Научная статья на тему 'ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТЕЛЕСКОПИЧЕСКОГО ВОДОВЫПУСКНОГО СООРУЖЕНИЯ С КРУГЛОЦИЛИНДРИЧЕСКИМ ПОПЛАВКОМ'

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТЕЛЕСКОПИЧЕСКОГО ВОДОВЫПУСКНОГО СООРУЖЕНИЯ С КРУГЛОЦИЛИНДРИЧЕСКИМ ПОПЛАВКОМ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
20
6
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ТЕЛЕСКОПИЧЕСКИЕ ВОДОВЫПУСКНЫЕ СООРУЖЕНИЯ / КРУГЛОЦИЛИНДРИЧЕСКИЙ ПОПЛАВОК / ТРУБЫ ПВХ

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Хаек Б.

Цель исследований - совершенствование конструкции водовыпускного сооружения, расчет водовыпуска телескопического типа с круглоцилиндрическим поплавком и определение диаметра поплавка подвижного короба при заданных параметрах, который должен обеспечивать надежность его статического положения при всех возможных гидравлических режимах работы как водослива с круглоцилиндрическим оголовком с подвижным положением гребня в зависимости от уровня воды в приемном магистральном канале. Представлена разработанная конструкция водовыпускного сооружения переливного водовыпускного сооружения телескопического типа, обладающая простотой конструкции, надежностью в эксплуатации, строительной дешевизной при минимальных гидравлических потерях. Представлены результаты теоретических исследований предлагаемой конструкции телескопического водовыпускного сооружения, рассмотрены 3 варианта работы подвижного короба. Из приведенных расчетов, определяющим диаметром поплавка является режим с переливом через него воды при подаче максимального расхода трубопровода. Получены следующие расчетные диаметры поплавка: dnon = 0,1279 м; dnon = 0,0808 м; dnon = 0,315 м. Имеется возможность использовать стандартные трубы из ПВХ. Ближайший больший стандартный наружный диаметр составляет 355,0 мм. Учитывая простоту конструкции водовыпуска телескопического типа, его можно изготовить в условиях механических мастерских строительных организаций.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Хаек Б.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

THEORETICAL SUBSTANTIATION OF THE PARAMETERS OF A TELESCOPIC WATER OUTLET STRUCTURE WITH A CIRCULAR CYLINDRICAL FLOAT

The purpose of the research is to improve the design of a water outlet, to calculate a telescopic outlet with a round-cylindrical float and determining the diameter of the movable box float with the given parameters, which should ensure the reliability of its static position in all possible hydraulic modes of operation as a spillway with a round-cylindrical cap with a movable position of the crest, depending from the water level in the receiving main canal. The article presents the developed design of the outlet structure of the overflow outlet structure of the telescopic type, which has a simple design, reliability in operation, structural design with minimal hydraulic losses. The paper shows the results of theoretical studies of the proposed design of a telescopic outlet structure, three variants have been considered for the operation of the movable box, from the above calculations, the defining diameter of the float is the mode with water overflowing through it when the maximum flow rate of the pipeline is supplied. The following calculated diameters of the float were obtained; dflo = 0.1279 m, dfl = 0. 0808 m and dflt = 0.315m. It is possible to use standard PVC pipes, the nearest larger standard outer diameter is d = 0.355 mm. considering the simplicity of the design of the telescopic type water outlet, it can be manufactured in the conditions of mechanical workshops of construction organizations.

Текст научной работы на тему «ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТЕЛЕСКОПИЧЕСКОГО ВОДОВЫПУСКНОГО СООРУЖЕНИЯ С КРУГЛОЦИЛИНДРИЧЕСКИМ ПОПЛАВКОМ»

Оригинальная статья УДК 626.83:532.5

Б01: 10.26897/1997-6011-2023-1-47-53

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТЕЛЕСКОПИЧЕСКОГО ВОДОВЫПУСКНОГО СООРУЖЕНИЯ С КРУГЛОЦИЛИНДРИЧЕСКИМ ПОПЛАВКОМ

Хаек Бушра, аспирантка

bushra.hayek@gmail.com

Российский государственный аграрный университет — МСХА имени К.А. Тимирязева»; 127434, г. Москва, ул. Тимирязевская, 49, Россия

