Напорный бассейн с водосбросом в виде водослива

Размещено на http://allbest.ru

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ

Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева

Строительный факультет

Кафедра «КИВР и гидравлики»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Напорный бассейн с водосбросом в виде водослива

Выполнила:

Студентка ГАГС 420 группы

Афонина А.А.

Приняла: Беглярова Э.С.

Москва 2015 г.



Введение

гидроузел деривационный водосброс трубопровод

В данном проекте предусматривается развязка гидроузла деривационного типа.

В состав гидроузла входят следующие сооружения:

1.головной узел;

-перегораживающая плотина;

-водоприемник;

-отстойник.

2.Деривационный канал, который трассируется вдоль горизонтали 245,0 м.

3.Напорный бассейн (через приемные камеры проходит расход равный Q= 28 м³/с).

4.Здание ГЭС деривационного типа (в данном проекте не рассматривается).

Место напорного бассейна выбрано с учетом:

-наличие в этом створе достаточной площадки для размещения, как напорного бассейна, так и здания ГЭС;

-наименьшей длины трубопровода;

- водораздельного участка по трассе трубопровода;

-благоприятные условия для расположения быстротока холостого сброса.



1. Описание принятой компоновки гидроузла

Напорный бассейн входит в состав сооружений деривационной ГЭС и является связующим звеном между безнапорной деривацией, которая выполнена в виде несаморегулирующегося канала (), и турбинными водоводами, которые выполнены стальными и протрассированы в 2 нитки с и толщиной оболочки

Принятая схема сопряжения деривационного канала с напорным бассейном выполнена из условия рельефа местности и угла сопряжения канала с трубопроводом, который составляет .

В состав деривационной ГЭС входят следующие сооружения:

1. Головной узел, который предназначен для создания подпора в реке и направления потока к деривации (в данном проекте не рассматривается).

2. Деривационный канал, сечение которого принято прямоугольным. Канал на участке примыкания к напорному бассейну выполнен в полувыемке - полунасыпи. Канал трассируется по отметке . По трассе канала бассейн суточного регулирования не предусматривается.

3. Напорный бассейн спроектирован с учетом топографических и геологических условий (трещиноватая скала), значений расходов (), из климатических условий и с учетом ледовой ситуации (), а также с учетом организации строительства и эксплуатации сооружений. Компоновка напорного бассейна представлена на листе.

В состав напорного бассейна входят следующие сооружения:

1. Напорная стенка, которая находится на переломе местности и воспринимает статический напор , что делает ее уязвимой в отношении устойчивости, поэтому она выполняется монолитной с толщиной плиты основания приемной камеры равной .

Для обеспечения независимой работы устраиваем две камеры по числу ниток трубопровода с размерами:

Приемные камеры оснащены основным гидромеханическим оборудованием.

Между аванкамерой и приемными камерами предусматриваем деформационный шов.

2. Аванкамера, которая сопрягает деривацию с приемными камерами и имеет постоянную ширину , т.к. при такой конструкции легче вписывается оборудование камеры (шугосброс, водосброс).

Дно аванкамеры имеет роспуск .

Состав сооружений аванкамеры обеспечивает основные требования:

- сброс лишней воды из напорного бассейна, когда это необходимо;

- задержание ледовых образований;

- борьба с донными наносами;

- подвод воды на орошение.

Холостой водосброс запроектирован с учетом схемы напорного бассейна выполнен в виде открытого водослива, который располагается в боковой стенке аванкамеры и отличается простой конструкцией и безотказностью действия. Параметры: =35м, h'_вод=0,35м.

Учитывая ледовую ситуацию, борьбу с шугой осуществляем в напорном бассейне. Для этого шугосброс проектируем в виде шугосбросного лотка (). сброс шуги осуществляется через клапан, коэффициент расхода которого равен

Для борьбы с наносами предусматриваем периодическую промывку аванкамеры. Для этих целей запроектирована промывная галерея с выходом в лоток водосброса. Входное отверстие оборудовано плоским затвором с винтовым подъемником. Размеры галереи () м,

.

