром 1,4 – 2 мм). Это позволяет повысить точность поддержания глубины, снижает трудоемкость работ и расход троса.
В настоящее время расстояние между опорами принимается равным 10 м, между пикетами – 20 м. Уменьшение указанных расстояний хотя и эффективно, но практически неприемлемо из-за повышения трудоемкости установки троса и металлоемкости опор.
Основным способом повышения точности соблюдения проектного уклона дна траншеи является увеличение силы натяжения троса. Однако увеличение силы натяжения троса имеет определенные пределы целесообразности.
Сила давления щупа на копир Q в зависимости от вида уклоноуказателя составляет от 0,5 до 2,5 Па. При Q < 0,5 Па слежение щупа за тросиком из-за вибраций, раскачки и т.п. может быть ненадежным.
Варьируя диаметр тросика, его натяжение, расстояние между опорами и давление щупа, а также учитывая проектный уклон дрены, можно обеспечить точность задания проектного уклона траншеи. В то же время возможности повышения точности задания проектного уклона и снижение трудоемкости установки тросика ограничены. Для преодоления этих ограничений целесообразно, особенно при малых уклонах дрены, применять схему использования копирного тросика с воздействием на него снизу. Это воздействие может быть осуществлено двумя способами: щупом, скользящим под тросиком, и дополнительной подвижной опорой тросика с одновременным использованием обычного верхнего щупа.
Поскольку копирный трос устанавливается в стороне от оси траншеи, при движении экскаватора по неровностям вследствие поперечного наклона возникают дополнительные погрешности в уклоне дна траншеи. Поэтому для обеспечения отрывки экскаватором траншеи с проектным уклоном предварительно необходимо спланировать трассу траншеи.
Этот способ контроля уклона траншей может быть усовершенствован путем замены щупа с контактной коробкой рамкой потенциометра. В этом случае регулирование осуществляется более точно и плавно. Другое усовершенствование заключается в замене проволоки нейлоновой струной, натянутой с заданным уклоном на высоте 0,3 м от поверхности земли. Сила натяжения, измеряемая специальным динамометром, равна 36 кг. Сила давления рамки потенциометра на струну составляет 0,08 Па. Положение струны контролируется установленными вдоль нее колышками.
Вместе с достоинствами рассматриваемого способа обеспечения отрывки траншеи с заданным уклоном и возможностями его совершенствования способ обладает рядом недостатков: большим объемом подготовительных геодезических работ, связанных с установкой троса; необходимостью предварительной планировки трассы траншеи; низкой точностью соблюдения задаваемого уклона.
При дистанционном регулировании уклона направляющей линией может служить визирная ось оптического инструмента, параллельная линии проектного дна траншеи. В этом случае отпадает необходимость установки визирок или направляющей проволоки. Предварительные работы ограничиваются установкой нивелира в начале трассы и рейки в конце ее. Оператор следит в нивелир, чтобы фиксированная точка, расположенная на постоянной высоте над режущей кромкой рабочего органа, оставалась на визирной линии. При отклонении от нее оператор с помощью радиопередатчика или электрического кабеля передает сигналы управления приемному или усилительному устройствам, установленным на тракторе. Усиленный сигнал воздействует на механизм управления рабочим органом, заставляя его отрабатывать возникшее отклонение.
При дистанционном управлении оператор не подвергается влиянию шума, толчков и вибраций и ему легче выполнять свои функции. Наибольшую экономию труда за счет сокращения объема предварительных работ дает применение дистанционного регулирования уклона в условиях ровного рельефа, где траншеи проектируют с одинаковым по всей длине уклоном. Если уклон по длине траншеи необходимо менять, число необходимых стоянок нивелира увеличивается и процесс становится более трудоемким.
2.7. Среди неавтономных систем наиболее широкое применение нашел прибор управления лучом (ПУЛ), разработанный в 1961 г. в Ленинградском институте точной механики и оптики.
