автореферат диссертации по транспорту, 05.22.19, диссертация на тему:Улучшение эксплуатации судоходных шлюзов с распределитеьными системами питания

(^ОТ-ШЗ'БМ'ГСККи ШЗДЛЕ'СОДННШ ЛД!асГСИТлТ

На правах рукописи

олз.и: ьзг.'иЯ

УДУЧШШ ЗКСИЛУЛТЛЦШ СУДОХОДА вишь

с РАадедашт^йш системам питания

Специальность: 013.'¿Р. 19 Эксплуатация зонного транспорта

А в т о е ф п р а т диссертации на соискание ученой стспени кандидат-- тонических наук

Сппкт-ГЬ'Т'Л'бург 1996

;'!ботя шлюлнеиг: Н СпНКТ-11еТе\|бу: >ГСКОМ Г<К:УД.\.СТ1)СШЮК университете водных ксимунпкяций.

■ЬучнкП руководитель - Пмо^еесор, кэндидлт технических

нлук ..¡лсилш" ^пепльетзич Бплячин

0[л;щ!ол1.нь:с оппонент - профессор, доктор технических

тук Георгий ьттиич Мелкзнян

кандидпт технических ¡пук, доцент Павел Андреевич Гарибин

предприятие- - Лалго-1>.лт1!Йско£ Государственное

уцр.чыданис содш-х путай и суд-жодотьч

^ццитл состоится " " е.^_ 1396 г

Ь луд. П ЪО ЧЧС 11" З^Се-ДИШИ ДПСОерТГ'Х'ПОПНОГО

ч->гстг ,-,. II ...01.02 : Оапст-Петербургском государственно." университете йодных коммуник-щи(1 г.Сячкт-Петог.Сур.г,

С ;;!|Сиерт11й'сГ! панно ози-'к-пл!" ..-я и Ск'Ъкочекь умиье

ТОТ1.

ОТЗГВЬ' на ПЬТОре^т Ь двух ¡ЖЗСМПЯЯ.^Х- •) ЗЯЮ'.1:НШК?

ччтьп п .1 дц/.:гп:р, а.чюим тпр.чглят. ъ >\.. ^ дисссрт^цпОДНОГО .".0!.еТ'!.

Лвго. ..ляодон " • Си с/Р с ¿"Л 1996 г.

/

дясс»ч.т.-)цконного иэвстп, кпчдядпт технических наук, у

доцинт Г •Л •Глг) 0 *

ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТША РАБОТЫ Акту а л , ¡забот и. Шлюзы являются одним из от-

ветственных и сложных звеньев транспортной системы водных путей. Способствуя комплексному использованию водных ресурсов и стимулируя развитие судоходства, шлюзы в то же время, стали одним из факторов, сдерживающих интенсификацию судоходства. Системы питания некоторых шлюзов не обеспечивают удовлетворительных условий стоянки судов, что иногда приводит к аварийным ситуациям. Это стало особенно заметно в связи с увеличением габаритов шлюзуемых судов и составов, водоизмещения которых значительно превышают принятые в качестве расчетных при проектировании. В связи с этим, перед научными работниками, занятыми проблемами речного транспорта, стоят задачи по разработке эффективных рекомендаций эксплуатационникам, обеспечивающих благоприятные эксплуатационные условия при одновременном снижении себестоимости перевозок, и создание возможности для речного транспорта успешной конкуренции с другими видами транспорта.

Для выполнения этих задач необходимо иметь надежные способы расчетной оценки условий стоянки шлюзующихся судов. Однако существующие методы расчета гидродинамических сил, действующих на суда, для распределительных систем питания не являются достаточно точными, на что указывают частые расхождения результатов теоретических расчетов с данными натурных исследований.

В настоящее время выбор рациональных систем питания сопровождается лабораторными исследованиями, которые требуют большого объема работ по изготовлению моделей, необходимого для этого значительного времени и затраты немалых средств. Поэтому разработки, уточняющие теоретические положения, связанные с наполнением или опорожнением шлюзных камер, и рекомендаций по созданию благоприятных условий стоянки судов и сокращению времени наполнения, представляют практический интерес.

Цель N я б о г к и задачи исследовани

--изданию более надежных методов ¿а^чиг; .............. -удов и

шлюзах с распределительными системами питания посвящнна ппедета ленная диссертация. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи :

1. Изучить и проанализировать эксплуатационные показатели р пределительных систем питания и существующие методы расчетов не установившегося движения воды в камерах шлюзов.

