В Закладки

Главная
Официальная
Новости
Курсовые работы
Дипломные проекты
Лекции и конспекты
Рефераты
Софт
Ссылки
Справочник Студента
Гостевая

Почта


Поиск по сайту:

          


















Курсовая работа по воднотранспортным сооружениям. Судоходный шлюз.

Курсовая работа по воднотранспортным сооружениям. Судоходный шлюз.

Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет

Инженерно-строительный факультет

Кафедра «Морские и воднотранспортные сооружения»

Курсовой проект

«Судоходный шлюз»

Студентка: Головина Е.В.

Группа: 4012/2

Преподаватель: Гарибин П.А.

Санкт-Петербург

2004 год.

Содержание:

Исходные данные 3

Основные габариты шлюза 4

Пропускная способность шлюза 4

Затраты времени на шлюзование 5

Система питания 5

Шлюз – конструкция 6

Механическое оборудование 7

Вспомогательное и ремонтное оборудование шлюза 7

Подходные каналы 8

Приложение 1:

Определение габаритов камеры шлюза 9

Приложение 2:

Выбор системы питания шлюза 10

Приложение 3:

Гидравлический расчёт системы опорожнения 11

Приложение 4:

Определение габаритов подходных каналов 12

Приложение 5:

. Определение грузопропускной способности и количества ниток 14

Приложение 6

Механическое оборудование шлюзов. Плоские затворы водопроводных галерей. Определение размеров водопроводных галерей. 18

Приложение 7

Расчет двухстворчатых ворот 22

Приложение 8.

Расчет насосных установок для осушения камеры шлюза 33

Исходные данные

Судоходными шлюзами называются напорные гидротехнические сооружения, при помощи которых суда преодолевают сосредоточенные падения уровней воды на гидроузлах при переходе из одного бьефа в другой.

Запроектирован шлюз в составе комплексного гидроузла в соответствии со следующими данными:

Класс внутреннего водного пути III

Расчетный состав судов и перспективный грузооборот – Вариант 35

Число грузовых несамоходных судов в расчетном составе: по длине nд=2; по ширине nш=1

Тяга несамоходных судов – буксиром

Отметки уровней воды

В верхнем бьефе В нижнем бьефе ФПУ 69 max СУНБ 50 НПУ (max СУВБ) 68,5 ремонтный УНБ 49,5 min СУВБ 68 min СУНБ 49

Продолжительность навигации Тнав=230 суток Коэффициент использования грузоподъемности судов ?г=0,7 Число шлюзований пассажирских и технических судов nпас+nсл=8 Скорость ветра перпендикулярно к оси канала WH=5 м/с Длительность расчетного шторма Трш=18 часа

Основные габариты шлюза

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 (составов) устанавливаются для данного класса водного пути на основании технико-экономических расчетов. Определение основных габаритов шлюза см. приложение 1.

К основным габаритам шлюза относится:

полезная длина lc,ef.=300м.;

полезная ширина bc,ef=30м ;

глубина на пороге hl=5м.;

Пропускная способность шлюза

При решении вопроса о транспортном освоении участка водного пути или строительстве гидроузла на реке, в первую очередь выполняют работы по проектированию перспективного грузооборота. В этих работах рассматривают районы транспортного тяготения к реке, возможные схемы перевалки грузов, анализируются перспективы (на 5–10 лет) развития промышленности, сельского хозяйства и других отраслей народного хозяйства. Одновременно с этим рассматривают основные вопросы организации перевозок, устанавливают грузовые линии, выбирают типы судов как существующих, так и перспективной постройки. По грузообороту составляют рекомендуемый состав грузовых и пассажирских судов с указанием долевого участия каждого типа судов в перевозках тех или иных грузов. Определение пропускной способности шлюза выполнено в приложении 5.

На основе расчета предусматриваем строительство второй нитки шлюза, т.к. суммарное время работы шлюза ТГР=20,972ч.

Затраты времени на шлюзование

На основании данных о максимальном числе судов и плотов, проходящих через створ гидроузла в наиболее напряженные сутки, составляют комбинации из расчетных судов, при которых наилучшим образом используется вся площадь зеркала воды в камере.

При составлении комбинаций судов необходимо руководствоваться следующими соображениями: наливные суда должны шлюзоваться отдельно от других судов по соображениям пожарной безопасности. Расстановку судов в камере рекомендуется начинать с максимальных по габаритам расчетных составов несамоходных судов, а затем расставлять остальные самоходные и несамоходные суда. Мелкие несамоходные суда можно собрать в большие группы до 6–8 судов, жестко счаленных между собой и проводимых через судопропускное сооружение с помощью толкача. Каждая комбинация судов требует одного судопропуска. Общее число комбинаций судов с учетом того, что некоторые могут повторяться неоднократно, определяет число шлюзований, необходимых для пропуска всех грузовых судов. Определение затрат времени на шлюзование выполнено в приложении 5.

Система питания

Системы питания судоходных шлюзов предназначены для наполнения или опорожнения камер при шлюзовании в них различных групп судов.

В гидравлическом отношении системы питания камер судоходных шлюзов должны удовлетворять следующим основным требованиям:

* обеспечивать время наполнения и опорожнения камер в соответствии с заданной пропускной способностью шлюза;

* обеспечивать в течение заданного времени безопасные условия стоянки шлюзуемых судов в камере и судов, ожидающих у причальных стенок подходных каналов;

* не допускать при установившихся режимах наполнения и опорожнения камер разрушений отдельных элементов и материала шлюза, размывов дна подходных каналов, кавитацию, вибрацию затворов водопроводных отверстий и другие негативные явления, нарушающие нормальную эксплуатацию шлюзов.