Прибор позволяет дистанционно управлять глубиной копания землеройных машин, в частности траншеекопателя, для прокладки дрен. Система ПУЛ имеет направляющую и приемную станции. Направляющая станция (прожектор) формирует луч с небольшим углом расходимости (1°10‘). Луч, выходящий из прожектора, разделен оптически на две части, модулированные различными частотами. Кроме этого, в двух плоскостях луч делится на три части, каждая из которых модулирована частотами f1, f2, f3 соответственно. Прожектор устанавливается в 35 – 40 м от начала закладки траншеи так, чтобы равносигнальная зона была направлена с уклоном, который должна иметь дрена.
Приемная станция включает в себя фотоприемник, усилитель и пульт управления. Фотоприемник монтируется над режущей кромкой рабочего органа. Если объектив фотоэлемента, соединенного с рабочим органом, находится на оси прожектора, в него попадают одинаковые количества энергии, модулированной частотами f1 и f2 (при управлении в одной плоскости). При смещении объектива вверх или вниз появляется сигнал рассогласования, обусловленный преобладанием светового сигнала той или иной частоты.
Сигнал с фотоэлемента поступает в широкополосный усилитель, затем в селекторный каскад, имеющий два контура, остро настроенных на частоты f1 и f2. Разделенные по частотам сигналы выпрямляются и сравниваются в мосте, откуда разностный сигнал идет в выходной усилитель и далее на исполнительный привод машины, который перемещает рабочий орган и наводит ось объектива фотоприемника на ось луча, а, следовательно, и рабочий орган машины на проектную отметку.
Точность работы ПУЛов зависит от ширины равносигнальной зоны (РСЗ), которая увеличивается с расстоянием и может достигать ширины 3 – 5 см, от возможного систематического “ухода” луча вследствие температурной деформации корпуса передатчика, от погрешностей, обусловленных турбулентными движениями воздушных масс (особенно в жаркую погоду при низком расположении луча над поверхностью земли).
Приборы ПУЛ можно применять для управления землеройными машинами, имеющими гидравлическую систему управления рабочим органом. К числу недостатков автоматизированной системы ПУЛ относится несогласованность технических данных ПУЛов с гидравлической системой землеройных машин. Так, изменение направления движения рабочего органа “висящего” луча вверх или вниз происходит с частотой до двух переключений в 1 с, что составляет несколько тысяч переключений в 1 ч, т.е. 15 – 20% общего ресурса переключений гидравлической системы.
2.8. Бескопирные (автономные) системы автоматического регулирования могут быть разомкнутыми и замкнутыми, т.е. иметь устройства, контролирующие правильность выполнения рабочим органом получаемых команд. Применение автономных систем почти полностью исключает трудоемкие операции по нивелировке трасс и установке направляющих устройств. Датчиками в автономных системах могут служить маятник и гироскоп. Гироскопические устройства позволяют регулировать глубину с точностью 2 см, уклон – с точностью 0,001.
Недостатком автономных систем регулирования уклона является то, что по мере продвижения машины возможно накопление погрешностей по высоте. Поэтому к точности и устойчивости работы автономных систем предъявляются повышенные требования. Увеличение точности регулирования достигается введением обратной связи. Устойчивость работы системы можно повысить применением так называемой плавающей навески рабочего органа.
Известны результаты испытания автоматического регулятора уклона с маятниковым датчиком. Установлено, что существует зависимость между уклоном дна траншеи и наклоном рамы роторного колеса. Угол наклона рамы был принят в качестве регулируемого параметра. Датчик, выполненный в виде маятника длиной 0,9 м и массой 16 кг, помещен в сосуд, залитый демпфирующей жидкостью. Он устанавливается на раме землеройной машины.
При отклонении угла наклона рамы от заданного маятник включает один из микровыключателей, расположенных по обе стороны стержня. Всего имеется две пары выключателей для быстрой и медленной коррекции.
Точность соблюдения уклона зависит от точности и своевременного действия автоматического устройства, а также от типа и параметров землеройной машины.
В настоящее время создано оборудование для автоматического управления землеройными машинами, использующее лазерные геодезические приборы. Использование опорного лазерного луча позволяет контролировать глубину и уклон разрабатываемой траншеи практически непрерывно.
