Практическая работа № 2.

Читайте также:

Тема: «Определение основных размеров шлюза в судоходном канале, его пропускной способности и навигационной потребности канала в воде»

Выполнила: студентка группы УВТ

Гетц А.В.

Руководитель: Селезнева Н.В.

Санкт-Петербург

2015г.

Цель работы: Установить основные размеры однокамерного судоходного

шлюза с головной системой питания, определить ориентиро-

вочную стоимость его строительства, а также судопро-

пускную способность шлюза. Определить навигационную

потребность канала в воде с учетом возмещения потерь воды

на испарение, фильтрацию в грунт, в уплотнениях ворот и

затворов нижней головы шлюза. Установить необходимую

мощность насосных станций и определить ориентировочные

затраты на электроэнергию

1. Общее устройство шлюза и его работа.

Судоходные шлюзы предназначены для преодоления судами разницы уровней (напора) на гидроузле при переходе из одного бьефа в другой.

Основными конструктивными частями судоходного шлюза являются: верхняя и нижняя головы; расположенная между ними камера; верхний и нижний подходные каналы, примыкающие к соответствующим головам шлюза (рис.3).

Головы шлюза поддерживают разность уровней воды между бьефами и камерой при ее наполнении и опорожнении. На них размещается оборудование, предназначенное для осуществления процесса шлюзования. В камере шлюза, ограниченной с боков стенами, находятся суда при их шлюзовании. На стенах камеры размещаются причальные устройства в виде тумб, а по высоте плавучие рымы, за которые швартуются суда. Подходные каналы, примыкающие к головам шлюза, имеют размеры, обеспечивающие расхождение судов при входе в камеру и выходе их нее, а также безопасные условия стоянки судов, ожидающих шлюзования у причальных стенок. Для обеспечения плавного входа судов в отверстия голов шлюза устраиваются направляющие палы, которые имеют в плане вид криволинейных стен.

Отверстие между стенами верхней и нижней голов шлюза закрываются рабочими воротами, которые обеспечивают вход и выход судов из камеры шлюза.

Шлюз оборудован механизмами для открытия и закрытия ворот, а также затворов водопропускных галерей, служащих для наполнения и опорожнения камеры шлюза; причальными устройствами для швартовки судов; предохранительными устройствами для защиты ворот от навалов судов и другими приспособлениями. Для изоляции шлюза и отдельных его частей от воды верхнего и нижнего бьефов на случай осмотра и ремонта

перед головами шлюза предусмотрены ремонтные ворота. На верхних головах устраивают аврийно-ремонтные или аварийные ворота, которые могут перекрывать судоходное отверстие при возникновении на шлюзе аварийных ситуаций.

Процесс пропуска судов из одного бьефа в другой состоит из отдельных операций, совершаемых непосредственно шлюзом и судном, и может осуществляться в одностороннем (при наличии судов только одного направления) или двустороннем порядке. Так для пропуска судов из нижнего бьефа в верхний при одностороннем движении судов необходимо подготовить шлюз: в камере должен быть уровень нижнего бьефа, открыты ворота нижней головы и подан разрешающий сигнал светофора на вход судов из нижнего подходного канала в камеру шлюза. После входа судов в камеру нижние ворота закрываются, суда швартуются к причальным устройствам, после чего камера шлюза заполняется водой. По мере наполнения камеры вместе с уровнем воды поднимаются и суда. Когда уровень в камере сравняется с уровнем верхнего бьефа, ворота верхней головы открываются, на судах отдаются швартовые, и по разрешающему сигналу светофора они выходят из камеры шлюза в верхний подходной канал.

Шлюзование судов из верхнего бьефа в нижний производится в обратной последовательности.

Шлюзы должны иметь габариты, отвечающие размерам наибольших расчетных судов и составов, проходящих через них в течение определенного перспективного периода времени. Типы и размеры расчетных судов и составов устанавливаются для данного класса водного пути на основании технико-экономических расчетов.

2. Определение основных размеров судоходного шлюза

Основными габаритами шлюза являются полезные размеры камеры: ее длина, ширина и глубина на порогах верхней и нижней головы.