2. Выполнить расчеты волновой составляющей гидродинамическс силы для распределительных систем питания в течение всего проце наполнения камер с разработкой алгоритма и программы для расчет на ЭВМ.

3. Выявить особенности процесса наполнения камер через расг делительные системы питания и разработать методику расчета гиду: динамической силы с учетом этих особенностей.

4. В ходе решения поставленных задач выполнить сопоставлен! результатов расчета с данными экспериментальных исследований.

5. Разработать предложения по оптимизации распределительны: систем питания и улучшению эксплуатации судоходных шлюзов. Методика исследований. Базируясь на теор( ческих исследованиях, выполненных А.З.Михайловым, разработана 1 тодика расчета с применением ЭВМ неустановившегося движения во, для всего процесса наполнения камеры в отличие от А.В.Михайлов рассматривавшего лишь первый пик гидродинамической силы. Летод расчета сил уточнена путем учета местной составляющей, вызванн разностью гидростатического давления на торцы судна под воздей ствием водяных бугров, возникающих на поверхности воды.

Полученные результаты проверены путем проведения лаборато исследований с использованием методики, разработанной на кафед

Гидротехнических Сооружений М конструкций , ДЛЯ систем питания с донными выпусками.

Научная новизна. В диссертации впервые разработана методика расчета и разработаны алгоритм и программа расчета волновой составляющей гидродинамической силы методом характеристик для всего процесса наполнения камеры ; впервые введена в расчет местная составляющая, обусловленная гидромеханическими воздействиями, причем учет местной составляющей позволил сблизить результаты расчетов с данными экспериментальных исследований; разработаны рекомендации по оптимизации распределительных систем питания, по улучшению эксплуатации существующих систем питания, используя благоприятную учалку судна относительно выпускных отверстий, исключающую отрицательное воздействие водяных бугров на горцы судна.

Практическая ценность. Результаты работы позволяют определить полную величину гидродинамической силы, действующей на судно в течение всего процесса наполнения камеры, что позволит уменьшить объем работы на стадии моделирования. Выполненные исследования дают основания повысить надежность процесса шлюзования благодаря тому, что в результате применения рекомендаций по оптимизации систем питания, будет выбрана наиболее целесообразная система питания, установлен график подъема затвора, необходимое число и оптимальные параметры выпускных отверстий. Применение рекомендаций по схемам расстановки и учалки судов, дает возможность уменьшить число кризисных ситуаций, возникающих при неблагоприятных гидромеханических явлениях.

Апробация работ и. Результаты исследований по теме диссертации докладывались на ХХЗ' (1971 г), ХХЛ1 (1973 г), XXX (1976 г) научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ЛИЗТа и на XI (1976 г), ХУЛ (1981 г), ХУШ (1982 г) конференциях молодых научных работников института. Реализация выполненных исследований. Пользуясь разработанной методикой были осуществлены расчеты при выаЗинении по заданию Ленгидропроекта научных исследований по Богучанскоыу шлюзу я плюэаы Ангаро-Енисейского каскада. Рекомендации по расстановке судов в камере шлюзов с распределительными системами выданы и используются в Волжском и Волго-Балтийском бассейнах.

Публикация работы. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 7 печатных работах. Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, заключения и списка литературы. Объем диссертации 232 страниц, в том числе 61 рисунков, 20 таблиц. Список литературы включает 79 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе представлен обзор существующих систем питания, эксплуатационные показатели распределительных систем существующих судоходных шлюзов, рссмотрены волновые явления, происходящие в камерах шлюзов в процессе наполнения и опорожнения камер. Представлен анализ работы суцествуювдих шлюзов с учетом конструктивных особенностей систем питания и явлений гидродинамического и гидромеханического характера.

В работе выполнен обзор существующих методов расчета неуста-

новившегося движения г г-" " -ЛЛК)зОВ> в галереях и выпус-

ках, распределяющих поступление расхода воды в камеру. Рассмотрены основные положения методик расчета А.В.Михайлова, О.Ф.Васильева, метода сложения волн, метода характеристик. На основании анализа методов расчета выбрана базовая теоретическая методика, основывающаяся на положениях Л.В.Михайлова с использованием метода характеристик.

