licenta (3)
TRANSCRIPT
-
5/24/2018 LICENTA (3)
1/58
CAPITOLUL I
1. INTRODUCERE1.1. Generalitati despre ecluze
Amenajrile pentru navigaie ale apelor pe traseul crora sunt necesare
construcii de ecluzare sunt de dou categorii:
a. amenajri naturale n regim barat;
b. amenajri artificiale.
Amenajarea artificial de navigaie pe cursurile de ap interioare cuprinde
(Fig. 1.1:
o biefuri navigabile (amonte !i aval;
o porturi de a!teptare (amonte !i aval;
o ecluza navigabil (Ane"a 1.1.
Fig. 1.1 Canalul Dunare - Marea Neagr: nodul hidrotehnic Agigea
1. hidrocentral; 2- sifon; 3- bain de e!acuare; "- galerie de regla#; $- galerie de
e!acuare; %- disi&ator; '- construc(ie de ghida#; )- ecran &neu*atic; +- eclua.
#analele navigabile sunt amenajri artificiale prin care se e"ecut albii noi$
artificiale$ cu seciuni !i trasee optime !i economice.
Oportunitatea construirii ecluzelor pe traseul unui canal este impus de
pantele naturale mari ale curentului.
%rofilul longitudinal al traseului amenajat cu ecluze apare fragmentat n
trepte$ denumite biefuri navigabile.
1
-
5/24/2018 LICENTA (3)
2/58
%antele longitudinale individuale$ ale fiecrui bief$ sunt foarte mici. &ieful
navigabil este caracterizat prin seciune transversal tip.
Parametrii seciunii transversale sunt:
o
forma;o mrimea;
o gradul de protecie;
Forma seciunii se alege n funcie de:
o natura terenului;
o viteza de naintare a navelor;
o manevrabilitatea sigur a navelor !i e"ploatarea lor economic$
e"ecuia economic a seciunii;o evitarea coliziunii ntre nave la nt'lnire$ la dep!ire sau la v'nt
putemic.
Gradul de proectie a seciunii depinde de:
o nivelul apei subterane;
o costuri;
o sursele de materiale de protecie;
o tenologia de e"ecuie.
Portul de a!teptare este suprafaa de ap !i de uscat$ de contur limitat$ la
capetele unui bief ncis de ecluze. #onfiguraia geometric !i dimensiuni1e
portului asigur bun desf!urare a operaiilor de ecluzare !i accesul
transportoarelor de mrfuri pe uscat.
)imensiuni1e porturilor de a!teptare sunt stabilite astfel ca s permit
accesul rapid !i sigur al navelor spre !i de la ecluz.*cluza navigabil este construcia idrotenic prin care se asigur trecerea
navelor ntre dou biefuri navigabile succesive$ av'nd niveluri diferite$ prin
intermediul unei camere eu nivel variabil numit sas. *cluza se amplaseaz n
seciunea treptei de cdere de la jonciunea celor dou biefuri.
Cderea ecluzei (H+ este diferent dintre nivelul ma"im amonte !i nivelul
minim aval.
,
-
5/24/2018 LICENTA (3)
3/58
Clasificarea ecluelor
a. -n funcie de cdere$ ecluzele se clasific n: ecluze de joas cdere:
o
ecluze de joas cdere : +/ 0m1+m;o ecluze de cdere medie: +21+m ,+m;
o ecluze de mare cdere: +3 ,+m.
#ea mai mare cdere este de 4, m$ la ecluza 5st6amenogors7i de pe
fluviul 8rt'! din 9iberia.
b. #lasificarea ecluzelor dup structur !i dup poziia pe canal:
o
ecluze n trepte sunt amplasate n lungul canalului pentrucderi mari (Fig. 1.,;
o ecluze n serie sunt desprite prin biefuri cu niveluri diferite
(Fig. 1.;
o ecluze pu poarta aval este poziionat ntrun ecran de beton
(Fig. 1.4;
o ecluze cu cap intermediar (Fig. 1.0;
o ecluze gemene amplasate n seciunea transversal a canalului;bajoaierul central este comun (Fig. 1..
c. )up cursul de ap pe care sunt construite e"ist:
o ecluze fluviale;
o ecluze de canal.
Eemplu! Ecluza Porile de Fier "# este de tip fluvial# cu cap intermediar# cu
cdere medie# cu dou trepte! $%#& md')) md'*& md'.Aritectura ecluzelor trebuie s se ncadreze armonios n peisaj !i n
ansamblul aritectural al nodului idrotenic.
Fig. 1.2 ,clue n tre&te
-
5/24/2018 LICENTA (3)
4/58
Fig. 1.3 ,clue n seriea- &lan b- sec(iune longitudinal
Fig. 1." ,clu &u( Fig. 1.$ ,clu cu ca& inter*ediar
1- &oart a*onte 2- &oart a!al 1- ca& a*onte 2- ca& inter*ediar
3- ecran 3- ca& a!al
Fig. 1.% ,clue ge*ene /&e canalul 0ana*a
1- galerii ali*entaregolire 2- ba#oaier co*un 3- turn dis&ecer
3tructura ecluei
4
-
5/24/2018 LICENTA (3)
5/58
1.2. Ecluzele nai!a"ile pe raul Olt in sector # $latina % Dunare &
Acestea au fost concepute ca parte integranta a fiecarui nod idrotenic din
cele 0 amplasamente ale sectorului ca urmare a )unare (Ane"a 1.
?ucrarile de e"ecutie la ecluze au inceput in anii :
ecluza 8potesti 1@
ecluza )raganesti 1@
ecluza Frunzaru 1@0
ecluza Busanesti 1@
ecluza 8zbiceni 1@
*cluzele navigabile$ amplasate in cele 0 noduri idrotenice ale )unareD au fost proiectate ca fiind :
obiecte ale caii navigabile 9latina > )unare$ in lungime totala de
+ 7m si compusa din : , porturi ( aval de 9latina si la )raganesti $
0 ecluze cu porturile de asteptare aferente si senale navigabile intre
acestea ;
parti componente ale nodurilor idrotenice deci cu rol de
incidere a frontului de retentie.
#apacitatea de trafic proiectata este de E mil. tone anual.
%rin cele , functiuni e"plicitate mai sus$ ecluzele trebuiau sa fie administrate
in comun$ de inisterul *nergiei si de cel al Gransporturilor.
Caracteristicile ecluzelor nai!a"ile ale raului Olt pe sectorul $latina %
Dunare
=biectele de navigatie au fost dimensionate pe baza convoiului de calcul$ care
este de tip impins format din doua barje de 10++ t si un remorcer impingator in
formatie fila simpla caracterizat prin :
lungime : 1$0+ m latime : 11$++ m pescaj : ,$0+ m gabarit de aer : E$++ m
Aceste elemente ale convoiului de calcul au condus la sta+ilirea dimensiunilor
utile ale ecluzelor si porturilor de asteptare si anume :a. *cluza :
0
-
5/24/2018 LICENTA (3)
6/58
lungimea utila 10$++ m latimea utila 1,$0+ m adancimea minima pe prag $E0 m
b. %orturile de asteptare : lungimea totala ,+$++ m din care :
linia de acostare 1@0$++ m linia de dirijare 0$++ m
latime ma"ima 0$0+ mCivelele de calcul pentru ecluzele raului =lt se regasesc in tabelul H.
)eoarece sectorul 9latina > )unare este format din 0 trepte de cadere egala
(1$0+ m la C.C.B. si 10$0+ m cadere ma"ima $ ecluzele navigabile sunt constructii
tip$ ceea ce a permis elaborarea unui plan tip de solutii constructive valabil pentru
toate cele 0 amplasamente ; in proiectele de e"ecutie cotele au fost date in cote
relative$ cota +$++ fiind precizata pentru fiecare amplasament ca fiind cotasuperioara a radierului sasului si avand valorile date in tabelul urmator :
#ota #ota absoluta in md&relativa 8potesti )raganesti Frunzaru Busanesti 8zbiceni+$++ E$E0 0$,0 01$E0 $,0 ,4$E0
8n cadrul nodurilor idrotenice$ ecluzele sunt amplasate la malul drept in
amplasamentele 8potesti$ )raganesti$ Frunzaru$ Busanesti si la malul stang in
amplasamentul 8zbiceni$ vecinatatile fiind barajul nedeversor si digurile mal dreptrespectiv mal stang.