Полезная длина камеры шлюза при одинаковой длине судов, одновременно шлюзуемых определяется по формуле:

,м

, м

где - длина расчетного судна, м;

- число одновременно шлюзуемых судов;

=2,26 м

- запас по длине в каждом конце камеры шлюза и между судами, м.

Полезная ширина камеры определяется по формуле

, м

где - ширина расчетного судна, м;

- число одновременно шлюзуемых судов;

- запас по ширине, принимаемый

= 0,2 м при 10 м

= 0,4 м при 18 м

= 0,75 м при 30 м

= 1,0 м при > 30 м

Глубина на порогах шлюза должна приниматься

, м

где - осадка расчетного судна.

Полученные значения , и следует округлять в сторону увеличения до ближайших размеров, приведенных в табл.2. Принятые основные размеры шлюза используются в дальнейших расчетах.

3. Определение примерной стоимости строительства шлюза.

Ориентировочная стоимость строительства судоходного шлюза определяется по объему ”приведенного бетона”.

Объем ”приведенного бетона” приближенно вычисляется по формуле:

Таблица 2.

Отношение полезной ширины камеры шлюза к полезной длине, м
Глубина на порогах шлюза, м	6,0 5,5 5,0 -	6,0 5,5 5,0 -	6,0 5,5 5,0 -	5,5 5,0 4,5 4,0	5,5 5,0 4,5 4,0	5,5 5,0 4,5 4,0	4,0 3,5 3,0 -	3,0 2,5 2,0 -	3,0 2,5 2,0 1,5	3,0 2,5 2,0 1,5	2,0 1,5 1,0 -

, м³

м³

Полная стоимость судоходного шлюза приближенно может определена по выражению:

, млн.руб.

где =2,1 - коэффициент, учитывающий затраты по строительству

объектов вспомогательного назначения и прочие расходы;

- стоимость 1 м бетона, принимаемая равной 2500 руб.

4. Расчет судопропускной способности шлюза.

Судопропускной способностью шлюза называют минимально возможное количество расчетных судов, пропускаемых за единицу времени (сутки, месяц, навигация). При выполнении контрольной работы считается, что за одно шлюзование пропускается одно расчетное судно.

1) Время наполнения или опорожнения камеры определяется по приближенной формуле

, с

2) Длина пути входа (выхода) расчетного судна, ожидающего шлюзования у причала при одностороннем движении судов в каждом из направлений

, м

где - коэффициент принимаемый равным при входе 0,4, а при

выходе 0,1

3) Время ввода судов в шлюз и вывода из него определяется в зависимости от скорости и пути их движения при одностороннем движении:

, с

Средняя скорость движения судов при выполнении контрольной работы принимается: при входе =1,0 м/с и при выходе =1,4 м/с.

4) Время цикла одностороннего шлюзования определяется продолжительностью следующих операций: ввод судна в шлюз (), учалка судов (), закрытие ворот (), наполнение или опорожнение камеры (), открытие ворот (), вывод судов из шлюза (), закрытие ворот (), опорожнение или наполнение камеры (), открытие ворот (). При этом время, затрачиваемое на пропуск одного расчетного судна (время одностороннего шлюзования), находится по следующему выражению:

= 2 + 4 + + + , с

= 2∙410 + 4 + + + =1868 c

Время открытия или закрытия ворот принимается в пределах от 120 до 180 с (150с), а время на учалку судов - 120 с.

5) Длина пути входа (выхода) расчетного судна, ожидающего шлюзования у причала при двустороннем движении судов

, м

м - коэффициент принимаемый равным 0,4

Время ввода судов в шлюз и вывода из него при двустороннем движении:

= с

6) Время, затрачиваемое на пропуск одного расчетного судна при двустороннем движении судов через шлюз (время двустороннего шлюзования), находится по следующему выражению:

=0,5(2 + 4 + 2 + 2 + 2 ), с

=0,5(2 + 4 + 2 + 2 + 2∙225)= 0.5∙2738= 1369 c Время открытия или закрытия ворот принимается в пределах от 120 до 180 с (150с), а время на учалку судов - 120 с.

