Opublikowano dnia 18 kwietnia 1959 r.Jy & A POLSKIEJ RZECZYPOSPOLITEJ LUDOWEJ OPIS PATENTOWY Nr 41766 KI. 42 m, 33/01— Inz. Józef Bobra Olesnica SL, Polska Suwak hydrauliczny Patent trwa od dnia 17 czerwca 1958 r.Suwak hydrauliczny sluzy do obliczen przy projektach wodno-melioracyjnych. Sklada sie z dwu zasadniczych czesci, stalej i ruchomej.Porównac go mozna ksztaltem z pudelkiem kredek szkolnych. Zewnetrzna obudowa, to czesc stala suwaka. Wierzchnia czesc posiada siatke logarytmiczna, wykonana na przezro¬ czystym materiale (fig. 1). Czesc ruchoma, to dajace sie przesuwac kartony z wykresami wedlug fig. 2—13.Podzial czesci stalej wykonano w ten spo¬ sób, ze linie poziome okreslaja powierzchnie przekroju koryta cieku lub rurociagu krytego.Linie nachylone pod katem 45° do poprzed¬ nich okreslaja predkosc przeplywu, prostopa¬ dle zas do tych ostatnich wskazuja objetosc przeplywu. U dolu z lewej strony znajduje sie podzial okreslajacy spad w promilach oraz szerokosc dna koryt otwartych. Nieco wyzej znajduja sie podzialy wspólczynników dla przeplywów przez róznego rodzaju przelewy oraz wskaznik dla przeplywów w rurociagach calkowicie wypelnionych. Z prawej strony U dolu znajduje sie podzial okreslajacy spad w procentach dla rurociagów krytych. Ozna¬ czenia w nawiasach (np. W.10) wskazuja ja¬ kiego wykresu dotycza.Poza tym na skraju u dolu i góry znajduje sie czesc podzialu logarytmicznego, sluzaca do obliczen jak suwak logarytmiczny. Do wyzej opisanej czesci stalej wsuwane sa czesci ruchome suwaka, posiadajace wykresy uwidocznione na fig. 2—13. Wykresy te winny byc wykonane na sztywnych kartonach, z kazdej jego strony.W zaleznosci od rodzaju obliczen, karton z od¬ powiednim wykresem wsuwa sie do czesci z wykresem wedlug fig. 1, cyframi do góry.Wykresy uwidocznione na fig. 2—5 sluza do obliczen przy przekrojach trapezowych, o róz¬ nym nachyleniu skarp. Wykresy te, a takze wykres wedlug fig. 6, sporzadzono na podsta¬ wie wzoru na predkosc, opracowanego w ce¬ lu zastosowania go w suwaku wedlug wyna¬ lazku. Wzór ten (dotychczas nie opublikowany) ma nastepujaca postac: V=- 50 R t + m + 10 (tJ + J) VtJ +Jgdzie R oznacza promien hydrauliczny w m, t —glebokosc napelnienia w m, I —spadek wzgledny zwierciadla wody, m — wspólczynnik zmniejszajacy, którego war¬ tosci podano przy wykresie 1.Dla ewentualnego porównania, podaje sie, ze wartosc wspólczynnika m = 0,90 odpowiada w przyblizeniu wartosci n (we wzorze Gan- guilleta i Kuttera) = 0,030, zas m = 0,65, n = 0,025. Linie dluzsze (fig. 2—5), nachylone wzgledem poziomu pod ostrym katem, okre¬ slaja szerokosci dna. Pozostale, okreslaja gle¬ bokosci napelnienia. W lewym rogu u dolu znajduja sie linie wspólczynnika m. Wykres wedlug fig. 6 sluzy do obliczen podobnie jak poprzednie, ale dla przekrojów prostokatnych.Wykres wedlug fig. 7 sluzy do okreslenia przeplywów wody dla otworów i przelewów wedlug wzoru podanego przy wykresie. Li¬ nie dluzsze, nachylone wzgledem