8. Определение глубины водобойного колодца

Чтобы получить со­пряжение бьефов в форме затопленного гидравлического прыжка, не­обходимо соблюдать условие:

h_кол > h^//_c.кол

или

h_кол = σ·h^//_c.кол ,

где σ - коэф­фициент запаса, больший единицы.

С учетом выражения для глубины воды в колодце получим:

σ·h^//_c.кол = h_НБ + d_кол + ∆z ,

откуда

d_кол = σ·h^//_c.кол - (h_НБ + ∆z)

Глубину колодца определяют путем последовательного приближе­ния.

Это объясняется тем, что при новой принятой глубине (чтобы обес­печить условие h_кол > h^//_c.кол) изменяются h_c.кол ; h^//_c.кол ; h_кол .

Значение коэф­фициента запаса можно принять в зависимости от точности определе­ния расчетного расхода воды:

∆Q, % . . . 5 10 20

σ . . . . . . 1,07 1,1 1,13

9. Определение длины водобойного колодца

В общем случае эта длина равна:

L_кол = L_пад + L_пп

где L_пад - длина падения струи [в данном случае она равна нулю так как подошва водослива криволинейного очертания расположена на той же отметке, что и дно водобойного колодца (см. рис. 2)];

L_пп - длина подтопленного прыжка при наличии колодца, которая может быть определена по формуле О. М. Айвазяна и В.А. Питулова:

Длину совершенного прыжка L_п вычисляют по формуле:

Или приближённо:

При определении L_п и (h^// - h^/) за первую сопряженную глубину h^/ принимают сжатую глубину на дне водобойного колодца h_c.кол .

Водобойная стенка

Водобойный колодец может быть образован водобойной стенкой. Стенку в конце водобоя, создающую водобойный колодец, который служит для гашения кинетической энергии потока, называют водобойной стенкой (рис. 9.11). Она представ­ляет собой полигональный водослив практического профиля. Требует­ся рассчитать высоту стенки Рст и длину водобойного колодца /кол-Последовательность расчета в основном такая же, как и для водобой­ного колодца. Условие затопления прыжка принимает вид Н_ст > Н₂, гдеЛ_ст — глубина воды перед стенкой; Л_ст = р_ст + #_ст; Н_ст — напор перед стенкой. С учетом коэффициента запаса оН₂ = р_ст + Н_ст, откуда

_Рст=а/г₂—Я_ст. (9.29)

Рассматривая стенку как неподтопленный водослив (сх_п = 1,0) практи­ческого профиля, для условий плоской задачи (е = 1,0) в соответствии с формулой (9.11)

_Яст.....( д У^/3 . «*

\ тЬ "1/2§ / ²Й

164

или

/Ур/г =

тУ2_В

3/2

а?² Ч (Рст + Я_ст)²

(9.30)

Задачу решают способом последовательных приближений. После оп­ределения высоты стенки следует проверить условия сопряжения за самой стенкой. Может оказаться, что за водобойной стенкой наблюда­ется отгон прыжка. В этом случае для предотвращения отгона прыжка назначают и рассчитывают вторую стенку. Коэффициент расхода т, входящий в формулу (9.30), принимают по Справочнику проектиров­щика [6] (т « 0,40).

Длину водобойного колодца, образованного стенкой, определяют по формуле (9.27).

Формулу для определения длины падения струи выводят на основа­нии формулы (5.8). При этом учитывают очертание струи непосредст­венно за водосливом и связь ее геометрических и кинематических ха­рактеристик с напором Н. В результате получена формула (вывод не приводим) с учетом ее корректировки по опытным данным [39]:

/,,ад =0,33//+1,38 УН (р_вб+0,45Я).

Расстояние /_пад отсчитывают от напорной грани водослива.

Комбинированный водобойный колодец

В некоторых случаях для уменьшения глубины колодца или высоты водобойной стенки оказы­вается целесообразным соединение колодца и стенки. Такой комбини­рованный колодец рассчитывают на основании уравнения

ст/1₂ = й_{ко л} + р_ст + #_ст,

Рис. 9.11. Сопряжение бьефов в форме затопленного прыжка при наличии во­добойной стенки

165

из которого определяют а_к, предварительно задавшись значением р_ст, или наоборот.

Последовательность расчетов аналогична изложенной выше.

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПЕРЕПАДОВ

Для сооружения каналов на местности с большими уклонами воз­никает необходимость в переводе потока с более высоких отметок на бо­лее низкие, следовательно, в сопряжении потоков, находящихся на разных уровнях. Сооружение на водоводе для сопряжения его безна­порных участков, расположенных на разных уровнях, в виде ступеней, труб и тому подобное при резком изменении продольного профиля, трассы, называется перепадом. Они входят в состав водопропуск­ных сооружений железных дорог, часто устанавливаются на каналах ирригационных систем, входят в состав гидротехнических сооружений ГЭС. Перепады подразделяются на одноступенчатые и многоступен­чатые.

Одноступенчатые перепады

Перепад состоит из входной части, стенки падения, водобоя и выходной части. Чтобы выяснить назначение всех конструктивных элементов перепада, рассмотрим особенности те­чения жидкости при вертикальном расположении стенки падения (рис. 9.12). Предположим, что русло призматическое по всей длине во­дотока. Ступень перепада (водобойная часть) горизонтальная. Водо­ток (канал), расположенный выше, можно рассматривать как верхний бьеф.

Наличие стенки падения обусловливает появление кривой спада с критической глубиной вблизи стенки падения. За стенкой падения на водобое образуется сжатое сечение потока с глубиной Н_с. В этом сече-

Рис. 9.12. Одноступенчатый перепад 166