Основным критерием, характеризующим гидра!ЛИко-эксплуатационные качества системы питания плюза, является величина гидродинамической силы, действующей на судно под влиянием поступающего в камеру потока воды и вызывающей в свою очередь усилия в тросах.

В процессе экспериментальных исследований по замерам гидродинамических сил было выявлено не только количественное, но и качественное отличие в величинах сил, полученных с помощью уклономера и тензодатчика. На основании анализа явления даны предложения по совершенствованию методов расчета гидродинамической силы путем учета следующих особых условий, возникающих при наполнении через распределительные системы питания:

1. ."СГак как уклономер фиксирует волновые явления в камере, то на уклонограмме соответственно отражена волновая составляющая гидродинамической силы, на осциллограмме же, отличная от нее сила, обусловленная воздействием нескольких составляющих, а не только волновой. Выяснению механизма возникновения отдельных составляющих необходимо уделить особое внимание. Далее (в главе 4) рассмотрены и проанализированы некоторые факторы, на которые можно обратить внимание , и выявлена местная составляющая, воздействующая на торцы судна.

2. Как показали исследования, лимитирующая сила наступает,

В ■

Примерно', в середине процесса наполнения?, поэтому необходимо рас ириихранить расчет на весь процесс наполнения камеры, что невозможно без применения ЭВМ.

3. Для распределительных систем питания отсутствуют рекомендации по рациональному проектированию систем", необходимо решить эт; важную задачу по выбору оптимальной системы питания.

Глава вторая посвящена решению задачи распределения расход! по выпускам. Эта задача является промежуточным звеном цри расчет« волновой составляющей гидродинамической силы. А.В.Михайловым пред локена система уравнений неустановившегося движения воды в выпусках продольных галерей. Решение этой системы уравнений в диссер-« тации выполнено методом конечных разностей для расчета всего процесса наполнения камеры. При программировании использован метод Гаусса-Жордаяа; алгоритм дая решения задачи был реализован на алгоритмическом языке "ИНФ" дая ЭШ "ДЩДГР-21"^ а позднее "ШНСК-32". По результатам расчета были построены расчетные кривые изменения расходов по выпускам ^ =/(£) •

Исследования как экспериментальные^ так и теоретические были выполнены для расцределительных систем питания с одним подводом вода в раздающую-галерею', с двумя и тремя и для эквиинерционных систем питания с 4-мя и 64-мя выпускными отверстиями. При этом-; расчетное судно несамоходная барна БЕ-3900 сдвигалось в крайне неблагоприятные условия: к верхней голове', к нижней голове и для целости картины - в середину камеры.

На рис;1 представлены расчетные кривые изменения расходов по выпускам для системы питания с одним подводом воды. Анализируя данные представленные на рис,Г, можно заметить*; что перераспределение расхода между выпусками происходит на 60 с> диапазон наибольшего изменения расходов в начальный момент времени /до пере-

г.5 ¿0 Г5 /¿О Л.5 <5.0 -17.5 р. »Ус

Рис-» I. Гробик сопоставления расчетных и экспериментальных кривых: изменения расходов по выпускам для распределительной системы питания с одним подводом воды в камеру шлоаа.

распределения расходов/ находится в пределах 3 + 5.5 ^ V

ыаксималы::;: наступает на 160 - 180 с и изменяются 'меад

3

выпусками от II до 19 м .

V

В третьей главе' приводится расчет волновой составляющей гидродинамической силы методом характеристик для всего процесса наполнения камера.' Система дифференциальных уравнений одноразмерного и медленно изменяющегося неустановившегося движения вода в открытых водотоках Сен-Венана не шеет решения в общем виде"; выражающегося в простой аналитической форме'; поэтому существуют приемы приближенного интегрирования. Удобнее всего их решить методом характеристик; разработанным С.А.Христиановичем^ который заключается в замене уравнений Сен-Венана уравнениями соохвет--ствувдих им характеристик и решением этих уравнений приемами приближенного интегрирования;

При построении сетки характеристик необходимо помнить*," что для ToroV чтобы запрограммировать задачу^, необходимо обеспечить цикличность в определении искомых функций', т.е.' чтобы с какого-то момента времени все последующие вычисления периодически повторялись. В диссертации представлен алгоритм расчета5, программы составлены для расчета распределительных и эквиирерционннх систем питания^ по ним можно рассчитать камеру шлюза с судном в любом положении и камеру свободную от судна для всего процесса наполнения камеры. Программы составлены на алгоритмическом языке "ИШ" По результатам расчета^ выданным на печать', построены мгновенные профили водной поверхности", а затем определены значения волновой составлявшей гидродинамической силы.