8nciderea frontului de retentie se realizeaza in dreptul capului amonte prin :
realizarea continuitatii ecranului de etansare de la piciorul amonte
al barajului nedeversor si al digului de acumulare mal prin betonul
de umplutura din fata capului amonte ;
inciderea desciderii propriuzise a ecluzei in dreptul capului
amonte astfel : in e"ploatare normala prin poarta plana de serviciu prevazuta
a etansa pe fata amonte ;
in faza de sistare cu un batardou din beton armat e"ecutat
monolit$ in amonte de nisele portii plane de serviciu ;
galeriile de alimentare se incid prin grup de vane si batardouri in
situatia de e"ploatare normala; in prezent prin batardourile metalice
-
5/24/2018 LICENTA (3)
7/58
montate in desciderile prizei ecluzei$ iar pentru situatia de sistare
cu doua batardouri din beton armat$ la toate amplasamentele$ in
afara de 8zbiceni.
prizele de apa se incid prin grup de vane si batardouri in situatiade e"ploatare normala; in prezent prin batardourile metalice
montate in desciderile prizei ecluzei$ iar pentru situatia de sistare
cu un batardou din beton armat la toate amplasamentele$
in afara de 8zbiceni.
#a parte integranta a caii navigabile$ ecluza asigura trecerea convoaielor dintr
un bief in altul si se compune din urmatoarele parti de obiect :
racorduri la senal navigabil amonte si aval ;
porturi de asteptare amonte si aval compuse fiecare din :
linie de acostare
linie de dirijare
ecluza propriuzisa compusa din :
priza ecluzei
capul amonte
zona de racord amonte
sas
zona de racord aval
capul aval
*cluzele si porturile de asteptare sunt ecipate in scopul e"ploatarii normale
( navigatie cu urmatoarele tipuri de ecipamente :
idromecanic compus din :
ecipament idromecanic principal (porti$ vane$ batardouri$ instalatii
de actionare a acestora ;
ecipament idromecanic au"iliar (statii de pompe de apa$ instalatia
de aer comprimat inclusiv utilaje pentru manevrarea ecipamentului
idromecanic in timpul reviziilor si reparatiilor ;
ecipament de navigatie ( bolarzi plutitori$ binte fi"e si organouri .
electric compus din :
ecipament de alimentare ; alimentarea se va face din surse :
bara $ 7I a agregatelor 1 si , de la #entrala idroelectrica$
E
-
5/24/2018 LICENTA (3)
8/58
bara $ 7I a agregatelor si 4 de la #entrala idroelectrica$
?*A ,+ 7I de pe mal.
ecipament de comanda ; comanda se va face din locuri :
centralizat din turnul de comanda si se realizeaza : automat
manual
descentralizat din camera panourilor$ numai in caz de
avarie a
legaturilor cu turnul de comanda
si cu
respectarea tuturor blocajelor ;
descentralizat local de langa ecipament$ numai in
cazuri de
revizii$ reparatii sau avarii ;
instalatii de telecomunicatii (radio si telefonie
semnale de navigatie
instalatii tenicosanitare si %98 compuse din :
instalatii interioare :
instalatii de incalzire
instalatii de ventilatie
instaltii electrice de iluminat si forta instalatii sanitare si %98
instalatii e"terioare :
alimentare cu apa potabila
instalatii de stins incendiu in sas
canalizare ape uzate
instalatii electrice de iluminat si forta
)intre aceste ecipamente$ doar o parte a ecipamentelor idromecanice
e"ista si in faza de sistare$ in speta batardouri si piese inglobate in beton primar.
#elelalte ecipamente idromecanice precum si cel electric si de instalatii sanitare si
%98 ( prezentate mai amanuntit in volumul 8 ale studiului$ in conformitate cu proiectul
aprobat se vor monta conform proiectelor de e"ecutie
( ecipament idromecanic si se vor proiecta si monta conform detaliilor de e"ecutie
( ecipament electric si de instalatii la momentul reluarii e"ecutiei ecluzelor.
-
5/24/2018 LICENTA (3)
9/58
8n proiectul aprobat$ pe baza caruia sau intocmit proiecte de detalii de
e"ecutie in toate amplasamentele$ se prevede urmarirea comportarii constructiilor cu
aparate de masura si control si anume :
subpresiunea pe talpa de fundatie presiuni pe teren
eforturi in armaturi si beton
temperaturi in beton
deplasari absolute in plan vertical si orizontal
deplasari relative intre partile componente ale ecluzei
8n studiu$ problema se detaliaza in volumul 88.
)easemeni in cadrul proiectului aprobat sa studiat ecluza din punct de vedere
aritectural ; aceasta a insemnat :
rezolvarea flu"urilor de circulatie orizontala si verticala si a
finisajelor in
incaperi si pe coronamentul ecluzelor ;
proiectarea comple"a a turnului de comanda.
)in acest punct de vedere$ in volumul 8 este realizata o analiza mai
amanuntita.
@
-
5/24/2018 LICENTA (3)
10/58
CAPITOLUL II.
2. CO'PONENTELE UNEI ECLU(E )I $I$TE'UL *IDRAULICPENTRU ALI'ENTAREA CU AP+ A ECLU(EI
,.1. Co,ponentele ecluzei sunt:
o sasul sau camera ecluzei;
o capetele ecluzei.
$asul ecluzei cuprinde:
l. bajoaierele (din franc. ,ajo-er / sunt pereii laterali$ e"ecutai din beton
armat;
,. radierul este placa din beton armat care une!te bajoaierele la partea
inferioar$ iar la captul amonte are un zid de cdere;
. poziiile ecluzei sunt elemente transversale$ metalice$ mobile$ pentru
izolarea temporar a sasului;
4. capetele ecluzei sunt construcii masive av'nd rolul de a limita sasul n
amonte !i aval$ de a adposti sistemele au"iliare;
0. sistemul idraulic de umplere sau golire a sasului.
0idul de cdere realizeaz ruperea liniei fundului canalului$ corespunztoare
treptei de cdere de la suprafaa apei. #a urmare$ poarta aval este mai nalt dec't
poarta amonte. Jidul de cdere lipse!te c'nd relieful nu permite amenajarea lui sau
c'nd cderea este mic.
9asul este pus n legtur cu biefurile amonte !i aval prin:
o desciderea porilor;
o galerii de alimentare situate n capete;
o galerii de alimentare situate n bajoaiere;
o galerii de alimentare situate n radier.
Opera-ia de ecluzare spre aal (Fig. 1.E. A are urmtoarele faze:
1. nciderea porilor aval;
,. umplerea sasului la nivelul biefului amonte;
. desciderea porilor amonte;
4. intrarea navei n sas;
0. nciderea porilor amonte;
1+
-
5/24/2018 LICENTA (3)
11/58
. coborarea nivelului din sas p'n la nivelul biefului aval;
E. deseiderea porilor aval;
. ie!irea navei din sas$ spre portul aval.
Ecluzarea spre a,onte este analog (Fig. 1.E. &.
%orile se descid atunci c'nd nivelul apei din sas este egal cu nivelul
biefului spre care se ndrept nava. -n acest fel$ nava poate ie!i din sas (sau intra n
sas.
Forma 1n plan a sasului este dreptungiular$ cu dimensiunile principale
lungimea$ limea sasului !i ad'ncimea apei n sas.
#apetele ecluzei sunt construcii masive din beton armat$ formate din bajoaiere
radier$ similare cu sasul$ dar eu dimensiuni mult mai mari.
Au rolul de a adposti:
o porile amonte !i aval ale ecluzei;
o mecanismele de manevrare a porilor;
o vanele pentru controlul debitului de umplere golire din sistemul
idraulic al ecluzei;
o spaiile tenologice specifice.
