渠化工程學(xué)作業(yè)及答案

1、渠化工程學(xué)作業(yè)某船閘已進(jìn)入初步設(shè)計(jì)階段，部分設(shè)計(jì)資料如下（其它未給參數(shù)見教材或咨詢老師）：1、水文資料1）樞紐設(shè)計(jì)洪水位：7.50m；2）樞紐校核洪水位：8.00m；3）樞紐正常擋水位：6.50m；4）上游最高通航水位：7.00m，相應(yīng)下游最高通航水位：5.00m；5）上游最低通航水位：4.00m，相應(yīng)下游最低通航水位：1.50m；6）上游波高0.5m。2、船舶資料1）船舶尺寸：設(shè)計(jì)船型船長(zhǎng)（m）船寬（m）吃水（m）排水量（t）干舷高（m）1000t駁船67.510.82.011001.5300馬力推輪257.52.01501.02）設(shè)計(jì)船隊(duì)編隊(duì)型式：一頂二駁（按縱向排列考慮）。3、經(jīng)濟(jì)資料1

2、）單向貨運(yùn)量250萬噸/年；2）非載貨船舶過閘次數(shù)：n06； 3）通航天數(shù)N360天/年；4）船舶載重利用系數(shù)：0.83；5）貨運(yùn)量不均衡系數(shù)：1.25；6）船舶每天平均工作時(shí)間：22小時(shí)。4、其它資料1）船閘閘門采用人字門，門扇長(zhǎng)度計(jì)算見教材P176，閘首長(zhǎng)度計(jì)算見教材P137，檢修門槽寬度取0.8m；2）輸水閥門采用平板閥門，設(shè)計(jì)為一個(gè)工作閥門和一個(gè)檢修閥門方式，閥門井設(shè)計(jì)為開敞式。作業(yè)1：根據(jù)上述資料，計(jì)算確定船閘閘室的有效長(zhǎng)度、有效寬度、檻上水深；計(jì)算確定船閘閘首長(zhǎng)度；計(jì)算確定船閘引航道長(zhǎng)度、寬度、最小水深；繪制船閘平面圖，并標(biāo)明尺寸（見教材P46-47、P68-70、P137-138

3、）。作業(yè)2：根據(jù)上述資料，計(jì)算確定船閘各部分高程，并繪制船閘縱剖面圖，標(biāo)明尺寸（見教材P50-53）。建議計(jì)算表格：船閘部位依據(jù)水位計(jì)算式高程（m）例：上導(dǎo)航墻頂上游最高通航水位7.0+1.58.5 下導(dǎo)航墻頂 上閘門門頂 下閘門門頂 上閘首墻頂 下閘首墻頂上門檻頂下門檻頂 上引航道底 下引航道底 閘室墻頂閘室底作業(yè)3：根據(jù)上述資料及作業(yè)1、作業(yè)2結(jié)果，進(jìn)行上閘首輸水系統(tǒng)設(shè)計(jì)及灌水水力計(jì)算：1、上閘首輸水系統(tǒng)設(shè)計(jì)、布置（見教材P76-83）；2、船閘灌水水力計(jì)算，繪制灌水水力特性曲線，主要包括：tt曲線、Htt曲線、Qtt曲線、htt曲線、Ett曲線、Q/tt曲線等（見教材P91-106）；3

4、、輸水廊道內(nèi)水力條件校核；4、船舶在閘室內(nèi)停泊條件校核。作業(yè)4：已知地基滲徑系數(shù)C=3.0，試采用滲徑系數(shù)法計(jì)算檢修工況下閘室地基的滲透穩(wěn)定性（垂直段換算為水平段的換算系數(shù)m為1.0）。作業(yè)5：計(jì)算如圖的雙鉸底板閘室結(jié)構(gòu)的地基反力并畫出地基反力圖。其中：閘墻底寬3m，中底板半寬5m，閘墻結(jié)構(gòu)所受荷載傳到鉸處的垂直力為495kN、力偶為300kNm，底板自重、水重、浮托力等合力為25kN/m。495KN300KNm25KN/m5m3m作業(yè)1、2、3參考（過程參考）1 船閘基本尺度確定1) 船閘閘室有效長(zhǎng)度：船閘閘室有效長(zhǎng)度不應(yīng)小于按下式計(jì)算式中：-閘室有效長(zhǎng)度（）；-設(shè)計(jì)最大過閘船隊(duì)的長(zhǎng)度（），

5、；-富裕長(zhǎng)度()，對(duì)頂推船隊(duì)：=8.66。則=111+8.66=119.66按標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，取2) 閘室有效寬度：船閘閘首口門和閘室有效寬度不應(yīng)小于按公式3-2和公式3-3計(jì)算的寬度，并采用現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)（GBJ139）中的規(guī)定的8，12，16，23，34的寬度 式中：-閘室有效寬度（）；-同閘次過閘船隊(duì)并列停泊的最大總寬度（），這里只有一個(gè)船隊(duì)過閘，則為設(shè)計(jì)最大船隊(duì)的寬度；-富裕寬度（）；-富裕寬度附加值（m），可按下列數(shù)據(jù)采用：當(dāng)7m時(shí)，1.0；當(dāng)7m時(shí)，1.2；-每次過閘船隊(duì)（舶）數(shù)目。船閘擬每次通過一推二駁（2排1列）500t級(jí)駁船， 則=10.8， 7 =1.2+0.025（