Скачать документ целиком в формате PDF
Уклон дна русла
Предмет
Гидравлика
Разместил
🤓 zina.mumber.86
👍 Проверено Автор24
интенсивность понижения дна русла вдоль по течению жидкости; определяется по формуле i= −dz/ ds .
Научные статьи на тему «Уклон дна русла»
Проектирование поперечных профилей земляного полотна в горной местности
Определение 1
Тальвег — это линия, которая соединяет самые низкие участки дна русла, оврага, долины…
Поэтому, в ситуациях, когда поперечный уклон более чем 1 к 5, после удаления дерна, выполняют уступы…
шириной до четырех метров, им также придают поперечный уклон в низовую сторону.
Статья от экспертов
Интеграл дифференциального уравнения неравномерного плавно изменяющегося движения воды в призматическом русле при большом уклоне дна
Formulae for specific energy of the cross-section and for critical depth of the stream are given for the case of water, stream with large slope of the river bed. The solution of differential equation of the non uniform motion of water in prismatic channel with barge of the river bed are presented with the help of Bakhmetev’s method.
Пропускная способность саморегулирующихся речных русел
В статье анализируются известные эмпирические зависимости разных авторов, описывающие взаимосвязь основных гидравлических параметров потоков в открытых саморегулирующихся руслах. Показано, что коэффициент С в формуле для средней скорости Шези зависит только от уклона дна русла и может определиться без использования в расчетах понятия «шероховатость русла».
Повышай знания с онлайн-тренажером от Автор24!
- Напиши термин
- Выбери определение из предложенных или загрузи свое
-
Тренажер от Автор24 поможет тебе выучить термины с помощью удобных и приятных
карточек
Критическая глубина не зависит от уклона дна канала и на всем протяжении при одинаковой ширине его будет иметь постоянное значение. [c.235]
V.6. Определить среднюю в сечении скорость равномерного движе-иия и расход потока в канале, если известны а) уклон дна канала i = == 0,0025 ширина русла по дну Ь = 0,8 м коэффициент заложения откосов т = 1,5 коэффициент шероховатости п = 0,011, а глубина равномерного движения потока 0,38 м б) t = 0,0036 6 = 2 м m = 0 п = 0,014 /г = 0,56 м в) i — 0,0049 Ь = O, т = 1,25 п = == 0,0225 /г = 0,82 м. [c.116]
Во всех случаях проектирования дорожного водоотвода уклоны дна канав и резервов должны быть не меньше 0,003 для железных дорог и 0,005 для автомобильных дорог. На болотах, речных поймах и в других затруднительных случаях они принимаются пе меньше [c.132]
Рассмотрим сопряжение потоков при резком изменении уклона дна канала в случае, если на первом участке поток находится в бурном состоянии (112>1 к), а на втором — в спокойном (I a < Q. [c.212]
VII 1.18. Установить форму сопряжения потока в бетонном канале в случае резкого изменения уклона дна канала с = 0,12 до t a = = 0,0004 при расходе Q — 2,5 м /с ширине = 1 м, если коэффициент заложения откоса а) т = 1 б) т = 0. [c.216]
VII 1.41. Определить размеры гасителя энергии в случае резкого перелома уклона дна канала прямоугольного сечения при i, = 0,22 /г,1 = 0,18 м t a = 0,004 hg = 0,62 м Q = 0,8 м /с а) водобойного колодца б) водобойной стенки. [c.236]
Определить расход воды по трапецеидальному каналу при следующих данных ширина канала по дну Ь = 1,2 м, угол наклона боковых стенок к горизонту р = 60°, уровень воды в канале h = = 80 см. Стенки из естественного грунта. Гидравлический уклон дна канала i = 0,0005. [c.81]
Определить расход жидкости и требуемый уклон дна канала трапецеидального сечения при следующих данных ширина канала по дну Ъ = 0,8 м, уровень жидкости h = 0,6 м, скорость движения жидкости V = 0,4 м/сек. Стенки канала из естественного грунта. Коэффициент откоса m = 1,2. [c.82]
Рассчитать уклон дна канала с гидравлически наивыгоднейшим трапецеидальным сечением, ширина дна которого равна 94 см, глубина заполнения 2 м и коэффициент заложения откоса т = 2. Русло канала земляное. По каналу должно протекать в секунду 5 м воды. [c.86]