Выбираем простую распределительную систему с продольными донными водоводами и поступлением воды в середину водовода (схема 4) Выбор системы питания см. приложение 2.

Шлюз – конструкция

Основными составляющими частями судоходного шлюза являются: верхняя и нижняя головы; расположенная между ними камера; верхний и нижний подходной каналы, примыкающие к соответствующим головам шлюза.

Головы шлюза являются напорными сооружениями и поддерживают разность уровней воды между бьефами при ее наполнении и опорожнении. На них размещается оборудование, предназначенное для осуществления процесса шлюзования. Для геометрических характеристик нижней головы см. приложение 7.

Камера шлюза по длине состоит из отдельно стоящих секций, разделенных между собой температурно-осадочными швами, длиной по 26,7 метров каждая. В камере шлюза, ограниченной с боков стенами, находятся суда при их шлюзовании. Для обеспечения водонепроницаемости швов камеры устраиваются шпонки по дну и стенкам камеры. (см. приложение 6)

Механическое оборудование сосредоточено главным образом на головах шлюзов (см. приложение 6).

Механическое оборудование

Затворы

Затвор гидротехнического сооружения – устройство, служащее для закрывания отверстия в сооружении и освобождения его с целью пропуска воды и судов.

Ворота в шлюзах – это затворы, перекрывающие только судоходные отверстия. Ворота, как и всякий затвор, состоят из подвижной части, непосредственно перекрывающей отверстие и неподвижных (закладных) частей обеспечивающих перемещение подвижных частей и нормальную их работу под напором.

Проектирование и расчет плоских затворов водопроводных галерей представлено в приложении 6.

Проектирование и расчет двустворчатых ворот представлено в приложении 7.

Гидравлические механизмы

Для маневрирования затворами и воротами судоходных шлюзов служат гидравлические механизмы, имеющие общее название – гидроприводы.

Основные части маслонасосной установки: насос, электродвигатель, бак для масла, реле уровня масла в баке, указатель уровня масла и фильтр. Одна маслонасосная установка обеспечивает работу одного гидропривода.

Вспомогательное и ремонтное оборудование шлюза

К вспомогательному оборудованию относятся причальные устройства и механизмы, предназначенные для проводки судов через шлюз.

Причальные устройства

Причальные устройства шлюзов предназначены для швартовки шлюзующихся и ожидающих шлюзования судов.

Для ошвартовки шлюзующихся судов силами судовых команд на шлюзе установлены неподвижные рымы.

Насосные установки для осушения камер шлюза и галерей

Для осушения камер на шлюзе установлены стационарные насосные установки, они располагаются в устоях голов .

Расчет необходимого количества насосов представлен в приложении 8.

Разводка трубопроводов питающих водозаборные колодцы (приямки) выполнена так, чтобы была возможность откачивать воду из галерей независимо от камеры и без перерыва в работе шлюза. Для осушения камер и галерей шлюза используются артезианские насосы 20А-18?1.

Предохранительные устройства перед воротами шлюза

В целях уменьшения количества навалов судов на ворота выполняются предохранительные устройства, что позволяет избежать повреждения ворот и увеличить скорость входа в камеры шлюза.

Подходные каналы

Подходные каналы, примыкающие к головам шлюза, имеют размеры, обеспечивающие расхождение судов при входе в камеру и выходе из 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.

Определение плановых подходов к шлюзам, а также определение габаритов подходного канала и длины причальной линии выполнены в Приложении 4.

Приложение 1.

Определение габаритов камеры шлюза.

Определение габаритов камеры шлюза осуществляется на основании СНиП 2.06.07-87 «подпорные стены, судоходные шлюзы, рыбопропускные и рыбозащитные сооружения».

1) Габариты камеры шлюза.

Определяем длину камеры шлюза по формуле:

lc,ef =4?l+2ls+lб=3?0,03?111,2+6+0,03?40+2+2?111,2+40=273,61 м ,

?l=2+0,03ls м,

где lc,ef – эффективная длина камеры;

?l – запас по длине камеры;

ls – габаритная длина судна;

lt – габаритная длина толкача.

Определяем ширину камеры шлюза по формуле:

bc,ef =bs+2?b=20,4+2?0,75 =21,9 м,

где bc,ef – эффективная ширина шлюза;

bs – ширина судна;

?b – запас по ширине камеры, принимается на основании стр15. ?1?

Глубину на порогах шлюза определяем по формуле:

hl=1,3S=1,3?2,86=3,7 м,

где hl – глубина на порогах шлюза;

s – осадка судна.

Окончательно полезные габариты камеры округляем в сторону увеличения до ближайших унифицированных размеров, приведённых в табл. 1.2 [1]

lc,ef=300 м, bc,ef=30 м, hl=5 м.

2) Схема высотной разбивки шлюза.

Схема высотной разбивки приведена на рисунке 1.

УВСВБ – уровень верха стенки в верхнем бьефе.

ФПУ – форсированный подпорный уровень;

НПУ – нормальный подпорный уровень;

minСУВБ – минимальный судоходный уровень верхнего бьефа;

УВСП – уровень верха стенки падения.

УВСНБ – уровень верха стенки в нижнем бьефе.

maxСУНБ – максимальный судоходный уровень нижнего бьефа;

РУНБ – ремонтный уровень нижнего бьефа.

minСУНБ – минимальный судоходный уровень нижнего бьефа;

УД – уровень днища.

Класс внутреннего водного пути - III==>hbr=13 м.

Т.к. hbr<ФПУ, то проектируем мост на УВСВБ.

hbr – подмостовой габарит;

Приложение 2.

