Chơng VI: thiết kế đờng tràn 6.1.bố trí chung.
6.2Tính toán thuỷ lực.
6.2.1.Sơ đồ tính toán thuỷ lực đờng tràn.
sơ đồ tính toán thuỷ lực đờng tràn nh hình vẽ 6.1.
5.2.2.Tính toán thuỷ lực ngỡng tràn.
1.Số liệu tính toán.
-lu lợng thiết kế: Q = 9.48m3/s.
-cao trình ngỡng tràn Zn= 74.07m. -cột nớc lu lợng tràn H = 0.82m. -chiều rộng ngỡng tràn B = 8m. -Chiều dài ngỡng tràn L = 6m.
-Bậc thụt sau ngỡng sâu: 0.4m(P2= 0.4m).
-chiều sâu cột nớc hạ lu bằng chiều sâu cột nớc trong kênh.
2.kiểm tra khả năng tháo.
Ngỡng tràn có một khoảng b = 8m. Ngỡng tràn có xét tới thu hẹp ở cửa vào từ B = (8ữ11)m. Xác định đợc m = 0.36 giả thiết chế độ chảy qua ngỡng là chảy không ngập.
lu lợng qua tràn đợc tính theo công thức Q = mB 2.g Ho3/2). -Với Ho =HT + g Vo 2 2 α .với Vo= t kH B Q =1.05 (m/s). α =1 g =9.81 m/s. ⇒Ho = 0.876 m.
⇒Q = 10.46m3/s.→đảm bảo đợc lu luợng lũ thiết kế.
3.tính độ sâu trên ngỡng.
Với chế độ chảy tự do theo cumin ta có: h1 =K1H.
Trong đó:
K1 = 0.54 (tơng ứng với m =0.36 tra bảng 14-13 sổ tay thuỷ lực) H = 0.876m.
h1 =0.473m.
5.2.2 Đoạn kênh chuyển tiếp giữa ngỡng tràn và dốc nớc.
1.số liệu tính toán.
-chiều dài đoạn kênh L = 117m.
-Độ dốc dáy kênh i = 0.001. -độ nhám lòng kênh n = 0.014. -lu lợng tính toán Q = 9.48m3/s.
2.Xác định đờng mặt nớc trong kênh.
Để xác định đờng mặt nớc trong kênh ta phỉa tính toán độ sâu chảy đều ho, độ sâu phân giới hk,độ dốc phân giới ik trong kênh.
a. tính độ sâu dòng chảy đều trong kênh.
độ sâu dòng đều ho đợc xác định theo phơng pháp đối chiếu mặt cắt lợi nhất về thuỷ lực (agrotskin).
-Trình tự tính toán nh sau: +tính f(Rln) = 4mQo i
. Trong đó:
4mo = 8.0. (tra phụ luc 8.1 bảng tra thuỷ lực). i = độ dốc (i = 0.001).
Q: Lu lợng xả lũ lớn nhất qua tràn tơng ứng với từng phơng án trong đồ án này theo chỉ định của giáo viên hớng dẫn chọn B =8m,tính Q = 9.48m3/s.
-tra phụ luc 8.1 bảng tra thuỷ lực → Rln
-ứng với hệ số nhám n =0.014(bảng tra thuỷ lực phụ lục 4.3). -lập tỷ số b/Rln10.26 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
-Tra phụ lục 8.3 bảng tra thuỷ lực → h/Rln=0.926. -Tính ho =(h/Rln).Rln. =0.722m
b. Tính độ sâu phân giới.
độ sâu phân giới hk xavs định theo công thức: hk = 3 2 q q α . Trong đó: α: Hệ số cột nớc lu tốc (lấy α =1.0). q: Lu lợng đơn vị (q = k b Q ).
Bảng 3.6 Trình tự và kết quả tính độ sâu phân giới hk BT (m) Bk (m) Qmax M3/s Q M3/s hk (m) 8 8 9.48 1.185 0.523 c.Tính độ dộc phân giới ik
độ dốc phân giới ik xác định theo công thức sau: ik = k k k b C gX . 2 α Trong đó : Wk = b.hk XK = b + 2hk Rk = k k X W Tính Ck theo công thức : Ck = n 1 R1/6
Bảng 3.7 Trình tự và kết quả tính toán ik cho các phơng án
Btràn bkênh Hk ϖk χk Rk Ck ik
8 8 0,523 4,184 9,046 0,462 62,8 0,0028
Độ sâu của dòng chảy cuối kênh .