6、1-1）10.8=1.2 =10.8+1.2=123) 門檻水深：船閘門檻最小水深應(yīng)為設(shè)計(jì)最低通航水位至門檻頂部的最小水深，并應(yīng)滿足設(shè)計(jì)船舶、船隊(duì)滿載時(shí)的最大吃水加富裕深度的要求，可按下式計(jì)算H1.6T式中：H-門檻水深（）；T-設(shè)計(jì)最大過閘船隊(duì)的滿載吃水()。H1.6T=1.61.6=2.56取H=2.6。2 船閘各部分高程確定船閘上下游設(shè)計(jì)最高通航水位、設(shè)計(jì)最低通航水位、校核洪水位、正常擋水位，根據(jù)水文特征、航運(yùn)要求、船閘級(jí)別、有關(guān)水利樞紐和航運(yùn)渠化梯級(jí)運(yùn)用調(diào)度情況，考慮航道沖淤變化影響、兩岸自然條件和綜合利用要求等因素，綜合研究確定得如下：閘壩校核洪水位：233.5； 閘壩正常擋水位：2

7、31.5；上/下游最高通航水位：232.5/229.5； 上/下游最低通航水位：227.5/224.5。船閘各部分高程計(jì)算表序號(hào)計(jì) 算 內(nèi) 容計(jì) 算 水 位計(jì) 算 式計(jì)算結(jié)果1上閘門門頂高程上游設(shè)計(jì)最高水位上游設(shè)計(jì)最高水位+超高+浪高234.02下閘門門頂高程上游設(shè)計(jì)最高通航水位上游設(shè)計(jì)最高通航水位+超高233.03上閘首墻頂高程上游設(shè)計(jì)最高水位上閘門門頂高程+超高236.04下閘首墻頂高程上游設(shè)計(jì)最高通航水位下閘門門頂高程+超高閘室墻頂高程234.55閘室墻頂高程上游設(shè)計(jì)最高通航水位上游設(shè)計(jì)最高通航水位+空載干舷高度234.56上閘首門檻頂高程上游設(shè)計(jì)最低通航水位上游設(shè)計(jì)最低通航水位門檻水深

8、224.97下閘首門檻頂高程下游設(shè)計(jì)最低通航水位下游設(shè)計(jì)最低通航水位門檻水深221.98上游引航道底高程上游設(shè)計(jì)最低通航水位上游設(shè)計(jì)最低通航水位引航道最小水深225.19下游引航道底高程下游設(shè)計(jì)最低通航水位下游設(shè)計(jì)最低通航水位引航道最小水深222.110閘室底高程下游設(shè)計(jì)最低通航水位下閘首門檻高程221.911上游導(dǎo)航及靠船建筑物頂高程上游設(shè)計(jì)最高通航水位上游設(shè)計(jì)最高通航水位+空載干舷高度234.512下游導(dǎo)航及靠船建筑物頂高程下游設(shè)計(jì)最高通航水位下游設(shè)計(jì)最高通航水位+空載干舷高度231.5船閘各部分高程見圖3.2船閘高程示意圖。圖3.2 船閘高程示意圖3 引航道設(shè)計(jì)引航道的作用在于保證船舶安

9、全、順利地進(jìn)出船閘，供等待過閘的船舶安全停泊，并使進(jìn)出閘船舶能交錯(cuò)避讓。引航道應(yīng)具有足夠的水深和適合的平面布置以保證通航期內(nèi)過閘船舶(隊(duì))暢通無阻，安全行駛。船舶在引航道內(nèi)航速較小，對(duì)水流和側(cè)向風(fēng)的影響比較敏感。引航道應(yīng)具有較好的掩護(hù)，以滿足過閘船舶(隊(duì))在引航道內(nèi)安全停泊和航行的條件。1) 引航道長(zhǎng)度 擬采用直線進(jìn)閘，曲線出閘布置，引航道的各段長(zhǎng)度應(yīng)按以下計(jì)算：導(dǎo)航段長(zhǎng)度： 式中：-導(dǎo)航段長(zhǎng)度（）；-頂推船隊(duì)為設(shè)計(jì)最大船隊(duì)長(zhǎng)，拖帶船隊(duì)或單船為其中的最大船長(zhǎng)（） 則=111,取=111。調(diào)順段長(zhǎng)度：（1.52.0） 取=1.5=1.5111=166.5停泊段長(zhǎng)度： 取=111 引航道直線段總長(zhǎng)

10、度L：L=111+166.5+111=388.52) 引航道的寬度 單線船閘引航道的寬度，對(duì)反對(duì)稱型和不對(duì)稱型引航道寬度應(yīng)按下式計(jì)算：+ 式中：-設(shè)計(jì)最低通航水位時(shí)，設(shè)計(jì)最大船舶、船隊(duì)滿載吃水船底處的引航道寬度（）；-設(shè)計(jì)最大船舶、船隊(duì)的寬度（），取船隊(duì)長(zhǎng)=10.8；-一側(cè)等候過閘船舶、船隊(duì)的總寬度（），取船隊(duì)長(zhǎng)=10.8；-船舶、船隊(duì)之間的富裕寬度（），取=；-船舶、船隊(duì)與岸之間的富裕寬度（），取=0.5； 則 +=10.8+10.8+10.8+0.510.8=37.8 取=37.83) 引航道最小水深對(duì)級(jí)船閘：1.5式中：-引航道最小水深（）； -設(shè)計(jì)最大船舶（隊(duì)）的滿載吃水（）。則 =1