11
-
5/24/2018 LICENTA (3)
12/58
Fig. 1.' 4&era(ia de ecluare
A- ecluare a*onte-a!al a- intrare din a*onte b- golire ie5ire din a!al;
6- ecluare a!al-a*onte a- intrare din a!al b- u*&lere c- ie5ire din a*onte
Co*&onentele unei eclue
3. asul ecluei
Gipul structural al sasului se alege n funcie de natura terenului de fundare !i de
sistemul de alimentare golire al ecluzei. (Fig. 88. 1.
Gerenurile st'ncoase permit e"ecutarea sasului din bajoaiere independente$ cu
fundare direct.
Gerenurile din depuneri aluvionare$ argile impun soluia cu sas tip caren$
av'nd radierul gros sau subire. -n acest caz$ fundarea se face direct sau indirect prin
piloi sau coloane.
1,
-
5/24/2018 LICENTA (3)
13/58
Fig. 77.1. 8i&uri structurale de sas
a.- ti& caren radier gros; b.- ti& caren radier sub(ire; c.- ba#oaiere
inde&endente radier &er*eabil; d.- ba#oaiere inde&endente radier i*&er*eabil;
1.- ba#oaier; 2.-radier; 3.- galerii ali*entare-golire; ".- &al&lan5e: $.- coloane.Krosimile radierului !i bajoaierelor depind de:
o terenul de fundare;
o soluia static adoptat;
o dimensiunile golurilor.
9istemul bajoaier radier n form de caren continu se e"ecut astfel: se
toarn radierul pe toat lungimea lui$ apoi se toarn bajoaierele$ pentru a forma un
cadru rigid$ semirigid sau elastic.9oluia de sistern caren este frecvent folosit$ n prezent$ deoarece prezint
urmtoarele avantaje:
o este economic;
o permite evacuarea complet a apei din sas;
o ofer o suprafa mare de transmitere a sarcinilor la fundaie.
&ajoaierele ecluzelor pot fie"ecutate:
o n st'nc !i constau din cptu!eli de beton pentru a evita degradarearocii;
o din beton masiv$ n form de trepte de +$0m nlime$ descresctoare
spre baz. %entru reducerea presiunii apei din spatele +ajoaierului se
amplaseaz:
o drenuri orizontale la bajoaierele n trepte;
o drenuri verticale la bajoaierele cu grosime constant.
*cluzele navigabile %orile de Fier 8 !i %orile de Fier 88 de pe )unre$#ernavod !i Agigea de pe #analul )unre area Ceagr$ =vidiu !i Cvodari de
pe #analul %oarta Alb idia sunt proiectate n sistem caren !i radier gros cu
fundare direct.
Ad9nci*ea *ini* a a&ei din sas se stabile!te din condiia ca navele ncrcate
la ma"imum s tranziteze n condiii optime$ s nu se produc degradri ale navelor !i
ecluzei.
1
-
5/24/2018 LICENTA (3)
14/58
%entru aceasta$ n calcul$ se ine seama de pescajul ma"im !i de toi factorii
(v'nt$ golire$ pornirea turbinelor care pot provoca cobor'rea nivelului apei n sas (Fig.
88.4.
Fig. 77.". 7nfluen(a u*&lerii-golirii asu&ra ni!elului din eclu fr for(e inerente
cu for(e inerente.
-nlimea bajoaierelor reprezint nlimea peretelui lateral al sasului$ msura
ntre cota radierului !i cota coronamentului (Fig. 88.0.. 9e calculeaz din condiia de a
preveni deversarea apei este coronamentul ecluzei.
Fig. 77.$. nl(i*ea ba#oaierului
2.Ca&etele ecluei
#apetele ecluzei sunt alctuite la fel ca sasul$ din bajoaiere puternice !i radier$
dar sarcinile pe care le preiau sunt mult mai mari$ provenind$ n plus$ din greutatea
14
-
5/24/2018 LICENTA (3)
15/58
porilor$ a dispozitivelor din sistemul de alimentare$ din greutatea mecanismului de
manevr etc.
-n consecin$ rigiditatea !i dimensiunile capetelor sunt mai mari dec't la sas$ s
lucreze independent de sas$ de aceea se separ printrun rost (mai rar$ se e"ecutsolidar cu un tronson al sasului p'n la primul rost al sasului.
Forma !i mrimea capetelor depind de:
natura terenului de fundare;
mrimea cderii;
felul porilor;
tipul sistemului de alimentare.
-n cazul capetelor amplasate pe teren st'ncos$ se prevd radiere de beton
mpotriva infiltraiilor precum !i ecrane verticale obinute prin injecii n st'nc.
Badierul trebuie asigurat contra LplutiriiD$ ceea ce se realizeaz prin ancorare !i
fi"are n st'nc folosind ancoraje. Krosimea radierului ancorat este de +.m +.4m.
9tabilitatea la plutire a radierului poate fi obinut !i prin mrirea greutii
proprii$ dar soluia nu este economic$ deoarece necesit grosimi mari.
9ubpresiunea se reduce prin drenaje sub radier !i evacuarea apei infiltrate n
bieful aval.
3. 0or(ile ecluei
a. 0oarta a*onte - %oarta amonte de tip plan cobor'toare n radier.
b. 0oarta a!al - %oarta aval este$ n general$ de tip plan bruscat
2n plus# eist o poart de avarie care se calculeazpentru nivelul ma"im
amonte Cam.ma".
". 0orturile de a5te&tare
%orturile de a!teptare sunt amenajri idrotenice e"ecutate n amonte !i aval de
ecluz pentru:
efectuarea manevrelor de intrare sau ie!ire din sas;
staionarea n siguran a convoaielor ce urmeaz a fi ecluzate$
ferindule de curenii puternici de v'nt.
)in aceste condiii$ se proiecteaz forma !i dimensiunile porturilor de a!teptare.
)imensiunile prea mari favorizeaz formarea valurilor$ iar cele prea mici
conduc la manevre dificile !i ciar la avarii.
10
-
5/24/2018 LICENTA (3)
16/58
Forma trebuie s permit circulaia rapid a navelor$ deoarece 0+E+M din
timpul de ecluzare este afectat intrrii !i ie!irii din sas.
)up form !i dup poziia fa de a"ul ecluzei$ porturile pot fi:
simetrice; antisimetrice.
Accesul na!elor n ecluse poate face prin dou procedee:
1.accesul li"er se bazeaz pe folosirea mijloacelor proprii de guvernare ale
navei.
-n aceast manevr$ traiectoria navei este:
rectilinie n cazul porturilor antisimetrice$ unde nava trebuie s
staioneze pe a"ul ecluzei;
n 9 la porturile simetrice$ unde nava trebuie s staioneze lateral
a"ul ecluzei.
,. accesul !idat se bazeaz at't pe mijloacele de guvernare ale navei c't !i pe
estacadele de gidaj e"ecutare n pereii portului. A fost introdus n anul 1@E+$ n
=landa$ pentru convoaie mpinse.
Firul de circulaie care coincide cu a"ul ecluzei este rezervat convoiului care
intr n sas$ n timp ce convoiul care iese poate avea o traiectorie curbilinie.
Avantajele procedeului prin acces gidat:
se reduce timpul de manevr;
se reduce lungimea portului.
%orturile de a!teptare se dimensioneaz n ipoteza accesului gidat al
convoiului mpins !i se verific n ipoteza accesului liber al convoiului tractat.
/. Construc-ii au0iliare
%entru manevrarea sau staionarea convoaielor$ n porturile de a!teptare$ se
e"ecut diferite construcii au"iliare:
escade de acostare;
escade de gidare;
moluri de protecie !i de dep!ire;
pile de acostare;
ducdalbi;
bolarzi.,.,. iste*e de ali*entare cu a& al ecuei
1
-
5/24/2018 LICENTA (3)
17/58
Gotalitatea circuitelor idraulice !i a instalaiilor care servesc la controlul
nivelului de ap n sas formeaz sistemul de umplere golire a ecluzei.
9copul proiectrii optime a sistemului idraulic este:
o
O"-inerea unor durate de ecluzare ct ,ai ,icio 9taionarea lini!tit a navelor n sas
%rincipalele sisteme idraulice de alimentare sunt:
1. sistemele concentrate: frontale !i nefrontale;
,. sistemele distribuite.
iste*e de ali*entare concentrat frontal
?a sistemele de alimentare frontal$ apa intr n sas prin zona capului amonte !i
iese prin zona capului aval.