Аннотация. Цель исследований - совершенствование конструкции водовыпускного сооружения, расчет водовыпуска телескопического типа с круглоцилиндрическим поплавком и определение диаметра поплавка подвижного короба при .заданных параметрах, который должен обеспечивать надежность его статического положения при всех возможных гидравлических режимах работы как водослива с круглоцилиндрическим оголовком с подвижным положением гребня в зависимости от уровня воды в приемном магистральном канале. Представлена разработанная конструкция водовыпускного сооружения переливного водовыпускного сооружения телескопического типа, обладающая простотой конструкции, надежностью в эксплуатации, строительной дешевизной при минимальных гидравлических потерях. Представлены результаты теоретических исследований предлагаемой конструкции телескопического водовыпускного сооружения, рассмотрены 3 варианта работы подвижного короба. Из приведенных расчетов, определяющим диаметром поплавка является режим с переливом через него воды при подаче максимального расхода трубопровода. Получены следующие расчетные диаметры поплавка: йгюп = 0,1279 м; йгюп = 0,0808 м; йгюп = 0,315 м. Имеется возможность использовать стандартные трубы из ПВХ. Ближайший больший стандартный наружный диаметр составляет 355,0 мм. Учитывая простоту конструкции водовыпуска телескопического типа, его можно изготовить в условиях механических мастерских строительных организаций.

Ключевые слова: телескопические водовыпускные сооружения, круглоцилиндрический поплавок, трубы ПВХ

Формат цитирования: Хаек Бушра. Теоретическое обоснование параметров телескопического водовыпускного сооруженияьс круглоцилиндрическим поплавком // Природообустройство. 2023. № 1. С. 47-53. Б01:10.26897/1997-6011-2023-1-47-53.

© Хаек Бушра, 2023

Original article

THEORETICAL SUBSTANTIATION OF THE PARAMETERS

OF A TELESCOPIC WATER OUTLET STRUCTURE WITH A CIRCULAR

CYLINDRICAL FLOAT

Hayek Bushra, post graduate student

bushra.hayek@gmail.com

Russian state agrarian university — MAA named after C.A. Timiryazev», 127454, Moscow, Pryanishnikova, 19, Russian Federation

Annotation. The purpose of the research is to improve the design of a water outlet, to calculate a telescopic outlet with a round-cylindrical float and determining the diameter of the movable box float with the given parameters, which should ensure the reliability of its static position in all possible hydraulic modes of operation as a spillway with a round-cylindrical cap with a movable position of the crest, depending from the water level in the receiving main canal. The article presents the developed design of the outlet structure of the overflow outlet structure of the telescopic type, which has a simple design, reliability in operation, structural design with minimal hydraulic losses. The paper shows the results of theoretical studies of the proposed design of a telescopic outlet structure, three variants have been considered for the operation of the movable box, from the above calculations, the defining diameter of the float is the mode with water overflowing through it when the maximum flow rate of the pipeline is supplied. The following calculated diameters of the float were obtained; dflo = 0.1279 m, dfl = 0. 0808 m

and dflt = 0.315m. It is possible to use standard PVC pipes, the nearest larger standard outer diameter is d = 0.355 mm. considering the simplicity of the design of the telescopic type water outlet, it can be manufactured in the conditions of mechanical workshops of construction organizations.

Keywords: telescopic outlet structures, round-cylindrical float, PVC pipes

Format of citation: Hayek Bushra. Theoretical substantiation of the parameters of a telescopic water outlet structure with a circular cylindrical float // Prirodoobustrojstvo. 2023. No.1. S. 47-53. DOI: 10.26897/1997-6011-2023-1-47-53.

Введение. Водовыпускное сооружение мелиоративной насосной станции является одним из важнейших конструктивных элементов насосной станции с машинным подъемом воды. Для снижения гидравлических потерь энергии, снижения строительной стоимости расходов электроэнергии на подачу воды в оросительную сеть происходит постоянное совершенствование конструкций водовыпускных сооружений [1].

