Приклад розрахунку

Потрібно провести гідравлічний розрахунок безвакуумного водозливу практичного профілю (Крігера-Офіцерова) з водобоєм в нижньому б'єфі.

Вихідні дані приймаємо за варіантом № 00 (див. таблицю 9.4): розрахункова паводкова витрата Q_р.м = 12 м³ /с: питома витрата греблі = 5 м²/с: кількість водозливних отворів n = 2; відмітки рівня води у верхньому б'єфі _у.в= 202 м і дна біля основи водозливу _осн = 185 м; відношення розмірів верхової грані водозливу α/с_в = 0; кути нахилу до горизонту верхової грані α_в = 90° і прямолінійної ділянки низової грані α_н = 15°; побутова глибина в нижньому бьефі h_н = 2,2 м. Підтоплення греблі і бічне стиснення струменя відсутні, σ_п = 1 и Ɛ = 1.

Рішення

1. Розрахунок ширини водозливного фронту і водозливних отворів.

Попередньо визначимо ширину водозливного фронту за формулою (9.3) і водозливних отворів за формулою (9.4):

Округляємо розмір b до найближчого стандартного значення (див. таблицю 9.1). Приймаємо b = 1,25 м. Тоді ширина водозливного фронту дорівнює:

B = b · n = 1,25 · 2 = 2,5 м.

При цьому зміниться значення питомої витрати q_пл:

Приймаємо такі розрахункові параметри: питома витрата греблі q_пл = 4,8 м²/с; ширина водозливного фронту В = 2,5 м; ширина водозливних отворів b = 1,25 м.

2. Визначення профілюючого напору і висоти водозливу.

Визначаємо коефіцієнт витрати m за формулою (9.6):

Профілюючий напір Н_прф визначаємо за формулою (9.1) за умови, що Н_прф = Н₀:

Висоту водозливу визначаємо за формулою (9.5):

Остаточно приймаємо такі параметри водозливу: профілюючий натиск Н_прф = 1,75 м; висота водозливу с_в = 15,2 м.

3. Визначення типу сполучення потоків в нижньому б'єфі та розрахунок водобійних пристроїв.

Положення гідравлічного стрибка за водозливом визначаємо за критерієм (5.15). Для цього спочатку визначимо критичну глибину Н_кр за формулою (5.2), глибину стисненого перерізу Н_с за формулою (5.18) і роздільну глибину Н_роз за формулою (5.16).

Визначимо критичну глибину (в інженерних розрахунках для нерівномірних потоків допустимо приймати коефіцієнт Коріоліса α= 1):

Глибина стисненого перерізу:

Вирішуємо методом ітерацій. Коефіцієнт швидкості φ для водозливу практичного профілю приймаємо 0,94. Таким чином, отримаємо:

Остаточно в третьому наближенні отримали h_c = 0,282 м.

Роздільна глибина:

На підставі критерію (5.15) встановлюємо, що в нижньому б'єфі за водозливом утворюється відігнаний гідравлічний стрибок, тому величина роздільної глибини Н_раз = 3,95 м більше глибини в нижньому б'єфі h_н = 2,2 м.

Для запобігання відгону стрибка передбачимо прямокутну водобійні стінку на всю ширину водозливних отворів, b_ст = b, і, відповідно, q_ст = q_пл. Висоту першої стінки с'₁ розраховуємо за формулою (9.8), попередньо визначивши за формулою (9.9) геометричний напір Н’₁ над гребенем стінки в припущенні, що стінка не підтоплена, σ'_п.1 = 1.

Повний напір над гребенем стінки:

Тоді геометричний напір над гребенем стінки:

Таким чином, розрахункова висота водобійні стінки:

Приймаємо с’₁ = 2,5 м. Тоді глибина води в утвореному колодязі:

а коефіцієнт запасу дорівнює:

Що не виходить за межі рекомендованого інтервалу 1,05 … 1,1.

Висота водобійні стінки c’₁ = 2,5 м більше глибини в нижньому б'єфі h_н = 2.2 м, відповідно, стінка не підтоплена (σ'_п1 = 1) і уточнення розрахунку не вимагається.

Довжину підошви водобійні стінки L_ст.1 конструктивно приймаємо рівною її висоті, тобто L_ст.1 = c’₁ = 2,5 м.