poziomu pod katem 45°, okreslaja predkosci wody powyzej budowli. Pozostale linie, okreslaja róznice zwierciadel wody, dla przypadków okreslonych na wykresach umieszczonych w prawym gór¬ nym rogu; Po lewej stronie u dolu wykresu wedlug fig. 7, ponad wykresem wspólczynnika ra, umiejscowiono podzial okreslajacy szero¬ kosci otworu lub przelewu. Wykres wedlug fig. 8 sluzy do okreslenia przeplywów dla ja¬ zów przelewowych wedlug wzoru podanego przy wykresie. Linie dluzsze, nachylone wzgledem poziomu pod katem 45°, okreslaja predkosci wody powyzej budowli. Pozostale linie, róznice zwierciadla wody powyzej i po¬ nizej budowli. Z lewej strony u dolu znajduje sie podzial okreslajacy dlugosc jazu. Wykres wedlug fig. 9 sluzy do okreslenia przeplywów dla jazów zatopionych, upustów deszczowych, sluz i mostów wedlug wzoru podanego przy wykresie. Wartosci, uzyskane przy uzyciu te¬ go wykresu, sa miarodajne dla dlugosci ja¬ zów wynoszacej 1 m. Linie wykresu tego okreslaja wartosci podobnie jak poprzedniego (fig. 8), przy czym dolny podzial okresla wzniesienie dolnej wody ponad krawedz prze¬ lewu.Wykres wedlug fig. 10 sluzy do okre¬ slenia przeplywów przez jazy boczne (prze¬ lewy) wedlug wzoru podanego przy wykresie.Linia nachylona wzgledem poziomu pod ka¬ tem 45° posiada podzial wysokosci strugi prze¬ lewajacej sie wody. U dolu umieszczono po¬ dzial okreslajacy dlugosc jazu.Wykres wedlug fig. 11 sluzy do okreslenia przeplywu w przewodach rurowych o przekro¬ ju kolowym calkowicie wypelnionych, wedlug wzoru: _ ^~2g -" v~i+^+k^-'gdzie d g oznacza przyspieszenie ziemskie, h — wysokosc cisnienia w m, e—wspólczynnik dlawienia przy wejsciu wody do przewodu (wg. Weisbacha = 0,505), k — wspólczynnik tarcia, wg. Darcy jest za¬ lezny od srednicy rury i wynosi: 0,0005078 0,01989+ d • L—dlugosc przewodu w m, d — srednica przy przewodach kolowych.Linie poziome wykresu, okreslaja srednice przewodów. Pozostale, okreslaja ich dlugosc.Z lewej strony u dolu znajduje sie podzial dla okreslenia wysokosci cisnienia.Na arkuszu tym oprócz wykresów (fig. 10 i 11) umieszczono (u góry i dolu) czesc podzialu logarytmicznego.Wykres wedlug fig. 12 sluzy do okreslenia przeplywu w przewodach rurowych o prze¬ kroju kolowym przy dowolnym napelnieniu.Sporzadzono go na podstawie wzoru (podobnie jak poprzedni nie opublikowany) na predkosc: 50R Linie dluzsze okreslaja wysokosc napelnienia w procentach srednicy. Pozostale linie, okre¬ slaja srednice rurociagów. Z prawej strony u dolu znajduje sie podzial dla róznych wspólczynników m oraz srednic rurociagów.Nieco wyzej znajduje sie tabela wartosci wspólczynnika ra. Wykres wedlug fig. 13 slu¬ zy do okreslenia srednic dren wedlug wzoru jak dla wykresu poprzedniego. Linie pionowe okreslaja srednice rurociagów. Pozostale, okreslaja splyw wody z 1 hektara. U samego dolu, znajduja sie wskazniki wspólczynnika ra. Dla wyjasnienia sposobu poslugiwania sie suwakiem u dolu kazdego wykresu wykonano linie pozioma (kreska—kropka). Podczas obli¬ czenia przykladów, linia ta winna pokrywac sie z linia powierzchni 10 m2 na wykresie wedlug fig. 1. Sposób korzystania z suwaka wyjasniaja przyklady.Przyklad 1. Znalezc objetosc i predkosc przeplywu w rowie o szerokosci w dnie 1,00 m, glebokosci napelnienia 0,60 m, spadzie - Z -I = l%o i skarpach o nachyleniu 1:1. Rów ten jest zle utrzymany zatem wspólczynnik m wy¬ niesie 0,90.Rozwiazanie. Linie wspólczynnika m = 0,90 wykresu wedlug fig. 2 ustawia sie w punkcie przeciecia sie linii spadu i szero¬ kosci dna 1,00 m (na fig. 1). Punkt przecie¬ cia sie szerokosci dna 1 m i napelnienia 0,60 m z wykresu na fig. 2, wskaze (na wy¬ kresie fig. 1) objetosc przeplywu Q=0,48 m8/sek. i predkosc V = 0,50 m/sek.Przyklad 2. W gruncie piaszczystym ma byc wykonany doprowadzalnik o glebokosci napelnienia t -= 1 m, majacy przeprowadzic objetosc 4 ms/sek. Zaprojektowac przekrój doprowadzalnika przy dopuszczalnym spadzie.Rozwiazanie. Nachylenie skarp przyj¬ muje sie 1:2. Na wykresie wedlug fig. 1 na¬ lezy odnalezc punkt przeciecia sie linii obje¬ tosci 4 m3/sek z linia dopuszczalnej predko¬ sci V = 0,60 m/sek. Przesuwa sie czesc rucho¬ ma z wykresem wedlug fig. 4 az do miejsca przeciecia sie znalezionego punktu z linia gle¬ bokosci 1 m. Odczytuje sie szerokosc dna 4,70 m. Linia wspólczynnika m = 0,65 wskaze dopuszczalny spad I = 0,31%o.Przyklad 3. Jaki spad winna otrzymac drewniana rynna o przekroju prostokatnym, posiadajaca szerokosc dna 1 m i wysokosc 0,50 m, dla przeprowadzenia objetosci 0,50 m8/sek i jaka bedzie predkosc przeplywu? Rozwiazanie. Na wykresie wedlug fig. 6 punkt przeciecia sie linii glebokosci 0,50 m i szerokosci dna 1 m ustawia sie na linii objetosci 0,50 m3/sek. Linia wspólczynnika m = 0,00 wskaze (przy szerokosci dna 1 m) spad I = l,3%o. Na linii predkosci odczytuje sie predkosc V = 1,01 m/sek.Przyklad 4. Obliczyc objetosc i predkosc przeplywu dowolnego przekroju, którego po¬ mierzona w terenie powierzchnia wynosi F= 18 m2. Szerokosc zwierciadla wody B =20m.Zaniwelowany spad I = l%o.Rozwiazanie. Dla .umozliwienia porów¬ nania niech tym dowolnym przekrojem bedzie przekrój trapezowy o szerokosci w dnie 16 m, glebokosci napelnienia 1 m i nachyleniu skarp 1—2. Przy uzyciu wykresu wedlug fig. 4 (przy m = 0,90) punkt przeciecia sie linii szeroko¬ sci dna 16 m i glebokosci napelnienia 1 m wskaze objetosc przeplywu Q = 18,5 m*/sek, predkosc V = 1,04 m/sek, oraz powierzchnie przekroju F = 18 m2. Z kolei obliczenie prze¬ prowadza sie dla zalozonego na wstepie do¬ wolnego przekroju. Obliczenie dokonuje sie przy uzyciu wykresu wedlug fig. 6. Linie wspólczynnika m = 0,90 ustawia sie w punkcie przeciecia sie z linia spadu I = l%o oraz sze¬ rokosci (w tym przypadku zwierciadla wody) 20 m. Punkt przeciecia sie linii szerokosci zwierciadla wody B = 20 m z linia powierzchni F = 18 m2 wskaze: srednie napelnienie ts=0,90 m, objetosc przeplywu Q = 17,5 m8/sek oraz pred¬ kosc przeplywu V = 0,98 