С целью дальнейшего совершенствования водовыпускного сооружения разработана новая конструкция водовыпуска телескопического типа [2], представленная на рисунке 1, с поплавком круглоцилиндрического поперечного сечения. На рисунке 1а показан продольный разрез при максимальном уровне воды в водоприемном бассейне, на рисунке 1б - продольный разрез при полностью опорожненном водоприемном несаморегулирующемся канале [3, 4] и напорном водоводе, на рисунке 1в - план телескопического водовыпуска.

Телескопический водовыпуск расположен в водоприемном бассейне 1, в голове магистрального канала гидромелиоративной системы, имеющего максимальный макс. УНБ и минимальный мин. УНБ уровень воды, определяемые графиком орошения сельскохозяйственных культур системы [4].

В практике применения линейных поплавковых конструкций при решении различных технических задач применяются в основном поплавки с круглоцилиндрическим поперечным сечением. Примером таких поплавков могут служить боновые заграждения на ГЭС для защиты водоприемников от плавающего мусора, боновые заграждения для защиты акваторий от загрязнения воды нефтепродуктами при аварии морских скважин и нефтеперевозящих судов и др. Поэтому применение круглоцилиндрических поплавков в рассматриваемой конструкции водовыпускного сооружения насосной станции придает ей определенную простоту. Однако несмотря на кажущуюся конструктивную простоту, конструкция поплавков с круглоцилиндрическим поперечным сечением обладает одним существенным недостатком: априори можно сказать, что сложно подобрать трубы требуемого по расчету

диаметра, а ввиду штучного производства водо-выпусков телескопического типа организация изготовления труб для поплавков расчетного диаметра затруднительна. С учетом этих обстоятельств ниже рассмотрены расчеты поплавков с круглоцилиндрическим поперечным сечением.

Рис. 1. Принципиальная конструкция водовыпуска телескопического типа:

а — продольный разрез при максимальном уровне воды в водоприемном бассейне; б - продольный разрез при полностью опорожненном водоприемном канале и напорном водоводе; в — план конструкции Fig. 1. The principal design of the water outlet of the telescopic type: a — longitudinal section at the maximum water level in the water intake basin; b — longitudinal section with a fully emptied water intake channel and a pressure conduit; в — design plan

Материалы и методы исследований.

С целью разработки конструкции водовыпускного сооружения телескопического типа с круглоцилиндрическим поплавком задача гидравлических расчетов телескопического водовыпуска заключается в определении его геометрических параметров, требуемого диаметра поплавка и в рассмотрении гидравлических режимов его работы.

Таким образом, при работе телескопического водовыпуска возможны 3 гидравлических режима:

1-й режим - перелив отсутствует, коробы опорожнены;

2-й режим - перелив отсутствует, коробы заполнены водой до гребня поплавка;

3-й режим - происходит перелив воды из подвижного короба через гребень поплавка.

Гидростатические расчеты подвижного короба будут заключаться в определении диаметра поплавка, обеспечивающего равновесие его подъемной силы и сил тяжести конструктивных элементов подвижного короба, действующих вниз.

Режим отсутствия перелива при опорожненном водовыпуске. Этот режим возможен в случае остановки насоса на профилактическое обслуживание. Для расчета равновесия при этом режиме воспользуемся схемой рисунка 1б. Для дальнейших расчетов примем следующие обозначения.

За предельное равновесие подвижного короба примем условие его плавания при опорожненном водовыпуске, когда вода в магистральном канале будет отсутствовать, а в водоприемном отсеке уровень воды будет находиться на уровне гребня поплавка на отметке дна канала. Условие равновесия подвижного короба в этом случае примет вид:

^ = у ^, (1)

где ЕОк - сумма весов подвижного короба с поплавком; W -объем, вытесняемый поплавком воды; у - плотность воды.