11、.51.6=2.4，取=2.44) 引航道的底寬 引航道的底寬可按下式計(jì)算： 式中：-設(shè)計(jì)最低通航水位時(shí)，設(shè)計(jì)最大船舶（隊(duì)）滿載吃水船底處的引航道寬度（）；-引航道水下岸坡的邊坡系數(shù)；-在設(shè)計(jì)最低通航水位時(shí)，引航道底寬內(nèi)最小水深（）；-設(shè)計(jì)最大船舶（隊(duì)）的滿載吃水（）。則=37.8-2（2.4-1.6）=374 輸水系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 閘門選擇4.1.1閘門型式選定船閘的工作閘門，在船閘正常運(yùn)用情況下被用來封閉通航孔口，保證船舶安全進(jìn)出船閘。除兼作輸水的閘門外，工作閘門一般都是在無壓的靜水中啟閉，在通航期大部分時(shí)間中，閘門是在不斷地運(yùn)轉(zhuǎn)著，且閘門的許多重要部件均位于水下，一旦發(fā)生故障，常需停航將閘

12、室或閘首中的水抽干進(jìn)行檢修，因此應(yīng)特別注意閘門運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性。4.1.2閘門基本尺度人字閘門門扇的基本尺度：1) 門扇長(zhǎng)度：門扇的計(jì)算長(zhǎng)度是門扇支墊座的支承而到兩扇門扇互相支承的斜接面的距離。其值可按下式計(jì)算： 式中： -閘首口門寬度()；-由門扇的支墊座與枕墊座的支承面至門龕外緣的距離，一般取為：=(0.050.07) ，本設(shè)計(jì)取為=0.06=0.0612=0.72。-閘門關(guān)閉時(shí)門扇軸線與閘室橫軸線的交角，此交角的大小直接關(guān)系到門扇主橫梁所受的軸向力和傳遞到閘首邊墩的水平推力以及門扇計(jì)算長(zhǎng)度的大小。我國所建船閘一般選用=22.50。則=7.27圖4.1 人字閘門平面示意圖2) 門扇厚度：門扇的

13、厚度t是指主橫梁高度，一般根據(jù)門扇高度，寬度及荷載情況在（）之間選用。取3) 門扇高度：門扇高度是指閘門面板底至頂?shù)木嚯x，可按下式計(jì)算 （4-2）式中：-閘門門頂高程（）；-門檻高程（）；-閘門面板底與門檻側(cè)面的距離，通常取=（0.150.25）；當(dāng)閘門關(guān)閉，門底止水位于門檻側(cè)面時(shí)取正值，在門檻頂面時(shí)取負(fù)值，本設(shè)計(jì)是擬當(dāng)閘門關(guān)閉時(shí)，門底止水位于門檻側(cè)面，則取正值。所以 上閘門門扇高度：=234-224.9+0.2=9.3下閘門門扇高度：=233-221.9+0.2=11.34.2 閥門選擇輸水閥門是船閘上主要設(shè)備，本身造價(jià)小，但對(duì)船閘的運(yùn)轉(zhuǎn)起著很大的作用，對(duì)輸水閥門的要求是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，止水

14、性能好；具有良好的水力特性；在局部開啟時(shí)，閥門本身的振動(dòng)較?。粏㈤]簡(jiǎn)單；檢修方便。目前廣泛應(yīng)用的輸水閥門有平面閥門，反向弧形閥門等，平面閥門的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，檢修方便，占地較小。反向弧形閥門也同樣具有閥門結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠的特點(diǎn)，同時(shí)它的啟門力小，但其缺點(diǎn)是檢修閥門時(shí)必須進(jìn)入輸水廊道內(nèi)，很不方便，因此從工程實(shí)際出發(fā)，采用平面閥門是比較理想的。4.3 輸水型式選定船閘輸水系統(tǒng)可分為集中輸水系統(tǒng)和分散輸水系統(tǒng)兩大類，類型的選擇可根據(jù)判別系數(shù)按下式初步選定。式中：-判別系數(shù)；-設(shè)計(jì)水頭（）；-閘室灌水時(shí)間（min）。當(dāng)3.5時(shí)，采用集中輸水系統(tǒng)；當(dāng)2.5時(shí)，采用分散輸水系統(tǒng)；當(dāng)為2.53.5時(shí)，應(yīng)進(jìn)行

15、技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證或參照類似工程選定。 本設(shè)計(jì)的判別系數(shù)：，在2.53.5之間，需進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證或參照類似工程選定。 本船閘擬定的尺寸不大，水頭較低，若采用分散輸水系統(tǒng)，將使船閘結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，工程造價(jià)亦將相應(yīng)地增加。一般來說，當(dāng)船閘水頭和平面尺寸不大時(shí)，可采用集中輸水系統(tǒng)，在國內(nèi)外的工程實(shí)踐中，當(dāng)水頭在1020米以內(nèi)時(shí)集中輸水系統(tǒng)得到廣泛的應(yīng)用，本工程的設(shè)計(jì)水頭為7米，屬于1020米之間，采用集中輸水系統(tǒng)是比較理想的，因此本船閘工程選用集中輸水系統(tǒng)。4.4 輸水系統(tǒng)的布置閘首是將閘室和上、下游航道分隔開的擋水建筑物，其上設(shè)有閘、閥門，輸水系統(tǒng)，機(jī)械等，以便調(diào)整閘室內(nèi)水位的升降，使船舶通過船閘，克服

