Тема 29,30 Исследование работы дюкера

Цель работы. Получить навык работы дюкера, определения фактических потерь напора в дюкере.

Дюкер — гидротехническое сооружение в виде напорного трубопровода, устраиваемое на каналах при их пересечении естественных или искусственных препятствий.

Особенностью дюкеров является то, что их трубопроводы располагаются ниже дна каналов, вследствие чего поток воды в них всегда имеет напорный режим истечения.

Рис. 1 Закрытый дюкер

По расположению дюкеров относительно поверхности земли их можно подразделить на два типа.

Тип 1. — проложенные под пересекаемым препятствием ниже поверхности земли и засыпаемые сверху грунтом. По конструктивным особенностям их подразделяют на шахтные (колодезные), применяемые для небольших напоров (до 3-5м) и криволинейные (рис. 1) с углом перелома продольного профиля больше 900, что обеспечивает более плавный режим протекания потока.

Тип 2. — проложенные по склонам и дну широких и глубоких каналов должны, как правило, на всем протяжении находиться выше поверхности земли. (рис 2).

Рис. 2. Открытый дюкер

При пересечении каналов дюкер устраивают на канале младшего подчинения (с меньшим расходом). Поперечное сечение труб дюкера может быть круглым, прямоугольным или квадратным. Трубы дюкеров выполняют из бетона, из железобетона, металла, асбоцемента, а при небольших расходах, возможно, использовать пластмассовых трубы. Выбор материала зависит от величины напора, а, следовательно, от внутреннего давления в трубах.

К основным частям дюкера относят: (рис 1, 2):

1.- входной оголовок, 2.- напорные трубопроводы, 3.- анкерные опоры, 4.- промежуточные опоры с пролетным строением (мостом), 5.- выходной оголовок, 6.- сопряженные участки с каналом.

Дюкеры проектируют и строят на любые заданные расходы. Однако их поперечное сечение при больших расходах получается обычно большим вследствие ограничения скорости (1,5-4 м/с). Пропуск таких расходов через одну нитку дюкера становится практически невозможным, поэтому применяют многониточные (многоочковые) дюкеры.

При назначении скоростей в дюкерах обычно руководствуются следующими соображениями. Нижний предел скорости связывают с незаилением труб дюкера с условием, что она не должна быть меньше скорости воды в канале. Верхний предел скорости связан с ограничением потерь напора в дюкере.

Увеличение скорости в дюкере приводит к уменьшению площади поперечного сечения труб, т.е. к меньшим объемам работ, а следовательно, и затратам. Однако с увеличением скорости возрастают пропорциональное ее квадрату потери напора, что приводит к снижению командных отметок при самотечном орошении. Кроме этого, большие потери напора, если даже допустимы по условиям эксплуатации, приводят к большим выемкам в канале за дюкером. Поэтому в реальном проектировании правильное определение потерь напора в дюкере при заданных его размерах и расходе служит основанием и критерием нормальных условий эксплуатации дюкера.

Гидравлический расчет дюкеров ведут по формулам напорных труб, в которых учитываются как местные потери напора, так и потери на трение по длине. Основная расчетная формула:

(1)

Где Q – расход дюкера, ω – площадь поперечного сечения трубы дюкера, µ - коэффициент расхода системы, Z – общие потери напора, равные разности уровней воды перед дюкером и за ним.

Формулу (1) можно представить в виде:

(2)

Где υд – скорость потока в дюкере.

Коэффициент расхода системы определяется из выражения:

(3)

Где Σζ – сумма коэффициентов гидравлических сопротивлений, в общем случае учитываются сопротивления на входе - ζвх, на повороты (закругления) - ζпов, на выходе ζвых, на трение по длине - ζтр, на сороудерживающей решётке (если она есть) - ζреш.

Формула (2) для круглых труб в развернутом виде (без решетки) имеет вид:

(4)

Коэффициенты сопротивлений можно определить по гидравлическим справочникам или учебникам 1, 2. Так например, ζвх в зависимости от плавности входа колеблется от 0,05 для закругленного весьма плавного входа, до0,5 для заостренной кромки входа. Коэффициент сопротивления на повороты определяется по формуле:

(5)

Где θ – угол поворота дюкера в вертикальной плоскости, δ=d/2R- отношение диаметра дюкера d к радиусу R поворота дюкера в вертикальной плоскости. В натуре R=4…8м.

Значение δ можно принимать по следующей таблице:

d/2R	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	,9
δ	0,13	0,14	0,16	0,21	0,29	0,44	0,66	0,98	1,41	1,98

Коэффициент сопротивления выхода:

(6)

Где ωd – площадь живого сечения дюкера,

ωкан – площадь живого сечения канала.

Коэффициент сопротивления по длине:

(7)

Где l – длина труб дюкера, λ – коэффициент сопротивления по длине в трубах дюкера. Для труб лабораторной установки по формуле И.Н. Павловского [2] λ=0,024.

В случае установки на входной части дюкера сороудерживающей решётки коэффициент сопротивления решетки ζреш. можно принять без значительной погрешности ≈ 0,3 или определить по зависимости (4-70) [2].

Суммируя коэффициенты сопротивления по формуле (2) определяем потери напора в дюкере Z.

Список литературы:

1. Проектирование гидротехнических сооружений. И.М. Волков и др., М, Колос, 1977.
2. Справочник по гидравлическим расчетам. Под. ред П.Г. Киселева.С 74.М, Энергия, 1974.