Как следует из рисунка по 1б, полная высота короба Нк составит:

Нк = К + ^' (2)

Объем стенок короба Ук определим из выражения (пренебрегая малыми величинами высших порядков):

V =\Б2 -(В-24 )2!■ Н = 4 (В-г )г ■К , (3)

к _ V СТ' J к V СТ/ ст к'

и соответственно вес стенок подвижного короба Ок составит:

Ок. = 4 ■(В - гст )■ гст ■ Нк ■Гст. (4)

Длина поплавка по гребню 1п составит:

1п = 4 (В + ¿поп), (5)

а его вес - Оп = 4 Я (В + ¿поп )■ ¿поп ■ гп ■ Гпоп > (6)

Примем конструктивно вес колец, соединяющих подвижной короб с направляющими стойкам gкол = 2 кг = 0,002 т.с. Тогда суммарный вес подвижного короба составит:

Ю = 4 ■(В - гст )■ гст ■ К ■Гст +

4■*.(В + ¿поп)■ ¿поп ■ гп Тпоп + 0,002. (7)

В статическом положении при опорожненном водовыпускном устройстве в предельном положении гребень поплавка должен находиться на уровне горизонта воды в канале в случае саморегулирующегося канала или на уровне дна, как показано на рисунке 1б, - в случае несаморегулирующегося канала.

Суммарный вес элементов подвижного короба должен уравновешиваться подъемной силой поплавка yWпоп, которая в этом случае будет определяться по выражению:

г "„ш г ^ 1^4 4 %оп 4 J

Р^+Л^ +а )-у=з,з55^2 (В+а уг,(8)

I 4 /4 поп' ' ' поп V поп' ' '

где у = 1 т/м3 - плотность воды.

Приравнивая (7) и (8), получим выражение для определения требуемого диаметра поплавка:

4■ (В-г ) ■ г ■ Н ■ у +4-тт (В+ё ) ■ а ■ г ■ у +

^ ст^ст к ' ст ^ поп^ поп п ' поп

0,002 = 3,355 ■ ¿п2оп ■ (В+dп0П) ■ у, (9)

откуда получаем

d_ = 2 •

(B-t )•t Hk • v +

^ СТ' СТ k ! ст

K-(B+dnon ) • dnon • tn • vnon +0,0005

(10)

3,355 ■ (В+¿поп )у

Уравнение (10) не имеет аналитического решения в общем виде, поэтому его следует решать либо графоаналитически, либо методом последовательных приближений для конкретных значений параметров.

Ниже рассмотрен пример решения уравнения (10) применительно к водовыпускному сооружению телескопического типа насосной станции с расходом 3 м3/с и с напорным трубопроводом Б = 1,2 м.

В соответствии с изложенной методикой расчета параметров подвижного короба водовыпускного сооружения имеем следующие показатели:

- ширина стороны короба по внешнему обводу В = 2Б = 2-1,2 = 2,4 м;

- толщина стенок подвижного короба ^ = = 0,006 м;

- высота стенок подвижного короба Нк = 1,2 м;

- плотность материала стенок уст = 1,4 т / м3 [6];

- Ок - вес стенок подвижного короба;

- толщина стенок поплавка 1п = 0,006 м;

- плотность материала поплавка упоп = = 1,4 т / м3 [5].

Подставляя исходные данные в уравнение (10), получаем численное выражение для определения диаметра поплавка:

d„п =2- 1

(2,4-0,006^0,006-1,2- 1,4+ 3,14 - (2,4+dm п )-dmiI -0,006 - 1,4+0,0005

3,355-(2,4+d„п)

=2-

0,0241+0,0264 - (2.4+dn „п) - dn„n +0,0005

(11)

d„. = 0,128 м

---

0.129 0.13

dnon- м

-dnon -f(dnon)

Рис. 2. Результаты графоаналитического решения уравнения (11) Fig. 2. Results of graphoanalytical solution of the equation (11)

Раскрывая это уравнение скорректированными уравнениями (7) и (8), получим выражение для определения требуемого диаметра поплавка при данном расчетном режиме равновесия:

4 • (Б- ) • I • к • (у -1)+4• я-(Б+d ) • d • I • у +

V ^СТ' ст к V/ СТ / V поп/ поп п < поп

d2

+ 0,002- (В+d „п) - г, Откуда получаем

(12)

d_ = 2 -

(В-tCT) - «er -hK-ГСТ +

тт (В+d ) -d - t - у +0,0005

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

^ п„п ' п „п п ' п„п '

(13)

3,355-(2,4+ёпоп)

На рисунке 2 приведено графоаналитическое решение уравнения (11) для расчета диаметра поплавка при опорожненном водовыпуске.