На рис,2а приведен, для примера", график волновой составляющей гидродинамической силы для системы питания с одним подводом воды з камеру при расположении судна у верхней головы. Анализируя поденный график", можно заметить', что максимум волновой составляющей наступает в начальный момент наполнения', в данном случае", на [Оси равен 2.15 х 10^ Н, а", примерно"; со 160 с наблддается про-1есс затухания колебаний .

Кроме того, были выполнены расчеты волновой составляющей для »квжинерционннх систем питания с 4~мя и 64-мя выпускными отвер-!гаями. Графики волновых составляющих имеют тот не характер, т.е. шксимум силы наблвдается в начале наполнения камеры, примерно", I два раза меньший по величине по сравнению с распределительными ¡истемами питания.

Четвертая глава посвящена уточнению иегодики определения цдродинамической силы с учетом местной составляющей', вызванной ювдействием бугров', образующихся на поверхности воды. Здесь «осматривается один из существенных факторов воздействия разноо-•и гидростатического давления на торцы судна", возникающая под ишянием различного заглубления этих торцов под горизонт свобод-гой поверхности вода", если на последней имеются значительные мест-ще неровности - бугры и впадины. Влияние водяных бугров ярко прошляется при расположении одного торца судна в зоне действия бут- • 'а:, между тем1, как другой торец оказывается одновременно в преде-ах впадины (рис.За).

Гасительные экраны, установленные над выпускными отверстиями", ак показали исследования", не ликвидируют наличие бугров на сво-одной поверхности воды', а положение бугров смещается по отноше-ию к системе без экранов1, т.к.водяные потоки1; растекаясь из-под кранов в стороны навстречу друг другу, такке будут образовывать

график волновой составляйте» гпдродаиа.'-ическо^ с или

У//7УУУ//////У'/У> \7/У7У/////У7/7/Л IШ?/ а) схема положения судна в камере

гоо

гчо

I

/ \

Ч[

/\

V:

~ / \

- /

УУУ/УУУУУУ/Ш/,I \У///////УУ/Л \'///У///У/У/Л у///У/У//

б) график местной составляющей гидродштшческон сшш Рис.2. Гра^шки изменения расчетной гидродинамической сшш для систеш питания с одшш подводой (судно у исрхис!; Голови).

б) схема расположения бугров для Ш груши с экранами над' выпусками

Рнс.З. К определению местной составляющей гидродинамической сшш.

бугры» и в этом олучае судно может занимать положение', при до-тором кормовой (носовой) торец располагается в зоне действия бугра> в то время как противоположный торец - в зоне впадины (рис.Зб).

Для определения высоты водяного бугра в диосертации цринята формула В.М;Маккавеева> преобразованная А^В« Михайловым для прямоугольного отверстия:

- глубина в камере;

Расчет выполнялся в следующей последовательности:

I; Определялась примерная зова действия бугра для момента поступления максимального расхода воды.

2. Рассматривалась конкретная схема положения судна в камере относительно выпускных отверстий.

3. Выполнялся растет распределения скоростей по выпускам.

4. Определялась высота водяного бугра и величина местной составляющей гидродинамической силы? для определения последней црименялась формула:

На рис.2б представлен график изменения местной составляющей гидродинамической силы для системы питания с одним подводом воды при расположении судна у верхней головы. Можно заметить", что максимум местной составляющей силы наступает', примерно1, в период прохождения максимума расхода', в данном случае на 150 с и равен 3.3 х IQ4 Н.

где (J\

- площадь выпускного отверстия; I - наименьший размер выпуска1?

Ва рис*. 4 представлены суммарные значения гидродинамической силы', полученные 01 волновой и местной составляю-

щих*; для системы питания с одним подводом воды в камеру при трех положениях судна \ которые затем подвергались сопоставлению с экспериментальными замерами.