Необходимо определить уклон дна канала, если известны Q, п, Ь, h, т. [c.71]
Встречаются задачи по определению уклона дна канала i при заданных коэффициентах шероховатости стенок русла п и заложения откоса стенок т. При равномерном движении жидкости в открытом русле гидравлический /р и пьезометрический J уклоны и уклон дна русла i равны между собой i = J=Jp и выражаются следующим образом i = J=Jp = v l R = Q la R = Q IK . [c.85]
По заданному уклону дна канала i, габаритам живого сечения Ь, h и т, а также коэффициенту щероховатости стенок русла п необходимо определить его пропускную способность Q. [c.89]
По заданной пропускной способности канала Q и габаритам живого сечения Ь, h и т, а также коэффициенту шероховатости стенок и дна канала п необходимо определить уклон дна канала i. [c.89]
Находим а, %, R а С, а затем К- Далее из выражения Q = Ki° определяем уклон дна канала г. [c.89]
Уклон дна таких каналов обычно стремятся задать равным уклону поверхности земли. В том случае, когда уклон местности (вдоль трассы канала) велик, скорость движения воды в канале может оказаться больше максимально допустимой. При таком положении приходится уменьшать уклон дна канала и наряду с этим устраивать на канале так называемые перепады. [c.271]
Данные для расчета расход воды в канале Q= 15 м /сек ширина канала по дну Ь = 2,5 ж уклон дна канала t = 0,14 коэффициент шероховатости =0,014 коэффициент откоса /п=1,0 длина быстротока L == <= 98 м глубина отводящего русла /= 1,2 м высота стенки падения с = = 1,5 м ширину водобойного колодца В принимаем равной ширине потока поверху в конечном сечении быстротока. [c.274]
Пример 16.1. Определить расход в трапецеидальном канале с шириной по дну й = 5 м, коэффициентом откоса т= 1,5, если глубина воды в канале Л = 2 м и уклон дна канала I = 0,0003. [c.50]
Пример 16.2. Определить глубину воды в трапецеидальном оросительном канале при следующих исходных данных расход С = 18 м /с, ширина канала по дну й = 8 м, грунты, в которых проложен канал,— тяжелые суглинки, уклон дна канала I = 0,00008. [c.50]
Пример 1в.З. Рассчитать размеры канала гидравлически наивыгоднейшего трапецеидального профиля при следующих данных расход Q 2 м /с коэффициент шероховатости п= 0,0225 коэффициент откоса т = 1,25, уклон дна канала 1 = 0,00011. [c.51]
Г идравлические прыжки в зависимости от их расположения по отношению к какому-либо определенному сечению, например к сечению за гидротехническим сооружением (рис. 21.8, а—в) или к сечению изменения уклона дна канала от I > кр до I < кр, если гидравлический прыжок образуется в связи с указанным изменением уклона (рис. 21.9) также можно подразделить на [c.98]
I. Сопряжение с предельным положением гидравлического прыжка (см. рис. 21.9, а). В этом случае переход потока из бурного состояния в спокойное происходит в месте изменения уклона дна канала. Такое сопряжение осуществляется, когда нормальные глубины на обоих участках канала являются сопряженными глубинами гидравлического прыжка, т. е. если [c.121]
Рассмотрим поэтому различные варианты сочетания глубин к, кц и к при различном по знаку уклоне дна канала. [c.245]
Определить характер кривой свободной поверхности для данных предыдущей задачи, если уклон дна канала 1 = 0,0005 и коэффициент шероховатости в формуле Маннинга w = 0,03. [c.115]
Пример 31. Определить гидравлически наивыгоднейшие размеры трапецеидального канала для пропуска расхода Q = = 3,96 м /сек, если уклон дна канала I = 0,0009, эквивалентная шероховатость Д = 100 мм, коэффициент откоса т = 2. [c.118]
На рис. 3-29 (см. 3-21) была представлена схема рассматриваемого движения, из которой видно, что уклон дна канала [c.245]
Задача 2. Даны все размеры живого сечения (т. е. величины Ь, h, т), п и Q. Требуется найти шестую величину – неизвестную i, т. е. уклон дна канала, при котором канал заданного поперечного сечения и шероховатости будет пропускать заданный расход Q. [c.252]