Выбор системы питания шлюза.

1) Определяем водоизмещение в полном грузу расчётного одиночного судна:

Ws=?l0bos?

где: ? - коэффициент полноты водоизмещения;

b0 – расчётная ширина судна;

s – осадка судна в полном грузу;

?=1 т/м3 - удельный вес воды

Ws=?l0bos? =0,9?110?20?2,6?1=5148 т/м2

2) Определяем допускаемое натяжение причальных тросов nдоп:

nдоп=3,33W2/3=3,33?51482/3=992,82 т/м2,

3) Вычисляем коэффициент А0 ,объединяющий все параметры шлюза независящие от системы питания:

A0=2?cHd/(g(?c-?s)T2)=

=2?9900?19/(9,81? (165-53,04) ?6602)=0,00079,

где: ?c - площадь зеркала камеры

?c=(lc,ef+bc,ef)bc,ef=(300+30)?30=9900 м2

g=9.81 м/с2 - ускорение свободного падения;

Hd - напор

Hd=НПУ-рем.УНБ=68,5-49,5=19 м

Т - время питания камеры

T=??3?(lc,efbc,efHd)=0,19??3?(300?30?19)=10,55мин,

принимаем Т=11 мин.=660 с

?=0,19 - коэффициент, принимаемый для распределительных систем питания;

?c - площадь живого сечения камеры в момент начала наполнения

?c=bc,ef(РУНБ-(minСУНБ-hl))=30? (49,5-(49-5))=165 м2

?s - площадь смоченной части судна

?s=mш?bc?sc=1?20,4?2,6=53,04 м2

4) Вычисляем коэффициент Acдоп, характеризующий допустимое воздействие потока на шлюзуемое судно для любой системы питания:

Acдоп=1/(nдоп?А0)=1/(992,82?0,00079)=1,275

Учитывая полученное значение Acдоп в соответствии с графиком№4.15 на стр.74 [2] выбираем простую распределительную систему с продольными донными водоводами и поступлением воды в середину водовода (схема4)..

Приложение 3.

Гидравлический расчёт системы опорожнения.

Находим расчётную площадь водопроводных галерей ? :

?=(2??с??Hd)/(? ??(2g) ? (T-t0?))=

=(2?9900??19)/(0,6??(2?9,81) ? (660-0,6?660?0,407))=65,13 м2 ,

где: ? =0,6- коэффициент расхода системы при полностью открытом затворе;

t0 – время открытия затвора

t0=0,6?Т=0,6?660=396с

?=1-0?n?n’dn=0.407

?n’ = ?n /? ,

?n – коэффициент расхода системы водопровода при степени открытия затвора n

?n’ - относительный коэффициент расхода системы

Расчёт ведём для двух промежутков времени:

1) 0?t?t0

t – время открытия затворов;

?h=?Hd-(???(2g)t0?0?n?n’dn)/2?с;

(???(2g))/2?с=k=(0.6?65,13??(2?9.81))/(2?9900)=0.00874;

Q=???n’ ?h ?(2g);

Определяем изменение давления за затворами водопроводных галерей:

P/?=a-k0?h ,

где: a – заглубление верха водопровода под min СУНБ

a?hl+(1-1,5) м , принимаем а=6 м ;

k0=(???n’)2(1+2??з.п-?г),

?з.п – коэффициент сопротивления частично открытых затворов;

?г =2,0 - коэффициент сопротивления водопроводной галереи за затвором;

Все расчёты сводим в таблицу 1.

2) t0?t?T

?h=?Hd-(???(2g)) ? (t-t0?)/2?с;

Q=???h(2g);

Все расчёты сводим в таблицу 2.

По данным таблиц строим графики гидравлических зависимостей напора , расхода и давления от времени (рис.3)

Приложение 4.

Определение габаритов подходных каналов.

Принимаем, что у нас шлюз полусимметричный.

Согласно СНиП 2.06.07-87 судоходная трасса шлюза должна быть прямолинейной на участке не менее длины lst, определяемой по формуле:

lst=ll+2(la+ls),

где ll – длина шлюза, включая головы;

la – длина верхнего (нижнего) участка подхода;

ls – длина расчётного судна.

la=l1+l2+l3=55,6+197,6+111,2=364,4 м;

l1 – длина участка, характеризующего полный выход судна из камеры шлюза;

l2 – длина второго участка, на котором судно при встречном движении переходит с оси шлюза на ось судового хода в канале;

l3 – длина участка, предназначенного для отстоя судов у причала в ожидании шлюзования;

l4 – длина участка, предназначенного для перехода от уширенного участка подходного канала к участку с прямолинейным движением судов шириной b;

l1=0,5ls=0,5*111,2=55,6 м ,

l2=?ls2+c(4r-c)=?(111,22+20,22?(4?335-20,22))=197,6 м,

l3=ls =111,2 м;

l4=20?b=20?12,92=258,4 м;

r?3ls=3?111,2=335 м;

?b=0.35ls2/r=0,35?111,22/335=12,92 м;

b=2.6bs=2,6?20,4=53,04 м;

b – ширина судового хода подходного канала;

?b – дополнительное уширение;

r – радиус траектории центра тяжести судна (радиус поворота) ,

c – смещение оси судового хода в канале относительно оси шлюза при входе или выходе судна ;

c=1,9bs+0,5?b-am при 0,75bs am – смещение причальной стенки относительно оси шлюза,

bc,ef/2+0,2bs c=1,9?20,4+0,5?12,92-25=20,22 м

Длину причальной линии lm определяем по формуле:

lm=l2+?ls-?=197,5+273,072-22,24=448,43 м;

где ?=0.2ls=0,2?111,2=22,24 м.