В результате решения уравнения (11) получаем требуемый диаметр поплавка: ^ = 0,128 м.

Гидростатические расчеты плавания подвижного короба при его заполнении водой и отсутствии перелива. При пуске насосного агрегата начнется заполнение водой напорного трубопровода и телескопического водовыпуска. По мере подъема воды в камере подвижного короба будет возникать выталкивающая Архимедова сила, действующая на его стенки. Максимальной величины она достигнет при подъеме уровня воды в подвижном коробе до уровня гребня поплавка. При этом одновременно с появлением выталкивающей силы, действующей на стенки короба, исчезнет добавочная выталкивающая гидростатическая сила давления воды, действующая на четверть поплавка, прикрепленного к коробу.

Уравнение равновесия подвижного короба в этом случае будет также иметь вид, определяемый в общем виде уравнением (1).

*-(Б + ^п оп )У

В уравнении (12) уст =уст -1 приведенная плотность стенок поплавка с учетом взвешивающего действия воды составляет: уст =1,4 -1 = 0,4 т / м3.

Подставляя исходные данные примера в уравнение (13), получаем численное выражение для определения диаметра поплавка:

d = 2 -

(2,4-0,006) -0,006 -1,2 - 0,4+ 3,14 -(2,4+d )d п-0,006- 1,4+0,0005

3,14-(2,4+d„п )у

0,0241+0,0452 • (2,4+ёПоП )• ёпоп +0,0005 1 3,14.(2,4+0 '

На рисунке 3 приведено графоаналитическое решение уравнения (14) для рассматриваемого гидравлического режима, которое дает значение требуемого диаметра поплавка: ^ = 0,0808 м.

Гидродинамические расчеты плавания короба при изливе из него воды через круглоцилин-дрический поплавок. При изливе воды из плавающего короба действующие на него силы изменятся следующим образом:

- изменится виртуальный вес короба в связи с полным погружением его стенок в воду, при котором виртуальный удельный вес материала стенок составит: у = у -1 = 0,4 т/м3;

' СТ ' ст '

d„ ,„ - 0,0808 и

у

y/L—

—"z7

Рис. 3. Графоаналитическое

решение уравнения (14) Fig. 3. Graphoanalytical solution of the equation (14)

— уменьшится подъемная сила поплавка за счет того, что он будет полностью погружен в воду и объем вытесняемой им воды станет равен объему поплавка: W = п ■ d2 ■ 1 / 4=4 п -(В + dj

v поп поп N поп

d2п0п/4 = п-(В + dп0п) d2п0п;

— появляется пригрузка поплавка весом Gw слоя воды, переливающейся через гребень поплавка, который начнет работать как вакуумный водослив [7].

С учетом изменившихся сил выражение (11) для определения диаметра поплавка примет вид:

d - 2 • ïoï

(B-t )•t • h •/+

^ СТ ^ СТ K '

X.(B+dnon ) • dnon •tï vnon +Gw +0,0005

h - skQ-hp - 3 g • B2

(16)

y2

H -h + *v — + a 2

Kcp --

2

(18)

где кш = кпоп = 1/гпоп = 2/^ кривизна внутренних донных струй на гребне поплавка; кп = 1Жп - кривизна поверхностных внешних струй потока на гребне поплавка, имеющих радиус кривизны Кп.

По С.М. Слисскому, при криволинейном очертании дна водовода и искривлении потока в вертикальной плоскости можно принимать радиус кривизны наружных струй потока как Кп = = гпоп + Ь = dпоп / 2 + Ь, с учетом чего будем иметь [9]

1

- 2'

d„„„ d„

- 2-

d„„„ + h

(19)

_.,+ 2 ■ К,) ¿поп ■ (¿поп + 2 ■ К)

Поток на гребне водослива имеет выпуклую форму, которой соответствует отрицательное значение кривизны в (17). Подставив из (18) значение средней кривизны с обратным знаком в (17) и заменив V = д/Ь, получим

. (15)

3,14 ■ (В+¿поп )у

Таким образом, для решения уравнения (15) необходимо определить величину пригрузки поплавка весом слоя переливающейся воды.