Độ sâu của dòng chảy cuối kênh chính là độ sâu phân giới hk.
5.2.3.Định dạng đờng mặt nớc .
Với mỗi phơng án Btràn (trong đồ án này theo chỉ định của giáo viên hớng dẫn ) Btràn =8m
Ta có : i <ik → h0 >hk
Đờng mặt nớc trong kênh là là Đờng nớc hạ b1 có độ sâu cuối kênh h = hk =0.523m
5.2.4.Vẽ đờng mặt nớc của kênh .
- phơng pháp tính toán .
Sử dụng phơng pháp cộng trực tiếp : chia chiều dài của kênh ra từng đoạn ngắn , Đối với mỗi đoạn áp dụng công thức
∆L =
J
i −
∋ ∆
với trình tự tính toán đã neu trong phần thiết kế tính toán sơ bộ ta có kết quả tính toán cho từng trờng hợp thể hiện ở bảng 6.1
(bảng tính exell)
dựa vào kết quả tính toán đờng mặt nớoc ta xác định đợc độ sâu dòng chảy đều đầu kênh là h = 0.688m
h.Kiểm tra lại chế độ chảy qua ngỡng.
Tiêu chuẩn chảy không ngập (hn/Ho) < (hn/Ho)pg.
hn: chiều sâu mực nớc hạ lu so với mặt nớc trên của ngỡng. Hn = 0.688 - 0.4 = 0.288m.
Ho : cột nớc tràn Ho = 0.876m.
⇒hn/Ho = 0.329
⇒hn/Ho = 0.329 < (hn/Ho)Pg. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Vậy chế độ chảy qua ngỡng là chảy ngập nh trên là đúng.
5.2.3. Dốc nớc.
1).Các số liệu tính toán.
81 Chiều dài đoạn dốc L = 300m.
82 -Mặt cắt hình chữ nhật, chiều rộng mặt cắt B = (8ữ6)m. -độ nhám n = 0.014.
-Độ dốc i = 0.03.
-lu lợng tính toán: Tính với các cấp lu lợng khác nhau Qtk = 9.48m3/s, 3/4Qtk =5.617m3/s, 3/4Qtk = 4.74m3/s 3/4Qtk = 2.37m3/s.
2.Xác định đờng mặt nớc trong dốccho các cấp lu lợng ta phải tính toán độ sâu chảy đều ho, độ sâu phân giới hk, độ dốc phân giới ik trong dốc cho từng cấp lu lợng.
a.Tính độ sâu dòng chảy đều ho, độ sâu phân giới hk, độ dốc phân giới ik trong dốc.
Với trình tự tính toán nh trên ta xác định đợc các kết quả tính toán cho các cấp lu lợng cho nh ở bảng sau:
Bảng 6.2 trình tự và kết quả tính toán độ sâu phân giới dònh chảy đều trong dốc nớc với các cấp lu lợng. Q(m3/s) f(Rln) Rln B/Rln h/Rln ho 9.48 0.0146 0.408 14.706 0.725 0.296 5.617 0.246 0.335 17.91 0.689 0.231 4.74 0.292 0.313 19.169 0.671 0.21 2.37 0.585 0.238 25.210 0.571 0.136
Bảng 6.3: trình tự và kết quả tính độ sâu dòng chảy phân giới hk trong dốc nớc ứng với các cấp lu lợng Q(m3/s) q(m3/s) hk 9.48 1.185 0.523 5.617 0.702 0.369 4.74 0.593 0.329 2.37 0.296 0.207
Trình tự và tính toán kết quả tính độ dốc phân giới ik trong dốc nớc ứng với các cấp lu lợng Q(m3/s) hk ik 9.48 0.523 0.0029 5.617 0.369 0.003 4.74 0.329 0.0031 2.37 0.207 0.0034
Từ kết quả trên ta thấy i >ik ⇒ ho < hk.