Accesul apei n sas se poate face:
o prin orificii practice n poart;
o prin intermediul porilor;
o prin galerii de ocolire a porilor.
)atorit concentrrii !i debitului n zona frontal$ suprafaa apei nu mai este
orizontal$ ci capt o pant longitudinal. #onsecina formrii pantei este apupareanavei.
%entru a evita acest risc$ se iau urmtoarele msuri:
o se introduc dispozitive de disipare a energiei;
o se limiteaz viteza;
o se limiteaz debitul de umplere a sasului.
Alimentare frontal prin intermediul porilor
)up form$ porile ecluzei pot fi:
1. ciclice:
a. segment;
b. sector.
,. plane.
)up direcia de descidere$ porile ecluzei pot fi:
1E
-
5/24/2018 LICENTA (3)
18/58
1. cu deplasare n plan vertical:
a. ridicatoare;
b. cobor'toare;
c. ridicatoarecobor'toare.,. cu deplasare n plan orizontal: bruscate.
%orile plane se folosesc la capul amonte cu zid de cdere !i la sasului cu limi
mici.
5mplerea sasului prin ridicarea porii plane este ecivalent$ din punct de
vedere idraulic$ cu curgerea printrun orificiu mare dreptungiular$ liber n prim faz$
apoi necat. (Fig. 888.1.
#alculul idraulic se bazeaz pe:
o ecuaia lui &ernoulli$ n care se negociaz sarcina de inerie;
o ecuaia de continuitate a debitelor;
o ecuaia diferenial a cderii.
Fig. *&lerea &e sub &oart &lan
8poteze pentru simplificarea calculului:a. sarcina inerial se neglijeaz;
b. coeficientul de debit se consider constant n timpul curgerii;
c. necarea orificiului are loc c'nd nivelul apei din sas atinge cota zidului de
cdere;
d. dimensionarea sistemului de alimentare se face din condiia c efortul de
ntindere n par'ma de amarare a navelor s fie mai mic dec't efortul
admisibil al par'mei (e"prim condiia ca navele s staioneze lini!tit n
sas.
1
-
5/24/2018 LICENTA (3)
19/58
Fig. . Ali*entarea sasului &e sub &oarta a*onte
iste* hidraulic de ali*entare distribuit &rin galerii longitudinale
Alimentarea sasului ecluzei se poate face prin una sau dou galerii longitudinale
n care sunt practicate orificii prin care apa sa poat ptrunde n ecluz.
)in punct de vedere idraulic galeriile lucreaz ca !i conducte forate care pot fi
considerate$ pentru simplificare ca !i conducte idraulic lungi. Gotu!i$ n lucrarea de
fa sa considerat o singura conduct de alimentare pentru care au fost luate n calcul
at't pierderile de sarcin liniare c't !i cele locale.
1@
-
5/24/2018 LICENTA (3)
20/58
CAPITOLUL III
3. 'ODELUL 'ATE'ATIC CARE DE$CRIE PROCE$UL
NEPER'ANENT DE ALI'ENTARE CU AP+ AL ECU(EI
*cuaiile care guverneaz curgerea prin sistemul de alimentare cu ap al ecuzei se
obin aplic'nd relaiile de conservare a energiei !i mesei ntre diverse puncte din figura
.1
,+
-
5/24/2018 LICENTA (3)
21/58
4i!.3.1. 3c4ema simplificat a unei ecluze
3.1. 'odel ,ate,atic pentru pocesul de u,plere a ecuzei
9e aplic relaia lui &ernoulli ntre seciunile +1 pe conducta 1$ consider'nd mi!carea
semipermenent:
(1rd
t
v545z
p65z
p6
n
r
++++=++
1$+
11
,
11+
+
,
++
1,,
5nde ;+1+ == zz 11+ = ; 1+ 66 = ;
%ierderea liniar de sarcin pe tronsonul 1 se determin folosind relaia lui )arcN:
11,1$+
6657
l4r
= ;
rcam 405
p=
+ ;
11 405
p +=
;dt
d6lrdt
v 1
1$+
=
=r4 pierderea de sarcin la van5
64 vv
,
,
1=
5nde v reprezint coeficientul pierderii locale de sarcin n van !i se apro"imeaz
dup 9inmiger cu urmtoarea relaie:
Av +0$:+;$,lg = cu ==AAA t(
desciderea relativ a avanei
,1
-
5/24/2018 LICENTA (3)
22/58
8ar 4:4$+
lge"p( vv
=
14 2 pierderea de sarcin n orificiu
5
84
,
,
111 =
)up n9 Oingua p..,
1
11 (0$1
8
6+= astfel nc't
0$1(,
10$1
,
,
1
,
1,
1
,
1
,
1
1 68
58
6
5
84 +=
+=
)in relaia (1
dt
d6
5
l
6657
l
4040 vam1
111 ,=
sau
,
1
,
1
,
1
,
11
,0$1(
,
1
,6
768
55
600
l
5
dt
d6vam
=
11
(,,
0$1(
,
1,
1
1
7l
68l
00l
5
dt
d6 vam
++
=
Belaia lui &ernoulli ntre seciunile 1, pe conducta ,:
rdt
v54
ppr
++= ,$1
,1
,1
dt
d6
5
l6
57
d
5
pp ,,,
,1
,=
unde 140
5
pi +=
; 0$1(,
1 ,1
,
11 685
4 +=
[ ]dt
l6
5
l6
57
l6868
5
,,
,
,
,
,
,
,
1
,
1,
0$1(0$1,
1=++
[ ] ,,
,
,
,
,
,
1
,
1
,
,0$1(0$1
,
16
76868
ldt
d6 ++=
-ntre seciunile i1i
[ ] ,,,,1
,
1,
10$1(0$1
,
1iiiii
i 67
6868ldt
d6++=
)in ecuaia de continuitate n camera ecluzei:
=
=n
i
i8adt
dzAc
1
,,
-
5/24/2018 LICENTA (3)
23/58
#ontinuitate la orificiul n: nnnn 6a
A8a8A6 ==
#ontinuitate la orificiul n1:
(1111 nnnnnn
66a
A8a8A6A6 =+=
*cuaia de continuitate n orificiului i:
( 11 ++ ++= iiiiii 66a
A8a8A6A6
11:,,1 ...( 6a
A6666666
a
A8 nnni =++++=
*cuaia devine:
1
6Ac
A
dt
dz=
9e obine sistemul de nP1 ecuaii difereniale ordinare:
l
66
7l
6
l
800
l
5
dt
d6 vcam
,
(
1(
,,
0$1(
,
,1
,
1
,
1, ++
=
[ ] ,,
,
,
,
,
,
1
,
1
,
,0$1(0$1
,
16
76868
ldt
d6 ++=
[ ] ,,,,1,
1,
0$1(0$1,
1iiiii
i 67
6868ldt
d6 ++= ; unde nn 6
a
A8 = ;
( 1+= iii 66a
A8 ;
[ ]l
66
76868
ldt
d6 nnnnnn
n
,,0$1(0$1
,
1,
,,,,
1
,
1 ++=
16Ac
A
dt
dz= ;
Acest sistem de ecuaii se integreaz utiliz'nd condiiile iniiale:
Ii2+ pentru t2+$ i2 n$1 !i
J+2Jav
3.1. 'odel ,ate,atic pentru pocesul de !olire a ecuzei
9e aplic relaia lui &ernoulli ntre n !i +
,
-
5/24/2018 LICENTA (3)
24/58
p554545zp
p65z
p
p6rr
nn
n+++++=+
+++
,
++
,
,,
nn 40
p5
p= ; av0
p5
p=+ ; r2 r
5
64
,; n2
5
8nn,
,
;,(0$1
n
nn
8
6+
vn
avnvrnn
57
604z44
5
p
5
p
dt
d6
5
ln
==
,
, ,++
5
6n
,
,
l
66
75
800
l
5
dt
d6 nvn
n
nav
n
,,
,(
,,
,
=
nnn A6A6a8 =+ 1 ; ( 1= nnn 66a
A8
Belaia lui &ernoulli ntre n1 !i n
dt
d6l54
ppn
r
nn
:n
11
$1
11
= n
n 405
p
;
n
n 405
p
;
( ,11 = nnn 66a
A8 ;
dt
d6
5
l6
57
l44 n
nnn
1,
11,
=
;
,
1
,
11
,1
,(
,
1
= nnnnnn 6
788
ldt
d6 ;
&ernoulli ntre 1 !i ,:
,
1
,
11
,
,,1
,(
,
16
788
ldt
d6 = ;
11 6a
A8 = ;
6nAc
A6n
a
A
Ac
a8i
Ac
a
dt
dz===
,
1
,
11
,
,,1
,(,
16788ldt
d6 =
,4
-
5/24/2018 LICENTA (3)
25/58
,
,
,
,,
,
::,
,(
,
16
788
ldt
dv =
,
1
,
11
,1
,(
,
1
= nnnnn4 6
788
ldt
d6
(,
,
(,,
l7
6800
l
5
dt
d6 vnnnav
n +=
Acest sistem de ecuaii se integreaz utiliz'nd condi(iile ini(iale:
Ii2+ pentru t2+ !i i2 n$1
Ji2 Jcampentru t2+
CAPITOLUL I5
6. No-iuni priind pierderile de sarcin7 8n conducte su"
presiune
Pierderile de sarcin7 idraulic7> -n orice fluid n mi!care apare o disipaie intern a
energiei mecanice. #antitatea de energie mecanic disipat$ corespunztoare unitii de
,0
-
5/24/2018 LICENTA (3)
26/58
greutate de fluid care curge de la o seciune la alta$ reprezint pierderea de sarcin7
idraulic7 total7$hr.