Радиусы очертания ходовой и неходовой пал определяем по зависимостям:

Rx=ax/(1-cos?x)=10/(1-cos15)=106,38 м;

Rнх=aнх/(1-cos?нх)=25,96/(1-cos40)=72,72 м;

где ax и aнх – смещение граней судового хода от стенок шлюза в правую и левую стороны от берегов подходного канала;

ax=am-bc,ef/2=25-30/2=10 м;

aнх=b+?b-ax-bc,ef=53,04+12,92-10-30=25,96 м;

?x и ?нх – углы очертания пал; принимаем ?x=15, ?нх=40

Длины проекций на ось шлюза соответственно ходовой и неходовой пал в пределах судового хода определяем как

lпх=Rx?sin?x?1/2ls lпх=70?67,498?55,6 м;

lпнх=Rнх?sin?нх?1/3ls lпнх=45?44,972?37,066 м;

Приложение 5.

Определение грузопропускной способности и количества ниток шлюза.

1. Определяем грузоподъёмность транспортируемых судов:

G=l0b0?(s-s0)?В ,

где ?В=1 тс/м3 – объёмная масса воды;

? - коэффициент полноты водоизмещения судна;

s и s0 - соответственно осадка судна в полном грузу и без

груза;

l0 – расчётная длина судна;

b0 – ширина судна.

Самоходные наливные

1) G=86,14?12,5?0,885? (2,52-0,89)=1553,27т

2) G=48,78?8,4?0,844? (2,2-0,79)=487,62т

Самоходные сухогрузные

3) G=100?12,2?0,818? (2,81-1,3)=1506,92т

4) G=90?13?0,837? (2,85-0,74)=2066,3т

5) G=50,8?7?0,843? (1,37-0,38)=296,77т

Несамоходные наливные

6) G=110?20?0,89? (2,6-0,28)=4542,56т

7) G=85?16,5?0,889? (2,63-0,37)=2817,82т

Несамоходный сухогрузные

8) G=85?16,5?0,901? (2,86-0,49)=2994,86т

9) G=62,3?14?0,895? (1,49-0,27)=952,36т

10) G=62,3?14?0,895? (1,49-0,27)=952,36т

11) G=45,2?10?0,86? (1,1-0,31)=307,09т

Плоты

12) Gпл=?lплbплsплkпл=0,8?250?30?0,42=2520

? – объёмная масса влажной древесины ?=0,8 тс/м3;

lпл, впл, sпл – габаритные размеры плота;

кпл – коэффициент полнодрёвности плота kпл=0,42;

Определяем общий объём перевозок каких-либо грузов Q в одном из направлений, число судов каждого типа Ni , необходимых для перевозки своей доли грузов qi , количество судов i-ого типа необходимых для перевозки грузов вверх и вниз по течению,

число порожних судов по формулам:

Ni=qi/Gi??i , Niвв=qiвв/ Gi??i , N=qiвн/ Gi??i ,

Niпор=Niвв – Niвн

где Gi – грузоподъёмность судна i-типа;

? – коэффициент использования грузоподъёмности судов i-ого типа за навигацию ?=0,8.

Находим максимальное число судов и плотов проходящих через створ гидроузла в наиболее напряжённые сутки навигации:

n=( Niвв + Niвн+ Niпор) ? ?/Tнав ,

где ? – коэффициент неравномерности подхода судов к шлюзу ?=1,2;

ТНав – время навигации, ТНав =230 суток.

Общее число судов:

n=?ni+2nпас+nсл+nпл ,

где (nпас+nсл) - количество пассажирских и судов технического флота, 2?nпас+nсл=12

Результаты расчётов заносим в таблицу 3.

Таблица3

Тип и грузоподъём-ность судна Доля участия судна в перевозке Вверх Вниз Порожняк qi Ni qi Ni NiПор ?Ni +Niпор ni т % тыс.т тыс.т а) Наливные 1553,27 35 - - 770 620 620 1240 7 487,62 5 - - 110 282 282 564 3 4542,56 40 - - 880 242 242 4,84 3 2817,82 20 - - 440 195 195 390 2 б) Сухогрузы 1506,92 22 1056 876 572 474,5 401,5 1752 10 2066,3 20 960 581 520 314,6 266,4 1162 6 296,77 3 144 606,5 78 328,5 278 1213 7 2994,86 35 1680 701 910 380 321 1402 8 952,36 17 816 1071 442 580 491 2142 12 307,09 3 144 586 78 317,5 268,5 1172 7 в)Плоты 100 - - 2500 992,06 - 992,06 4 г)Пассажирские суда и суда технического флота 12 ?81 судно

На основании данных о максимальном числе судов и плотов, проходящих через створ гидроузла в наиболее напряжённые сутки, составляем комбинации из расчётных судов, при которых наилучшим образом используется вся площадь зеркала воды в камере (рис.4).

2. Определяем время шлюзования составов и групп судов. Среднее время шлюзования определяем по зависимости:

Тср=0,25Т1+0,75Т2 ,

где T1 – время шлюзования при одностороннем движении судов;

T2 – время шлюзования при двустороннем движении судов.

Т1=tвх+4tв+2Т+tвых Т2=tвх+2tв+Т+tвых

tвх=lвх/Vвх tвых= lвых/Vвых

tвх – время входа в камеру;

tвых – время выхода из камеры:

а) при одностороннем движении:

lвх(вых)=lc,ef(1+?1) ,

?1 – коэффициент, равный при входе 0,4 , а при выходе из камеры 0,1.