7) Расчетное число шлюзований (расчетных судов) в сутки определяется по формуле:

где - коэффициент неравномерности движения судов прямого

направления по времени, принимаемый в пределах 1,2-1,3;

- коэффициент неравномерности движения судов обратного

направления по времени, принимаемый в пределах 1,1-1,2;

- коэффициент неравномерности движения судов в прямом и

обратном направлениях, принимается равным 0,8-1,0;

и - время шлюзования, соответственно при одностороннем и

и двустороннем движении судов в секундах.

8) Технически возможная судопропускная способность шлюза за навигацию определяется умножением расчетного числа шлюзований в сутки на длительность навигации

9) - коэффициент неравномерности подхода судов к шлюзу:

= (0,85...0,95) - коэффициент использования площади зеркала камеры шлюза;

- коэффициент использования шлюза по времени:

10) Действительная судопропускная способность шлюза определяется с учетом неравномерности подхода судов к шлюзу, использования работы шлюза по времени и по площади зеркала камеры

5. Расчет расходов на электроэнергию для работы насосных

станций двусклонного судоходного канала.

5.1. Определение навигационной потребности канала в воде.

Питание водой судоходного канала должно обеспечивать поддержание гарантированных глубин на трассе канала и восполнять расходы воды на шлюзование и потери. Оно может быть естественным (на открытых и односклонных каналах) и искусственным (самотечным, когда на водоразделе создается водохранилище, или механическим). В данной практической работе предполагается, что производится механическое питание канала путем подачи воды в водораздельный бьеф насосными станциями.

а) Найдем объем сливной призмы

V_СЛ= В_{К ∙}L_{К ∙}H_ШЛ, м³

V_СЛ= м³

б) Определим количество сливных призм, использованное на

шлюзований. Известно, что - коэффициент использования сливной призмы, изменяющийся в пределах от 1 (в случае односторонних шлюзований) до 2 (при -двусторонних шлюзованиях) и определяемый выражением:

Из этого следует, что

Значение коэффициента использования сливной призмы приводится в исходных данных (прил.1).

в) Объем воды на шлюзование зависит от плановых размеров камеры шлюза, напора на гидроузле, количества шлюзований за навигацию и организации судопропуска.

При одинаковой судопропускной способности шлюзов больше воды потребуется тому шлюзу, у которого больше число односторонних шлюзований (когда на одно шлюзование расходуется одна сливная призма), поэтому для экономии воды стремятся увеличить долю двусторонних шлюзований (одна сливная призма расходуется на два шлюзования). Расчетный объем воды, расходуемый за навигацию на шлюзование, определяется по выражению:

, м³

м³

где - суточное количество шлюзований;

- длительность навигации;

- объем сливной призмы

и L_К - соответственно ширина и длина камеры шлюза;

- напор на гидроузле (на камеру шлюза);

- коэффициент использования сливной призмы

- количество сливных призм, использованное на

шлюзований

Общий объем воды, подаваемый насосными станциями в водораздельный бьеф за период навигации для питания двусклонного канала, будет определяться следующим выражением:

, м³

где - общий объем воды, перекачиваемый насосными станциями

для питания канала;

- объем воды, расходуемый на шлюзование (для двусклонного

канала удваивается);

- потери воды вследствие утечек в уплотнениях ворот и затворов

нижней головы шлюза (для двусклонного канала

удваивается);

- потери воды на фильтрацию в грунт;

- объем испарившейся с поверхности канала воды.

При выполнении практической работы объем потерь принимается равным 5% от общего объема воды, расходуемой на шлюзование, и формула (27) принимает вид:

, м³

м³

5.2. Определение времени работы насосных станций.

Время работы насосных станций, перекачивающих необходимый для питания двускатного судоходного канала объем воды, вычисляется по формуле:

, ч

где - производительность насосной станции.

5.3. Определение мощности насосных станций.

На двускатном судоходном канале насосные станции включаются в состав сооружений гидроузлов только одного из его склонов (как правило там, где высота подъема воды до отметки водораздельного бьефа оказывается меньше). Для определения полной высоты подъема воды необходимо знать величину напора на гидроузлах этого склона канала (в данной практической работе ) и их количество (). С целью унификации оборудования обычно стремятся обеспечить одинаковый расход насосных станций и напор на гидроузлах судоходного канала. Необходимая мощность насосных станций определяется по формуле: