Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

• белорусский национальный технический
• университет
• Кафедра «ГТЭСВТГ»
• КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
• на тему
• «Судоходный шлюз»
• по дисциплине «Водные пути и технический флот»
• Лукомский В.С.
• Минск, 2019
• 
• СОДЕРЖАНИЕ
• 1. Компоновка шлюза в гидроузле
• 2. Определение габаритных размеров шлюза и подходных каналов
• 2.1 Определение габаритов камеры шлюза
• 2.2 Определение характерных отметок шлюза и подмостовых габаритов
• 2.3 Определение параметров судового хода на подходах к шлюзу
• 2.4 Проектирование поперечного профиля подходных каналов
• 2.5 Проектирование направляющих и причальных сооружений в подходных каналах
• 3. Выбор и обоснование типа шлюза, системы наполнения и опорожнения
• 3.1 Выбор и конструирование системы питания
• 4. Конструирование голов и камеры шлюза
• 4.1 Конструирование камеры шлюза
• 5. Гидравлический расчет шлюза
• 5.1 Определение времени наполнения и опорожнения камеры шлюза
• 5.2 Расчёт продольной гидродинамической силы
• 5.3 Определение силы навала на корпус судна, при навале на причальные сооружения
• 6. Оборудование шлюза
• 7. Расчёт пропускной способности шлюза
• 7.1 Определение продолжительности одного шлюзования
• 7.2 Расчёт судопропускной способности шлюза
• 7.3 Определение грузопропускной способности шлюза
• Список использованных источников

• Введение
• Задачей курсового проекта является проектирование судоходного шлюза для теплохода длинной 90м. ,шириной 20м.и с осадкой 4м. Для этого следует: определить габаритные размеры шлюза, выбрать и обосновать тип шлюза, систем наполнения и опорожнения,произвести гидравлический расчет шлюза. Определить пропускную способность судоходного шлюза с длительностью навигации 200суток. Расчет пропускной способности выполняется в соответствии с ТКП, где изложены основные положения по определению пропускной способности шлюза. При выполнении курсового проектирования используются различные методики, которые учитывают требования в зависимости от задач, решаемых в курсовом проекте по результатам расчета пропускной способности. При расчете пропускной способности используется размер камеры и подходных каналов, а так же время наполнения и опорожнения камеры, полученные при выполнении проекта. шлюз прокольный подмостовый габарит


1. Компоновка шлюза в гидроузле

Компоновка шлюза выполняется в соответствии с ТКП 45 - 3.04.171 - 2009. В курсовом проектировании выполнены следующие требования к компоновке:

1. Шлюз располагается в нижнем бьефе, т. е. его камера и нижняя голова находится ниже платины, на оси платины располагается поперечная ось верхней головы;

2. Продольная ось шлюза принята перпендикулярной к оси платины;

3. Подходной канал со стороны нижнего бьефа сопрягается с рекой на вогнутом берегу или на прямолинейном участке реки.

4. Длина прямолинейной трасы в районе судоходного шлюза приняли равным ,

где - длина судоходного шлюза включая головы;

- сумма длин участков подходного канала;

- длина расчётного судна одиночного или сумма длин расчётных судов расчётного состава.

Тогда

5. Подходной канал сопрягается с рекой под углом меньше .

6. Отметка верхней головы при размещении шлюза в гидроузле совпадает с отметкой земли, для обеспечения минимума земляных работ.

7. Отметка гребня платины приняли равным отметке верха стены.



2. Определение габаритных размеров шлюза и подходных каналов

2.1 Определение габаритов камеры шлюза

К габаритам камеры шлюза относятся полезная длина камеры l_c,ef, полезная ширина b_c,ef и глубина на пороге шлюза h_l.

Полезная длина камеры определяется по формуле:

где - сумма длин расчетных судов, шлюзуемых одновременно и устанавливаемых в камере шлюза в кильватер;

n - число одновременно шлюзуемых судов;

- запас по длине камеры и между судами, определяется как

Так как расчетное судно одно, то n=1

- наибольшая из длин расчетных судов,

Полезная ширина камеры определяется по формуле:

,

где - сумма ширин, одновременно шлюзуемых рядом стоящих судов;

- число одновременно шлюзуемых рядом стоящих судов;

- запас по ширине в каждую сторону и между рядом стоящими в камере судами.должны быть не менее 0,75м при ширине судна до 30м.

Так как расчетное судно одно, то

h_l определяется как:

Здесь S=4м - осадка расчетного судна.

В соответствии со ТКП полученные размеры округляются до целых и принимаются по таблице из ТКП.

По согласованию с руководителем принимаются размеры шлюза равные (Рис. 1).

2.2 Определение характерных отметок шлюза и подмостовых габаритов

Отметка порога со стороны верхнего бьефа вычисляется по зависимости:

Отметка порога со стороны нижнего бьефа и отметка дна камеры, как правило, совпадают и вычисляются по зависимости:

Так как шлюз расположен на сверхмагистральных водных путях, топринимаетсяa=2м.

Отметка верха парапета определяется из выражения:

На шлюзах b должно приниматься b?1.1м (Рис. 2).

Высота подмостовых габаритов h_br принимается в соответствии с ГОСТ26775-97 для водных путей местного назначения h_br= 14,5м.

Ширина подмостового габарита принимается как b_br=b_c,ef=22м (Рис. 3).

2.3 Определение параметров судового хода на подходах к шлюзу

Схема очертаний судового хода в не симметричном канале (Рис 4). На схеме можно выделить несколько характерных участков:

- участок перехода от сечения шлюза к сечению канала;

- участок, на котором судно при встречном движении переходит с оси шлюза на ось судового хода в канале;

- участок расхождения с судном или составом, ожидающим шлюзования;

Ширина на транзитном участке пути должна быть таким, чтобы обеспечить расхождение судов при двустороннем движении в канале, и вычисляется по формуле:

Ширина судового хода на участках и должна быть не менее ,где - уширение судового хода на участке расхождения судов относительно его ширины на транзитном участке судового хода:

Где r - радиус траектории центра тяжести судна, принимаемый не менее трех длин расчетного судна:

Длина участка

Длина участка

где величина смещения определяется по формуле:

Длина участка

Длина верхнего и нижнего участков подхода, в пределах которых предусматривается расхождение встречных судов, должна быть не менее величины , определяемой по формуле:

2.4 Проектирование поперечного профиля подходных каналов

Ширина судового хода b (Рис. 5) и b_y должна обеспечиваться на уровне максимальной осадки расчетного судна при наинизшем судовом уровне воды бьефа. Тогда отметка дна канала:

Ширина транзитного и уширенного участков каналов определяется по формулам:

где m - заложение откоса, для глинистого грунта, по согласованию с руководителем m = 1,5;

s - максимальная осадка расчетного судна.

Для транзитной части канала необходимо проверить профильный коэффициент, который характеризует сопротивление потока движущимся судам.

где - площадь живого сечения канала;

- площадь миделевого сечения расчетного судна;

где - коэффициент миделевого сечения, равный 0,95 для транспортных судов.

Тогда

где - коэффициент миделевого сечения, равный 0,95 для транспортных судов.

Условие не выполняется, поэтому ширину на транзитном участке принимаем равной b так как принятая ширина bбольше чем первоначальная b_y =62,5.

тогда

Пересчитаем :

2.5 Проектирование направляющих и причальных сооружений в подходных каналах

Непосредственно у голов шлюза располагаются направляющие сооружения в виде пал, лицевая грань которых является продолжением лицевой грани устоев голов. Для шлюзов на сверхмагистральных водных путях принимается _х ? 25, а не ходовой очерчивается по круговой кривой в зависимости от угла _н.х. ? 50 - 60(Рис.4). Длина причальной линии l_m и ходового пала при двухстороннем движении судов определяется по формуле:

гдеl_r - длина участка l₂:

г - коэффициент, принимаемый равным 0,2, при расположении причала в канале или за защитными дамбами;

Для определения радиуса рабочей части ходового пала в соответствии с рекомендациями задаемся углом _х = 0и проекцией l_d.х.?0,5.

Для определения радиуса рабочей части АВ неходового пала в соответствии с рекомендациями задаемся углом _н.х.=50и проекцией l_dн.х.?1/3_..

Тогда

По заданным и l определяем R_н.х и R_х:





3. Выбор и обоснование типа шлюза, системы наполнения и опорожнения

3.1 Выбор и конструирование системы питания

В рамках курсового проекта принимается однониточный однокамерный шлюз в соответствии с ТКП.

При выборе типа системы питания вычисляются и анализируются следующие соотношения:

где - полезная длина камеры, глубина на порогах, и напор на шлюз. Напор вычисляется по зависимости:

H_d=НПУ-МУ НБ=530-515,5=14,5м.

По согласованию с руководителем выбирается распределительная система питанияcгалереями в стенах камеры шлюза.

Конструирование заключается в определении для выбранной системы питания размеров устройств, которые служат для наполнения и опорожнения камеры.



4. Конструирование голов и камеры шлюза

Размеры системы наполнения камеры через отверстия под клапанными воротами с гасителями и верхней головы в первом приближении определяется следующим образом.

Вычисляется площадь живого сечения галерей

где - коэффициент расхода системы питания,

-

водоизмещение расчетного судна

- удельный вес воды,

- коэффициент полноты водоизмещения,

тогда

допустимая величина продольной составляющей гидродинамической силы

площадь миделевого сечения

- коэффициент полноты площади миделевого сечения, тогда

- относительное время открытия затвора, тогда

Как правило, проектируется по одной галерее в каждом из устоев головы, поэтому площадь одной галереи будет равна:

.

Ширина и высота галереи подбирается таким образом, чтобы выполнялось условие:

,

Т.к. .

Тогда , а

Площади входа и выхода галерей в зависимости от скорости течения воды в галерее могут быть увеличены. Скорости вычисляются по формуле

Где ц - коэффициент скорости, принимаемый 0,7.

Т.к. скорость течения воды V?10м/с, то площадь выходных отверстий увеличивается в 1,5 раза, а выходных - не менее чем в два раза.

Каждая из галерей состоит из площадей двух отверстий. Высота этих отверстий принимается равнойh_г, а ширина - входных:

Выходных

Забор воды следует осуществлять таким образом, чтобы исключить засасывание воздуха в галереи, поэтому их верх должен заглубляться под наинизший уровень воды в камере (МУ НБ) не менее чем на 0,5 м. Затворы водопроводных галерей должны размещаться на прямолинейных участках длиной

Расстояние между рабочими и ремонтными затворами должно быть достаточным для размещения пазов, приводов, уплотнений и других конструктивных элементов и рекомендуется принимать не менее b_г.

Закругления осей водопроводных галерей на поворотах выполняются радиусом

,

Ширина устоя головы устанавливается исходя из необходимости размещения в них водопроводных галерей и шахт для затворов:

Водопроводные галереи располагаются в устой таким образом, чтобы толщина наружной стены галереи t_ст была:

Длина створки основных ворот шлюза в верхней голове определяется по формуле

Где б - угол наклона ворот, принимаемый в пределах 80…85,

Н_П - напор на пороге верхней головы,

- превышение верха стен над максимальным расчетным уровнем верхнего бьефа.

Длина ниши в пороге верхней головы, предназначенной для укладки ворот при пропуске судов, принимается

А ее глубина d

d=0,1·b_{c, ef}=0,1·22=2,2м.

Длина входной части верхней головы определяется выражением

Где l₁ -- отрезок, на котором располагается ремонтный затвор верхний головы. Как правило, принимается l₁?3, где - длина ниши ремонтных ворот верхней головы:

l₁=3·2,2=6,6м.

Тогда получаем

Длина упорной части верхней головы выбирается из условия

l_уп?Н_П

В длину упорной части входит бетонный массив верхней головы длиной l₂, которая составляет примерно треть от длины упорной части.

Длина верхней головы определяется по выражению

Т.к. условие не выполняется примем l_уп=12,6м.

По полученным размерам вычерчивается план и разрез верхней головы (Рис.6).

Длина упорной части нижней головы . Она складывается из суммы расстояний от ниши двухстворчатых ворот до конца выходных отверстий галерей: и расстояния от конца выходных отверстий галерей до конца нижней головы:

Тогда

Длина шкафной ниши

Определяется общая длина нижней головы:

.

По полученным размерам вычерчивается план и разрез нижней головы с короткими обходными галереями (Рис.7).

Размеры выпусков устанавливаются следующие: ширина выпусков принимается =1,0м. высота выпусков =1,5м .

Суммарная площадь выпусков =13,1*3=39,3

Площадь одного выпуска

Общее число выпусков

4.1 Конструирование камеры шлюза

В рамках курсового проекта принимается доковая конструкция камеры, как наиболее рациональная с точки зрения эксплуатации судоходного шлюза. Её проектирование выполняется следующим образом:

Вычисляетсявысота стены камеры:

где - глубина воды в камере шлюза;

- напор на шлюз;

а - превышение верха стены над расчетным наивысшим уровнем воды (для местного значения принимается не менее 2 метров).

Вычерчиваем поперечный профиль камеры докового типа с водопроводными галереями в стенах (Рис.8).



5. Гидравлический расчет шлюза

Цель: Определение усилий в швартовых тросах, времени наполнения и опорожнения камеры шлюза, силы навала на корпус судна при его столкновении с направляющими и причальными сооружениями.

5.1 Определение времени наполнения и опорожнения камеры шлюза

Время наполнения камеры шлюза определяется по формуле:

время опорожнения камеры шлюза определяется по формуле:

где - коэффициент расхода,

- коэффициент затвора равный 0,6 для распределительной системы

- допустимая скорость течения воды в канале по ТКП,

- площадь живого сечения подходного канала в уширенной части

тогда

5.2 Расчёт продольной гидродинамической силы

Вычисляется продольная гидродинамическая сила, действующая на судно в камере шлюза при наполнении и опорожнении. Вычисления ведётся по формуле Михайлова А. В.

где - коэффициент, равный 0,4 при распределительной системе питания,

- время наполнения при расчёте для наполнения и опорожнения при расчёте для опорожнения,

- площадь живого сечения камеры шлюза, .

Тогда

Полученные значения сравниваем с нормативным значением:

,

,

.

Определяются усилия в швартовых тросах:

,кН

- угол между тросом и продольной осью шлюза принимается

Тогда:

-усилие при наполнении

-усилие при опорожнении

5.3 Определение силы навала на корпус судна, при навале на причальные сооружения

Сила навала при наваливании суднана причальные сооружения

где - расчетная скорость движения судна по ТКП 0,20м/с,

- коэффициент упругой податливости судна.

t - параметр зависящий от длины судна (расчетное судно = 90м), , тогда

- коэффициент упругой податливости сооружения, вычисляемая с учетом всех возможных деформаций сооружений.

На практике ,

- коэффициент учитывающий кинетическую энергии судна, которая вызывает деформация. - для стен камеры шлюза, -для направляющих сооружений. Тогда



6. Оборудование шлюза

Все используемое оборудование делится на:

1. Основное;

2. Вспомогательное;

3. Ремонтное.

Основное оборудование - оборудование, при выходе из строя, которого невозможна работа шлюза.

Основное оборудование:

· Рабочие ворота шлюзов;

· Рабочие затворы водопроводных галерей;

· Электротехническое оборудование.

Вспомогательное оборудование - оборудование, которое необходимо для работы шлюзов по нормальной эксплуатационной схеме.

Вспомогательное оборудование:

· Причальные устройства в виде причальных тумб и причальных рымов - гидравлических и механических;

· Сигнальное оборудование, а также освещение.

К ремонтному оборудованию относятся:

· Ремонтно-аварийные ворота верхней головы;

· Ремонтные ворота нижней головы;

· Ремонтные затворы водопроводных галерей;

· Насосное оборудование для откачки воды.

В верхней голове основные рабочие ворота представлены в видеклапанных ворот(8,9м.), а ремонтно-аварийные в виде подъемно опускных ворот(6м.).

В нижней голове основные и ремонтные ворота представлены в виде двухстворчатых ворот(13,1м.).

В галерее устанавливаются один затвор в качестве основного оборудования и два ремонтных затвора в качестве ремонтного оборудования. Толщина затвора принимается 0,1 от ширины галереи(0,234м.). Высота затвора больше высоты галереи на 0,5-1 метр(1,395м.).

Причальные устройства представлены в видепричальных тумб и причальных гидравлических рымов.

Для откачки воды на магистральных путях используют стационарные насосы.

Сигнальное оборудование (схема приставлена на рис. 9):

1. Огни и знаки, обозначающие полезную длину камеры шлюза (белого цвета);

2. Входной светофор;

3. Сигнальные огни на воротах, (белый проблесковый огонь);

4. Пункт управления шлюзом, как правило расположен на нижней голове;

5. Громкоговоритель;

6. Входной светофор, разрешающий вход в камеру;

7. Стоповый огонь и знак, обозначающий границу предельного приближение судна к шлюзу при одностороннем шлюзовании;

8. Стоповый огонь и знак, обозначающий границу предельного приближение судна к шлюзу при двухстороннем шлюзовании;

9. Светофор, разрешающий приближение к причальному сооружению шлюза;

10. Светофор дальнего действия;

11. Судно, ожидающее шлюзование, приодностороннем шлюзовании (возле знака 7);

12. Судно, ожидающее шлюзование, при двухстороннем шлюзовании (возле знака 8).



7. Расчёт пропускной способности шлюза

Цель: определить судопропускную способность шлюза, для определения которых, необходимо знать время шлюзования при одностороннем и двухстороннем шлюзовании.

7.1 Определение продолжительности одного шлюзования

Время входа судов в шлюз и выхода из него , которые определяются в зависимости от скорости и длины пути их движения.

,

.

Скорости примем в соответствии с методическими указаниями [2] и .

Длину пути входа (выхода) определяем:

при одностороннем шлюзовании

при двухстороннем шлюзовании

где - длина участка, расположение судов в уширенной части подоходного канала, равный197м;

- коэффициент, применяемый равный 0,4 при входе и 0,1 при выходе;

- коэффициент, применяемый равный 0,4 при входе и при выходе;

- полезная длинна камеры шлюза.

Тогда при одностороннем шлюзовании:

при двухстороннем шлюзовании:

Следовательно, при одностороннем шлюзовании:

при двухстороннем шлюзовании:

Время при шлюзовании одиночного судна определяется из формул:

При одностороннем шлюзовании

,

при двухстороннем шлюзовании:

,

где время наполнения камеры шлюза;

время опорожнения камеры шлюза;

время открытия и закрытия ворот. Принято 2 минуты 30 секунд или 150 секунд, т. к. высота перекрываемого отверстия сегментных ворот .

Тогда при одностороннем шлюзовании

,

при двухстороннем шлюзовании

.

7.2 Расчёт судопропускной способности шлюза

Судопропускная способность шлюза определяется из формулы:

T₁=35,6мин и T₂=25,2мин- время одностороннего и двухстороннего шлюзования;

- коэффициент неравномерности судов прямого направления во времени;

- коэффициент неравномерности судов обратного направления во времени;

- коэффициент неравномерности в прямом и обратном направлении.

Тогда

Технически возможная судопропускная способность за навигацию:

где T_нав=200 суток - длительность навигации.

Тогда

.

Действительная судопропускная способность за навигацию:

,

где коэффициент полезного действия шлюза;

- коэффициент использования площади зеркала камеры;

- коэффициент использования времени суток;

Т_раб=23сут - время работы шлюза.

Тогда

.

7.3 Определение грузопропускной способности шлюза

Технически возможная грузопропускная способность:

где G - плановая грузоподъемность шлюзуемого состава в тоннах

- объемная масса воды;

- коэффициент полноты водоизмещения грузовых судов внутреннего плавания;

- длина расчётного судна;

- ширина расчётного судна;

- осадка расчётного судна в полном грузу;

- осадка порожнего судна;

Тогда

следовательно

Действительная грузопропускная способность

где - коэффициент использования груподъемности судна;

- коэффициент, учитывающий долю грузовых судов в общем числе судов, проходящих за навигацию.

Тогда



Список использованных источников

1. Богославчик П.М., Богданович М.И., Гатило С.П., Круглов Г.Г., Линкевич Н.Н. Гидротехническое сооружение комплексных гидроузлов. - Мн.: БНТУ, 2006. - 585 с.

2. Богданович М.И. Конструкции камер судоходных шлюзов. Методическое пособие по выполнению курсового проекта.

3. Богданович М.И. Расчет судо- и грузопропускной способности судоходных шлюзов. Методическое пособие по выполнению курсового проекта.

Размещено на Allbest.ru

...