б) при двустороннем движении:

lвх(вых)=lc,ef(1+?2)+l2 ,

?2 – коэффициент принимаемый 0,4;

а)lвх=300?(1+0,4)=420м,

lвых=300?(1+0,1)=330м

б)lвх(вых)=300?(1+0,4)+197,6=617,6м

Средние скорости движения расчётных судов и составов принимаем по ([2], табл. 5.1)

Для Буксируемых судов vвх=0,7м/с; vвых=1,0м/с;

Самоходных судов vвх=1,0м/с; vвых=1,4м/с;

Плотов vвх=0,6м/с; vвых=0,6м/с;

Тогда:

Для буксируемых судов

а)tвх=lвх/vвх=420/0,7=600с;

tвых= lвых/vвых=617,6/0,7=882,3с;

Т1=600+4?2,5+2?660+330=2260с=37,6мин=0,63ч.

б)tвх=lвх/vвх=330/1=330с;

tвых= lвых/vвых=617,6/1=617,6с.

Т2=882,3+2?2,5+660+617,5=2164,9с=36,08мин=0,6ч.

где tв – время открытия и закрытия ворот. Для двустворчатых ворот при ширине камеры принимаем tв=2,5мин.

Тср=0,25?2260+0,75?2164,9=2188,675с.

Время шлюзования группы судов определяем по зависимости:

Тгр=Тср?? ,

Тср – время шлюзования одиночного (наибольшего) судна в рассматриваемой комбинации;

? – коэффициент, определяемый зависимость по графику([2] рис. 7.2.) в зависимости от числа одновременно шлюзующихся судов z и показателя заполнения площади зеркала камеры шлюзующимися судами.

;

lsi·bsi – площадь i-ого судна, находящегося в камере шлюза.

Lc,ef?bc,ef=? – полезная площадь камеры.

Для 1- ой комбинации:

?(lsi?bsi)=4936,96м2;

?=30?300=9000м2;

?=4936,96/9000=0,55;

По графику ([2] стр.41) определяем коэффициент ?, ?=1,1;

Тгр=Тср??=2188,675?1,1=2407,543с=0,669ч.

Вычисления приведем виде таблицы 4

Шлюзование Тср ,с z ? Тгр,с Кол-во 1 2188,675 3 1,1 2407,543 1 2 2188,675 4 1,5 3283,013 1 3 2188,675 6 1,5 3283,013 1 4 1789,236 5 1,6 2862,778 1 5 2188,675 6 1,5 3283,013 4 6 2188,675 8 2,0 4377,35 3 7 2188,675 8 1,7 3720,748 1 8 1789,236 5 1,6 2862,778 2 9 2687,75 3 1,3 3494,075 8

Суммарное время работы шлюза Тгр =75499,353с=20,972ч

Так как суммарное время работы шлюза равное Тгр больше 17 часов, то предусматривается строительство второй нитки шлюза

Приложение 6

Механическое оборудование шлюзов.

Плоские затворы водопроводных галерей.

Определение размеров водопроводных галерей.

Исходя из приложения 3 “Гидравлический расчёт системы опорожнения”, где мы определили суммарную площадь водопровдных галерей ?=65,13 м2.

Площадь же одной галереи определяется зависимостью:

?=?/n

Где n=(2,4,6,8…). Причём надо стремиться, чтобы площадь одной галереи не превосходила 20 квадратных метров.

По конструктивным требованиям b(ширина)>h(высота), причём h=1,25b. Решая систему из двух уравнений:

?=b?h

h=1,25b,

получим поперечные размеры водопропускной галереи: h=4,51 м,

b=3,61 м.

Определение нагрузки на затвор.

Нагрузки на затвор определяются при эксплутационном и ремонтном случае. Нагрузка собирается по контуру уплотнения. Размеры затвора определяются зависимостями:

l=b+0,12м =3,61+0,12=3,73 м ,

h=h+0,10=4,61 м.

1.Эксплутационный случай.

В этом случае на затвор будет действовать гидростатическая нагрузка с обеих сторон. Эпюра представлена на рис. 1. Суммарное давление приходящееся на затвор вычислим по зависимости:

Q=k·l·h·H·?, где

k-коэффициент гидродинамичности(k=1,250);

H-см. рис.1;

? – объёмный вес воды.

Q=1,25·3,73·4,61·20·1=429,883 т.

2.Ремонтный случай.

В ремонтном случае на затвор будет действовать давление только с внешней стороны камеры (см. рис.2). Т. о. эта нагрузка будет рассчитываться по зависимости:

Q=·l·h·?, где

H=ФПУ-minСУНБ+а+h=69-49+1.9+4,61=26.51м;

H=ФПУ-minСУНБ+а=21.9м, где

а-заглубление галереи относительно дна камеры(а=2м).

Q=·3,73·4,61=416.212 т.

Из этих двух значений Qи Q выберем максимальное:

Q1=Q= 429,883т.

Если Q< 450 т выбираем колёсно хдовые части . Из [1] диаметр колеса равен 1300мм , диаметр вала 220мм., нагрузка на колесо 110т.

Определение тяговых усилий на затвор.

Искомое усилие необходимое для подъёма затвора расчитаем по зависимости:

Q ? 1,1·(Q+Q)+ 1,2·(T+T)+, где

Q – вес затвора и его тяговых органов на воздухе;

Q – вес балласта (в данном расчёте равен нулю);

T – сила трения в опорно- ходовых частях;

T– сила трения в уплотнениях;

– вес воды на верхнем ригеле и опорно – концевых стойках.