Определение величины пригрузки Ош поплавка весом слоя переливающейся воды. При из-ливе воды из подвижного короба поплавок начнет работать как водослив практического профиля с вакуумным круглоцилиндрическим оголовком. На гребне оголовка установится критическая глубина, которой соответствует минимум энергии сечения. Во всех учебниках гидравлики и справочной литературе [5-7] приводится вывод критической глубины потока, подчиняющегося законам медленно изменяющегося движения. Формула для определения этой критической глубины имеет вид:

H -h-2-

d„„„ + h

q

-+a-

q

d • (d + 2h) g-h 2-g-h ïoï ïoï

(20)

Минимальным значение выражения (20) будет при Ь = Ькр. Продифференцировав (20) по Ь, получим выражение для определения критической глубины Ь с учетом наличия кривизны струй в вертикальной плоскости:

ôH ôh

- 0 -1 - 2

1

q

d •(d + 2 •h ) g • h

non V non кр / & К

4 •-

d„„„ + h„

dnon •(dnon + 2• hêp)2 g^K

2

d„„„ + h„

q

dnon «n + ^ hKp ) g^Kp g •h

a • q

1кр

(21)

где а - коэффициент Кориолиса; Q - расход; В - длина сливного фронта; g - ускорение свободного движения.

Однако при переливе воды через круглоци-линдрический гребень поплавка в потоке будут развиваться силы гидродинамического давления, благодаря которым уравнение полной энергии Но потока относительно плоскости сравнения, проходящей через дно потока на гребне водослива, примет вид [8]:

V2

V (17) ё 2 ■ ё

где Ь - глубина потока; V - скорость потока; кср - среднее значение кривизны потока в рассматриваемом сечении.

Среднее значение кривизны потока кср можно определить [8] как

Решив (21) относительно Ь3 (для упрощения записи нижний индекс «кр» опущен), получим выражение для определения критической глубины потока на гребне поплавка:

h3 -2-

q

d • (d

non V n<

+2 h) g

dm„ +h

.-4.

dm„ +h

q

d

non • (dn(

q2 7 a • q •h+

+2 • h)

2

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

g

• h2 -

... , (22) duou (dnon +2 •h) g g

из которого после соответствующих преобразований получаем

hKp.- И g-

a

2 h -2•(d + h )

Kp L V non Kp / J

dnon •K

2 • hKp )

- 2-

d„„„ + h„

dnon 4dnon + hKp )

• h2p (23)

Уравнение (23) не имеет общего решения и решается графоаналитическим способом. Как видим по уравнению (23), при его решении необходимо знать диаметр поплавка, который по (15) в свою очередь зависит от величины пригрузки переливающимся слоем воды. Для оценки влияния кривизны потока на величину критической глубины определим критическую глубину

2

при диаметре поплавка: ^оп = 0.20; 0,25; 0,30; 0,4 м. В этом случае для рассмотренного выше примера с диаметром трубопровода и шириной подвижного короба под В = 2Б = 2,4 м с расходом Q = 3 м3/ с для плоского потока с коэффициентом Кориолиса будет а = 1,05. Графическое решение уравнения (23) для этих диаметров поплавка приведено на рисунке 4.

Соответственно получаем следующие значения величин критической глубины с учетом кривизны потока: крив = 0,1875; 0,1865; 0,1856 м. Относительная величина критической глубины к напору Но для приведенных диаметров поплавка составляет: ^ крив / Но 0,730 « 0,79; 0,735 « 0,79; 0,740 « 0,79; в среднем Ь^/Но = 0,735.

Как следует из приведенных расчетов, предварительно можно принять диаметр поплавка равным 0,2 м и критическую глубину Ькркрив, равную 0,1875 м.

Максимальная пригрузка поплавка переливающимся слоем воды будет при непод-пертом со стороны нижнего бьефа режиме истечения воды через гребень поплавка. В первом приближении осредненную толщину слоя переливающейся воды на проекции диаметра поплавка можно принять равной изменяющейся от величины Но на переднем конце диаметра гребня поплавка, равной критической глубине Ькр крив. и за гребнем поплавка. Пригрузка поплавка переливающимся слоем составит:

Gw = 4-y(B + d оп + h

d

(24)

Рис. 4. Результаты графоаналитического решения уравнения (23) Fig. 4. Results of graphoanalytic solution of the equation (23)

расхода т = 0,5 при неподтопленном переливе через гребень поплавка, получаем

Я = т - 4-(В + аи)- л/2-В-И3,

откуда получаем величину расчетного напора Но для рассматриваемого примера:

(

H =

o

Q

\

2/3

4 -m -(B + dn)•

3,0

2/3

= 0,257 м.