đờng mặt nớc trong dốc là đờng nớc hạ bII có độ sâu dầu dốc h = hk đổ xuốc tiệm cận với đờng N-N.
c.Vẽ đờng mặt nớc của dốc.
-phơng pháp tính toán:
Sử dụng phơng pháp cộng trực tiếp chia chiều dài dốc ra thành từng đoạn ngắn, đối với mỗi đoạn áp dụng công thức:
∆L =
J
i −
∋ ∆
với trình tự tính toán nh đã nêu trong phone thiết kế sơ bộ ta có kết quả tính toán đờng mặt nơcs trong dốc cho các cấp lu lợng khác nhau nh sau:
kết quả tính toán đờng mặt nớc trong dốc cho các cấp lu lợng ghi ở bảng 5.5a,5.5b,5.5c, 5.5d.
(các bảng tính exell) 5.2.4 Kênh hạ lu:
1. Các số liệu tính toán:
-Kênh có mặt cắt hình thang chiều rộng đáy kênh b = 8m. -Hệ số mái dốc m = 1.5.
-độ nhám lòng kênh n = 0.025.
-lu lợng tính toán: tính với các cấp lu lợng khác nhau: Qtk = 9.48m3/s, 3/4Qtk =5.617m3/s, 3/4Qtk = 4.74m3/s 3/4Qtk = 2.37m3/s.
2.tính toán độ sâu dòng chảy đều trong kênh hạ lu. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Độ sâu dòng chảy đều trong kênh hạ lu đợc xác định theo phơng pháp đối chiếu với mặt cắt lợi nhất về mặt thuỷ lực Agrotskin.
Trình tự tính toán nh đã trình bày trong phần thiết kế sơ bộ kết quả tính toán từng cấp lu lợng cho dới đây
Qtk = 9.48m3/s. ⇒ ho = 1.176m. Qtk =5.617m3/s ⇒ ho = 1.176m. Qtk = 4.74m3/s ⇒ ho = 1.176m. Qtk = 2.37m3/s. ⇒ ho = 1.176m.
Kiểm tra khả năng sói của lòng kênh dẫn khi kênh dẫn lu lợng lớn nhất Qmax trong trờng hợp này ta có độ sâu dòng chảy đều trong kênh h = 1.176m.
⇒Vmax =
ω
mxx
Q
= 0.83m/s <[V]kx = 1.74m/s.
1. Xác định lu lợng tính toán tiêu năng:
Công trình làm việc với lu lợng biến đổi từ 0 ữ Qmax = 9.48m3/s.thiết bị tiêu năng phải giải quyết vấn đề tiêu năng cho mọi cấp lu lợng có thể trong phạm vi ấy. Do đó trong tính toán tiêu năng ta phải tính toán lu lợng gây ra sự nối tiếp bất lợi nhất và lu lợng đố gọi là lu lợng tính toán tiêu năng (Qtt).Trờng hợp bất lợi nhất là trờng hợp nối tiếp bằng nớc nhảy xa có hiệu số (hc’’-hh) lớn nhất lúc đó chiều dài đoạn chảy xiết lớn nhất và cần mộy chiều sâu và chiều dài bể lớn nhất.
Trình t xác định lu lợng tính toán tiêu năng nh sau:
Giả thiết một số giá trị Q từ lớn dến nhỏ trong phạm vi biến đổi của lu lợng tháo qua công trình (Qmax,3/4Qtk, 3/4Qtk, 4.3/4Qtk ).
-Tính hc’’ ứng với từng cấp lu lợng theo trình tự sau: Tính f(τc) = .Eo3/2 q ϕ . Trong đó: q: Lu lợng đơn vị q = k b Qmax =1.185m.(với bk = 8m là bề rộng kênh dẫn). ϕ: Ηệ số lu tốc (ϕ =0.95).
Eo = năng lợng đơn vị của dòng chảy.
Eo =hcd + g V cd . 2 2 + p2. Với :
hcd: độ sâu dòng chảy cuối dốc. Vcd: tốc độ dòng chảy cuối dốc.
P2: độ chênh giữa cao độ cuối dốc và đáy kênh hạ lu. +Tra phụ lục bảng 5.1 bảng tra thuỷ lực ta có τcvà τc’’. +Tính hc và hc’’:
-Tính độ sâu dòng chảy ở hạ lu.