m/sek. Uzyskany wy¬ nik jest zblizony do otrzymanego przy uzyciu wykresu dla przekroju trapezowego (fig. 4), który przy napelnieniu 1 m posiada szerokosc zwierciadla wody B = 20 m, srednie napelnie¬ nie ts = 0,90 m. Uzyskane wartosci przy uzy¬ ciu wykresu wedlug fig. 6 sa mniejsze, a to w zaleznosci od miary koncentracji koryta B a = . W zwiazku z tym uzyskane wy- * tsr niki przy uzyciu wykresu wedlug fig. 6 (dla innego niz prostokatny przekrój koryta) nale¬ zy pomnozyc przez wspólczynnik zwiekszajacy, zalezny od miary koncentracji koryta, który wynosi: B dla q = f = 4 okraglo 1,12 10 „ 1,10 15 „ 1,08 20 „ 1,06 25 „ 1,04 30 „ 1,02 35 w góre 1,00 •• 20 W wyzej podanym przypadku q = = 0,9 22,2, a wiec wspólczynnik q (na podstawie interpolacji liniowej) = 1,05. Po rozwiazaniu otrzyma sie Q = 18,4 m3/sek zas V = 1,03 m/sek.Zamiana dowolnego przekroju na prostokatny, równiez przy obliczeniach rachunkowych jest dogodniejsza. Dotyczy to zwlaszcza przekrojów zlozonych lub nieregularnych.Przyklad 5. Jaka objetosc wody przeply¬ nie upustem w ksztalcie otworu, jezeli zwier¬ ciadlo dolnej wody lezy ponizej progu otwo¬ ru, wysokosc otworu wynosi 0,50 m, jego zas sze¬ rokosc 4 m. Wysokosc zwierciadla wody górnej ponad dolny próg otworu wynosi 1 m. Pred¬ kosc wody doplywajacej V0 = 0,80 m/sek.Rozwiazanie. Obliczenie dokonuje ' sie' przy uzyciu wykresu wedlug fig. 7 dla przy¬ padku 1 (otwory w jazach). Przyjmuje sie wspólczynnik px = 0,62. Kreske podzialki „sze¬ rokosc otworu" odpowiadajaca wartosci 4 m, _ 9 -ustawia sie przy wartosci wspólczynnika H = 0,62 .Punkt przeciecia sie wartosci h=lm i predkosci V0 ~ 0,80 m/sek wskazuje obje¬ tosc przeplywu Q± = 7,70 mVsek, zas dla wartosci h2 = 0,50 m objetosc przeplywu Q2 = 2,85 m8/sek. Zatem przeplyw wyniesie Q = Qi — Qt = 4,85 ms/sek.Przyklad 6. Przeplyw wynosi 10 m8/sek.Dozwolone pietrzenie ponad korone jazu 0,60 m. Predkosc wody doplywajacej, 2 m/sek.Obliczyc szerokosc przelewu.Rozwiazanie. Na wykresie wedlug fig. 8 punkt przeciecia sie wartosci h — 0,60 m z li¬ nia predkosci V0 = 2 m/sek ustawia sie na li¬ nii objetosci 10 ms/sek. Podzialka „dlugosci jazu" przy wspólczynniku \x =¦ 0,70 wskazuje wartosc szerokosci przelewu 7,80 m.Przyklad 7. Swiatlo mostu wynosi 50 m.Filary posiadaja wynurzona podstawe (a wiec ix = 0,7). Jaka bedzie objetosc przeplywu, je¬ zeli glebokosc wody niespietrzpnej a = 4 m, dopuszczalne zas spietrzenie h = 0,50 m. Pred¬ kosc wody doplywajacej V0 = 1 m/sek.Rozwiazanie dokonuje sie przy uzyciu wykresu wedlug fig. 9. Podzialke wartosci a = 4 m ustawia sie na kresce ja = 0,70. Punkt przeciecia sie h = 0,50 oraz V0 = 1 m/sek wskaze objetosc q = 9,2 ms/sek na 1 mb. Obje¬ tosc przeplywu Q = 460 m8/sek.Przyklad 8. Przelewem o ostrej krawe¬ dzi [2/3 n = 0,49] przeplywa struga wody o wysokosci Ji = 1 m. Jaka objetosc wody przeplynie jezeli dlugosc jazu b = 10 m? Rozwiazanie: Podzialke „dlugosci upu¬ stu" b = 10 m ustawic nalezy na kresce 2/3 (i = 0,49. Linia