При расчете сложных распределительных систем питания судоходных шлюзов следует учитывать изменения расхода воды в течение всего процесса наполнения или опорожнения камеры, как в выпускных отверстиях, так и в подводящих галереях.
В п. 4.2.2 описывалось подразделение всей системы на галереи различных порядков для определения суммарных величин приведенной длины и коэффициента сопротивления. При описании метода воспользуемся данной классификацией водопроводных галерей.
Тупиковым галереям с выпусками будет присвоен первый порядок; галереям, объединяющим несколько галерей первого порядка, – второй; галереям, получающим питание непосредственно из подводящих галерей – наивысший порядок. Подводящим галереям порядок не присваивается.
На рис. 2.11 приведена схема сложной распределительной системы питания, имеющая наивысший порядок галерей равный двум. Подобная система питания имеется в малой камере шлюза Гринапп на р. Огайо (США). В данной системе отсутствуют оси симметрии, поэтому подлежат описанию все ее элементы.
|
|
Галереи с выпусками пронумеруем по порядку, начиная с расположенной у нижней головы, от 1 до m. Каждая галерея оборудована соответственно количеством выпусков n 1, n 2, n 3 … n m. Описание системы удобнее начинать с описания галерей первого порядка.
Рис. 2.11. Расчетная схема сложной распределительной системы питания с одним подводом воды
Для каждой из них составляется следующая система из дифференциальных уравнений движения и уравнений неразрывности потока, где k – номер галереи с выпусками (распределительной галереи);
nk – количество выпусков в галерее с номером k;
yk,1 – пьезометрический напор в створе выпуска;
– коэффициент сопротивления выпуска;
– длина выпуска; – площадь выпуска;
– расход воды, проходящий через выпуск;
– расход воды перед i -м выпуском;
– коэффициент сопротивления на участке между i- и i+ 1-ым выпусками; – длина участка между i- и i+ 1-ым выпусками;
– площадь поперечного сечения распределительной галереи на участке между i- и i+ 1-м выпусками;
– пьезометрический напор в месте примыкания галереи первого порядка к галерее второго порядка;
, , – соответственно коэффициент сопротивления, длина и площадь поперечного сечения участка между последним выпуском и местом примыкания галереи первого порядка с номером k к галерее второго порядка:
(2.71) (2.72) (2.73) (4.74) (2.75) (2.76) |
Система уравнений подобна системе (2.68), составленной для простой распределительной системы с одной подводящей галереей. Уравнениями (2.71) – (2.73) описывается неустановившееся движение воды соответственно в 1-м, 2-м и последнем выпусках k -й галереи первого порядка, а уравнениями (2.74), (2.75) – движение воды на участках соответственно между 1-м и 2-м, (n -1)-м и n -м выпусками. Уравнение (2.76) записано для участка, расположенного между последним выпуском k -й ее примыканием к галерее второго порядка.
|
|
Далее необходимо записать уравнение, описывающее неустановившееся движение воды в галерее второго порядка:
, | (2.77) |
где – расход воды в сечении галереи второго порядка перед примыкающей к ней галереей первого порядка;
– площадь поперечного сечения галереи второго порядка;
– длина участка галереи второго порядка между соседними примыкающими к ней галереями первого порядка;
– коэффициент сопротивления на рассматриваемом участке.
Для замыкания системы служит уравнение движения воды для подводящей галереи:
, | (2.78) |
где – превышение уровня воды в бьефе над уровнем воды в камере;
– расход воды в подводящей галерее;
, , – соответственно коэффициент сопротивления, площадь поперечного сечения и длина подводящей галереи.
Принцип описания галерей более высокого порядка не отличается от принципа описания галерей второго порядка. Основное допущение при расчете сложных распределительных систем питания заключается в том, что в пределах участков примыкании выпусков к распределительной галерее и галереи с низким порядком к галерее более высокого порядка положение пьезометрической линии считается горизонтальным, т. е. потери энергии на этих участках не учитываются. В случае если сложная распределительная система питания имеет несколько подводящих галерей, систему уравнений (2.79) необходимо дополнить уравнениями движения и неразрывности для недостающих подводов, подобно тому, как это делается для простых систем.
Сложные несимметричные водопроводные системы с несколькими подводящими галереями системы питания шлюзов Рыбинского гидроузла и Самарских шлюзов должны быть рассмотрены последовательно. При этом следует отдельно описывать распределительные и подводящие галереи, питающие определенные участки камеры, и объединять их по уравнению неразрывности.
Общая система уравнений, предлагаемая для гидравлического расчета шлюзов с распределительными системами питания, подобными системе питания, представленной на рис. 2.11., имеет вид:
(2.79) |