Действительная средняя скорость v движения воды в канале зависит, например, от уклона дна канала что касается макс. то эта скорость не [c.255]
Выше рассматривался лоток постоянного уклона. Однако в практике не всегда можно наметить трассу канала так, чтобы уклон дна канала был всюду одинаковым. Часто можем получить при определенном рельефе местности картину, показанную, например, на рис. 14-10. Здесь участок I канала имеет уклон I < (j, причем этот участок представляет собой входной водослив остальные участки канала имеют уклон i > iV [c.503]
Равномерное безнапорное движение характеризуется наличием свободной поверхности с постоянным (атмосферным) давлением. Гидравлический уклон i, равный геометрическому уклону свободной поверхности и уклону дна канала, связан со средней скоростью v и расходом Q соотношениями [c.634]
Будем учитывать только внешние силы давления Рь Ра и Р , развиваемые на поверхностях выделенного объе.ма лсидкости. Уклон дна канала принимаем равным нулю. [c.233]
V.20. Определить тип укрепления и необходимый продольный уклон дна канала, профиль которого должен быть гидравлически наивыгоднейшим при следующих условиях а) расчетный расход Q == 100 м /с коэффициент заложения откосов т = 2,5, а нпгрина русла по дну Ь == 1,4 м б) Q = 1,28 м /с т — Q-, Ь = 0,8 м в) Q = = 1,53 м /с т = 1,5 Ь = 0,4 м. [c.120]
Рассчитать уклон дна канала с гидравлически наивыгоднерг-шим трапецеидальным сечением для расхода Q = 2 6 м /сек при глубине канала Л. = 1,6 м и коэффициенте откоса т = 1,2. [c.83]
Плотина, перегораживающая русло реки, поднимает уровень воды в ней, создавая необходи ый. для работы гидростанции напор (разность уровней), равный Я (рис. 175), Деривационный канал, подводящий воду из реки к турбинам гидростанции, создает напор Я (рис. 176) за счет разности уклонов дна канала и реки, наращивая разность уровней по мере удаления от [c.273]
Пример 33. Определить характер кривой свободной поверхности потока воды в прямоугольном призматическом бетонном канале, если дано уклон дна канала о = 0,0005, расход С = 3 м 1сек, ширина канала = 4 дг, глубина наполнения в некотором сечении Л = 0,5дг. [c.257]
Определить гидравлически наивыгоднейшие размеры канала трапецеидального сечения для пропуска поды в количестве (2= 15 м 1сек, если уклон дна канала / = 0,0012 и коэффициент откоса т = 2,5 стенки канала земляные. [c.112]
Предположим, что нам заданы 1) форма поперечного сечения канала — трапецеидальная 2) коэффигщент откоса канала ш = то 3) уклон дна канала i = io 4) коэффициент шероховатости п = По 5) расход Q = Qq. [c.248]
c.245
]
Гидравлические расчёты систем водоснабжения и водоотведения Издание 3 (1986) — [
c.176
]
Гидравлика Изд.3 (1975) — [
c.206
]
Движение жидкости в открытых каналах является результатом действия только гравитационных сил и характеризуется тем, что на свободной поверхности жидкости давление равно атмосферному.
Теоретическое решение задачи о такого рода режиме движения до некоторой степени ограниченно. Математически можно показать, что формула (9.44) справедлива для случая движения жидкости в открытых каналах:
где v — скорость потока; С — константа (опытная); R — гидравлический радиус (определение дано ниже); S — уклон канала; х и у — показатели степени (константы) .
Поперечное сечение открытого канала, показанного на рис. 9.12, имеет прямоугольную форму. Глубина канала h, ширина Ь. Таким образом, площадь живого сечения потока
Часть периметра сечения канала, которая соприкасается с водой, называется смоченным периметром
Гидравлическим радиусом называют отношение площади живого сечения к смоченному периметру:
Так, для прямоугольного сечения, показанного на рис. 9.12,
Уклон S в уравнении (9.44) — это уклон дна канала в сторону движения потока, определяемый как перепад высот канала, отнесенный к единице его длины.