độ sâu dòng chảy ở hạ lu đã đợc xác định ở phần tính toán thuỷ lực kênh hạ lu.
-Tính hiệu số (hc’’- hh) .
-Vẽ đồ thị Q ~ (hc’’- hh) ta tìm trị số Q ứng với hiệu số (hc’’- hh) lớn nhất. Với trình tự tính nh trên ta có kết quả bảng 6.7.
(Bảng tính exell)
(hình vẽ quan hệ Q ~ (hc’’- hh)
Dựa vào quan hệ Q ~ (hc’’- hh) ta thấy Q = Qmax thì (hc’’- hh)max vậy chọn lu lợng tính toán tiêu năng là Qmax = 9.48m3/s
2.Biện pháp tiêu năng.
Dùng biện pháp đào bể để dể tạo nớc nhảy ngập ở cuối dốc. Xác định kích thớc bể tiêu năng
-Xác định chiều sâu bể:
chiều sâu bể đợc xác định bằng phơng pháp thử dần với trình tự tính toán nh sau: Giả thiết d = 0,8m ⇒ Eo =hcd + g . 2 V2cd + p2 + d = 5,51m Với :
Hcd: độ sâu dòng chảy cuối dốc. Vcd: tốc độ dòng chảy cuối dốc. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
P2: độ chênh giữa cao độ cuối dốc và đáy kênh hạ lu.
Tính f(τc) = 3/2 .Eo q ϕ . Trong đó: q: Lu lợng đơn vị : q = k b Qmax =1.185m.(với bk = 8m là bề rộng kênh dẫn). ϕ: Ηệ số lu tốc (ϕ =0.95).
⇒F(τc) = 0,0977
+Tra phụ lục bảng 15.1 bảng tra thuỷ lực ta có τc = 0,0223
τc’’.= 0,2844 +Tính hc và hc’’:
hc = τc Eo= 0,1228 hc’’ = τc’’ Eo=1,567
+Định chiều sâu nớc trong bể: hb=δ hc’’= 1,645(vớiδ =1.05). +Tính độ sâu hạ thấp mực nớctừ bể vào kênh:
∆Z = '2 2 2 2g hh q ϕ + '' 2 2 ) ( 2g hc q .
Với: ϕ’ là hệ số lu tốc ở cửa ra của bể ϕ’ = 0.95. Hh = 0,594m
⇒∆Z = 0,195
Tính lại độ sâu của bể d’ = hb – (hh + ∆Z)=0,849m
Ta có : (d-d’)/d =0,049=4.9% .vậy chọn d = 0.8m Kiểm tra lại điều kiện chảy ngập trong bể
Trong bể có nớc nhảy ngập khi: hb= hh + ∆Z +d >δhc’’ Từ các thông số trên ta có: hh = 0.594m
∆Z = 0.195m d = 0.8m
hb =1.589m >δhc’’=1.565m.
vậy đảm bảo nớc nhảy ngập trong bể, chọn chiều cao tờng HT =2.3m.
-Xác định chiều dài bể tiêu năng: chiều dài bể tiêu năng đợc xác định theo công thức sau: Lb =3.6 hc’’ =5.64m lấy Lb =5.7m.
-Xác định chiều dài sân sau:
chiều dài sân sau đợc xác điịnh theo công thức: Ls =2.5Lb.
⇒Ls=14.1m.lấy Ls= 15m -Xác định chiều dày đáy bể:
+chiều dày đáy bể xác định theo công thức:tb =0.25 q p2 .
⇒ tb =0.4m.
6.3 Chọn cấu tạo chi tiết.
6.3.1.Kênh dẫn.
Kênh dẫn có mặt cắt ngang hình thang: m = 1.5, độ dốc dấy kênh i = 0.0,chiều rộng kênh dẫn Bk = 11m, đoạn nối tiếp với ngỡng có chiều dài L = 10m, đợc gia cố bằng đá xây với chiều dày lát đá là 0.3m, cao trình đáy kênh +74.07m.
6.3.2.Của vào.
