Розрахунок ступеней перепаду

Розбиваємо загальну висоту падіння на окремі щаблі за умовою (12.1) рівності перепадів на окремих ступенях. Загальна висота падіння, обумовлена ​​різницею заданих відміток, з урахуванням висоти вхідного порогу c_в = 1,05 м дорівнює:

P₀ = _д.В.Б – _д.Н.Б + c_в = 239,6 м – 221,7 м + 1,05 м = 19,0 м.

Попередньо визначаємо висоту вертикальних стінок падіня за формулою (12.3), але не більше 5-ти метрів:

P' = 1,5 H = 1,5·2,15 м = 3,22 м.

Приймаємо P' = 3,2 м.

Попередньо призначаємо висоту водобійні стінок по (12.4)

c' = 1/3 P' = 1/3·3,3 м = 1,07 м.

Приймаємо c' = 1,1 м.

Кількість ступеней визначаємо за формулою (12.2):

n = = = 9,05 м.

Приймаємо значення n = 9, уточнюємо значення P':

P' = = = 3,21 м.

Приймаємо для подальших розрахунків P' = 3,2 м, c' = 1,1 м, n = 9. Тоді загальна висота падіння перепаду складе:

P₀ = n · (P' – c') = 9 · (3,2 м – 1,1 м) = 18.9 м ,

що менше визначеної вище загальної висоти падіння на величину P = 0,1 м. Ця різниця буде врахована при проектуванні вихідної частини перепаду.

Наскільки вдало вибрані розміри P' і c' з’ясується в процесі подальшого гідравлічного розрахунку ступеней.

Перша ступінь.

Висота стінки падіння визначена раніше P' ₁ = P' = 3,2 м. Довжину ступені L_ст.1 визначаємо за формулою (12.5):

L_ст.1 = L_відл.1 + β · L_пр.1 + δ_ст.1 .

Довжину відльоту струменя на першій ступені L_відл.1 визначаємо за формулою (8.6), попередньо провівши розрахунки за формулами (8.8) - (8.10) з урахуванням того, що для водозливу з широким порогом можна прийняти x'₁ = 0; η'₁ = 0; h'_с.1 = 0,47·H₀ = 0,47·2,18 = 1,02 м; m = 0,35:

v'_с.1 = = = 4,89 м/с;

z₁ = P'₁ + η'₁ + h'_с.1/2 = 3,2 м + 0 + (1,02/2) м = 3,71 м;

x₁ = v'_с.1 = 4.89 м/с = 4.25 м;

L_відл.1 = x'₁ + x₁ = 0+4,25 м = 4,25 м.

Довжину стрибка L_пр.1, що утворюється за водозливом з широким порогом, визначаємо за формулою (5.6), попередньо визначивши питому витрату q_п на перепаді, глибину нижнього стиснутого перетину h_с.1 за формулою (5.18) методом послідовних наближень і з урахуванням того, що для прийнятої конструкції водозливу φ ≈ 0,85, критичну глибину h_кр за формулою (5.2) і критерій Фруда F_rc.1 за формулою (5.14):

(значення другого і третього наближень відрізняються менше ніж на 1%, тому остаточно приймаємо h_с.1 = 0,608 м).

h_кр = = = 1,41 м;

Fr_c.1 = = = 12,5

L_пр.1 = 10,3 · h_c.1 · = 10,3 · 0,608 м · (12,5 – 1)^0,81 = 13,3 м.

Товщину водобійної стінки конструктивно приймаємо δ_ст.1 = c' = 1,1 м. Тоді довжина першого ступеня дорівнює:

L_ст.1 = L_отл.1 + β L_пр.1 + δ_ст.1 = 4,25 м + 0,8·13,3 м + 1,1 м = 16,0 м.

Перевіряємо висоту водобійної стінки c'₁ за формулою (9.8), вважаючи що m ≈ 0,4.

c'₁ = k · h_раз.1 – H₁ = 1,05·2,75 м – 1,81 м = 1,08 м.

Розраховане значення висоти водобійної стінки не перевищує прийнятого раніше c' = 1,1 м, яке залишаємо для подальших розрахунків. Тоді глибина води на першій ступені складе:

h₁ = c'₁ + H₁ = 1,1 м + 1,81 м = 2,91 м.

Отримане значення h₁ менше висоти стінки падіння P'₁=3,2 м, тобто ступінь працює як непідтоплений водозлив, що було прийнято спочатку, отже, уточнення розрахунку не вимагається.

Коефіцієнт запасу в глибині криниці

k₁ = h₁/h_раз.1 = 2,91 м/2,75 м = 1,06.