Лаба по Липатову
.docxМинистерство транспорта и связи Российской Федерации
Федеральное агентство речного и морского транспорта
Федеральное государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Волжская Государственная Академия
Водного Транспорта
Факультет кораблестроения,
гидротехники и защиты окружающей среды
Лабораторная работа
На тему:
“Совершенствование гидравлики
Процесса наполнения камеры шлюза”
Студенты 6 курса : Шестаков А.С.
заочное отделение Мариев И.
Крашенинникова Д.
Руководитель: Липатов И.В.
Н.Новгород
2012
Исходные Данные:
-
Напор на камеру шлюза (м) – 15
-
Глубина на пороге камеры шлюза ( м) – 4,5
-
Полезная ширина камеры (м) – 30
-
Площадь по Миделеву сечению шлюзующего судна (кв. м) – 40
-
Водоизмещение (тыс. т) – 3,5
-
Коэффициенты планового положения судна – 0,59
Лабораторная работа №1
«Определение оптимальной скорости поднятия ворот»
Цель: Определить максимальную гидродинамическую силу, действующую на судно в процессе шлюзования, и время наполнения камеры. А также оптимальную скорость открытия затвора шлюза.
Порядок работы:
-
Расчет максимально допустимой гидродинамической нагрузки;
-
График определения оптимальной скорости поднятия ворот;
-
Распечатку расчета гидравлических характеристик при подобранной оптимальной скорости ворот;
-
Графическое представление характеристик процесса наполнения камеры шлюза.
Максимальная величина гидродинамической силы действующее на шлюзующее судно, в процессе шлюзования, не должна превышать величины:
где W – водоизмещение шлюзующего судна;
Процесс наполнения камеры шлюза описывается системой гидродинамических уравнений Навье – Стокса. Но их точное интегрирование сопряжено с большими затратами. Поэтому для практических расчетов используется инженерная методика получения результатов.
Для удобства работы с данными их предпочтительней всего систематизировать в табличные данные:
Расчеты по подбору оптимальной скорости ворот
0,001 |
0,34 |
1818 |
0,005 |
2,7 |
786 |
0,01 |
5,78 |
644 |
0,008 |
4,63 |
684 |
0,007 |
4,06 |
710 |
0,0075 |
4,36 |
696 |
0,0076 |
4,41 |
694 |
0,0078 |
4,52 |
989 |
По табличным данным строиться график зависимости максимальной гидродинамической силы, действующая на судно за цикл наполнения.
График определения оптимальной скорости поднятия ворот.
Полученное значение оптимальной скорости поднятия ворот принимают в качестве первоначального, эксплуатационного варианта. Путем выполнения дополнительного расчета с величиной скорости проверяют на пригодность, а полученные гидравлические характеристики процесса наполнения камеры шлюза принимают за окончательные.
Лабораторная работа № 2
«Выбор оптимальной конструкции
струенаправляющего
козырька подъёмно – опускных ворот»
Цель: Выбрать оптимальное конструктивное решение для струенаправляющего козырька применительно к заданному шлюзу.
Порядок работы:
-
Данные, систематизировать в таблицу;
-
Выбрать конструктивное решение струенаправляющего козырька;
-
Вывод по полученным результатам;
В работах В.А. Кривошеевым было доказано, что наибольшее значение коэффициента расхода при максимальном открытии ворот не всегда является оптимальным, гидравлический расход нелинейно зависит от высоты открытия ворот. В результате, для конкретных сооружений и шлюзующихся судов, высокие коэффициенты гидравлического расхода могут определять уменьшение скорости поднятия ворот и увеличение времени наполнение камеры шлюза. В случае увеличения гидравлического сопротивления ворот появляется возможность, сразу же увеличить скорость поднятия, и максимально начать пропускать поток через небольшое пропускное сечение. В этом случае появляется возможность сокращение времени наполнение камеры.
Результаты расчетов различных вариантов
№ п/п |
Тип конфигурации |
Скорость Затвора, м/мин |
Гидродинамическая сила, тс |
Время наполнения, сек |
1 |
Уголковый |
0,008 |
4,52 |
655 |
2 |
Уголковый |
0,0075 |
4,54 |
635 |
3 |
Безотрывно обтекаемый |
0,007 |
4,54 |
599 |
4 |
Радиально сопряженный |
0,0078 |
4,50 |
656 |
5 |
Радиально сопряженный |
0,0078 |
4,52 |
689 |
6 |
Дважды радиально сопряженный |
0,0085 |
4,54 |
685 |
7 |
Консольный |
0,008 |
4,51 |
692 |
Вывод: В результате полученных данных оптимальное конструктивное решение для струенаправляющего козырька к этому шлюзу выбираем Безотрывно обтекаемый, т.к. время шлюзование судна уменьшается, и это увеличивает пропускную способность гидросооружения и это приносит дополнительные прибыли.
Лабораторная работа № 3
«Подбор оптимального графика маневрирования
рабочих ворот шлюза»
Цель: Подобрать оптимальный график маневрирования рабочих ворот шлюза, путем ускорения процесса наполнения камер шлюза.
Порядок работы:
-
Данные систематизировать;
-
Изобразить график маневрирования скорости ворот шлюза;
-
Вывод по полученным результатам;
При проектировании системы наполнения камеры шлюза имеем дело с двумя ограничениями. Для ускорения процесса наполнения более целесообразно, как можно быстрее поднять ворота и пропустить максимальный поток в камеру. Это можно достичь увеличением скорости движения затвора. Но в этом случае, резко увеличиться гидродинамическая сила, действующая на шлюзующее судно и увеличиться вероятность его срыва со швартовых. Таким образом при подачу в камеру шлюза следует выполнять расход одинаковой интенсивности, в начале, середине и в конце процесса наполнения камеры, гидродинамическая сила, действующая на судно ,будет иметь меньшее значение.
При практической реализации этого подхода, необходимо принять во внимание следующие обстоятельства:
- высота подъема на шлюзах принята 2 м.;
- скорость поднятия затвора удобнее принимать функцией от высоты поднятия ворот;
- учитывая технологию реализации идеи графика маневрирования скоростью поднятия ворот шлюза, она принимается трехступенчатой.
График маневрирования скорости ворот шлюза
Вывод: При применении многоскоростного графика в сравнении потоковой скорости время наполнения камеры шлюза сократилось от 599 сек. до 492 сек..