.4-0,5-(2,4 + 0,2)-,

Принимая во внимание ранее вычисленное значение критической глубины = 0,1875 м, получаем относительную величину критической глубины Ькр: Н = 0,1875: 0,257 = 0,73. Это дает среднее гидродинамического давления переливающегося потока на гребень оголовка поплавка (Н + 3 Ькр) = (1+3*0,73) Н = 3,267Н, с учетом чего уравнение (24) примет вид:

ош =у3,19-dIоп (В + оп)и,

Формула для определения требуемого диаметра поплавка при переливе через него воды из подвижного короба при максимальном расходе воды трубопровода примет вид:

d = 2

поп

(B-t ) -t -H • у'+л-(B+d ) -d -t • y +

v CT' CT К ' v поп/ поп п ' поп

+Y-0,798-dоп -(B+dоп)H+0,0005

2 кр) 2 у - ^ оп (В + d оп) (и + 3-Дкр).

Как следует из источника [4], по при принятой схеме перелива воды через гребень поплавка он будет работать как вакуумный водослив. Предварительно приняв значение коэффициента

3,14-(В+ёиоп )-ув

Подставляя в уравнение (25) параметры рассматриваемого примера, получим выражение для определения диаметра поплавка при переливе максимального расхода, обеспечивающего его непотопляемость при положении гребня поплавка на уровне воды в приемном канале, что после соответствующих преобразований дает

d_ = 2 -

0,0965+0,181- (B+d оп)-d оп + 0,798-dоп - (B+dпоп)-H+0,0005

(26)

3,14-(В+d оп).

Графоаналитическое решение уравнения (26) приведено на рисунке 5, в соответствии с которым расчетный диаметр поплавка при переливе максимального расхода Q = 3 м3/с должен равняться 0,3155 м.

Таким образом, на основании приведенных расчетов получаем, что гидравлическим режимом, определяющим диаметр поплавка подвижного короба, является режим с переливом воды через гребень поплавка при подаче насосной станцией максимального расхода. В данном случае можно использовать стандартные трубы из поливинилхлорида [10], которые имеют широкий диапазон стандартных диаметров и могут

быть приспособлены также для широкого диапазона параметров подвижного короба и расходов напорного трубопровода. Для полученного определяющего диаметра поплавка 0,315 м подойдет

0.125 0.125

d„„ = 0,128 m

0.129 0.13

d„„„, M

-dnon -f(dnon)

Рис. 5. Результаты графоаналитического решения уравнения (26) Fig. 5. Results of graphoanalytic solution of the equation (26)

Список использованных источников

1. Али М.С., Беглецов Д.С., Чебаевский В.Ф. Насосы и насосные станции: учебник для вузов. М.: Изд-во РГАУ-МСХА, 2015. 330 с.

2. Гурьев А.П., Ханов Н.В., Хаек Б. Гидравлическое обоснование работы телескопического водовыпускного сооружения в незатопленном режиме // Природооб-устройство. 2022. № 5. С. 114-120.

3. Теодоронский В.С., Сабо Е.Д., Золотарев-ский А. А. Гидротехнические мелиорации: учебник для вузов. 2-е изд., испр. и доп. М.: Юрайт, 2021. 317 с.

4. Костяков А.Н. Основы мелиораций. М.: Сельхоз-гиз, 1960. 662 с.

5. Павловский Н.Н. Гидравлический справочник. Л. - М.: ОНТИ. НКТП. СССР, 1937. 866 с.

6. Штеренлихт Д.В. Гидравлика: учебник.М.: Колосс, 2004. 650 с.

7. Справочник по гидравлическим расчетам / Под общ. ред. П.Г Киселёва. М.: «Энергия», 1972. 312 с.