Гяайа Пятая посвящена экспериментальным исследованиям^ проводимым в лаборатории иы.Б.Е.Тимонова ЖВТа на универсальном шлюзном стенде М I : 32. Моделировался шлюз с параметрами: « 158 4 В = 18 м", ^=5.5^ Т = I? мин; Н = 26 м.

Данные о распределении расхода по выпускам были получены на основании измерения скоростей истечения воды при выходе из выпусков в камеру« Измерение производилось микровертушкаыи 1-6', которое устанавливались на расстоянии 1.5 см от днища камеры. Было выполнено несколько груш замеров:

В I груше - микровертушки устанавливались вблизи стенки камеры вад концевыми выпусками поперечных распределительных галерей.

Во П груше - ыикровертушси устанавливались над выпусками', распыгаенныш в перекрытии продольной распределительной галереи.

В О группе - контрольные опыта

Замера скоростей были выполнены для распределительных систем питании с одним подводом воды в камеру', с двумя и для эквишер-ционной системы питания с 64-мя выпусками'. Для обеспечения возможности сравнения этих данных с результатами расчета', экспериментальные данные были осреднены по длине поперечной галереи. Для перехода к расходам нужно полученные осредненные скорости умножать на площадь выходного сечения выпускного отверстия.

банеры гидродинамических сил производились тензометрическим датчик« конструкции ВНИИГа и пересчетом по величине зафиксиро-

РН% О

Рк

б) судно у нишей головы

Р^ШО" к н Рп, >•¿7** Л

% к- «б * Д "т Д'Л \ / ь ^ и / \ V О• А \ / ч /К / / / О ¡20 Ыг РтМ 1 т 2. я ! ЧЧ \ 1. /¿■■а*«: О $ Л ■ 7 ¿с

Рис.4. Графики сопоставления расчетной суммарной и осредненной экспериментальной гидродинамических сил для сйстеыы питания о однг!м подводом.

ванных уклономером дифферентов судна". Графики изменения экспериментальной гидродинамической силы для системы питания с одним подводом приведены на рис'.4.

Было выполнено 104 опытов5; разбитых на 23 серии: для распределительной системы с одним подводом воды в камеру', с двумя и тремя1, и для эквиинерционнвх систем питания с 64-мя и с 4-мя выпускными отверстиями с экранами и без них.'

Анализируя результаты замеров"; можно сделать следующие выводы:

IV Результаты большинства опытов показывают',' что максимальная гидродинамическая сила не определяется первым ее пиком1, поскольку';1 как правило*, она наступает примерно", в момент прохождения максимального расхода';' а по величине в среднем в 2.5 раза больше величины первого пика"; Следовательно5,' величина максимальной гидродинамической силы не волнового происхождения.

21 Результаты замеров гидродинамических сил при наличии в камерах гасительных экранов над выпусками по сравнению с результатами замеров в сериях без экранов показал^; что экраны в основном незначительно снижают величину максимальной гидродина--мической силы", а в некоторых случаях даже значение силы увеличивается. По-видимому", это можно объяснить неблагоприятным положением судна относительно водяных бугров.

3. Сопоставление между собой опытных значений гидродинамических сил'; действующих на шлюзуемое судно в процессе наполнения камеры с помощью трех различных вариантов подводка воды к распределительной галерее показывает на отсутствие существенной разницы в их эксплуатационных показателях. Поэтому вряд ли можно

признать целесообразном усложннние систем питания за счет увеличения числа подводов в раздающую галерею', т.к. это повлечет за собой увеличение капитальных вложений при строительстве шлюзов без заметного улучшения их эксплуатационных качеств.

В процессе исследований была предпринята попытка экспериментально оценить влияние бугров", образующихся над выпусками на величину гидродинамической силы.

Доя наглядности опыты проводились: на модели шлюза с эквиинер-ционной системой питания о 4-мя выпускными отверстиями. Проводились 3 группы исследований:

I - выпускные отверстия приняты без экранов', использована специальная модель судна с прямоугольными обводами для обеспечения наиболее неблагоприятной постановки судна относительно выпусков^ при которой один торец судна находился бы над бугром", другой во впадине';

П - выпускные отверстия без экранов; модель расчетного судна БЕ-3900;

Ш - над выпусками - гасительные экраны", модель расчетного судна.