3. Турбинные водоводы. Трасса трубопровода представлена на рис. длина трассы равна по трассе трубопровода имеется одна промежуточная анкерная опора, вторая совмещена с напорным бассейном, а третья - со зданием ГЭС.

Промежуточные опоры приняты катковыми ().

4. Здание ГЭС деривационного типа (в данном проекте не рассматривается).



2. Выбор типа и определение размеров поперечного сечения деривационного канала

Наиболее простым видом деривации (при спокойном рельефе) является канал. Для того чтобы свести к минимуму потери напора-канал проетируют с облицовкой , при этом снижаются затраты при эксплуатации канала и упрощается сама эксплуатация.

Производство работ полу механизировано.

Деформационные швы выполняются только между дном и откосом канала. Принимаем сечение канала - трапецеидальным, заложение откосов m=1,25(для суглинков).

Ширину по дну канала принимаем из условия производства работ b=4м. Расход деривационного канала Q_дер=Q_тэс=28 м³/с.

Так как деривационный канал является энергетическим каналом, то скорость в канале принимается равной экономически наивыгодной:

v_дк=1,6…2,3 м/с

Принимаем v_дк=1,7 м/с, тогда площадь сечения деривационного канала равна:

F_дк===16,47м/с

Глубину воды в деривационном канале определяем из уравнения:

F_дк=(b+m*h_дк)h_дк

16,47=4*h_дк +1,5* h_дк

Принимаем: глубина канала: h_дк=2,2м; заложение откосом: m=1,5; ширина канала по дну: b=4,0м.



3. Напорный бассейн

3.1 Приемные камеры

1. Количество приемных камер, которые обеспечивают плавный вход потока в трубопровод принимаем равным количеству ниток трубопровода:

z_кам = z_тр=2.

2.Ширина камер назначается конструктивно:

В_кам=(1,4…1,6)D_тр=(1,4…1,6)2,7=3,78…4,32

В соответствии со стандартными значениями размеров затвора принимаем ширину камеры В_кам=4,0м

3.Глубина в приемной камере определяется по допустимой скорости подхода к решетке, при диапазоне изменения скоростей на решетке

v_реш=(0,8…1,2)м/с (принимаем v_реш=0,8м/с), глубина перед решеткой будет равна:

h_реш=;

h_реш==4,4м.

4.Глубина камеры будет равна:

h_кам= h_реш+d_зап=4,4+(0,3…0,6)=4,7…5,0м

Принимаем: h_кам=5,0м.

d_зап - запас под уровнем воды, d_зап=(0,3…0,6)м.

5. Отметка порога приемной камеры будет равна:

vППК=vНПУ- h_кам



vППК=302,0-5,0=297,0м.

6. Отметка верха напорного бассейна определяется величиной запаса над максимальным уровнем воды в ВБ. Максимальная отметка определяется высотой волны повышения в напорном бассейне при внезапном сбросе нагрузки по формуле:

о_о==0,55м,

где: - скорость распространения волны повышения в напорном бассейне при сбросе нагрузки:

,

где - скорость потока в камере,

;

Отметка максимального уровня воды в напорном бассейне может быть определена переливающим слоем через водослив.

Ширину водослива целесообразно принять из условия, что уровень ВБ при холостом водосбросе определяется волной превышения. То есть:

h_вод= о_о- h_пор=0,55-0,1=0,45

h_пор-превышение порога над vНПУ. h_пор=(0,1…0,15)м

Принимаем h_пор=0,1м

7.Определяем ширину водослива.



b_вод== b_пор==46,8м

-коэффициент расхода в водосливе.

Из конструктивных соображений принимаем:

b_вод=35м.

8.При данной ширине водослива толщина переливного слоя будет равна:

==0,54м

Вывод: так как о_о=0,55>=0,54-0,1=0,44, то максимальный уровень определяется величиной о_о.

vВБмакс=vНПУ+ о_о=302,0+0,55=302,55м.

vВНБ=vВБмакс+1=302,55+1,0=303,55м.