Хотя уравнение (9.44) опирается на солидную теоретическую базу, его практическое применение без знания коэффициента С и констант х и у затруднительно. Различные исследователи определяли эти величины эмпирически. Наибольшее распространение получила формула Маннинга, на основе которой построено дальнейшее изложение. Эта формула, называемая формулой Маннинга, была впервые выведена в 1890 г. и записывается в единицах системы СИ в следующем виде:
Полученные экспериментально значения коэффициента n для наиболее распространенных материалов и видов труб приведены в табл. 9.5. Минимальное значение n соответствует условиям движения жидкости в совершенно новых и чистых трубах или каналах; для труб, бывших в употреблении или открытых каналов, забитых растительностью и другими загрязнениями, значения n будут максимальными. При расчете труб и каналов обычно берут средние значения из соответствующего диапазона.
Большинство открытых каналов рассчитывается по формуле Маннинга и уравнению неразрывности. Среди них—открытые каналы, реки, ручьи, дренажные канавы, лотки и сточные желоба. При расчете земляных каналов или каналов, покрытых растительностью, необходимо учитывать ограничения влияния эрозии и толщины осадков (дополнительно к ограничениям, накладываемым формулой Маннинга и местным рельефом). Скорости, превышающие допустимые значения, вызывают эрозию стен каналов, а низкие скорости ускоряют рост отложений; последнее может вызвать необходимость увеличения поперечного сечения канала, что приводит к значительному возрастанию капитальных затрат. В табл. 9.6 и 9.7 приведены максимально допустимые значения скоростей для различных грунтов и отложений. Минимально допустимая скорость движения жидкости в канале определяется условием возможного образования отложений из материалов взвешенных в жидкости. Желательно, чтобы скорости превышали минимально допустимые значения, так как сооружение каналов с низкой скоростью движения воды обходится очень дорого.
Форма поперечного сечения канала определяется его назначением, видом материала, из которого выполнены дно и стенки, экономическими соображениями, а также из условия минимальных потерь жидкости на испарение. Каналы с бетонированными стенками или подобные им обычно имеют прямоугольную и трапецеидальную формы поперечного сечения. Каналы, прокладываемые в грунте, обычно делают трапецеидальной формы, так как при прямоугольной форме сечения боковые стенки таких каналов неустойчивы. Боковые стенки каналов с трапецеидальной формой сечения могут иметь различный уклон — от 3:1 (отношение горизонтального катета к вертикальному) до 1:1; последняя величина встречается лишь в условиях исключительно плотного грунта. Желоба для транспортировки рыбы или овощей часто имеют сечение прямоугольной формы, что объясняется конструктивными и экономическими соображениями. Глубокие узкие каналы позволяют значительно уменьшить площадь зеркала воды и сократить таким образом потери на испарение.
С точки зрения гидравлики форму поперечного сечения канала следует выбирать с таким расчетом, чтобы при минимальном смоченном периметре площадь живого сечения потока была максимальной, т. е. гидравлический радиус должен быть максимальным. Чем больше гидравлический радиус, тем меньше сопротивление преодолеваемое потоком, и тем больше расход воды при одинаковом поперечном сечении. В этом смысле наиболее совершенной является форма круга, так как у него максимальный радиус R. Однако для каналов больших размеров круглое сечение не применяется, так как это слишком сложно и дорого.
Уравнение (9.50) характеризует зависимость между шириной канала по дну и и глубиной h для наиболее выгодного с точки зрения гидравлики сечения при прямоугольной форме канала:
где θ — угол между боковой стенкой канала и горизонтальной плоскостью.