16、落差。影響閘首布置的因素很多，主要是輸水系統(tǒng)的型式，閘、閥門的型式，帷墻的有無，以及使用要求等。因此，進(jìn)行閘首的初步布置是在輸水系統(tǒng)及閘門、閥門型式選定后進(jìn)行，根據(jù)使用要求，穩(wěn)定條件擬定閘首的長(zhǎng)度和寬度。已知輸水系統(tǒng)的型式是采用短廊道輸水系統(tǒng)，閘門采用人字閘門，閥門采用平面閥門，下面根據(jù)需要擬定閘首的尺寸如下：1) 閘首的長(zhǎng)度：閘首的長(zhǎng)度沿船閘縱軸線方向主要由門前段、門龕段及支持段所組成。門前段是指上閘首與引航道或下閘首與閘室相鄰部分的長(zhǎng)度，其主要取決與檢修閘門尺度、門槽構(gòu)造及檢修要求等。對(duì)于人字閘門的閘首可取為：=（1.02.0）+（），為檢修閘門的門槽寬度?，F(xiàn)取=1.0，則=2.0+1.0

17、=3.0；門龕段是指工作閘門開啟時(shí)所在部分的長(zhǎng)度，取決于閘門的型式和尺度。對(duì)于人字閘門的閘首=+（0.20.3），為人字閘門的門扇長(zhǎng)度，在前面已經(jīng)擬定出來為7.27，則=7.27+0.23=7.5；支持段是指支持閘門并承受閘門推力部分的長(zhǎng)度，主要根據(jù)廊道布置、結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定條件驗(yàn)算確定。在這里要布置輸水廊道出口，需要滿足輸水廊道的布置要求此時(shí)取=（1.02.0）+（1.02.0）（），為輸水廊道出口的寬度。則=2+21.5+2=7。閘首的長(zhǎng)度=+=3+7.5+7=17.5，這里的上下閘首的布置情況基本相似，因此它們的尺寸可定為一樣的，即。2) 閘首的寬度：閘首的寬度等于閘首口門的寬度和兩側(cè)邊

18、墩的厚度的總和。這里的閘首兩邊的邊墩是對(duì)稱的，邊墩的厚度初步布置時(shí)可取23倍廊道寬度，即46，這里根據(jù)實(shí)際要求取邊墩的厚度為5.5，則閘首的寬度。3) 閘首底板厚度：底板厚度可取等于（），且大于凈跨的（），其中為邊墩的自由高度，等于9.6，則取。圖5.1 上閘首平面示意圖本設(shè)計(jì)的輸水系統(tǒng)采用短廊道輸水型式，它是集中輸水系統(tǒng)中用得最多的一種型式，是在閘首兩側(cè)邊墩內(nèi)設(shè)置繞過工作閘門的環(huán)形的輸水廊道，在廊道上設(shè)有輸水閥門以控制灌、泄水。這種型式的特點(diǎn)是水流自上游經(jīng)過兩側(cè)輸水廊道流出，水流相互對(duì)沖，消除部分能量，從而使進(jìn)入閘室的水流具有較好的水流條件。輸水廊道的布置直接影響輸水系統(tǒng)的水流條件，因此在廊

19、道的布置時(shí)要考慮好，現(xiàn)根據(jù)已知條件，初步擬定廊道布置型式如圖4.2所示：圖4.2 （a）上閘首平面示意圖；（b）上閘首立面示意圖 進(jìn)口：為了減少水流的進(jìn)口損失，廊道進(jìn)口修圓，修圓半徑為。廊道進(jìn)口段轉(zhuǎn)彎中心的平均曲率半徑取，內(nèi)側(cè)曲面的曲率半徑，進(jìn)口淹沒水深在設(shè)計(jì)最低通航水深以下1.0。出口：廊道出口段轉(zhuǎn)彎中心線的平均曲率半徑，r取為，其它部位的廊道轉(zhuǎn)彎半徑。廊道出口的斷面擴(kuò)大為閥門處廊道斷面面積的1.2倍，為了使出流均勻增加消能效率，在轉(zhuǎn)彎段的起點(diǎn)即開始擴(kuò)大并加設(shè)導(dǎo)墻。出口的淹沒水深，根據(jù)船閘輸水系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定，對(duì)級(jí)船閘，上閘首為1.5，下閘首為1.0。直線段：在廊道的轉(zhuǎn)彎段之間，應(yīng)有一定長(zhǎng)

20、度的直線段，這是為了使閥門后水流能夠得到充分?jǐn)U散，同時(shí)也是為了布置輸水閥門和檢修閥門。直線段長(zhǎng)度一般取為（1.32.5）b（b為輸水廊道的寬度），本設(shè)計(jì)取直線段長(zhǎng)度為2.0b=4。4.5 水力計(jì)算4.5.1 輸水閥門處廊道斷面面積輸水閥門處廊道斷面面積可根據(jù)給定的輸水時(shí)間和閥門全開時(shí)輸水系統(tǒng)流量系數(shù)按下式計(jì)算： 式中：-輸水閥門處廊道斷面面積（）；-計(jì)算閘室水域面積（），對(duì)單級(jí)船閘取閘室水域面積；對(duì)多級(jí)船閘中間級(jí)，取閘室水域面積的一半；-閘室水域長(zhǎng)度（）；-設(shè)計(jì)水頭（）；-閥門全開時(shí)輸水系統(tǒng)的流量系數(shù)，可取0.60.8；本設(shè)計(jì)初步取0.7-閘室灌水時(shí)間（s）；本設(shè)計(jì)初步取540s-系數(shù)，可按表

