CC BY
9
СРАВНЕНИЕ ТИПОВ РЕГУЛИРУЮЩИХ СООРУЖЕНИЙ
А.КАлибеков, Г.Ш.Ибрагимов Дагестанский государственный технический университет, г. Махачкала
Цель настоящей работы заключалась в сравнении конструкций регуляторов открытого и трубчатого типов по стоимости их строительства. Для решения поставленной задачи предварительно сделан обзор имеющихся рекомендаций по проектированию регуляторов [3 - 6 и др.], выявлены расчетные зависимости и разработан пакет прикладных программ для выполнения расчетов в автоматизированном режиме [1]. Пакет программ включает модули для расчета:
- входной части регулятора открытого типа;
- транзитной части трубчатого регулятора (определение расчетного диаметра и округление до стандартного значения);
- подземного контура открытого регулятора с последующей проверкой казуальной и фильтрационной прочности грунта основания и определением фильтрационного расхода;
- типа сопряжения с нижним бьефом;
- гасителя энергии (в случае необходимости) в виде водобойного колодца, образованного уступом;
- рисбермы, выполненной из каменной наброски.
Обзор имеющихся решений позволил
выявить факторы, определяющие стоимость сооружений, и установить диапазон их изменения. Определяющими параметрами являются: расход Q, скорость подхода потока к сооружению v0, напор Н, глубина воды в нижнем бьефе длина понура 1п, длина рисбермы 1Р, угол подхода потока к сооружению а, вид грунта основания или в случае несвязного грунта диаметр частиц dг и параметры неоднородности, длина s центрального шпунта (исследования ограничим одним шпунтом) и тип регулятора.
Таким образом, стоимость регулятора в зависимости от факторов можно написать в виде:
с = Щ И, а, 1р, грунт^А 1Ш тип регулятора).
Остались неучтенными или не изменялись в опытах ряд факторов: высота порога сн, напор z, глубина залегания водоупора, наличие шпунта, тип гасителя энергии и др.
Численный эксперимент проведен при следующих значениях факторов: расход Q =
о
5, 10, 15, 25 и 40,0 м /с, длина понура 1п = 1, 2, 3, 4 и 6м, скорость подхода потока к сооружению v0 - 0.5, 2, 3, 4 и 6,0 м/с, высота
-п 1
Рисунок 1 - Зависимость с = Д1п).
Рисунок 2 - Зависимость с = Г(1рис/1вод).
168
Вестник ДГТУ. Технические науки.
Рисунок 3 - Зависимость с = Дп-гр).
порога со стороны верхнего бьефа св = 0, напор Н = 1.1, 1.5, 2, 2.5 и 3,0 м, глубина залегания водоупора Тд = 10 м, ширина нижнего бьефа Вн принята равной ширине конца рисбермы, ширина верхнего бьефа принята равной ширине нижнего бьефа (русло до и после сооружения имеет одинаковую форму и размеры), в качестве грунта основания рассмотрен суглинок, длина деревянного центрального шпунта s = 0, 1, 2, 4 и 6 м, в качестве материала возведения рисбермы принята каменная наброска. В случае отогнанного гидравлического прыжка за регулятором в качестве гасителя энергии предусматривается водобойный
колодец, образованный уступом. Тип сопряжения подводящего и отводящего участков с сооружением предусматривается в виде обратной стенки. Длина рисбермы принята равной 0.5, 1, 1.5 и 2.0 от длины водобоя. Под водобоем и рисбермой предусмотрен обратный фильтр толщиной 0,3 м. Входная и выходная части в регулятор выполнены в виде обратных стенок, чтобы в конструктивном отношении они работали как ребра жесткости для устоев. Толщина армированных устоев принята равной 0,3 м, а конструкция устоев и плиты основания - в виде доковой конструкции [2].
Результаты 84 численных опытов представлены в виде графических зависимостей (рисунки 1 - 7). Первая серия графиков отражает влияние отдельных факторов на стоимость регуляторов, вторая серия -сравнение типов регуляторов.