)in punctul de vedere al mecanismului de disipare$ pierderile de sarcin
idraulic pot fi clasificate n dou categorii: pierderile de sarcin7 idraulic7 uni9or, distri"uite$ $ datorate
v'scozitii fluidului !i
pierderile de sarcin7 idraulic7 locale$ $ datorate neuniformitilor
care apar pe traseul fluidului aflat n mi!care.
%ierderea de sarcin idraulic total$ notat r$ se determin prin nsumareapierderilor de sarcin7 idraulic7 uni9or, distri"uite d !i pierderilor de sarcin7
idraulic7 locale l . %entru o conduct circular$ de diametru7 !i lungime ;$ dea
lungul creia e"ist un numr de n neuniformiti (elemente perturbatoare ale curgerii$
ca de e"emplu: coturi$ vane$ ngustri sau lrgiri de seciune$ pierderea de sarcin7
idraulic7 total7 se scrie:
=
+=n
j
ldr 4441
)in punct de vedere fizic$ mecanismul de disipare a energiei difer la cele dou
tipuri de pierderi de sarcin idraulic.
%ierderile de sarcin idraulic uniform distribuite (numite i pierderi de
sarcin idraulic liniare se datoreaz v'scozitii fluidului (vezi conceptul:Pierderi
de sarcin 4idraulic uniform distri+uite. *le apar datorit frecrilor e"istente ntre
straturile de fluid care se deplaseaz cu viteze diferite dea lungul curgerii. )atorit
proprietii de adeziune a fluidelor la frontiera solid pe l'ng care curg$ viteza relativ
dintre un fluid n mi!care !i peretele solid pe l'ng care curge fluidul este nul !i$ n
consecin$ nu pot aprea disipri ale energiei prin frecare la interfaa fluidsolid.
Gotu!i$ msurtorile efectuate e"perimental de diferii autori au artat c$ n majoritatea
cazurilor$ rugozitatea frontierei solide este unul dintre factorii importani n
determinarea valorilor pierderilor de sarcin idraulic.
,
-
5/24/2018 LICENTA (3)
27/58
%ierderile de sarcin idraulic locale sunt pierderi suplimentare datorate
neuniformitatilor e"istente pe traseul de curgere al fluidelor (scimbri de direc ie$
modificri ale sec iunii de curgere$ ramifica ii$ organe de ncidere ale circuitelor
idraulice etc.Qin'nd seama de relaile pentru pierderea de sarcin idraulic uniform
distribuit !i cea pentru pierderea de sarcin idraulic local n func ie de debit$
pierderea de sarcin7 idraulic7 total7 se poate scrie la r'ndul su n funcie de debit:
,,
1
( '
-
5/24/2018 LICENTA (3)
28/58
datorat transmiterii eforturilor prin fluid ca urmare a v'scozitii. %entru a determina
mrimea reaciunii$ trebuie s considerm un volum 6 de fluid incompresibil n mi!care
ntro conduct rectilinie$ de diametru !i rugozitate constante .
Pierderile de sarcin7 idraulic7 uni9or, distri"uite se calculeaz cu relaia:
,1d4 275
;v
,
,
$ numit rela-ia Darc:;
-
5/24/2018 LICENTA (3)
29/58
unde este viteza fluidului$ 7 este diametrul conductei$ este v'scozitatea
dinamic a fluidului$ este densitatea fluidului$ este debitul volumic i este este
v'scozitatea cinematic a fluidului.
Coe9icientul lui Darc: pentru re!i,ul de cur!ere la,inar
-n cazul ,i>c7rii la,inare$ definit pentru numere BeNnolds $
coeficientul lui )arcN depinde numai de numrul BeNnolds$ adic !i este
definit prin 9or,ula *a!en;Poiseuille:Be
4=
Coe9icientul lui Darc: pentru re!i,ul de tranzi-ie
%entru re!i,ul de tranzi-ie (de la regimul de curgere laminar$ la cel turbulent
neted$ corespunztor intervalului ,++/BeW0++$ cur!erea este insta"il7 !i nu sunt
propuse formule de calcul general valabile pentru coeficientul lui )arcN.
Rela ii de calcul ale coe9icientului lui Darc: pentru re!i,ul de cur!ere
tur"ulent
-n cazul ,i>c7rii tur"ulente$ coeficientul lui )arcN se determin cu diferite
relaii$ e"plicite sau implicite$ n funcie de tipul de tur"ulen-7 (definit de numrul
BeNnolds =e !i de tipul de ru!ozitate aferent pereilor conductei (definit prin
rugozitatea relativ . 9e consider dou categorii: conducte cu ru5ozitate
omo5en$ respectiv conducte te4nice$ care au rugozitate neomogen. -n continuare se
prezint c'teva e"emple de relaii pentru calcularea coeficientului lui )arcN.
,@
-
5/24/2018 LICENTA (3)
30/58
Re!i,ul de cur!ere tur"ulent neted
%entru re!i,ul tur"ulent neted$ definit de condiia apro"imativ0++/Be3Be1$ coeficientul lui )arcN depinde doar de numrul BeNnolds$ adic
Be= .
Li,ita in9erioar7 a nu,7rului Re:nolds (notat nu are valoare
constant$ ci depinde de rugozitatea relativ. Acest numr limit =e>de la care ncepe
s fie resimit influena rugozitii$ caracterizeaz trecerea de la regimul de curgere
turbulent neted$ n care Be= $ la regimul turbulent preptratic$ n care
(Be7:= .
%entru conducte cu ru!ozitate o,o!en7$ nu,7rul Re:nolds li,it7 in9erior
este::
7=e
:@$@1 =
iar coeficientul lui )arcN U poate fi calculat cu:
formula e"plicit propus de ctre ?lasius@ ,0$+4 Be:14$+
Be1++
1==
valabil pentru 4+++/BeW1+0$ sau cu
formula implicit Prandtl;Br,Bn: Be
01.,lg,1=
valabil pentru 1+4/Be/1+0 $ sau cu
formula e"plicit 4iloneno;Alt>ul: ,4$1BelgA$1(1
=
valabil pentru Be31+0.
