Politechnika Warszawska

Wydział Inżynierii Środowiska

Zakład Budownictwa Wodnego i Hydrauliki

Budowle i zbiorniki wodne

Ćwiczenie 1

Projekt manewrowania zamknięciami

Wykonanie: Paulina Kośka IW

Prowadzący: dr inż. Paweł Popielski

Data oddania: 04.11.2013r.

1. Wstęp

Poniższe opracowanie ma na celu sporządzenie instrukcji manewrowania zamknięciami jazu w celu przepuszczenia przez nie zadanego w temacie przepływu miarodajnego wynoszącego Q_m =260,0 m³/s. Zamknięcia w przęsłach przewidziano jako klapowe.

Celem tworzenia poniższej instrukcji jest zapewnienie zatopienia odskoku hydraulicznego w obrębie niecki wypadowej, tak aby uniknąć zjawisk niepożądanych, tj. rozmywania dna za niecką.

2. Założenia projektu

• Klasa budowli: 1;

• przepływ miarodajny: Q_m =260,0 m³/s, odpowiadający napełnieniu
  koryta t_m =3,20 m;

• przepływ kontrolny: Q_k = 298,0 m³/s; odpowiadający napełnieniu koryta
  t_k =3,36 m;

• przepływ kontrolny: 0,5∙Q_m =130,0 m³/s, odpowiadający napełnieniu koryta
  t_0,5m =2,56 m;

• przepływ kontrolny: 0,1∙Q_m =26,0 m³/s, odpowiadający napełnieniu koryta
  t_0,1m =1,60 m;

• NPP wyżej o 12,40 m ponad poziom dna doliny;

• szerokość rzeki przed spiętrzeniem: B_RZ = 77,7 m;

• szerokość doliny w lustrze wody przy zaporze (po spiętrzeniu): 326,3 m;

• wysokość korony przelewu nad dnem doliny: P_G =10,36 m;

• wysokość warstwy przelewowej na koronie przelewu: H₀ = 2,04 m;

• przepływ jednostkowy q = 4,87 m³/sm;

• szerokość pojedynczego przęsła: b = 13,3 m;

• wymiary niecki do rozpraszania energii:

- długość: L = 18,3 m;

- głębokość: d = 1,5 m.

3. Wyznaczenie krzywej przepływu dla pojedynczego przęsła

Do wyznaczenia krzywej drugiej głębokości sprzężonej przepływu dla pojedynczego przęsła skorzystano ze wzorów:

gdzie: α – współczynnik energii kinetycznej, α = 1,1;

E₀ – wzniesienie linii energii w górnym stanowisku, E₀ = 13,90 m;

h_kr – głębokość krytyczna [m];

h₁ – pierwsza głębokość sprzężona [m];

h₂ – druga głębokość sprzężona [m];

g – przyspieszenie ziemskie, g = 9,81 m/s²;

η’, η” – przeliczniki wiążące głębokości sprzężone, dobrane z tabeli 3.14. zamieszczonej w książce: „Budowle i zbiorniki wodne”, Szamowski, Depczyński.

Wartości, na podstawie których wyznaczono aproksymacyjnie krzywą przepływu dla pojedynczego przęsła, przedstawiono w Tabeli 1.

Tabela 1.

qi [m^3/sm]		hkr [m]	h1 [m]	Ƞ'	Ƞ"	h2 [m]	qi∙b [m^3/s]
0,1 q	0,49	0,30	0,03	0,10	4,422	1,32	6,48
0,2 q	0,97	0,47	0,06	0,13	3,860	1,83	12,95
0,3 q	1,46	0,62	0,09	0,15	3,577	2,22	19,43
0,4 q	1,95	0,75	0,12	0,16	3,464	2,61	25,91
0,5 q	2,44	0,87	0,15	0,18	3,254	2,84	32,39
0,6 q	2,92	0,99	0,19	0,19	3,141	3,10	38,86
0,7 q	3,41	1,09	0,22	0,20	3,064	3,35	45,34
0,8 q	3,90	1,19	0,25	0,21	2,983	3,56	51,82
0,9 q	4,38	1,29	0,28	0,22	2,904	3,75	58,29
1 q	4,87	1,39	0,31	0,22	2,904	4,02	64,77

4. Dobór geometrii klapy soczewkowej

Założone wymiary klapy:

H = 2,04;

R = 4,0m.

γ = 23^o

• Pierwszy przypadek:

y₁ = H = 2,04 m;

y₁ sprawdzające wyznaczono ze wzoru:

dla ;

dla .

• Drugi przypadek: położenie klapy nie ogranicza przepływu

y₂ = 0m;

y₂ sprawdzające wyznaczono ze wzoru:

dla ;

dla .

5. Wyznaczenie kolejności i wielkości przepływów dla poszczególnych przęseł, przy otwieraniu przelewu, manewrowanie zamknięciami

Wartości przepływów otrzymano wykreślnie. Dla każdego kolejnego etapu otwierania zamknięć sprawdzono, czy zatopiony zostanie odskok hydrauliczny z zapasem przynajmniej (0,050,1)h₂. Maksymalny przepływ przez jedno przęsło wynosi: Q_m/n= 260/4= 65,0 [m³/s]. Wyznaczona wartość przepływu Q₄ posiada zapas przekraczający wymagany, dlatego kolejne przepływy są dopełnieniem do przepływu maksymalnego przez jedno przęsło i nie są one już umieszczone na wykresie.