Cửa vào có mặt cắt hình chử nhật tiết diện thu hẹp dần về phía ngỡng tràn có B = (11ữ8)m, độ dốc đáy i = 0.0, cao trình đáy cửa vào +74.07m, chiều dài đoạn cửa vào L = 8m, chiều dày bản đáy t = 0.5m,hai bên là tờng cánh hớng dòng có kích thớc nh sau:
+Chiều cao tờng biến đổi dần từ 2.95mữ2.6m. +Bề rộng đỉnh tờng t = 0.4m.
+bề dày đáy tờng biến đổi từ t1 = 0.6m ữ0.8m theo chiều cao tờng. Dùng bê tông M200để làm bản đáy và cánh cửa vào.
6.3.3.Ngỡng tràn. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Ngỡng tràn đỉnh rộng có mặt cắt ngang hình chữ nhật làm bằng bê tông cốt thép M200, cao trình đáy ngỡng bằng cao trình đấy kênh thợng lu, chiều rộng ng- ỡng B = 8m, chiều dài L = 6m, chiều dày bản đáy t = 1.0m, hai bên là tờng bê tông trọng lực có kích thớc nh sau:
+Chiều cao tờng h = 2.6m. +Bề dày đỉnh tờng t = 1.0m. +Bề dày đáy tờng t = 1.2m.
+sau ngỡng có bố trí bậc thụt0.4m.
6.3.4.Đoạn kênh chuyển tiếp giữa ngỡng tràn và dốc nớc.
Đoạn kênh chuyễn tiếp làm bằng BTCT M200, có mặt cắt ngang hình chữ nhật, chiều dài L = 119m, độ dốc đáy i = 0.002, chiều rộng kênh bk = 8m,chiều dày bản đáy t = 0.4m,hai bên là tờng bê tông trọng lực có kích thớc nh sau:
+chiều cao tờng biến đổi từ h1 = 2.6m đến h2 = 1.2m. +Bề dày đỉnh tờng t = 0.4m.
+Bề dày đáy tờng biến đổi từ (0.8ữ0.6)m theo chiều cao tờng.
6.3.5.Dốc nớc.
Dốc nớc làm bằng BTCTM200, có mặt cắt ngang hình chữ nhật chiều dài L = 300m, độ dốc đáy i =0.03, chiều rộng dốcbiến đổi B = (8ữ6)m,chiều dày bản đấy t = 0.4m, hai bên là bê tông trọng lực có kích thớc nh sau:
Đoạn dốc thu hẹp L = 16m,bề rộng b = 6m. -Chiều cao tờng h = 1.3m. -bề dày đỉnh tờng t = 0.4m. -Bề dày đáy tờng t = 0.6m. Đoạn còn lại L = 285m, bề rộng B = 8m. -Chiều cao tờng h = 1m. -bề dày đỉnh tờng t = 0.4m. -Bề dày đáy tờng t = 0.5m. 6.3.6.Đoạn nớc đổ.
Đoạn nớc đổ làm bằng BTCTM200 có mặt cắt hình chữ nhật tiết diện mở rộng về phía bể tiêu năng có B = (6ữ8)m, chiều dài L = 40m,xhiều dày bản đáy t = 0.8m, hai bên là tờng cánh hớng dòng có kích thớc nh sau:
+chiều cao tờng biến đổi từ 1m đến 2.3m +Bề dày đỉnh tờng t = 0.4m.
+Bề dày đáy tờng biến đổi từ t1 = 0.5ữ1.0m theo chiều cao tờng.
6.7.3.Bể tiêu năng.
Bể tiêu năng làm bằng BTCT M200, có mặt cắt hình chữ nhật, chiều dài Lb = 5.8m, hciều rộng bể B = 10m, chiều dày bản đáy t = 0.8m, hai bên là tờng bê tông trọng lực có kích thớc nh sau:
+Chiều cao tờng h = 2.3m. +bề dày đỉnh tờng t = 0.4m. +Bề dày đáy tờng t = 1.0m.
6.7.4.Kênh hạ lu.
kênh hạ lu có mặt cắt ngang hình thang: m = 1.5m,độ dốc đáy kênh i = 0.005, chiều rộng kênh dẫn Bk = 8m,đoạn ngay sau bể tiêu năng có chiều dài L = 40m gia cố bằng đá xây với chiều dày lát đá là 0.3m với chiều cao là 1.1m, đoạn còn lại la kênh đất.