Облицовка внутренней поверхности открытых каналов имеет несколько преимуществ. Бетонирование, например, значительно сокращает утечки воды, максимально допустимые скорости, могут быть увеличены. За счет увеличения скоростей появляется возможность пропустить требуемый расход через меньшее поперечное сечение. При сооружении каналов малого сечения уменьшается стоимость постройки. Если экономия за счет уменьшения поперечного сечения канала с избытком компенсирует затраты на его облицовку, то облицовка становится экономически выгодной. Однако увеличение скоростей не всегда возможно, для этого необходим соответствующий уклон дна. Обслуживание облицованных каналов обходится дешевле, так как на внутренних стенках таких каналов не развивается растительность.
Пример 9.8. Определить размеры открытого канала трапециевидного сечения (рис. 9.13), по которому должна подводиться вода (1,5 м3/с) из реки к форелевому хозяйству. Канал прокладывается в плотном глинистом грунте, без облицовки. Уклон боковых стенок принять равным √
3:1
, т. е. максимальный для данного грунта. Топография местности ограничивает уклон дна 0,09%.
По табл. 9.6 максимально допустимая скорость равна 1,14 м/с, коэффициент шероховатости n=0,025. Если предположить, что скорость в канале равна максимально допустимой, то
Таким образом, площадь поперечного сечения канала при скорости движения в нем 1,14 м/с и расходе 1,5 м3/с должна составлять 1,32 м2.
Площадь поперечного сечения канала рассчитывается по формуле
Из уравнения (9.13) и определения тангенса
Из подобия треугольников
Подставив выражение (9.55) в формулу (9.53), получаем
Поперечное сечение канала должно быть максимально выгодным с точки зрения гидравлики. Для трапециевидной формы, сечения зависимость ширины канала по дну b от глубины канала h и угла наклона боковых стенок к горизонтальной плоскости θ имеет следующий вид:
Последнее выражение позволяет исключить одну из неизвестных величин в формуле (9.56):
Выше [уравнение (9.52)] площадь поперечного сечения была определена в 1,32 м2. Таким образом,
Ширину канала по дну можно подсчитать, воспользовавшись выражением (9.57):
Величины h, b и θ определяют поперечное сечение канала. Однако до сих пор не учитывался уклон дна канала и его влияние на скорость. Это ограничение учитывается расчетными величинами b и h и формулой Маннинга
Если значения n и S известны из условия задачи, то значение R следует определить
Площадь поперечного сечения была ранее определена в 1,32 м2. Длину смоченного периметра pw можно подсчитать из рис. 9.13, для b и h берутся полученные выше значения.
Отсюда
Подставляя в формулу (9.58), получим
(Уклон дна канала, заданный в процентах, переведен в десятичную величину).
Следовательно, скорость в канале равна 0,56 м/с, а не 1,14 м/с, как было принято. Действительный расход воды в канале составит
Однако в соответствии с проектным заданием расход должен равняться 1,5 м3/с. Поскольку уклон дна канала ограничен топографией местности, остается увеличивать поперечное сечение. Это можно выполнить различными способами, в нашем случае попробуем увеличить ширину канала по дну до 0,75 м.
Во всех случаях смоченный периметр должен быть минимальным, тогда условия, выраженные формулой (9.51), остаются в силе.
Поскольку уклон дна канала не изменился, выражение (9.56) может быть использовано для дальнейшего расчета.
Смоченный периметр можно определить по формуле (9.61).
Отсюда
Теперь, сделав соответствующие подстановки, можно выполнить расчет по формуле Маннинга
Полученное значение расхода превышает заданное, равное 1,5 м3/с; следовательно, наиболее подходящая ширина канала должна находиться где-то между значениями 0,75 и 0,48, фигурировавшими в расчете в качестве предположительных. Следуя той же методике подбора,
Поскольку значение 1,48 м3/с весьма близко к заданному 1,5 м3/с, на этом расчет можно прекратить и принять за окончательные следующие размеры поперечного сечения трапецеидального канала:
При расчете открытых каналов многие задачи решаются таким же, как в примере (9.8), методом последовательных приближений. Некоторые задачи можно решать непосредственно. Метод последовательных приближений отнимает много времени. Практический опыт работы помогает сократить количество промежуточных этапов решения такого рода задач. Кроме того, существует много справочников, в которых приводятся значения b, h и S. Такие справочники позволяют существенно сократить время, затрачиваемое на подсчеты.