В таблице I представлены результаты замеров гидродинамической силы для I группы. Анализируя данные', можно заметить, что в зависимости от того', как стоит судно относительно выпусков", знак силы меняется на противоположный , даже если в целом положение судна по длине камеры остается почти неизменным. При установке экранов выводыу сделанные выше подтверждаются5, кроме того", величины гидродинамических сил в Ш группе не уменьшаются по сравнению с I.

Это подтверждает", что и при наличии экранов сохраняется необходимость учитывать местную составляющую гидродинамической силы.

В шестой главе выполнено сопоставление экспериментальных

PeiLj/ibma/тш ja/uepoß iидлица î.

.гидродильмигеских. сил. при раълигнаи положении су она, ■ олгносаютяо 4ыпускоё

( I группа )

У/

поло-Mt.ï'di

Схема, положения, судна о камере

fianpmê-

лние

сим

R.

на* И

¿л

ffsn/' чест шгл

Си^яо и ёерхне й голо Bit ' А/Г

Н.Г.

Si.S__■ SS. С

■at

в.г.

2.5h —Í02

н.г.

tx.

\JSX

Н.Г.

3.52-10

5.DS -r 2.S2

Н.Г.

b.c.

V/"/!

.Г.

2.5BW

2.28 +W5

CcjÇjHo у нижне й 10вс:ы,

8

Н.Г.

3.7f/0 2.2S-r3-0

8

Н.Г.

&r.

В.Г.

kl-W

2.&Í-3.76

Ô

н.г.

Ô r.

н.г.

2,-i■ /О

3S -rS.26

н.г.

Судно à среднем положении t. г.

Ж!

777^7777

Н.э.

н.г.

2S-/0

3.4+tfS

■л 19

данных с результатами теоретических расчетов.

На рис.1 приведены графики сопоставления изменения расходов по выпускам, полученных расчетом и экспериментальным путем, для системы питания с одним подводом. Заниженные величины расходов, замеренных в лаборатории; в начале наполнения камеры, можно объяснить тем, что при установке вертушек не в самом выпуске, а на 1.5 см выше проявляется явление подсоса', струя расширяется к происходит падение скоростей.

Расхождение в максимальных значениях расходов, замеренных и расчетных, составляет «10$это расхождение для инженерных задач является вполне удовлетворительным.

На рис.4 приведены графики сопоставления расчетной суммарной и экспериментальной осредненной по сериям'гидродинамической силы для распределительной системы питания с одним подводом при трех различных положениях судна.

Анализируя графики, можно заметить, что расхождение в первых пиках весьма значительно и достигает 3($. Это можно объяснить несколькими обстоятельствами:

1. Как правило, данные лабораторных исследований дают значения гидродинамической силы меньше", чем в условиях натурных наблюдений, т.к. не удается достаточно хорошо моделировать шероховатость, частично это относится и к местным сопротивлениям.

2. В расчет по определен™ волновой составляющей в качестве исходных данных вводится теоретическое распределение расходов, а как отмечалось выше, для начального момента времени там наблюдалось значительное процентное расхождение, окало 20%.

Заметим, однако, что лимитирующей и определяющей является максимальная гидродинамическая сила, а здесь, расхождение 3 - 6%.

Поэтому можно рекомендовать пользоваться этой методикой для определения ............. при распределительных системах

питания.

В главе седьмой даны рекомендации по оптимизации параметров распределительных систем питания. Анализируя некоторые данные по существующим распределительным системам питания, можно заметить большое разнообразие в количестве выпусков,' при этом в условиях наполнения камер у одних шлюзов максимум силы приходится на начало наполнения, у других - на период наступления максималх ного расхода.

В соответствии с рекомендациями профессора Баланина В.В., к проблеме оптимизации параметров распределительных систем питания можно подойти добиваясь, чтобы каждый из максимумов гидродинамической силы, а именно волновой и местной, был близок к допустимому нормативному значению, но не превосходил бы его.

Управление первым пиком (волновым максимумом) осуществляется регулированием скорости подъема затвора наполнения, а вторым (максимумом местной составляющей) - соответствующим подбором чис ла и размеров выпускных отверстий в пределах камеры.

Таким образом, чтобы приблизить первый пик к допустимому зна чению, нужно изменить скорость подъема затвора, при этом придется несколько раз повторить расчет неустановившегося движения воды в камере пшоза методом характеристик для каждого из принимаемых графиков подъема затвора.

Максимальную величину гидродинамической силы, обусловленной местными гидромеханическими явлениями, можно снизить, варьируя параметрами, влияющими на ее величину.