9.Определение отметки порога приемной камеры

=(2…3)=(2…3)=(0,64…0,96)=0,8м.

10.Минимальный уровень воды в напорном бассейне при наброске нагрузок будет равен:

vВБмин=vНПУ-о'=302,0-0,48=301,52м.

Где: о'-высота волны понижения, которая определяется по зависимости:



о'===0,48,

где: - скорость распространения волны понижения приемной камеры при сбросе нагрузки.

Где: -глубина воды в камере при набросе нагрузки, будет равна:

.

==0,35м.

Заглубление трубопровода из условия компоновки:

=2,77>

Тогда засасывания воздуха не будет и отметка ППК определена верно.

11.Расчет воздухоподводящего устройства.

Воздухоподводящее устройство служит для пуска и выпуска воздуха из напорных водоводов при опорожнении и при наполнении, а так же снижения вакуума за затвором.

Наименьшая площадь поперечного сечения воздуховода определяется из следующих условий:

1.При закрытии затвора потоки не должны нарушаться нормальные условия работы самого затвора и не должны возникать опасные динамические нагрузки на затвор и трубопровод, не должны нарушаться нормальные условия самого трубопровода;

2.Не должно быть сильного шума при движении воздуха и выброса воды через воздуховод;

3.Обеспечение расчетного времени заполнения трубопровода водой.

1. Опорожнение трубопровода в нормальных условиях эксплуатации. ,

2. В случае аварийного закрытия затвора в напорном бассейне при отказе направляющего аппарата. Qмакс=Qтр принимаем равным значением расхода через одну нитку трубопровода. Допустимая скорость движения принимается равной:

3. Случай разрыва трубопровода.

Расчетный расход вычисляется по зависимости:

Qмакс= =111,3м³/с

Где - коэффициент расхода,;

- площадь трубопровода, .

==5,7 м²

В этом случае скорость движения воздуха в воздуховоде принимаем равной Принимаем Тогда площадь воздушной трубы будет равна:

Fвоз==1м²

По условию техники безопасности предупреждения попадания в воздуховод посторонних предметов принимаем запас равный 1м

Для исключения фонтанирования из воздуховода при заполнении трубопровода верхнее сечение должно располагаться выше возможного уровня воды в нем. Высота подъема уровня воды определяется по формуле:

Zмакс=(1+)*=(1+)*2,2=2,23 м,



где - разность отметок от НПУ до нижней точки воздуховода,

=vНПУ-vвозд.тр.мин=302,0-299,8=2,2м;

- безразмерный коэффициент сопротивления и определяется по зависимости:

=1+()²+ом+отр=1+()²+0,5+0,1=65,6

где - площадь сечения байпаса через которое заполняются трубопроводы,

=

б -площадь воздуховода; б=0,4м²;

ом - коэффициент сопротивления на местные потери, ом=0,5;

отр - коэффициент сопротивления на трение по длине воздуховода, отр=0,1

Принимаем верхнее превышение воздуховода над напорным бассейном равным 60 см.

Учитывая, что по длине трубопровода больше не будет промежуточных пазов, то воздушная труба будет использоваться как лаз.

²

Окончательно принимаем воздуховод прямоугольного типа сечения с размерами 1,0м х 1,0м.

12.Длина приемных камер определяется следующими условиями:

1.Размещение служебных мостиков:

2.Из условия размера пазовых конструкций

в_м=0,4 м в_зат=0,5м

3.Размеры сороудерживающей решетки при угле наклона б=70⁰

в=1,5 в=2,5

4.Размеры служебного помещения 2,5 х 3,0 м

Таким образом: Lкам=16м.

3.2 Аванкамера

Определение размеров аванкамеры

Расчетная схема аванкамеры представлена на рис.