+
-
5/24/2018 LICENTA (3)
31/58
%entru conducte tenice (conducte cu rugozitate neomogen$ numrul
BeNnolds limit inferior este:
7=
e1++...,+(1 = . -n continuare$ respectiv n calculele
curente aferente reelelor de conducte$ pentru nu,7rul Re:nolds li,it7 in9erior se va
considera relaia::
7=
e ,:1 =
%entru conducte tenice i regim de curgere turbulent neted$ coeficientul lui
)arcN poate fi calculat cu 9or,ula Prandtl;Br,Bn (0$ care este ala"il7 pentru
orice tip de ru!ozitate.
Re!i,ul de cur!ere tur"ulent prep7tratic #sau tur"ulent ,i0t&%entru re!i,ul tur"ulent prep7tratic$ definit pentru Be1WBW Be,$ coeficientul
lui )arcN depinde at't de numrul BeNnolds$ c't !i de rugozitatea relativ:
7$ anume
$( e=:
7= . Li,ita superioar7 a nu,7rului Re:nolds (notat
caracterizeaz trecerea de la regimul de curgere turbulent preptratic$ n care $ la
regimul de curgere turbulent rugos$ n care:.
1
-
5/24/2018 LICENTA (3)
32/58
%entru conducte cu ru!ozitate o,o!en7$ nu,7rul Re:nolds li,it7 superior
este:
:
7=e
,++, =
%entru conducte tenice$ nu,7rul Re:nolds li,it7 superior este definit mai
simplu$ prin relaia::
7=
e
0+, = care va fi utilizat n calculele curente aferente
reelelor de conducte.
%entru conducte tenice$ coeficientului lui )arcN poate fi calculat cu:
;9or,ula lui Alt>ul (formul e"plicit: ,0.+Be
A(1.+
7
:+=
;9or,ula Cole"roo;
-
5/24/2018 LICENTA (3)
33/58
corespunztoare n uniti de msur ale 9.8.$ astfel nc't rezultatul s fie corect din
punct de vedere dimensional.
5alorile coe9icientului de pierdere de sarcin7 idraulic7 local7
sunt datesub form de grafice$ tabele sau formule$ n funcie de tipul singularitii
(neuniformitii$ precum !i de caracteristicile geometrice ale conductei. Acest
coeficient depinde de numrul BeNnolds n cazul re5imului laminar !i este$ n general$
constant n cazul re5imului de mi?care tur+ulent.
= atenie deosebit trebuie acordat cazurilor n care pierderile de sarcin
idraulic locale apar la frontiera dintre dou tronsoane diferite de conduct (scimbri
de seciune$ ramificaii. -n aceste cazuri$ pierderea de sarcin idraulic local poate fi
calculat cu termenul cinetic de dinaintea neuniformitii sau de dup neuniformitate$
coeficientul av'ndvalori diferite astfel nc't valoarea s fie unic.
5
v4l
,
,
11=
-n care se nume!te coeficient de pierdere local de
'odele de calcul ale siste,elor idraulice su" presiune
)in punct de edere idraulic$ sistemele idraulice sub presiune pot fi
constituite din:
;conducte scurte lconducte la care pierderile de sarcin idraulic locale (vezi
conceptul: Pierderi de sarcin 4idraulic locale se iau n considerare alturi de
pierderile de sarcin idraulic uniform distribuite d (vezi conceptul: Pierderi de
sarcin 4idraulic uniform distri+uite$ ambele tipuri de pierderi de sarcin av'nd
acela?i ordin de mrime. -n consecin$ n cazul conductelor scurte din punct deedere idraulic$ pierderea de sarcin7 idraulic7 total7 r (vezi conceptul:
Pierderea de sarcin 4idraulic total se calculeaz cu relaia:
+= 1444 dr
-n aceast categorie se ncadreaz conductele al cror raport ntre lungime !i
diametru are valori reduse: ?S)W,++.
conducte lungi conducte la care pierderile de sarcin idraulic locale l$
precum !i termenii cinetici de la intrarea !i ie!irea din conducte$ se neglijeaz n raport
-
5/24/2018 LICENTA (3)
34/58
cu pierderile de sarcin idraulic uniform distribuite: l// d !i cum l Yv,S,g$ se
neglijeaz at't l$ c't !i termenii cinetici. -n cazul conductelor lungi din punct de vedere
Ndraulic$ pierderea de sarcin idraulic total$ este apro"imat prin relaia: r d.
-n aceast categorie se ncadreaz conductele al cror raport ntre lungime !idiametru are valori semnificative: ?S)3,++.
Tipuri de siste,e idraulice su" presiune
Clasi9icarea siste,elor idraulice
)in punct de edere constructi$ sistemele idraulice pot fi:
siste,ele idraulice ,ono9ilare$ cu o intrare !i o ie!ire;
siste,ele idraulice reducti"ile la un siste, ,ono9ilar$
sau pot fi formate din: re-ele de conducte$ a cror configuraie geometric !i numr de intrriSie!iri
depinde de destinaia sistemului.
$iste,ele idraulice ,ono9ilare sau reducti"ile la un siste, ,ono9ilar
9istemele idraulice monofilare sau reductibile la un sistem monofilar sunt
constituite din:
o singur conduct7 si,pl7 (figura 1a cu diametru constant$ prevzut cu
o singur intrare !i o singur ie!ire; conducte si,ple ,ontate 8n serie (figura 1b e"tremitatea aval a unui
tronson este conectat la e"tremitatea amonte a tronsonului urmtor; debitul care
tranziteaz sistemul este constant$ ns viteza variaz de la un tronson la altul$ n funcie
de diametru;
conducte si,ple ,ontate 8n paralel (figura 1c e"tremitile amonte ale
tronsoanelor sunt legate ntrun nod comun de distribuie$ respectiv e"tremitile aval
sunt legate ntrun nod comun de colectare; debitul intrat n nodul de distribuie esteegal cu suma debitelor care tranziteaz tronsoanele montate n paralel$ respectiv este
egal cu debitul ie!it din nodul de colectare;
conducte si,ple ,ontate ,i0t (figura 1d conducte montate n serie !i n
paralel$ n diferite configuraii geometrice;
conducte care de"iteaz7 pe parcursul traseului$ anume aripa de aspersiune
(figura 1e$ respectiv conducta cu de"it uni9or, distri"uit (figura 1f conducte n
care debitul intrat prin e"tremitatea din amonte este parial tranzitat ctre e"tremitateadin aval; debitul distribuit pe traseu reprezint diferena dintre debitul de alimentare din
4
-
5/24/2018 LICENTA (3)
35/58
amonte !i debitul evacuat n aval; aceast diferen de debit este distribuit ctre
consumatori$ prin racorduri dispuse dea lungul conductei.
Conducta si,pl7
Fie conducta circular de diametru constant7 !i lungime;$ din figura 1. Le!ea
ener!iilor (vezi conceptul: ;e5ea ener5iilor 1n curentul unidimensional de fluid$ sau
rela-ia lui ?ernoulli !eneralizat7$ ntre seciunea de intrare i !i cea de ie!ire e se scrie:
eriee
iii 4z
5
pe
5
vz
5
p
5
v
+++=++ ,,
,,
0
-
5/24/2018 LICENTA (3)
36/58
Fig. 1 > Beprezentarea scematic a conductei simple (o conduct cu diametru
constant$ prevzut cu o singur intrare i !i o singur ie!ire e
)in ecua-ia continuit7-ii (vezi conceptul: Conservarea masei 1n curentul
unidimensional de fluid ntre i !i e:
i
noduri este redus$ se poate adopta ,etoda !ra9ic7 pentru rezolarea siste,elor de
ecua-ii obinute. Aceast metod este 9olosit7 cu prec7dere 8n cazul e0isten-ei unor
,a>ini idraulice 8n siste,ul idraulic considerat$ a cror caracteristic energetic
de funcionare este furnizat de ctre productor$ n majoritatea cazurilor$ sub form
grafic; e"ist ns !i cazuri n care$ rezolarea !ra9ic7 a unui siste, idraulic 97r7
tronsoane care includ ,a>ini idraulice este mai comod dec't rezolvarea analitic.
-n cazul rezol7rii nu,erice a sistemului de ecuaii rezultat pentru un sistem
idraulic care conine !i ma!ini idraulice$ curbele caracteristice de funcionare ale
acestora trebuie introduse n sistemul de ecuaii respectiv$ sub form de ecua-ii
supli,entare.