Рассчитаем основные размеры затворной конструкции:

h – высота гидроцилиндра;

h – ;

l – длина штанги;

h= 1,1·h=1,1·4,51=4,961 м;

h= h+(34,5)м = 4,961+3,39=8 м;

l= 16,04 м, где

Вес штанги будет равен : Q = q·l= 0,55·16,04= 8,82т, где

Q – погонный вес штанги(q=(0,50,6) ).

T= · (?·r+?) =(429,883/65)·(0,25·11+0,1)=18,849 т, где

Q – суммарная расчётная нагрузка;

R- радиус колеса (см);

r-радиус оси вала (цапва)(см);

?-коэф. трения в осях колёс (?=0,25- коэф. трения покоя бронзы по стали);

?- коэф. трения – качения стали по стали (?=0,1см);

Т=Q·k=32,373·0,875=28,328 т, где

k=(0,8?0,95)- коэффициент трения резины по стали;

Q – нагрузка на уплотнение;

Q= a·(2h+l)·H·k=0,1·(2·4,61+3,73)·20·1,25=32,373 т, где

a – ширина грузовой площади уплотнения(a=0,1м);

k – коэффициент гидродинамичности (k=1,25);

Определим высоту ригеля:

h=(1/6?1/7) L=1/7·(3,61+2·0,3)=0,648 м, где

L – расчётный пролёт затвора;

L=b+2d=3,61+2·0,3=4,21 м, где

d – расстояние от кромки паза до оси опоры затвора ( d=0,3 );

? P=H·k·(b·l+ 2l·h·k)=20·1,25((0,708·3,73+2·0,6·0,648·0,5)=75,74 т

k – коэффициент учитывающий понижение напора;

b – ширина затвора (h+5см);

l – длина опорно-концевой стойки за пределами контура уплотнения;

h – высота ригеля;

l – грузовой пролёт затвора.

Проверка на посадку затвора в потоке.

а) Силы препятствующие посадке.

Т=1,2(Т+Т)+B=1,2(18,849+28,328)+18,128=74,7404 т,где

В=H·l·l·k=20·3,73·0,1944·1,25=18,128 т

l?0,3h=0,3·0,648=0,1944м.

б) Силы способствующие посадке.

Т=(7/8)·(Q+Q)+?P=(7/8)·3,57+75,741=78,865 т.

в) к=(Т)/(Т)>1, то берём балласт

к=78,865/74,7404=1,055>1

Определение удерживающего усилия.

Q=1,1(Q+Q)+?P– 0,5(Т+Т)=1,1(3,57+0)+75,741 – 0,5(18,849+28,328)=56,08 т.

Приложение 7

Расчёт двустворчатых ворот.

.1 Выбор типа ворот и определение размеров основных конструктивных элементов

1.1. Выбор типа ворот

Двустворчатые ворота принимают при:

где: hв – высота створки ворот, которая определяется по формуле:

где: H = 19м. – напор;

hl =5м. – глубина на пороге;

ав = 0,3м. – возвышение оси верхнего ригеля над наивысшем уровнем верхнего бьефа;

ан = 0,12м. – возвышение оси нижнего ригеля ригельных ворот над порогом.

- условие выполнено.

а) – двустворчатые ворота в плане

1.2. Определение основных размеров створки ригельных ворот

Основными размерами створки являются: её длина – lств., высота – hв = 21,68м. и толщина т.е. высота поперечного сечения ригеля – tр.

; ? = 22?

; tр = 1,94м.

Рис. 1. Схема к определению высоты ворот:

1 – створка рабочих ворот нижней головы; 2 – швы для ремонтных ворот нижней головы; 3 – отверстия водопроводных галерей; 4 – нижнее уплотнение ригельных ворот; 5, 6 – оси верхнего и нижнего ригелей

2. Конструкция и статические расчёты несущих элементов створки

2.1. Определение количества ригелей в одной створке и их расположение

Количество ригелей в одной створке n1 и расположение их по её высоте устанавливают следующим образом:

;

где: bр – расстояние между ригелями, расположенными ниже уровня нижнего бьефа, bр ? 1м.

Для определения положения ригелей по высоте створки строим эпюру расчётного гидростатического давления на 1 пог. м. створки и интегральную кривую давления.

Каждая ордината интегральной кривой давления частично равна площади вышележащей части эпюры гидростатического давления. Найдём нижнюю ординату интегральной кривой давления ?г.д., численно равную гидростатическому давлению воды на 1 пог. м. створки:

;

2.2. Установление схемы набора створки

Между ригелями установлены стрингеры. По длине створки с её краёв размещаются створный и береяльный столбы размером (0,07?0,1)lств.?1,5м. Между створкой и береяльным столбом через с = 1,7?2,7?2,2м., установим вертикальные элементы решётки – диафрагмы. .

Рис. 2. Схема к определению положения ригелей:

1 – эпюра гидростатического давления на 1 п.м. створки ригельных ворот площадью ?г.д.; 2 – интегральная кривая давления воды; 3 – ригель; 4 – стрингер; bp – расстояние между нижними ригелями, принимаемое равным 1 м; ?г.д. – величина гидростатического давления на 1 п.м. створки, численно равная площади эпюры гидростатического давления

Рис. 3. Расположение диафрагм в створке ворот:

1 – ригель; 2 – диафрагма; 3 – створный столб; 4 – обшивка; 5 – вереяльный столб

2.3. Вереяльный и створный столбы. Обшивка ворот

Расчётная схема опирания обшивки на рис. 4. При этом рассматривается панель, защемлённая по двум сторонам при и защемлённая по четырём сторонам, при , где: а – расстояние между ригелем и стригером.

панель защемлена по двум сторонам.