1.Глубина воды в начале аванкамеры равна глубине воды в деривационном канале и составляет:

2.Глубина воды в конце аванкамеры при входе в приемную камеру равна:

Где: - глубина воды в приемных камерах при НПУ;

высота порога, принимаемая равной 1-1,5 м, из условия размещения в пороге промывных отверстий.

Примем:

3.Отметка дна в начале аванкамеры равна:

4.Отметка дна аванкамеры, той части, где она примыкает к приемным камерам (на участке с уклоном i = 0):



5.Из условия обеспечения плавного роспуска потока и при восстановлении энергии (удается восстановить до 75%) дно аванкамеры проектируем с углом роспуска который попадает в диапазон допустимых значений - .

6.Длина аванкамеры назначается конструктивно из условия размещения оборудования и обеспечения плавного расширения потока. Последнее условие требует и малого угла понижения аванкамеры:

.

7.Ширину аванкамеры принимаем конструктивно и при параллельных стенках она равна суммарной ширине приемных камер:

Где: число приемных камер

ширина приемной камеры

толщина разделительного быка.

8.Наилучшее в гидравлическом отношении считается сопряжение аванкамеры с приемными камерами - фронтальное. С учетом топографических условий сопряжение аванкамеры с приемными камерами выполнено под углом (т.к. фронтальное сопряжение выполните невозможно).

Холостые водосбросы

1.Устраиваем с целью предупреждения переполнения напорного бассейна и деривации, и безнапорной подачи необходимого расхода воды ниже расположенным потребителям в обход ГЭС.

2.При несаморегулирующейся деривации холостые водосбросы выполняются автоматическими.

3.Положение водосброса определяется топографическим планом реки и зависит от компоновки напорного бассейна.

4.Расположение головной части по ту или иную сторону приемных камер определяется из условия сброса шуги.

5.В качестве автоматического водосброса применяют открытый водослив, который располагается в боковой стенке аванкамеры и отличается простой конструкцией и безотказностью действия, и применяются при расходах:

Q?30м³/с

6.Расчет по водосливу представлен в пункте 3.1.

Окончательно принимаем:

=35м

h'_вод=0,35м

Расчет промывного устройства

В период интенсивного поступления наносов из деривации в аванкамеру их необходимо удалять из напорного бассейна поскольку вследствие малых скоростей происходит их осаждение.

В данном проекте промывное устройство располагаем в пороге приемной камеры и выводятся по оси быстротока до затворов.

Размеры назначаются из условия обеспечения смыва наносов из галерей.

Принимаем размер сечения 0,8х0,8м

Наносы могут удаляться при малом открытии затворов, тогда Q_max расход, который может пропустить галерея при опорожнении деривации будет равным:

Q_max=м*щ*

Где: м-коэффициент расхода, который принимается, м=0,6

щ-площадь поперечного сечения проливной галереи, щ=0,64м²

Н-напор над выходным сечением галереи



Н=vНПУ-vдна.б.пк+0,4= 302-295,5+0,4 = 7,4м

vдна.б.пк=vдна.ак.к-i*lгал =295,5 -0,04*1,1= 295,4м

Обычно:

Q_пром=(10…20%) Q_дк=(0,1…0,2)28=2,8…1,4м³/с

В данном проекте Q_пром входит в диапазон необходимых расходов и составляет10 % от Q_дк

Окончательно принимаем размеры галереи 0,8х0,8м, Lгал= 1,1м , i=0,04, H=7,4 м , Q= 2,8 м³/с

Шугосброс

Тип головной части шугосброса принимаем по конструктивным соображениям с учетом бальности шуги и толщины образующегося в деривационном канале льда.

С учетом принятой конструкции напорного бассейна и коэффициента бальности К=0.7 (из бланка задания) головную часть шугосброса принимаем в виде лотка.