Высоту водяного бугра при предельно-допустимой нормативной

гидродинамической силе можно определить, пользуясь зависимостью:

О

¿Г -35

а ширину выпуска можно получить из формулы:

Другой размер выпускного отверстия принимается из конструктивных соображений.

Необходимое количество выпусков: п=—

Рекомендуемая последовательность рационального проектирования систем питания заключается в следующем:

1. Задаются основными параметрами системы питания, исходя из конструктивных соображений и существующих зависимостей для определения площади галерей.

2. Выполняются предварительные гидравлические расчеты системы, позволяющие определить распределение расходов по выпускным отверстиям и волновую составлявщро.гидродинамической силы в различные промежутки времени.

3. Определяется величина местной составляющей гидродинамической силы, обусловленной водяными буграми.

4. Строится суммарная кривая гидродинамической силы, возникающей в процессе наполнения камеры, выявляются максимумы обусловленные волновыми и местными явлениями.

5. После анализа полученных результатов устанавливаются целесообразные изменения, которые должны быть внесены в режимы открывания затворов, а также в размеры и число выпусков для доведения полученной кривой гидродинамической силы до нормативной.

6. Проводится повторный гидравлический расчет и строится кривая изменения суммарной - гидродинамиче ской силы. Анализ ее показывает на возможность сохранить принятые параметры системы пита-

ния или необходимость внести новые поправки.

Расчет должен продолжаться до тех пор, пока не будут получены удовлетворительные результаты. Таким образом, методом последовательных приближений можно подойти к системе наполнения камеры, в которой подобраны оптимальные: режим маневрирования затворами, условия размещения выпускных отверстий, их размеры и соответствуют их количество.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты выполненной диссертационной работы сводятся к следующему.

I. В ходе выполнения работы рассмотрены все основные типы существующих распределительных систем питания, проанализированы их эксплуатационные качества в соответствии с их конструктивными параметрами и волновыми явлениями в камерах.

2. На основании анализа экспериментальных и натурных исследований распределительных систем питания выявлено в большинстве случаев наступление максимальных гидродинамических сил в период поступления максимальных расходов, а не в начальный момент времени наполнения, как было принято ранее, что объясняется в работе проявляющимися факторами местных гидромеханических воздействий

на шлюзующиеся суда.

3. Анализ существующих методов расчета для распределительных систем питания показал их несоответствие данным экспериментальные и натурных исследований по определении максимальных гидродинамиче сил; обоснована целесообразность уточнения методики расчетов неустановившегося движения воды в камере шлюзов с распределительными системами питания на весь процесс наполнения с учетом местн! гидромеханических воздействий.

1 выполнены: расчет неустановившегося

>ды в выпусках по методу А.В. (Михайлова и получены с использова-1ем ЭВМ: распределение расходов по выпускным отверстиям для все) процесса наполнения камеры шлюза; расчет неустановивнегося жжения воды в камере шлюза методом характеристик; изменение вол-)вой составляющей гидродинамической силы для всего процесса на-»лнения камеры.

5. предложена методика уточнения расчетов гидродинамической [лы введением местной составляющей, воздействующей на шлюзуемое гдно при определенных условиях стоянки судна относительно выпуск-к отверстий, вскрыт механизм проявления последней и представлен тод расчета.

6. Получена суммарная гидродинамическая сила, действующая на дно, обусловленная волновыми и местными гидромеханическими яв-ниями в камере.

7. Выполненное сопоставление результатов расчета и экспери-нтальных данных, позволило дать удовлетворительную оценку ре-мендуемой методике определения гидродинамической силы, причем ет местной составляющей позволил сблизить результаты расчета с спериментальными данными.

8. Результаты расчетных и экспериментальных исследований гко показали, что изменение чисто волновой составляющей имеет * затухающих колебаний с четко выраженным максимумом в началь-й момент наполнения камеры.

-. В то же время максимум местной составляющей наблюдается иомент поступления максимального расхода. Общая суммарная гид-(инамическая сила в большинстве вариантов тоже имеет максимум пы при максимальном расходе.

9. На основании выполненных ¿¿¿лазаний предложена методика установления оптимального соотношения основных параметров выпускных отверстий, сформулирована рекомендуемая последовательность рационального проектирования распределительных систем питания.