Так, возрастающими являются зависимости стоимости в отношении расхода, длины рисбермы 1рис и длины понура 1п: с их ростом растет и суммарная стоимость рассмотренных регуляторов обоих типов (рисунки 1, 2, 4).
Полезный вывод можно сделать по рисунку 3, отражающему связь числа нитей для трубчатого регулятора со стоимостью с. Оказывается, при равных значениях прочих факторов наименьшую стоимость будет иметь однониточный вариант. Например, для расхода
3 „
Q =10 м/с при одной нитке диаметр трубы составляет 1700 мм, а стоимость - около 2 тыс. руб (в ценах 2000 г.). Если принять 5 нитей труб, то диаметр каждой трубы получится равным 800 мм, а стоимость всего сооружения удваивается. Для случая открытых регуляторов из-за трудностей, связанных с трудоемкостью анализа и обработки большого количества вариантов, рассмотрены только однопролетные, без быков.
чо
Рисунок 4 - Зависимости с=Г(0).
30,1
29,8
т
Й.2
mc.fi,
—
_ I „ г"
Регулятор типа: - т трубчатый, о - открытый
■
I I
0,5
1,0
1,5
*/
Рисунок 5 - Зависимости с = А(Ън).
2Я,5
19,0
№
ТЫС. р.
Регулятор типа: т - трубчатый, о - открытый
Я
30
во
Рисунок 6 - Зависимости с = Г(а).
о,тс, р.
Согласно рисунка 5 влияние на стоимость регуляторов глубины в нижнем бьефе ^ составляет менее 2 - 3 %. Для трубчатых регуляторов получено уменьшение стоимости с ростом чего и следовало ожидать, поскольку при увеличении глубины нижнего бьефа крепление русла за сооружением получается коротким. В отношении открытого регулятора оптимальной является глубина ^ = (1 - 1,5) м.
Весьма слабым ростом стоимости регуляторов (порядка 4 - 5 %) с увеличением угла подхода потока а к сооружению можно пренебрегать и сказать, что от этого фактора явление не зависит (рисунок 6).
Неоднозначным оказалось влияние напора на сооружении Н на стоимость регуляторов. В исследованном диапазоне изменения остальных факторов и варьировании Н оптимальным является Н =1,5 м для регулятора открытого типа, а для трубчатых регуляторов такого не выявлено, с ростом Н растет и стоимость сооружения (рисунок 7).
Во всех вариантах определяющим стоимость регулятора является объем бетонных работ. Очевиден также вывод об экономичности трубчатых регуляторов по сравнению с открытыми.
Рекомендации практического
применения оптимальных значений факторов и типов регуляторов видны из приведенных графиков.
Полученные результаты работы могут быть использованы в учебном процессе по дисциплинам гидравлика сооружений, гидротехнические сооружения, а также в дипломном проектировании, при разработке реальных проектов водохозяйственных объектов проектно- изыскательскими организациями и при проведении дальнейших научно-исследовательских работ.
Регулятор типа: т - трубчатый, о - открытый
1,5 2 2,5
Рисунок 7 - Зависимости с = ДН).
Библиографический список:
1. Алибеков А. К., Магомедова А.В., Ибрагимов А.И.. Гидравлический расчет сооружений и открытых русел с применением ЭВМ: Учебное пособие. - Махачкала, ДПТИ, 1992.
2. Берген Р.И., Дукарский Ю.М., Семенов В.Б., Расс Ф.В. Инженерные конструкции/ Под ред. Бергена Р.И. - М.: Высш. шк., 1989.
3. Гидравлические расчеты водосбросных гидротехнических сооружений: Справочное пособие. - М.: Энергоатомиздат, 1988.
4. Курсовое и дипломное проектирование по гидротехническим сооружениям /Под ред. В.С.Лапшенкова. - М.: Агпромиздат, 1989.
5. Справочник по гидравлическим расчетам /Под ред. П.Г. Киселева. - М.: Энергия, 1974.
6. Чугаев Р. Р. Гидротехнические сооружения - М.: Агропромиздат, 1985. в 2-х ч.