1.Расчет лотка

1) используем теорию движения потока с переменной массой;

2) давление на стенки лотка отвечают гидростатическому закону;

3) уровень воды в поперечном сечении принимаем горизонтальным и дно лотка принимаем с уклоном i=0;

4) лоток шугосброса имеет обычно прямоугольное сечение и выполнен с постоянной шириной ;

5) аэрация потока не учитывается;

6) для обеспечения равномерного удельного расхода по всей длине лотка во время сброса необходимо, чтобы уровень воды в лотке не подтапливал водослив и не влиял на расход шугосбросной массы.

2.Назначим ширину лотка:

Принимаем

3.Толщина переливающегося слоя шуговодной массы равна:

Принимаем

Где: толщина шугового ковра, который зависит от бальности шуги, м (к=0,6).

4.Расход шуговодной массы равен:

Где: коэффициент расхода, зависящий от угла наклона клапана, (при

ширина шугосброса:

Где: толщина бычка.

5.Определим критическую глубину потока в конце лотка:

Глубина воды в лотке определяется оптимальной скоростью течения для транзита шуги, и если в конце лотка нет регулируемого затвора, то во время сброса устанавливается критическая глубина, определяемая по зависимости:



6.Глубина воды в начале лотка равна:

7.Минимальную глубину в шугосбросном лотке, определяем из условия обеспечения работы клапана как не подтопляемого водослива:

Принимаем

8.Определяем отметку дна лотка:

9.Отметка входного порога равна:

Где: глубина, которая назначается из условия обеспечения скорости входа потока в лоток:

Где: скорость входа воды в лоток.

10.При проектировании шугосбросного лотка необходимо обеспечить скорость воды под ним не более во избежание подныривания шуги:



Где: глубина воды в камере в самом узком месте.

11.Определение месторасположения шугосбросного лотка:

1.на канале непосредственно перед аванкамерой; тогда необходимо отводить шугу по всей ширине зеркала канала и пропускать ее в камеру не

2.в аванкамере на некотором расстоянии от водоприемных камер; при этом нарушается гидравлическая картина движения потока, но можно осуществить сброс воды через заднюю стенку;

3.непосредственно перед приемными камерами примыкая к ним;

4.в самих водоприемных камерах, это возможно только при фронтальном сопряжении. Преимущества: это удешевляет строительную часть лотка.

Вывод: в данном проекте принимаем второй вариант компоновочного решения.

Описание станционной площадки

Нормальные условия эксплуатации обеспечиваются удобным обслуживанием всех элементов напорного бассейна при максимальной механизации производственных процессов во время ремонтов и строгим соблюдением правил техники безопасности. С этой целью все сооружения напорного бассейна должны быть связаны между собой служебными мостиками и лестницами.

Рабочие затворы и ремонтные заграждения имеют все необходимые подъемные механизмы.

Для работы в ночное время напорный бассейн освещается по всему контуру сооружения.

Для обслуживания напорного бассейна принимается дорога для въезда и выезда транспорта шириной 6 м и площадка для маневрирования транспорта, которая имеет размеры м и выполнена в насыпе с заложением откосов m=1,5.

Площадка имеет асфальтобетонное покрытие и выполнена на отметке верха напорного бассейна

Общая компоновка станционной площадки представлена на рис.



4. Турбинные водоводы

4.1 Трасса трубопровода

Трасса трубопровода выбрана в соответствии с принятой схемой станции узла сооружения, с учетом геологических и топографических условий местности.

Трасса трубопровода приложена как можно короче, так как при увеличении длины появляется дополнительные потери напора, что и в конструктивном отношении и в экономическом (так как нет поворота трассы). Угол наклона трубопровода к горизонту соответствует: б =15

Длина трубопровода от напорного бассейна (точки А) до здания ГЭС (вертикальная ось машины) по участкам соответственно составляет:

L₁ = 35м L₂ = 70м L_пов =13м

То есть общая длина трубопровода равна:

L = L₁+ L₂+ L_пов=35+70+13=118м

Статический напор на ГЭС равен:

Н_о=vНПУ-vОРК=302-248=54м

4.2 Тип трубопровода

Тип трубопровода определяется из экономических соображений и условий эксплуатации. Наиболее дешевым является бетонный и железобетонный трубопроводы, а наиболее дорогими стальные.