21、4-2選用；-取0.60.8；本設(shè)計(jì)初步取0.6；-重力加速度（）。則 擬定廊道輸水閥門處斷面尺寸為21.78。4.5.2 輸水廊道的阻力系數(shù)和流量系數(shù)輸水系統(tǒng)總阻力系數(shù)包括進(jìn)口、攔污柵、轉(zhuǎn)彎、擴(kuò)大、收縮、出口等局部阻力系數(shù)以及沿程摩阻損失的阻力系數(shù)?，F(xiàn)在將局部阻力系數(shù)計(jì)算如下：1) 進(jìn)口：將進(jìn)口邊緣微帶圓弧形，=0.2；2) 攔污柵： 式中：-攔污柵阻力系數(shù)；-柵條厚度（）；-柵條凈間距（）；-柵條形狀系數(shù)；對(duì)長(zhǎng)方形柵條，前端做成圓形，=1.83；對(duì)長(zhǎng)方形柵條，前、后均做成圓形，=1.67；對(duì)長(zhǎng)方形柵條，前端做成圓形，后端自柵條長(zhǎng)度的0.6處開始做成斜的，=1.035；對(duì)兩端圓形，兩邊做成斜

22、的柵條，=0.92；對(duì)兩端都做成楔形的光滑柵條，=0.76；對(duì)圓形柵條，=1.79。本設(shè)計(jì)柵條采用長(zhǎng)方形，前端做成圓形，則=1.83，擬柵條的厚度為=10，柵條凈間距=20，采用混凝土的材料，則3) 廊道圓滑轉(zhuǎn)彎：從廊道平面示意圖可知，輸水廊道有二個(gè)轉(zhuǎn)彎處，則式中：-廊道轉(zhuǎn)彎阻力系數(shù)；-轉(zhuǎn)角；-系數(shù)，與廊道形狀及轉(zhuǎn)彎曲率半徑有關(guān)，其數(shù)值如下：對(duì)矩形廊道0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.00.120.140.180.250.400.641.021.551.273.23-矩形廊道寬度（）；-廊道軸線的曲率半徑（）。第一個(gè)轉(zhuǎn)彎：矩形廊道，廊道軸線的曲率半徑，=0.40，廊道9

23、00轉(zhuǎn)彎，則=0.40。第二個(gè)轉(zhuǎn)彎：矩形廊道，廊道軸線的曲率半徑，=0.28，廊道900轉(zhuǎn)彎，則=0.28。4) 出口圓錐形擴(kuò)大： 式中：-以擴(kuò)大前的斷面為計(jì)算斷面的阻力系數(shù)；-以擴(kuò)大前的斷面為計(jì)算斷面的阻力系數(shù)；-系數(shù)，與圓錐角有關(guān)，其值為：5101520304050以上0.130.170.260.410.710.91.01.1廊道出口斷面面積擴(kuò)大1.2倍，則出口的斷面面積為8.544，擬出口斷面尺寸為5.341.4，出口圓錐形擴(kuò)大，如圖4.3所示。圖4.3 出口圓錐形擴(kuò)大示意圖 ，圓錐角，則=1.0 5) 出口：對(duì)多支孔出口段，6) 沿程摩擦阻力系數(shù)： （4-10）式中：-沿程摩擦阻力系數(shù)

24、；-廊道長(zhǎng)度（）；-廊道水力半徑（）；-謝才系數(shù)；-重力加速度（）廊道長(zhǎng)度：水力半徑：謝才系數(shù)：則 由于輸水廊道各段的斷面面積不等，在計(jì)算總阻力系數(shù)時(shí)，均應(yīng)將各段的阻力系數(shù)統(tǒng)一換算為閥門處廊道斷面的阻力系數(shù)，即各阻力系數(shù)應(yīng)乘以。因此輸水系統(tǒng)的總阻力系數(shù)為：輸水系統(tǒng)的流量系數(shù)是隨輸水閥門的阻力系數(shù)亦即閥門開啟度而變化的，在閥門全開后可認(rèn)為保持一常數(shù)。當(dāng)閥門均勻而連續(xù)開啟時(shí)，在閥門開啟過程中，流量系數(shù)是時(shí)間的函數(shù)。由水力學(xué)可知，輸水系統(tǒng)的流量系數(shù)等于： 式中：-時(shí)刻t的輸水系統(tǒng)流量系數(shù)；-時(shí)刻t閥門開度n時(shí)的閥門局部阻力系數(shù)，可按表4-3選用；-閥門井或門槽的損失系數(shù)；平面閥門取0.10；反弧形閥

25、門取零；-閥門全開后輸水系統(tǒng)總阻力系數(shù)，包括進(jìn)口、出口、攔污柵，轉(zhuǎn)彎、擴(kuò)大、收縮等局部阻力系數(shù)，以及沿程摩阻損失的阻力系數(shù)。以上各阻力系數(shù)均應(yīng)換算為閥門處廊道斷面的阻力系數(shù)。表4-3 閥門開度與、的關(guān)系閥門開度門型0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0平面閥門186.243.7817.488.384.282.161.010.390.0900.6830.6560.6430.6420.6520.6750.7130.7710.8551.00則取=0.2（閥門井有兩個(gè)），=1.979，將以上的值代入到式4-3中計(jì)算，得流量系數(shù)的結(jié)果見表4-4。表4-4 流量系數(shù)計(jì)算結(jié)果表0.10