Эта методика позволит осуществить целесообразный выбор системы раздачи воды в камере шлюза, исходя из использования волможнс более простых водопроводных устройств, требующих наименьших капитальных вложений цри строительстве судоходных сооружений и в то же время обеспечивающих уровень действующей. на судно гидродинамическс силы в пределах установленной нормы. Так, если для устранения первого пика волновой составляющей, который считался лимитирующим, предлагались усложненные системы питания, то в диссертационной работе предлагается подбором размеров отверстий выпусков подучить оптимизированные параметры, дающие уменьшение усилий в середине процесса наполнения до нормативных значений.

10. В работе предложены рекомендации эксплуатационникам, позволяющие ускорить процесс наполнения с обязательным соблюдением благоприятных условий стоянки судов в камере, которые заключаются в предложении рассмотреть для каждой конкретной системы питания схемы расстановки и учалки судов относительно выпускных отверстий в-камере таким образом, чтобы избежать нежелательных воздействий местных гидромеханических факторов на суда. Благодаря правильной постановке судна относительно водяных «угров можно уменьшить число кризисных ситуаций, возникающих в случае обрывов швартовых на судах, уменьпив тем самым средства вложенные в эксплуатацию, затраченные на ремонт.

Необходимо иметь в виду, что даже при идеальном равномерном распределении расходов по выпускам, нельзя избежать возникновеши существенных гидродинамических сил, вызванных местными гидромеха-

ническими фактор. к1™ исследования, установка гаситель-

ных экранов над выпускными отверстиями позволяет несколько уменьшить размеры водяных бугров, но полностью не ликвидирует, так как происходит их смещение уже относительно экрана.

10. Разработанная методика рационального выбора системы питания может быть применена и проектировщиками при проектировании судоходных шлюзов, цри этом повышается досго»ерноеть полученных результатов и тем самым обеспечивается большая надежность эксплуатации шлюзов, кроме того применение более простых систем питания с подобранными оптимальными режимами наполнения при учете схем расстановки судов дает существенный технико-экономический эффект в сокращении размеров капитальных вложений.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах :

I. Городенский Н.Б., Комарова Н.Р. Обоснование выбора систем питания высоконапорных шлюзов. ХХУ научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава: Тез.докл.З/Ленинг.ин-т водного транспорта. -Л.:ЛИБТ, ч.1, 1971, с.139-146.

2. Городенский Н.Б., Комарова Н.Р. Расчет уклонов свободной поверхности воды в камере шлюза при распределительных системах питания методом характеристик с использованием ЭЦВМ "Днепр-21" ХХУП научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава: Тез.докл./Ленингр.ин-т водного транс-та, -Л.: ЛШТ, 1973, с.155-157.

3. Городенский Н.Б., Коленко Б.В., Комарова Н.Р. Экспериментально-теоретические исследования систем питания высоконапорных шлюзов. XXX научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава: Тез.докл./Ленингр.ин-т водного тр-та. -Л.:

ЛИВТ, 1976, с.44-45.

4. Комарова Н.Р. Сопоставление расчетных и экспериментальны: результатов распределения расходов по выпускным отверстиям га-ререй судоходных шлюзов. Сб.научн.трудов /Ленингр.ин-т водного тр-та. -Гидравлика, водные пути, изыскания и гидротехническое строительство. -Л.: ЛИВТ, 1976, с.46-55.

5. Коленко Б.В., Комарова Н.Р. Экспериментальное исследование влияния местных гидромеханических явлений в камерах с экви-инерционными системами питания. Сб.научн.трудов/Яенингр.ин-т водного тр-та. -Цутевые работы и гидротехнические сооружения

на реках. -Л.: ЛИВТ, 1981, с.118-122.

6. Комарова Н.Р. Расчетное определение местных гидромеханических явлений для шлюзов с распределительными системами питани/ Сб.научн.трудов/Ленингр.ин-т водного тр-та. -Путевые работы и гидротехнические сооружения на реках. -Л.: ЛИВТ, 1981, с.110-11*/

7. Комарова Н.Р. Оптимизация параметров выпускных отверстий распределительной системы питания. Ой.научн.трудов/Ленингр.ин-т водного тр-та. -Водные пути и портовые гидротехнические сооружения. -Л.: ЛИВТ, 1983, с.91-95.