В данном проекте применяются стальные трубопроводы, так как их можно прокладывать с любым уклоном, кроме того они надежные, долговечные и могут выдержать любые напоры. Длина трассы равная менее 200м.

4.3 Число ниток трубопровода

Число ниток трубопровода определяется путем сравнивания вариантов и с учетом степени надежности при эксплуатации. Групповое питание используется при трассировке больше 300 метров, при длине менее 200 метров раздельное питание обеспечивает надежность и маневренность в условиях эксплуатации. Следовательно в данном проекте количество ниток трубопровода принимаем равным количеству агрегатов:

Z_тр=Z_агр=2

Расход через одну нитку трубопровода будет равен:

Q_тр===14 м³/с.

4.4 Определение диаметра трубопровода

Диаметр трубопровода должен удовлетворять следующие условия:

1.Быть экономически наивыгодным;

2.Ограничивать скорость движения воды до величины при которой гидравлический удар не будет превышать допустимое значение по условию размера турбин.

Определение экономически наивыгоднейшего диаметра

Этот диаметр удовлетворяет условию суммарных затрат по трубопроводу и его заменяющей ТЭС, которая компенсирует потери энергии связанные с потерей с напора в трубопроводе. В первом приближении экономичным диаметром может быть определен по следующей зависимости:



D_эк===2,7м

Принимаем стандартное значение D_эк.ст=2,7м.

Район строительства проектируемой ГЭС - Число часов использующихся установленной мощности равно:

h==2000…6000ч

Принимаем: h=3600ч

В данных условиях в качестве заменяющей тепловой прилежащий государственный район электрическая станция с полупиковыми блоками

К-500-130 на энергетических углях.

Определения диаметра трубопровода

по величине допустимого гидравлического удара

Из условий допустимого гидравлического удара диаметр трубопровода может быть не менее следующей величины:

D_гу?== 1,0 м

Где: - расчтный расход трубопровода: ³/с;

п- число пи, п=3,14;

-скорость гидравлического удара.

Допустимая скорость гидравлическго удара равна:

===18,16 м/с

k===11,34



Z-относительная величина допустимого гидроузла при заданном напоре (0,4).

Ts-время регулирования гидротурбин, Ts=3,5сек

Принимаем: D_гу.ст=0,1…4,0м

Вывод:

1.Для дальнейших расчетов принимаем наибольшее значение диаметра.

2.Определяем значения скорости движения

===2,45 м/с

3.величина гидроудара будет меньше в N раз:

n== =7,4

4.5 Определение толщины оболочки трубопровода

Толщину оболочки трубопровода определим по котельной формуле

расчетный напор в нижней точке рассматриваемого участка трубопровода с учетом повышения давления под гидравлическим ударом

м

Принимаем стандартное значение для толщины оболочки равным



==122,07

-норм. сопротивление стали =235Мпа

-коэффициент условия работы для стальных трубопроводов =0,6

-коэффициент надежности по материалу - 1,05

-коэффициент надежности сооружения (для 3 класса =1,1)

Принимаем стандартное значение для данного дна 0,01 м.

4.6 Гидравлический расчет трубопровода

Определение потерь

Гидравлический расчет включает в себя:

1) определение потерь напора и построение линий пьезометрического напора;

2) определение величины гидравлического удара и построение линий max и min давлений.

Гидравлические потери определяются как сумма местных потерь , вызванных изменением формы конструкции и потерь на трение по длине трубопровода(:

Потери на трение по длине трубопровода:

где уточненная длина трубопровода;

коэффициент Дарси;

уточненная скорость в трубопроводе;

Местные потери в трубопроводе(общие):

где сумма коэффициентов сопротивления в трубопроводе:

;

.

Потери напора в конце трубопровода:

Определение скорости распространения ударной волны

Процесс изменения давления при гидроударе носит волновой характер и все параметры зависят от параметров трубопровода.