Визначаємо місце встановлення водобійної стінки. Для цього спочатку розраховуємо довжину вільного стрибка L_пр.1 за формулою Чертоусова (5.6), приймаючи, що перша сполучена глибина h₁ = h_с = 0,282 м, тоді:

Відстань по дну від нижньої точки водоскатів до верхової грані водобійної стінки визначаємо за формулою (9.12):

Конструктивно приймаємо L_кол1 = 14,0 м.

Остаточно приймаємо такі конструктивні параметри першого ступеня водобоя: висота водобійної стінки с’₁ = 2,5 м; довжина підошви водобійної стінки L_ст.1 = 2,5 м; відстань по дну від нижньої точки водоскатів до верхової грані водобійної стінки L_кол.1 = 14,0 м.

Визначаємо положення гідравлічного стрибка за першою водобійною стінкою (методика розрахунку аналогічна представленій вище при визначенні положення гідравлічного стрибка за водозливом).

Критична глибина h_кр = 1,33 м - без змін.

Глибина стисненого перерізу:

Тоді:

Значення другого і третього наближень відрізняються менше ніж на 1%, тому остаточно приймаємо h_c.1 = 0,592 м. Роздільна глибина:

Так як величина роздільної глибини h_роз.1 = 2,54 м більше глибини в нижньому б'єфі h_н = 2,2 м, то за першою водобійною стінкою також утворюється відігнаний гідравлічний стрибок, отже, необхідно передбачити другу водобійну стінку.

Розрахунок другої водобійної стінки проводимо аналогічно розрахунку першої стінки. Повний напір над гребенем другої стінки Н’₀₂ = 1,88 - як і раніше. Геометричний напір над гребенем другої стінки:

Таким чином, розрахункова висота другої водобійної стінки:

Приймаємо с’₂ ​​= 1,1 м. Тоді глибина води в утвореному колодязі :

Коефіцієнт запасу дорівнює:

що не виходить за межі рекомендованого інтервалу 1,05 ... 1,1.

Довжину підошви водобійної стінки L_cn.1 конструктивно приймаємо рівною її висоті, тобто L_{ст, 2} = с'₂ = 1,1 м.

Визначаємо місце встановлення водобійної стінки.

Критерій Фруда для стисненого перерізу:

Відстань по дну від низової грані першої стінки до верхової межі другої водобійної стінки:

Конструктивно приймаємо L_кол2 = 10,0 м.

Висота другої водобійної стінки с'₂ = 1,1 м менше глибини в нижньому б'єфі h_н = 2,2 м. Тому, можливо, стінка підтоплена. Перевіримо виконання другої умови підтоплення, для чого визначимо положення гідравлічного стрибка за другою стінкою по вже використаній методиці.

Критична глибина h_кр = 1,33 м - без змін.

Глибина стисненого перерізу:

Тоді:

Значення третього і четвертого наближень відрізняються менше ніж на 1%, тому остаточно приймаємо h_с.2 = 0,776 м.

Роздільна глибина:

Так як величина роздільної глибини h_роз.1 = 2,1 м менше глибини в нижньому б'єфі h_н = 2,2 м, то за другою водобійною стінкою буде мати місце затоплений гідравлічний стрибок. Це означає, що відгін стрибка ліквідований і водобійних пристроїв більше не потрібно. У той же самий час виконується друга умова підтоплення, отже, друга водобійна стінка підтоплена σ_п.2 <1, що вимагає уточнення розрахунку її висоти.

Використовуючи додаток П.5, уточнюємо коефіцієнт підтоплення σ^’_п2. Для цього визначаємо перевищення рівня води в нижньому б'єфі над гребенем водобійної стінки:

Далі обчислимо відношення:

Встановлюємо значення коефіцієнта підтоплення σ^’_п2 = 0,957.

З урахуванням коефіцієнта підтоплення уточнюємо:

Приймаємо с’₂ ​​= 1,0 м. Тоді глибина води в утвореному колодязі:

а коефіцієнт запасу дорівнює:

що не виходить за межі рекомендованого інтервалу 1,05 ... 1,1.

Довжину підошви водобійної стінки приймаємо L_ст2 = c’₂ = 1,0 м. Остаточно приймаємо такі конструктивні параметри другої ступені водобою: висота водобійні стінки с'₂ = 1,0 м; довжина підошви водобійної стінки L_ст2 = 1,0 м: відстань по дну від нижньої точки водоскату до верхової грані водобійної стінки L_кол.2 = 10.0м.