Толщину обшивки определим по формуле:

;

где: ?0 = 0,75 – опытный коэффициент;

kн = 1,2 – коэффициент надёжности;

nc = 1 – коэффициент сочетания нагрузок;

?с = 1 – коэффициент условий работы обшивки;

а и с соответственно длины короткой и длинной стороны панели, а=50см.; с=260см.

Ry – расчётное сопротивление прокатной листовой стали при изгибе, принимается по табл. 12.4 [1],

, (ГОСТ 23570-79)

Величину ?0 определяем для участка створки, расположенной ниже уровня нижнего бьефа, для которого величина p – интенсивность гидростатического давления воды на уровне середины ворот рассматриваемой пластинки, постоянна и определяется как:

;

где: - удельный вес воды;

Н = 1900см. – напор;

n = 1,2 – коэффициент перегрузки.

.

.

2.4. Статические расчёты несущих элементов створки и подбор их поперечных сечений

Опорами стрингеров являются диафрагмы. Расчётная схема стрингера показана на рисунке 4. Стрингер рассматривается как неразрезная 6 пролётная балка

.

Равномерно распределённая нагрузка от давления воды, приложенная к стрингеру:

;

где: р – интенсивность гидростатического давления воды на уровне оси рассматриваемого стрингера,

Нагрузки от собственного веса ригелей, навала судов на ворота и усилий, передаваемых приводом, не учитываются, так как собственный вес ригелей передаётся обшивке и элементам набора створки, а остальные нагрузки на рассматриваемые ниже ригели не действуют. Таким образом, в качестве нагрузки рассматривается только давление воды.

Равномерно распределённая нагрузка, действующая на ригель, расположенный ниже уровня нижнего бьефа равен:

где: - удельный вес воды;

Н = 19м. – напор;

n = 1,2 – коэффициент перегрузки.

bр=1м.

Сосредоточенная сила, численно равная давлению воды на рассматриваемую полосу створки:

,

Из условия симметрии геометрических размеров ригелей и нагрузки на них относительно продольной оси шлюза и условия равновесия любого из ригелей находят направления опорных реакций А

По известным величине силы Р и её направлению, а также направлению реакций А строим силовой треугольник , из которого определяем величины опорных реакций:

. Величину продольной сжимающей силы в ригеле, вызванной опорными реакциями, определяют как проекцию силы А на продольную ось ригеля :

Рис. 8. Расчетная схема к определению опорных реакций ригеля:

а) – расчетная схема ригелей, нагрузка P и определение направления опорных реакций;

б) – силовой треугольник; в) – силы действующие на ригель и определение величины N0

При установке бокового уплотнения ворот у их низовой грани (см. рис. 1) на торце ворот действует гидростатическое давление воды. N1 – часть этого давления, передаваемого на торец рассматриваемого ригеля:

Величина полного продольного сжимающего усилия в ригеле:

Изгибающие моменты в поперечных сечениях ригеля можно вычислить, рассматривая его как балку на двух опорах

Изгибающий момент в расчётном поперечном сечении ригеля:

где: Mq – изгибающий момент в середине пролёта балки, вызванный поперечной нагрузкой q;

М0 – изгибающий момент, вызванный внецентренным приложением сил N0 и N1.

,

где: е0 и е1 – эксцентриситеты сил N0 и N1 относительно нейтральной оси ригеля x-x.

Зададимся предварительными размерами ригеля в плане и его поперечным сечением.

Рис. 9. Расчетная схема к проверке прочности ригеля: а – размеры ригеля в плане и нагрузки, приложенные к его торцу у вереяльного столба; б – размеры поперечного сечения ригеля 1-1; 1 – обшивка; 2 – стенка ригеля; 3 – полка; 4 – стрингеры (в расчетное сечение ригеля вводить по половине сечения верхнего и нижнего стрингеров)

b0 – обшивка;

1. b0 = 50см.

Принимаем: b0 = 50см.=0,5м.

Толщину стенки ригеля предварительно назначим по условию устойчивости:

(мм.);

Ширина задней полки:

где: ?п. – толщина полки, ?п. =?0 =1,04см.?1см.

bn. = 25см.

Расстояние между осями о-о и х-х:

где: So-o – статический момент площади поперечного сечения ригеля относительно оси о-о;

Fp – расчётная площадь сечения ригеля.

So-o=985см3 (по сортаменту, Nдв.=30, ?0 =1см.)

е1 = yc = 2,71см;

;

Наибольшая величина перерезывающей силы:

Зададимся поперечным сечением стрингера.

Ширина обшивки, включаемая в расчётное сечение стрингера, определяется условием её устойчивости:

Высота поперечного сечения стрингера в первом приближении равна

По сортаменту подбираем соответствующий номер сортамента, с учётом толщины обшивки ?0 = 1см.:

Nдв. стрингера =27:

?ст.=10,5мм.; t = 13,7мм.;

Момент сопротивления Wxmax=1640 см3;

Момент сопротивления Wxmin,= 445 см3

Статический момент Sx-x=875см3;

Момент инерции Ix,= 9810 см4

2.5. Проверка прочности стрингера

, кгс/см2; Мпа

, кгс/см2; МПа,

где МВ – наибольший изгибающий момент в стрингере ; Wxmax и Wxmin – принимаются по сортаменту; Ry – расчётное сопротивление стали растяжению и сжатию при изгибе .

, (ГОСТ 23570-79)

, кгс/см2; Мпа , кгс/см2; МПа

, кгс/см2; Мпа , кгс/см2; Мпа

где – наибольшая поперечная сила в стрингере ; Ix – момент расчётного поперечного сечения стрингера ; ?ст –толщина стенки двутавра ; Rs – расчётное сопротивление стали при сдвиге. Принимать Rs = 0,58?Rу=0,58?2250=1350кгс/см2; ?с = 1.