Rezolarea !ra9ic7 a unui siste, de ecua-iipresupune reprezentarea grafic a
ecuaiilor !i determinarea diferitelor puncte de intersec-ie$ semnificative din punct de
vedere fizic$ care reprezint solu-iile siste,ului.
Calcule !ra9ice pentru conducta si,pl7
#onsider'nd o conduct7 si,pl7 pentru care nu se cunoa>te apriori sensul
de"ituluipe conduct !i utiliz'nd$ pentru claritate$ ,odelul de calcul al conductelor
E
-
5/24/2018 LICENTA (3)
38/58
lun!i din punct de edere idraulic$ le!ea ener!iilor ntre cele dou noduri de capt
1 !i , ale conductei$ se poate scrie:
1,1,1,,1
-
5/24/2018 LICENTA (3)
39/58
Grebuie menionat aici c reprezentarea le!ii ener!iilor 8n acest siste, de
coordonate este apro0i,ati7$ deoarece sa considerat c modulul de rezisten
idraulic al conductei are valoare constant n funcie de debit. )up cum se !tie$
,odulul de rezisten-7 idraulic7 1,' include valoarea coeficientului de pierderi desarcin idraulic uniform distribuite (vezi conceptul: =ela ii de calcul pentru
coeficientul lui 7arc-$ care este n general variabil n funcie de numrul BeNnolds
(e"cept'nd regimul turbulent rugos$ deci dependent de valoarea debitului prin
conduct (conducta fiind lun5 din punct de vedere 4idraulic$ nu include i coeficien i
de pierderi de sarcin idraulic locale. #u alte cuvinte 1pH 1,< $ curba a fost
apro"imat cu o parabol n zona de debite mici a fiecrui cadran (corespunztoare
mi!crii laminare$ turbulente netede !i turbulente preptratice. Apro"imarea este nsacceptabil$ av'nd n vedere mrimea relativ redus a acestor zone. -n regimul turbulent
rugos$ coeficientul lui )arcN nu depinde de numrul BeNnolds (deci nu depinde de
debit$ iar reprezentarea grafic a curbei n fiecare cadran este parabola (1.
Conducte si,ple ,ontate 8n serie
-n cazul,ont7rii 8n serie a unor conducte si,ple #tronsoane&
$ e"tremitatea
aval a unui tronson este conectat la e"tremitatea amonte a tronsonului urmtor; debitul
care tranziteaz sistemul este constant$ ns viteza variaz de la un tronson la altul$ n
funcie de diametru. -ntregul sistem idraulic are o singur intrare i !i o singur ie!ire e.
Fie un numr de n conducte si,ple ,ontate 8n serie$ delimitate de punctele i
!i e ca n figura 1$ tranzitate de debitul constant
-
5/24/2018 LICENTA (3)
40/58
Cot'nd cu j< de"itul care tranziteaz7 tronsonulj !i cu rj4 pierderea de
sarcin7 idraulic7 total7 corespunztoare tronsonuluij (undej 2 1$ ,$ $ ...$ n$ pentru
sistemul de n tronsoane montate n serie se poate scrie:
1< 2 ,< 2 :< 2H.. j< 2HH< 2 n< respectiv:
=+
= +=
1
1
1$
1
n
j
jlj
j
rjeri 44n4
unde 1$ +jlj4 reprezint pierderea de sarcin7 idraulic7 local7 la trecerea de
la tronsonul# la tronsonul #F1&. Aceast pierdere local poate fi datorat modificrii
de diametru$ acolo unde aceast modificare e"ist. 9e subliniaz ns c dou tronsoane
sunt diferite dac au rugoziti diferite$ ciar dac au acela!i diametru !i sunt parcurse
de acela!i debit.
= atenie deosebit trebuie acordat termenilor 1$ +
jlj
4
care pot fi calculai fiepentru tronsonul F situat 8n a,onte de Fonc-iune (nodul de legtur$ fie pentru
tronsonul aal #F 1&$ astfel:
,
4
1
,
4
,
1
,
1$
V+A,$++A,$+
,V
, Beprezentarea scematic a conductelor simple montate n paralel
#onform ecua-iei continuit7-ii (vezi conceptul: Conservarea masei 1n curentul
unidimensional de fluid$ debitul de ap < intrat n nodul de distribuie este egal cu
suma debitelor j< (j @ 1$ ,$H$ n care tranziteaz tronsoanele montate n paralel$
respectiv este egal cu debitul ie!it din nodul de colectare:
=
=n
j
j
-
5/24/2018 LICENTA (3)
43/58
#u alte cuvinte$ distri"u-ia de"itelor pe cele n conducte ,ontate 8n paralel
se 9ace ast9el 8nct pierderile de sarcin7 idraulic7 s7 9ie e!ale:,
jjrjeri i 8n cel de colectare (e.
$arcina siste,ului idraulic
eriie
pepi 4
5
vvHHH +
==
,
(Z
,,
se poate reduce la forma
,, Z(Z
-
5/24/2018 LICENTA (3)
44/58
Aripa de aspersiune
Aripa de aspersiune este o conduct7 ,ono9ilar7 de diametru constant 7$
8ncis7 la e0tre,itatea din aal !i prevzut dea lungul generatoarei sale de lungime; cu n prize de ap7 #aFutaFe&$ care n realitate pot fi aspersoare$ >princlere etc (figura
1.
Fig. 1 > Beprezentarea scematic a unei aripi de aspersiune
%entru simplificare$ se va considera o conduct monofilar orizontal$ iar
coeficientul lui )arcN se va presupune constant ntre amonte !i aval. Ajutajele au
acela!i diametrul d !i sunt n general egal distanate$ lungimea dintre dou ajutaje fiind
l2?(n1 . %rin fiecare ajutaj trebuie evacuat debitul Oj(unde . De"itul e aria"il$ mai
e"act scade dinspre a,onte c7tre aal$ n funcie de pierderile de sarcin idraulic
de pe traseu$ deci n funcie de scderea presiunii din conducta monofilar. %resiunea
scade dea lungul conductei$ de la valoarea la intrare pi$ la valoarea din captul aval pe .
Pri,ul aFutaF a eacua de"itul:
piapid
< ==
,
4
,
1 unde sa notat constanta
,
4
,d
a = $ iar A
reprezint coeficinetul de debit corespunztor ajutajului. 9e consider nodul j plasat n
a"a conductei.Ajutajul plasat n dreptul nodului j va evacua debitul:
jj pa< =
5nde pjeste presiunea din nodul j$ cuprins ntre valorile pi/pj/pe
%e tronsonul cuprins ntre punctul de intrare i (ajutajul 1 !i ajutajul ,$ debitul
are valoarea (OO1$ iar pierderea de sarcin7 idraulic7 total7 ntre punctele i !i , din
a"a conductei este:
44
-
5/24/2018 LICENTA (3)
45/58
,,
10
,
, ((1
+A,$+ pia Beprezentarea scematic a unei conducte cu debit uniform distribuit
40
-
5/24/2018 LICENTA (3)
46/58
?a intrarea n conducta monofilar (n punctul i de"itul de ali,entare H este
-
5/24/2018 LICENTA (3)
47/58
5n sistem de ecuaii difereniale de forma
$...$,$1$(( 11
11 =+=
=
if-ad
d- n
j
ij
se nume!te siste* diferen(ial liniar de ordinul nt9i.
)ac 1f +( = $ atunci sistemul $...$,$1$(( 11
11 =+=
=
if-ad
d- n
j
ij este
omogen.
)ac se adaug sistemului $...$,$1$(( 11
11 =+=
=
if-ad
d- n
j
ij condi(iile
ini(iale ++1 ( i-- = atunci se define!te o problem #aucN care are o soluie unic.