26、.20.30.40.50.60.70.80.91.0186.243.7817.488.384.282.161.010.390.0900.070.150.230.310.390.480.560.620.660.684.5.3 輸水閥門開啟時(shí)間輸水閥門開啟時(shí)間可按下式計(jì)算：式中：-輸水閥門開啟時(shí)間（s）；-系數(shù)，對(duì)銳緣平面閥門取0.725，對(duì)反向弧形閥門取0.623；-輸水閥門處廊道斷面面積（）；-設(shè)計(jì)水頭（）；-重力加速度（）；-初始水位的閘室橫斷面面積（）；-船舶、船隊(duì)浸水橫斷面面積（）；-波浪力系數(shù)，當(dāng)船長(zhǎng)與閘室長(zhǎng)度接近時(shí)，取1.0-船舶、船隊(duì)排水量（t）；-允許系纜力的縱向水平分力，按表4

27、-5選用。表4-5 船舶允許系纜力船舶噸位 允許系纜力（kN）30002000100050030010050縱向水平分力464032251885橫向水平分力23201613943則 4.5.4 閘室輸水時(shí)間閘室輸水時(shí)間應(yīng)根據(jù)確定的流量系數(shù)和閥門開啟時(shí)間按下式核算： 式中： -閘室輸水時(shí)間（）； -計(jì)算閘室水域面積，對(duì)單級(jí)船閘取閘室水域面積；對(duì)多級(jí)船閘中間級(jí)，取閘室水域的一半；-設(shè)計(jì)水頭（）；-閥門全開時(shí)輸水系統(tǒng)的流量系數(shù)，可取0.60.8；-輸水閥門處廊道斷面面積（）；-系數(shù)，可按表4-2選用；-閥門開啟時(shí)間（）；-重力加速度（）。則 4.5.5 船閘通過能力校核計(jì)算在一般情況下，船閘的通過能

28、力是指設(shè)計(jì)水平年期限內(nèi)，每年自兩個(gè)方向（上、下行）通過船閘的貨物總噸數(shù)，即年過閘貨運(yùn)量。若船閘每年通航天數(shù)為N，一次過閘平均噸位為G，則船閘年單向通過能力P可按下式計(jì)算： 式中：-船閘年單向通過能力（t）；-日平均過閘次數(shù)（次），可由求得，為船閘每晝夜的平均工作時(shí)間，T為船舶（隊(duì)）一次過閘的時(shí)間；-每晝夜非運(yùn)貨船過閘次數(shù)（次）；-船閘年通航天數(shù)（天）；-一次過閘平均噸位（t）；-船舶裝載系數(shù)，與貨物種類、流向和批量有關(guān)，可取為0.50.8；-運(yùn)量不均衡系數(shù)，一般取為1.31.5。影響船閘通過能力的決定因素是船閘的過閘時(shí)間T。過閘時(shí)間是指一個(gè)船舶（隊(duì)）從上游經(jīng)過船閘到達(dá)下游或從下游經(jīng)過船閘到達(dá)上

29、游所需時(shí)間，或指兩個(gè)方向各通過一個(gè)或通過一系列船舶（隊(duì)），一個(gè)船舶（隊(duì)）通過船閘所需的平均時(shí)間。單級(jí)船閘的過閘方式有單向過閘和雙向過閘。如果船舶（隊(duì)）僅向一個(gè)方向（從上游向下游或從下游向上游）連續(xù)地通過船閘，稱為單向過閘。如果船舶（隊(duì)）由兩個(gè)方向輪流相間的交錯(cuò)過閘，稱為雙向過閘。實(shí)際上，由于上行與下行船舶（隊(duì)）很難保證到達(dá)船閘的均勻性，在設(shè)計(jì)中一般采用船隊(duì)單向過閘與雙向過閘所需時(shí)間的平均值來計(jì)算晝夜過閘次數(shù)。本設(shè)計(jì)中就是采用這種方法來計(jì)算過閘時(shí)間。1) 單向過閘：假設(shè)船隊(duì)從下游向上游單向通過船閘每一船舶（隊(duì)）單向船閘所需的總時(shí)間為：式中：-開（關(guān)）閘門時(shí)間（）；-單向進(jìn)閘時(shí)間（min）；-閘室

30、灌（泄）水時(shí)間（min）；-單向出閘時(shí)間（min）；-船隊(duì)進(jìn)（出）閘間隔時(shí)間（min）。計(jì)算過閘時(shí)間，首先須估算每一作業(yè)所需的時(shí)間。開啟或關(guān)閉閘門的時(shí)間，當(dāng)船閘寬度小于20m時(shí)，一般約為12min，在2030 m時(shí)，約為1.53min。閘室灌水和泄水時(shí)間與船閘水頭、閘室尺寸及輸水系統(tǒng)型式有關(guān)，可通過船閘的水力計(jì)算及模型試驗(yàn)確定。初步估算時(shí)，可在815min的范圍內(nèi)選用，本設(shè)計(jì)選取=9min；本船閘寬12m小于20m，選取=2min；假定船隊(duì)在閘室內(nèi)停泊與中間位置，則進(jìn)閘時(shí)所要走的距離：，查表3-5得船隊(duì)進(jìn)閘速度=0.5，則；出閘時(shí)所要走的距離，查表得船對(duì)單向出閘速度=0.7，則；這里計(jì)算情況是