w punkcie h = 1 m, wska¬ zuje objetosc przeplywu 14,8 m3/sek.Przyklad 9. Przy jakiej wysokosci ci¬ snienia i z jaka predkoscia odbywac sie bedzie przeplyw 1 ms/sek przepustem o srednicy 0,80 m i dlugosci 20 m? * Rozwiazanie. Na wykresie wedlug fig. 11 punkt przeciecia sie linii dlugosci ru¬ rociagu L = 20 m z linia srednicy d = 0,80 m, ustawia sie na linii objetosci 1 m8/sek. Linia predkosci wskazuje V = 1,9 m/sek, na podziale zas „wysokosci cisnienia h" wskaznik [z lewej Strony u dolu wykresu fig. 1] wskazuje wy¬ sokosc cisnienia 0,41 m.Przyklad 10. Obliczyc objetosc i pred¬ kosc przeplywu rurociagiem kamionkowym o przekroju kolowym 0 = 0,50 m, poprowa¬ dzonym spadkiem I = 1% przy czym napel¬ nienie wynosi 80°/o.Rozwiazanie. Wspólczynnik m dla rur kamionkowych (z tablicy przy wykresie) — 0,215. Punkt przeciecia sie linii wspólczyn¬ nika m oraz srednicy d = 50 cm ustawic na¬ lezy na linii spadku I = l°/o. Punkt przecie¬ cia sie linii wysokosci napelnienia i sredni¬ cy rurociagu wskazuje objetosc przeplywu Q = 0,375 m8/sek i predkosc V = 2,20 m/sek.Przyklad 11. Zbieracz drenarski ma sred¬ nice d — 15 cm, spad I = l°/o, splyw jednost¬ kowy 0,70 1/sek z 1 ha. Nalezy podac: a) jaka objetosc wody i z jaka predkoscia przeprowadzi zbieracz? b) jaka powierzchnie zbieracz moze odwod¬ nic? Rozwiazanie przeprowadza sie przy uzyciu wykresu wedlug fig. 13 z zastrzezeniem, ze linie objetosci przeplywu okreslac beda 1000 wartosci podanych na wykresie wedlug fig. 1.Na przyklad linia wedlug fig. 1 okreslajaca objetosc 2 m3/sek, przy obliczeniach z wykre¬ sem wedlug fig. 13, posiadac bedzie wartosc 2 litrów/sek.Rozwiazanie: Wspólczynnik m dla dren = 0,215. ad a). Wskaznik wspólczynnika m ustawia sie na linii spadu I = l°/o. Punkt przeciecia sie linii srednicy d = 15 cm oraz splywu rów¬ nego jednosci [1 1/sek] wyznacza objetosc przeplywu 13,8 1/sek i predkosc V = 0,77 m/sek. ad b). Wykres wedlug fig. 13 ustawiony jak wyzej. Punkt przeciecia sie linii srednicy [d = 15 cm] i splywu [0,70 1/sek/ha] wskazuje na linii objetosci przeplywów wartosc 20.W danym przypadku bedzie to powierzchnia odwodniona 20 ha.Opisany sposób poslugiwania sie suwakiem nie wyczerpuje oczywiscie calosci obliczen mo¬ zliwych do wykonania. Równiez poszerzenie zakresu wykonywanych obliczen poprzez do¬ robienie dalszych wykresów jest aktualne. Na przyklad wykresy rurociagów o przekroju ja¬ jowym, czy tez koryta cieków o przekroju parabolicznym. Poza tym istnieje mozliwosc (przy zachowaniu bez zmian wykresu wedlug fig. 1) sporzadzenia wykresów przy zastosowa¬ niu wzorów na predkosc wedlug innych auto¬ rów. Wskazane jest zwiekszenie wartosci objetosci przeplywu do 500 m/sek oraz szero¬ kosci dna koryt do 50 m. Dla przejrzystosci wskazane jest: predkosci przeplywu wykonac kolorem niebieskim. Linie gleboko- 4 —/ sci napelnienia, róznice wysokosci zwierciadel wody itp. (fig. 2—13) wykonac kolorem czer¬ wonym. Suwak mozna wykonac w kilku for¬ matach. PL