Определение скорости ударной волны:

где: - модуль упругости воды; - модуль упругости стали - толщина оболочки трубопровода Определение постоянных Алиева:



где: Тs = 4 с, - время регулирования трубопровода.

4.7 Гидравлический расчет трубопровода

Определение потерь

Гидравлический расчет включает в себя:

3) определение потерь напора и построение линий пьезометрического напора;

4) определение величины гидравлического удара и построение линий max и min давлений.

Порядок расчета:

Гидравлические потери определяются как сумма местных потерь , вызванных изменением формы конструкции и потерь на трение по длине трубопровода(:

Потери на трение по длине трубопровода:

где уточненная длина трубопровода; коэффициент Дарси; уточненная скорость в трубопроводе;

Местные потери в трубопроводе(общие):



где сумма коэффициентов сопротивления в трубопроводе:

;

.

Потери напора в конце трубопровода:

Определение скорости распространения ударной волны

Процесс изменения давления при гидроударе носит волновой характер и все параметры зависят от параметров трубопровода.

Определение скорости ударной волны:

где: - модуль упругости воды;

- модуль упругости стали

- толщина оболочки трубопровода



где: Тs = 4 с, - время регулирования трубопровода.

Расчет гидравлического удара

Положительный гидроудар имеет место при внезапном сбросе нагрузки, в этом случае относительное открытие направляющего аппарата будет равно

Так как , то имеет место предварительный удар. Тогда относительная величина находится из уравнения:

Абсолютная величина повышения давления будет равна:

Отрицательный гидроудар имеет место при внезапном включении турбин с холостого хода на полную мощность.

4.8 Статический расчет трубопровода

Определения расстояния между опорами на участках

Предварительное размещение анкерных опор решается при разбивке трассы на участки, а более точное расположение должно согласовываться с положением промежуточных опор.

Расстояние между промежуточными опорами определяется по зависимости для каждого участка:



где: - поперечная распределенная нагрузка от веса трубопровода и заключенной в нем воды:

где: - угол наклона трассы i-го участка;

- распределенная нагрузка от веса воды;

- распределенная нагрузка от веса трубопровода;

- коэффициент перегрузки стали;

- удельная масса стали;

Определим расстояние между опорами по участкам:

Участок №1:

Участок №2:

Расстояние промежуточными опорами должно быть согласовано с расстояниями между кольцами жесткости, которые обеспечивают устойчивость трубопровода, а также предохраняют оболочку от возможного сплющивания при транспортировке отдельных участков и монтаже арматуры.

Определение необходимости введения колец жесткости в конструкцию труб учитывает соотношение:

следовательно, необходимо ввести кольца жесткости между опорами.

Максимально допустимое расстояние между ними определяется по зависимости:

= 2*2,7 = 5,4 м;

Из конструктивных соображений принимаем:

участок № 1:

12 м; 6 м

участок № 2:

18 м; 6 м

Определение приведенных напряжений в оболочке трубопровода

Для проведения статического расчета трубопровода составляется расчетная схема с линиями расчетных напоров.

Оболочка трубопровода имеет толщину , что более 0,01 м, поэтому трубопровод рассчитывается как тонкостенный сосуд, в котором не учитывается неравномерность распределения напряжения по толщине оболочки.

Теоретический расчет оболочки стальных трубопроводов по предельным состояниям основан на рассмотрении двухосного напряженного состояния, при этом предполагается, что материал оболочки изотропный, и напряжения в нем описываются по закону Гука.

При двухосном напряженном состоянии оболочки критерием несущей способности при сравнении расчетного напряжения с расчетным сопротивлением материала принимаем приведенное напряжение.

Расчеты статической прочности по не разрушению для листовых элементов трубопровода, когда предполагается упругая область работы материала конструкции и линейная зависимость между усилиями и перемещениями, дают возможность проводить расчеты по приведенным напряжениям.