8ntegrare numeric a ecuaiilor difereniale cu condiii iniiale (sistemul normalata!at ecuaiei difereniale. Astfel dac
((Z(...(Z( 11(
1
(
+ fa-a-a-a nnnn =++++ +
*ste o ecuaie diferenial liniar de ordinul n cu condiiile iniiale:
+1(
+
1(
++++++ ($...$_(_$V(V$( ==== nn --------
Atunci sistemul diferenial normal ata!at ecuaiei
((Z(...(Z( 11(
1
(
+ fa-a-a-a nnnn
=++++ +
adus la forma
_$...$V$$(( ---5- n =
!i facem notaiile: -------- nnnn ====
($V($...$($( 1,(
,
1(
1
se scrie sub forma
$...$$$((V ,1(
1 n
n---5-- ==
1, (V -- =
...............
:, (V = nn --
,1 (V = nn --
1(V = nn --
*"emplu: sa se reduc la forma normal (sistem diferenial ecuaia diferenial
de ordinul doi:
4E
-
5/24/2018 LICENTA (3)
48/58
sin(VZ1(_Z:Z :(4( ----- =+++
%as 1. *cuaia se aduce la forma:
sin(VZ1(_Z:Z
:(4(----- ++= !i facem notaiile
:(
1 ( -- = $
%as ,. Atunci sistemului normal asociat ecuaiei se va scrie sub forma:
sin(Z1(Z:ZV 4:,11 ----- ++= (derivata a patra
1,V -- = (derivata a patra
,:V -- = (derivata a patra
:4V -- = (derivata a patra
'ETODE DIRECTE
Fie (-F un c'mp vectorial de clas n=pe7C , !i problema #aucN unde
B
n---- $....$$( ,1= $B
n -f-f-fF T($...$($(R ,1= . 9e cere s se apro"imeze
soluie problemei #aucN pe intervalul [ ]n $...$$ 1+ . -n varianta scalar sistemuldiferenial de ordinul unu se scrie sub forma:
++1,1
,++,,1,
,
1++1,11
1
($$...$$$(
..............................................................
($$...$$$(
($$...$$$(
nnnn
n
n
n
-----fd
d-
-----fd
d-
-----fd
d-
==
==
==
'etoda Run!e;utta de ordinul 8nti #,etoda Euler& R1
9oluia problemei #aucN se obine cu scema vectorial iterativ
4
-
5/24/2018 LICENTA (3)
49/58
+
=
+
+
+
($.....$($($(
......................................
(.....$($($((.....$($($(
Z
(
..........
((
(
............
((
,1
,1,
,11
,
1
,,
11
:n:::n
:n:::
:n:::
:n
:
:
n:n
:
:
---f
---f---f
4
-
--
-
--
unde (( +1+1 -- = $
i21$,$$.....$n dat !i 72+$1$,$.....$n1
9cema irativ se aplic pentru 72+$1$,$....$n1. 9e obin soluiile ( :i - n
punctele [ ]n $....$$ ,1 ale diviziunii intervalului de integrare.
'etoda Run!e;utta de ordinul patru R 6
9oluia problemei #aucN se obine cu scema vectorial iterativ.
4@
-
5/24/2018 LICENTA (3)
50/58
............
(
(
..............
(
(
Z,
............
(
(
Z,
...........
(
(
(
;
1
..........
(
(
............
(
(
.
,.4
1.4
.
,.:
1.:
.
,.,
1.,
.
,.1
1.1
,
1
1,
11
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
C
C
C
C
C
C
C
C
-
-
-
-
0+
-
5/24/2018 LICENTA (3)
51/58
5nde
ni---4f4
ni---4f4
ni
-
-
-4
f4
ni---f4
:n:n::::::
:n
:n
:
:
:
:::
:n
:n
:
:
:
:::
:n::::
....$.........,$1$(($.....$($($(($(Z(
$...$,$1$,
(($......$,
(($,
(($,
(Z(
$...$,$1$,
(($......$
,
(($
,
(($
,(Z(
;$.....$,$1$($....$($($(Z(
$:,.:,1.:111.4
$,.,.,,
1.,111.:
$1.,.1,
1.1111.,
,111.1
=+++=
=++++=
=++++=
==
72+$1$.....n1.
#alculele se fac n ordinea : 9e calculeaz mai nt'i n aceast ordine pentru 72+
:iC ( .1 $ :iC ( $, $ :iC ( $: $ :iC ( .4 !i apoi prima apro"imatie cu formulele de mai
sus. 9e repet operaiile n aceea!i ordine pentru ;21$,$....$n1.-n cazul particular al sistemului de dolu ecuaii difereniale cu dou necunoscute !i
condiii iniiale:
++,
++11
($$$(
($$$(
zzz-fd
dz
--z-fd
d-
==
==
Formulele de mai sus se scriu sub forma:
++++=
++++=
+
+
,,(;
1
,,(;
1
4:,11
4:,11
;;;;zz
CCCC--
::
::
5nde:
;$$(
,
$,
$,
(
;,
$,
$,
(
;$$(
::14
,,1:
,,1,
11
;zC-44fC
;z
C-
44fC
;z
C-
44fC
z-4fC
:::
:::
:::
:::
+++=
+++=
+++=
=
01
-
5/24/2018 LICENTA (3)
52/58
.$$(
;
,
$
,
$
,
(
;,
$,
$,
(
;$$(
::,4
,,,:
11,,
,1
;zC-44f;
;z
C-
44f;
;z
C-
44f;
z-4f;
:::
:::
:::
:::
+++=
+++=
+++=
=
CAPITOLUL 5I
. RE(OL5AREA NU'ERIC+ A $I$TE'ULUI DE ECUAJII CARE
DE$CRIE PROCE$UL DE U'PLERE A ECLU(EI
9a considerat un caz ipotetic$ pentru o ecuz cu urmatoarele dimensiuni:
Jam21, m
Jav2Jo2, m
n20
A21m`,
a2+.,m`,
l21+m
Ac2,++m`,
U2+.+10
tdes2+s
C5 GB 9#B89 (J este mic am si av sunt indici si puterile tr scrise dar la mn nu mergedirectorul de ecuatii. tdes2+s des etr scris ca indice.
0,
-
5/24/2018 LICENTA (3)
53/58
-n conduct sunt practicare 0 orificii$ situate la distanal21+m.
9a considerat timpul de descidere a vanei tdes2+ s.9a realizat un program in atlab care integreaz sistemul de ecuaii diferenial prin
metoda B6 4 (Ane"a .
#ondiia de oprire a integrarii a fost egalarea nivelului din sasus ecluzei cu
nivelul din amonte. Gimpul total de umplere a fost de 4+E secunde ($ min. Acesta
este un timp considerabil de umplere iar acest dazavantaj ar putea fi eliminat utilizand
metoda de umplere pe sub poarta amonte.
-n urma rulrii programului sau obinut pe pa!i de timp de 1 secunda$ variaiile
vitezelor n tronsoanele conductei de alimentare !i n orificiile conductei. 9au calculat
de asemenea numerele BeNnolds pe poriunile de conduct dintre orificii$ folosind
vitezele momentane furnizate de ctre programul de calcul.
9imulrile sau fcut at't pentru situaia umplerii ecluzei$ c't !i pentru golirea
acesteia.
-n figurile urmtoare sunt reprezentate variaiile n timp a acestor mrimi n
cazul u,plerii ecluzei. 9e observ c viteze mari de curgere se obin pentru primul
tronson al ecluzei$ pe ultimul tronson viteza apei fiind mai redus.
%e toate tronsoanele$ n primele 0+ secunde de la nceperea umplerii$ vitezele
cresc rapid$ dup care acestea se reduc$ pe msur ce nivelul n camera ecluzei se
apropie de nivelul din amonte.
0
-
5/24/2018 LICENTA (3)
54/58
04
-
5/24/2018 LICENTA (3)
55/58
-n cazul golirii ecuzei$ timpul n care nivelul in sas ajunge sa fie egal cu cel din aval
este tot de 4+E secunde ($ min. -n continuare sunt reprezentate graficele de variaie a
nivelului n sas$ a vitezelor n conducta !i n orificii n acest timp.
00
-
5/24/2018 LICENTA (3)
56/58
0
-
5/24/2018 LICENTA (3)
57/58
0E
-
5/24/2018 LICENTA (3)
58/58
0
2
4
6
8
10
12
14
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
Variatia nivelului in camera ecluzei la golirea si umplerea ecluzei
z cam
z cam gol
0