31、只有一個(gè)船隊(duì)進(jìn)（出）閘，所以船隊(duì)進(jìn)（出）閘間隔時(shí)間=0。則單向過閘時(shí)間：表3-5 船舶（隊(duì)）進(jìn)出閘的平均速度 過閘方式船舶類型進(jìn)閘出閘單向雙向單向雙向船隊(duì)0.50.70.71.0排筏（拖輪牽引）0.30.50.50.6機(jī)動(dòng)單船0.81.01.01.4非機(jī)動(dòng)船0.40.50.40.52) 雙向過閘時(shí)間：假設(shè)船隊(duì)先從下游向上游通過船閘一次雙向過閘完成各項(xiàng)作業(yè)所需的總時(shí)間為： 式中：-開（關(guān)）閘門時(shí)間（min）；-雙向時(shí)進(jìn)閘時(shí)間（min）；-閘室灌（泄）水時(shí)間（min）；-雙向時(shí)出閘時(shí)間（min）；-船隊(duì)進(jìn)（出）閘間隔時(shí)間（min）。閘門開（關(guān)）時(shí)間，閘室灌（泄）水時(shí)間，船隊(duì)進(jìn)（出）閘間隔時(shí)間的選取

32、同單向過閘時(shí)的。假定船隊(duì)在閘室內(nèi)停泊與中間位置，則進(jìn)閘時(shí)所要走的距離：，查表3-5得船隊(duì)進(jìn)閘速度=0.7，則；出閘時(shí)所要走的距離，查表得船對(duì)單向出閘速度=1.0，則。則雙向過閘時(shí)間：所以單級(jí)船閘一次過閘時(shí)間： 船閘平均過閘次數(shù)：船閘年單向通過能力：滿足年單向客貨運(yùn)量的設(shè)計(jì)要求。4.5.5 輸水系統(tǒng)灌泄水水力特性曲線計(jì)算1) 流量系數(shù)與時(shí)間關(guān)系曲線 閥門開啟過程各時(shí)刻的流量系數(shù)與時(shí)間關(guān)系曲線可按式4-7計(jì)算求得，閥門全開以后的流量系數(shù)為常數(shù)。表4-6 流量系數(shù)與時(shí)間關(guān)系0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.023.747.471.194.8118.5142.2165.9189

33、.6213.3237.00.070.150.230.310.390.480.560.620.660.682) 閘室水位與時(shí)間關(guān)系曲線閘室水位可由上游水位減去水頭求得。水頭的計(jì)算按下式計(jì)算： 當(dāng)忽略閥門開啟過程慣性水頭的影響時(shí)，閥門開啟過程中任一時(shí)段末的水頭可按下式計(jì)算： 式中：-計(jì)算水頭末的水頭（）；-計(jì)算時(shí)段開始的水頭（）；-計(jì)算時(shí)段，取1030，本設(shè)計(jì)取為；-計(jì)算時(shí)段的平均流量系數(shù)；-輸水閥門處廊道斷面面積（）； -計(jì)算閘室水域面積（），對(duì)單級(jí)船閘，取閘室水域面積； -重力加速度（）。 閥門全開以后任一時(shí)段末的水頭可按下式計(jì)算：式中：-計(jì)算水頭末的水頭（）；-計(jì)算時(shí)段開始的水頭（）；-閥門

34、全開后慣性水頭（），對(duì)集中輸水系統(tǒng)可不考慮；-計(jì)算時(shí)段，取1030；本設(shè)計(jì)取為，閥門全開后-計(jì)算時(shí)段的平均流量系數(shù)；-輸水閥門處廊道斷面面積（）； -計(jì)算閘室水域面積（），對(duì)單級(jí)船閘，取閘室水域面積；-重力加速度（）。3) 流量與時(shí)間關(guān)系曲線流量與時(shí)間關(guān)系可通過下列公式計(jì)算求得： 其中：-時(shí)刻的流量（）；-時(shí)刻的流量系數(shù)，由流量系數(shù)與時(shí)間關(guān)系曲線求得；-時(shí)刻的水位差（）可由閘室水位與時(shí)間關(guān)系曲線求得；-時(shí)刻的慣性水頭（），對(duì)集中輸水系統(tǒng)可忽略不計(jì)；-重力加速度（）。4) 能量與時(shí)間關(guān)系曲線 5) 比能與時(shí)間關(guān)系曲線6) 閘室斷面平均流速與時(shí)間關(guān)系曲線計(jì)算結(jié)果見表4-7水力特征曲線計(jì)算結(jié)果表。表

35、4-7 水力特征曲線計(jì)算結(jié)果表nT()thi+1()Ht()Qt()Et()ht()t()Ept()Vt()dQ /dt0007224.50 0 0.00 2.60 31.20 0 0.00 0.00 0.1 23.7 0.076.96 224.54 5.82 397.31 2.64 31.70 12.533 0.18 0.25 0.2 47.4 0.156.83 224.67 12.36 827.58 2.77 33.26 24.879 0.37 0.28 0.3 71.1 0.236.61 224.89 18.63 1207.53 2.99 35.93 33.608 0.52 0.26 0

36、.4 94.8 0.316.30 225.20 24.52 1514.57 3.30 39.64 38.206 0.62 0.25 0.5 118.5 0.395.91 225.59 29.88 1731.18 3.69 44.32 39.060 0.67 0.23 0.6 142.2 0.485.44 226.06 35.29 1882.90 4.16 49.93 37.712 0.71 0.23 0.7 165.9 0.564.91 226.59 39.10 1881.67 4.69 56.33 33.405 0.69 0.16 0.8 189.6 0.624.33 227.17 40.6

37、9 1729.87 5.27 63.19 27.375 0.64 0.07 0.9 213.3 0.663.75 227.75 40.31 1484.35 5.85 70.15 21.159 0.57 -0.02 1.0 237.0 0.683.19 228.31 38.29 1198.65 6.41 76.91 15.586 0.50 -0.09 1.0 264.4 0.682.59 228.91 34.49 875.95 7.01 84.13 10.412 0.41 -0.16 1.0 291.8 0.682.05 229.45 30.69 617.09 7.55 90.60 6.811