Порядок расчета:

1) Расчет ведется по методу предельных состояний с расчленением коэффициента запаса.

2) Нулевой пролет от закрытой анкерной опоры отсчитывается:

-при отсутствии колец жесткости в пределах анкерной опоры - от условной заделки на расстояние равном от наружной поверхности бетона;

-при наличие колец от крайнего кольца на расстоянии:

.

3) Пролеты с компенсаторами делаются короче и принимаются равными:

.

.

Расстояние между опорами согласовано с расположением колец жесткости для обеспечения устойчивости формы оболочки.

4) Расчет ведется для наинизшей точки каждого участка трубопровода с заданной толщиной оболочки. В данном проекте рассматривается только последний участок трубопровода у здания ГЭС, который находится под max напором.

5) За положительное направление для горизонтальных и осевых сил принимаем направление от вышележащих участков к нижележащим, а для вертикальных и нормальных сил сверху вниз.

6) Определение осевых сил

6.1) Составляющие веса металлической конструкции трубопровода

где: - распределенная поперечная нагрузка от собственного веса трубопровода;

- длина, отсчитываемая от компенсатора до сечения I - I;

- угол наклона оси трубопровода к горизонту на рассматриваемом участке.

6.2.) Давление воды на торец температурного компенсатора

При мощном изменении температуры воды и воздуха трубопроводы в следствии линейного расширения стальной оболочки изменяют свою длину на величину:

?L=б*L*?t=0м

Где: б=0,000012

При разрезном трубопроводе б*?t*F=0, поэтому давление на торец:

6.3.) Сила трения в температурном компенсаторе

6.4) Сила трения трубопровода в промежуточных опорах



где - расстояние от компенсатора до середины нулевого пролета;

- вес воды, заключенный в одном погонном метре трубопровода;

- коэффициент перегрузки;

- коэффициент трения катковой опоры, определяемая по зависимости:

.

6.5.) Сила трения воды о стенки трубопровода (сила влечения воды)

где: - потери напора на трение:

6.6.)Определение суммы осевых сил

В данном варианте учитывается наихудший вариант, т.е. подходит вариант всех значений сил при учете удлинения трубопровода в связи с изменением температуры

0,1946 МН

7) Определение поперечной силы, состоящей из веса трубопровода с заключенным в нем объемом воды (на участке между промежуточными опорами)

Сила которая изгибает трубопровод

где .

8) Определение радиальной силы

Радиальные силы - это силы, которые возникают от внутреннего давления воды и действуют на разрыв трубопровода.

Считаем, что внутренне давление постоянное и действует равномерно по всей поверхности, тогда:

Определение расчетных напряжений

1) Осевые силы вызывают осевые сжимающие напряжения:

2) Поперечная сила вызывает изгибающие напряжения в трубопроводе:

где: - изгибающий момент многопролетной неразрезной балки от сечения I - I до компенсатора, который для расчетного пролета определяется по зависимости:



- момент сопротивления сечения трубопровода:

3) Поперечная сила вызывает касательное напряжение:

4) Радиальная сила от давления воды вызывает растягивающие напряжения в оболочке трубопровода:

5) Определение приведенного напряжения

95,69Мпа

где: .

По условию статической прочности по не разрушению приведенные напряжения не должны превышать расчетное сопротивление стали на разрыв:



где: - коэффициент условий работы, .

Так как , то прочность оболочки обеспечена.

Запас прочности составляет:

Значительное расхождение между указывает недогрузку на материала и соответственно нерациональное его использование;

Как показывают расчеты, можно увеличить расстояния между опорами на данном участке;

Расчет устойчивости формы оболочки производят:

-на действие внешнего давления на смятие;

-на продольный изгиб, как стержня, при действии внутреннего давления от осевых сил.

В проекте предусматриваем установку колец жесткости на всех участках трассы, которые обеспечивают устойчивость оболочки трубопровода как в условиях эксплуатации, так и при транспортировании при сборке.

Размещено на Allbest.ru

...