2.6. Проверка прочности ригеля

Предварительные размеры поперечного сечения ригеля заданы при его статическом расчёте 5,2,4.

Прочность ригеля проверяют по формулам:

, кгс/см2; Мпа , кгс/см2; Мпа

, кгс/см2; Мпа, , кгс/см2; Мпа

где N и M – расчётные величины сжимающего усилия и изгибающего момента в ригеле, Fp и I – соответственно площадь поперечного (расчётного) сечения ригеля и его момент инерции относительно оси х-х; yn и y0 – расстояние от нейтральной оси до крайних точек сечения, расположенных в задней полке обшивке ; Ry – расчётное сопротивление стали растяжению и сжатию при изгибе ; ?с = 1.

, кгс/см2; Мпа, , кгс/см2; Мпа,

где Q – расчётная величина поперечной силы, определена по формуле; S – статический момент части сечения, расположенной выше или ниже нейтральной оси х-х; Rs – расчётное сопротивление стали при сдвиге, определяемая так же, как при расчёте стрингера; ?с = 1.

2.7. Определение моментов сил, сопротивляющихся движению створки ворот, тягового усилия и мощности двигателя

Определение моментов сил, сопротивляющихся движению створки ворот, тягового усилия и мощности двигателя выполняется в указанной ниже последовательности.

Момент сил трения в пяте и гальсбанте:

, тс?м; кН?м,

где f = 0,4-0,5 – коэффициент трения; dГ = 0,2 м – диаметр шипа гальсбанта; dП = 0,4 м – диаметр пяты ворот.

, тс; кН,

где Q0 – собственный вес створки ворот; Qвр – временная расчётная нагрузка на мостике створки.

, тс; кН; , тс; кН

, тс; кН, , тс; кН

где hв и lств – высота и длина створки, м; вм = 1 м, ширина мостика створки; qвр = 0,4 тс/м2 = 4,0 кН/м2.

, тс; кН,

, тс; кН, , тс; кН

где Z – горизонтальная составляющая реакция пяты и реакции гальсбанта.

, тс?м; кН?м

Момент гидродинамических сил сопротивления воды движению створки:

, тс?м; кН?м,

где Sn – глубина воды на пороге, м;

, м/с; , м/с;

,

где tв – время открытия ворот; Uств – средняя скорость движения створки, численно равная скорости движения середины полотна.

, тс?м; кН?м

Момент гидростатических сил, действующих на створку в связи с местным повышением уровня воды около створки при её движении, инерционными колебаниями уровня воды в камере и волновыми колебаниями уровня воды в канале:

тс?м;кН?м

где z1 – местный перепад уровней воды у створки, вызванный её движением; z2 – перепад воды у створки, вызванный инерционными колебаниями уровня воды в камере и волновыми колебаниями уровня воды в канале.

В курсовом проекте принимать: z2 = ?, где ? – инерционное повышение уровня воды в камере при распределительной системе питания; принимают м. При головной системе питания z2 = 0,2 м;

Момент от давления ветра на надводную часть створки:

где q = 0,03 тс/м2 – расчётное давление ветра на створку ворот; ? = 18??22? – угол, образованный направлением створки и нормалью к продольной оси шлюза.

тс?м; кН?м

Момент сил инерции створки:

. тс?м; кН?м

Приближённая величина максимального момента перечисленных сил, действующих на ворота:

, кгс?м.

, кгс?м.

Тяговое усилие, необходимое для движения створки при действии сил, вызывающих Мmax:

, тс; кН,

где ? – расстояние от точки приложения тягового усилия к створки до её оси вращения, .

Мощность двигателя, необходимая для открывания ворот с заданной скоростью:

кВт,

где , рад/с – угловая скорость вращения створки ворот, ? = 0,65, коэффициент полезного действия привода.

Приложение 8.

Расчет насосных установок для осушения камеры шлюза

Для осушения камер шлюза используем артезианские насосы 2ОА - 18?1 – производительностью QН=600 м3/час.

Определим требуемое количество насосов:

q – фильтрационный расход воды через уплотнения затворов и ворот;

W – объем откачиваемой воды из камер шлюза включая водопроводные галереи;

t – время откачки воды в часах (для III класса водного пути t=36 часов);

- длина уплотнения;

n – необходимое количество насосов (также необходимо установить по одному резервному насосу на верхнюю и нижнюю головы шлюза).

W=Wкамеры+Wгалерей

Wкамеры=bc,ef?lc,ef?hрем+Vн.г.=30?300?5+190,58?5+124,28?6=31698 м3

Wгалерей=Vкам.+Vв.г.+Vн.г.=15,10?300?4+1454,28+3167,67=22742 м3

W=Wкамеры+Wгалерей=31698+22742=54440 м3.

Рассчитаем фильтрацию воды через затворы и уплотнения.

Фильтрация для верхней головы составляет: qв.г.=0,1 м3/с=360 м3/час.

Фильтрация для нижней головы составляет: qн.г.=0,1 м3/с=360 м3/час.

Следовательно, суммарная мощность насосов должна быть не менее:

Исходя из мощности одного насоса и объема работ, нам надо 4 насоса и по одному резервному на каждую голову. Следовательно, устанавливается всего 6 насосов, суммарной производительностью 3600 м3/час.

Определим объем приямка, для артезианских насосов исходя из условия, что объем приямка должен обеспечивать 15 минут работы насосов находим:

Vприямок=1800/4=450 м3.

Площадь приямка 95,24м2. Следовательно, дополнительного заглубления не требуется.