8. Гурьев А.П., Ханов Н.В., Хаек Б. Теоретические расчеты параметров струи телескопического водовыпу-ска мелиоративной насосной станции //Сборник научных трудов. М.: РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, 2021. Т. 1. С. 383-362.

9. Слисский С.М. Гидравлические расчеты высокоскоростных гидротехнических сооружений: справочник.. М.: Энергоатомиздат, 1979. 335 с.

10. ГОСТ 32413-2013. Межгосударственный стандарт: трубы и фасонные части из непластифицирован-ного поливинилхлорида для систем наружной канализации. Технические условия. М.: Стандартинформ, 2014.

Критерии авторства

Хаек Бушра выполнила практические и теоретические исследования, на основании которых провела обобщение и написала рукопись, имеет на статью авторское право и несет ответственность за плагиат. Статья поступила в редакцию 09.01.2023 Одобрена после рецензирования 23.01.2023 Принята к публикации 23.01.2023

ближайший больший стандартный диаметр трубы dem = 355,0 мм

Выводы

Таким образом, для трех рассмотренных гидравлических вариантов работы подвижного короба с круглоцилиндрическим поплавком для параметра трубопровода насосной станции получены следующие расчетные диаметры поплавка: d^ = 0,1279 м; d^ = 0,0808 м; d^ = 0,315 м.

Как следует из приведенных расчетов, определяющим диаметром поплавка является режим с переливом через него воды при подаче максимального расхода трубопровода.

Для данного конкретного случая имеется возможность использовать стандартные трубы из ПВХ, ближайший больший стандартный наружный диаметр составляет: dem = 355,0 мм.

Учитывая простоту конструкции водовыпу-ска телескопического типа, его можно без труда изготовить в условиях механических мастерских строительных организаций.

References

1. Ali M.S. Nasosy4 i nasosnye stantsii: uchebnik dlya vuzov / M.S. Ali, D.S. Begletsov, V.F. Chebaevskij. M.: RGAU-MSHA, 2015. 330 s.

2. Gurjev A.P. Gidravlicheskoe obosnovanie raboty teleskopicheskogo vodovypusknogo sooruzheniya v ne-zatoplennom rezhime / A.P. Gurjev, N.V. Khanov, Haek Bushra A. I.N // M.: Prirodoobustrojstvo. 2022. № 5. S. 114-120.

3. Teodoronskij V.S. Gidrotehnicheskie melioratsii: uchebnik dlya vuzov/ V.S. Teodoronskij, E.D. Sabo, A.A. Zo-lotarevskij. 2-e izd., ispr. i dop. M.: Yurajt, 2021. 317 s.

4. Kostyakov A.N. Osnovy melioratsij. M.: Selhoz-giz. 1960. 662 s.

5. Pavlovskij N.N. Gidravlicheskij spravochnik / N.N. Pavlovskij. L. - M.: ONTI. NKTP. SSSR, 1937. 866 s.

6. Shterenliht D.V. Gidravlika. M.: Koloss, 2004. 650 s.

7. Spravochnik po gidravlicheskim raschyetam / pod obshch. red. P. G Kiselyeva. - M.: "Energiya", 1972. 312 s.

8. Gurjev A.P., Khanov N.V., Haek B. Teoretiches-kie raschyety4 parametrov strui teleskopicheskogo vodovy-puska meliorativnoj nasosnoj stantsii / Sb. nauchn. Tr. M.: RGAU-MSHA im. K.A. Timiryazeva, 2021. T. 1. 383-362.

9. Slisskij S.M. Gidravlicheskie raschyety4 vysokosko-rostnyh gidrotehnicheskih sooruzhenij. M.: Energoato-mizdat, 1979. 335 s.

10. GOST 32413-2013 Mezhgosudarstvennyj standart: truby4 i fasonnye chasti iz ne plastifitsirovannogo polivi-nilhlorida dlya sistem naruzhnoj kanalizatsii. Tehniches-kieusloviya. M.: Standartinform, 2014.

Criteria of authorship:

Hayek Bushra carried out practical and theoretical studies, on the basis of which she generalized and wrote the manuscript. She has a copyright on the article and is responsible for plagiarism.

The article was submitted to the editorial office 09.01.2023 Approved after reviewing 23.01.2023 Accepted for publication23.01.2023

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.