38、0.34 -0.16 1.0 319.2 0.681.57 229.93 26.89 415.02 8.03 96.32 4.309 0.28 -0.16 1.0 346.6 0.681.16 230.34 23.09 262.72 8.44 101.28 2.594 0.23 -0.16 1.0 374.0 0.680.81 230.69 19.29 153.15 8.79 105.49 1.452 0.18 -0.16 1.0 401.4 0.680.52 230.98 15.48 79.27 9.08 108.94 0.728 0.14 -0.16 1.0 428.8 0.680.30

39、231.20 11.68 34.05 9.30 111.63 0.305 0.10 -0.16 1.0 456.2 0.680.14 231.36 7.88 10.46 9.46 113.58 0.092 0.07 -0.16 1.0 483.6 0.680.04 231.46 4.08 1.45 9.56 114.76 0.013 0.04 -0.16 1.0 511.0 0.680.00 231.50 0.28 0.00 9.60 115.20 0.000 0.00 -0.16 圖4.4 流量系數(shù)與時(shí)間關(guān)系圖圖4.5 閘室水位與時(shí)間關(guān)系圖圖4.6 流量與時(shí)間關(guān)系圖圖4.7 能量與時(shí)間關(guān)系圖

40、圖4.8 比能與時(shí)間關(guān)系圖圖4.9 閘室平均流速與時(shí)間關(guān)系圖4.6 輸水閥門后水力條件復(fù)核本工程的輸水閥門采用密封式，對(duì)密封式閥門，在閥門后面水流收縮的一段區(qū)域內(nèi)流速很大，可能會(huì)出現(xiàn)壓力降低現(xiàn)象，其壓力降低值將隨閥門的開啟過程而產(chǎn)生變化。如果產(chǎn)生負(fù)壓而尤其當(dāng)負(fù)壓過大時(shí)，則將產(chǎn)生空蝕現(xiàn)象，這不僅對(duì)閥門本身而且對(duì)鄰近閥門的一段輸水廊道都是十分不利的。因此，對(duì)密封式閥門，應(yīng)驗(yàn)算閥門后水流收縮斷面處廊道頂部的壓力水頭。在某一瞬時(shí)，閥門開啟度為時(shí)，對(duì)閥門后水流收縮斷面和上游水面可以寫出能量方程式： （4-21）式中：-閥門后水流收縮斷面廊道頂部的壓力水頭（）；-上游水面的高程（）；-閥門后廊道頂部的高程

41、（）； 圖4.10 密封式閥門后廊道內(nèi)水流情況示意圖-閥門后水流收縮斷面的平均流速（），為閥門開啟度， 為收縮系數(shù)，按下表選用：0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0平面閥門0.6830.6560.6430.6420.6520.6750.7130.7710.8551.00-閥門處廊道斷面的平均流速（）；-輸水閥門前廊道段的阻力系數(shù)；-重力加速度（）由上式可得： （4-22）式中：-船閘上游水位與閥門后廊道頂部高程的差值；已知閥門后廊道頂部高程則輸水閥門前廊道段的阻力系數(shù)：表4-8 閥門后輸水廊道頂部的水頭計(jì)算結(jié)果（）（）（）（）（）（）00031.20.00 08.12

42、0.1 23.7 0.6835.82 31.70 1.84 26.88 44.79 0.2 47.4 0.65612.36 33.26 1.86 14.15 18.13 0.3 71.1 0.64318.63 35.93 1.73 8.96 12.04 0.4 94.8 0.64224.52 39.64 1.55 6.02 9.82 0.5 118.5 0.65229.88 44.32 1.35 4.14 8.88 0.6 142.2 0.67535.29 49.93 1.18 2.91 8.47 0.7 165.9 0.71339.10 56.33 0.99 1.99 8.26 0.8 18

43、9.6 0.77140.69 63.19 0.80 1.30 8.17 0.9 213.3 0.85540.31 70.15 0.64 0.83 8.13 1.0 237.0 1.0 38.29 76.91 0.50 0.50 8.12 從表中計(jì)算結(jié)果可知閥門后輸水廊道頂部沒有產(chǎn)生負(fù)壓，滿足要求。4.7 閘室停泊條件校核當(dāng)閘室灌水時(shí)，停泊在閘室內(nèi)的船舶將受到水流作用力的作用，而在系船纜繩上產(chǎn)生拉力。船隊(duì)在閘室內(nèi)的停泊條件可按下列公式核算：波浪力：流速力：式中：-允許系纜力的縱向水平分力（）； -作用在停泊于閘室內(nèi)船舶的波浪力（）；-作用在停泊于閘室內(nèi)船舶的流速力（）；-波浪力系數(shù)。當(dāng)船隊(duì)長(zhǎng)度接近于閘室長(zhǎng)度時(shí)，=1.0；-船舶（隊(duì)）排水量（）；-船舶水下橫斷面面積（）；-初始水位時(shí)閘室橫斷面面積（）；-船舶排水量方形系數(shù)；一般為0.50.8，這里取-剩余阻力系數(shù)，對(duì)非自航式勺形鐵殼船為；-船前流速不均勻系數(shù)，對(duì)閘室灌水，采用簡(jiǎn)單的消能措施時(shí)為3.04.0；取=3.0-摩擦系數(shù)，對(duì)金屬船為-船舶浸水表面面積（）；對(duì)勺形自航船，其中為船舶的吃水；為滿