Wykres krzywej przepływu i krzywej drugiej głębokości sprzężonej znajdują się w Załączniku nr 1.

Kolejność otwierania przęseł podano w Tabeli 2.

Tabela 2.

Lp.	Przepływ dla przęsła I [m^3/s]	Przepływ dla przęsła II [m^3/s]	Przepływ dla przęsła III [m^3/s]	Przepływ dla przęsła IV [m^3/s]
1		38,0
2			52,0
3	56,0
4				58,00
5		27,00
6			13,00
7	9,00
8				7,00
∑ [m^3/s]	65,0	65,0	65,0	65,0	260,0

Dla pojedynczego przęsła obliczono, jak należy otworzyć w nim klapę, aby uzyskać pożądany przepływ za pomocą wzoru:

gdzie:

m- współczynnik wydatku zależny od kąta odchylenia klapy od poziomu oraz stosunku wysokości warstwy przelewającej się nad klapą H do promienia klapy R [-]; odczytywany z tablicy 4-21 zamieszczonej w książce: „Budowle piętrzące”, K.Fanti, K. Fiedler;

b- szedokość przęsła [m];

- współczynnik kontrakcji bocznej i czołowej wyznaczony w poprzedniej części projektu i równy 0,989 [-];

H- wysokość warstwy przelewającej się nad klapą zależnie od jej rozwarcia [m].

Metodą prób i błędów do powyższego wzoru podstawione zostały wartości kąta odchylenia klapy od poziomu i odpowiadające im wysokości warstwy wody przelewającej się nad klapą H, tak aby otrzymać pożądany wydatek.

Dodatkowo wprowadzono kąt wyrażający odchylenie klapy od położenia całkowitego zamknięcia przęsła, który odpowiada =45° i jest bardziej praktyczny do zastosowania w instrukcji manewrowania. Całkowitemu opuszczeniu klapy odpowiada kąt =-45° oraz = 90°. Wszystkie obliczenia zestawiono w poniższych tabelach.

Przęsło II (1)
	Q[m^3/s]	m[-]	H0[m]
	38,0	0,38	1,30
Pierwsze przybliżenie
α[-]	H0/R[-]	m	Q[m^3/s]	H0[m]
10	0,33	0,442	38,33	1,21

Przęsło III (2)
	Q[m^3/s]	m[-]	H0[m]
	52,0	0,38	1,52
Pierwsze przybliżenie
α[-]	H0/R[-]	m	Q[m^3/s]	H0[m]
13	0,38	0,473	52,43	1,37

Przęsło I (3)
	Q[m^3/s]	m[-]	H0[m]
	56,0	0,38	1,58
Pierwsze przybliżenie
α[-]	H0/R[-]	m	Q[m^3/s]	H0[m]
13	0,40	0,473	55,43	1,41

Przęsło IV (4)
	Q[m^3/s]	m[-]	H0[m]
	58,0	0,38	1,61
Pierwsze przybliżenie
α[-]	H0/R[-]	m	Q[m^3/s]	H0[m]
20	0,40	0,484	58,23	1,43

Przęsło II (5)
	Q[m^3/s]	m[-]	H0[m]
	27,0	0,38	1,10
Pierwsze przybliżenie
α[-]	H0/R[-]	m	Q[m^3/s]	H0[m]
0	0,25	0,4222	28,63	1,07

Przęsło III (6)
	Q[m^3/s]	m[-]	H0[m]
	13,0	0,38	0,76
Pierwsze przybliżenie
α[-]	H0/R[-]	m	Q[m^3/s]	H0[m]
-15	0,19	0,390	14,28	0,79

Przęsło I (7)
	Q[m^3/s]	m[-]	H0[m]
	9,0	0,38	0,63
Pierwsze przybliżenie
α[-]	H0/R[-]	m	Q[m^3/s]	H0[m]
-15	0,16	0,390	10,60	0,68

Przęsło IV (8)
	Q[m^3/s]	m[-]	H0[m]
	7,0	0,38	0,56
Pierwsze przybliżenie
α[-]	H0/R[-]	m	Q[m^3/s]	H0[m]
-15	0,14	0,390	8,61	0,61

6. Instrukcja manewrowania zamknięciami

Bezpieczne otwieranie zamknięć:

1. klapę z przęsła numer II należy otworzyć do 35°;

2. klapę z przęsła numer 3 należy otworzyć do 32°;

3. klapę z przęsła numer 1 należy otworzyć do 32°;

4. klapę z przęsła numer 4 należy otworzyć do 25°;

5. klapę z przęsła numer 2 należy otworzyć do 45°;

6. klapę z przęsła numer 2 należy otworzyć do 60°;

7. klapę z przęsła numer 2 należy otworzyć do 60°;

8. klapę z przęsła numer 2 należy otworzyć do 60°;