Расчет водобойного колодца

Исходные данные для расчета:

Q = 0,79 м³/с

h_а = 0,32 м – бытовая глубина водоотводящего канала;

h_с^II = 1,25 м – вторая сопряженная глубина;

h_с^I = hо = 0,19 м – первая сопряженная глубина.

Глубина водобойного колодца должна отвечать условиям затопленного гидравлического прыжка:

h_о + d > h_c^II,

отсюда глубина колодца

d = 1,1 h_c^II – h_а = 1,1 × 1,25 – 0,32= 1,06м

Длина водобойного колодца (гасителя энергии) L_k, м:

L_k = βL_пр = 0,6 × 5,46 = 3,27 ≈3,3м.

где β – коэффициент, β = 0,6 - 0,8;

L_пр – длина совершенного прыжка в сооружениях прямоугольной формы, м:

L_пр = 2,5 (1,9 hc^II – hс^I) = 2,5 (1,9 × 1,25– 0,19) = 5,46 м.

Рис. 3 Схема к расчету быстротока:

а – водобойный колодец; б – с водобойной стенкой

Расчет водобойной стенки

Исходные данные для расчета:

Q = 0,79 м³/с

h_а = 0,32 м – бытовая глубина водоотводящего канала;

h_с^II = 1,25 м – вторая сопряженная глубина;

в = 0,7 м ширина лотка.

Полный напор над водобойной стенкой

(в предположении, что стенка работает как незатопленный водослив):

,

__

где μ = 1,86 из м = μ Ö2g; m = 0,42.

Скоростной напор перед водобойной стенкой:

Напор над водобойной стенкой без скоростного напора:

Н = Но – Нv = 0,72 – 0,05 = 0,67 м.

Высота водобойной стенки:

С = σhс^II – Н = 1,05×1,25 – 0,67 = 0,64 м,

где σ = 1,05 – коэффициент подтопления стенки.

(C < h_а), стенка работает как затопленный водослив.

Длина колодца:

L_кол = L_пр

L_пр = 3hс^II = 3×1,25 = 3,75 м.

Толщину дна лотка вычисляют по формуле В.М. Домбровского:

__ ____

Т = 0,033 × а ×V Öhо = 0,033 ×1 × 6,696Ö0,19 = 0,096 м = 9,6 см,

где V – средняя скорость воды в лотке; V = Vо;

h_о – глубина воды в рассматриваемом сечении; h = hс^I;

а – коэффициент от грунта основания – суглинок – 1; супесь – 1,5; песок – 2.

Запас высоты боковых стенок лотка быстротока над уровнем воды назначают в зависимости от расхода воды, протекающего через него:

Запас над уровнем воды = 0,2+15%=0,23

Для трапециидальных быстротоков запас высоты стенок лотка над уровнем воды увеличивают на 15 %.

2. Одноступенчатый перепад прямоугольного сечения

Проектирование одноступенчатого перепада включает гидравлический расчет входа и выходной части. При проектировании входа необходимо предусмотреть конструктивное оформление перехода от канала к собственно входной части. Этот переходный участок называется акванкамерой. Для получения определенной динамики воды стенки падения большое значение имеет характер краев у кромки перепада, через которые вода при движении переливается. Ровные края создают почти стеклянную пленку падающей воды, рваные, зубчатые края создают определенный рисунок струй и их разнообразное звучание.

Расчет входа состоит чаще всего в определении его пропускной способности Q при заданной ширине b водосливного фронта или определении его ширины b при заданном расходе воды Q. В том и другом случае имеется заданная величина разности уровней Z верхнего и нижнего бьефов, стенки падения или напора на водосливе.

Рис. 4 Влияние кромки на характер падения воды:

1 – направление потока воды;

2 – характер кромки падения воды;

а – вода падает гладкой, как стена;

б – создаются отдельные водопадики;

в – создаются концентрированные струи.

Рис. 5 Одноступенчатый перепад (стенка падения)

Пример расчета одноступенчатого бетонного перепада прямоугольного сечения при следующих исходных данных (рис. 5):

h_p = 1,9 м – глубина воды в подводящем канале;

h_а = 1,9 м – глубина воды в отводящем канале;

Q – 5,0 м³/с;

b _кан = 2,0 м – ширина дна водоотводящего канала;

m = 1,0 – коэффициент откосов подводящего и отводящего каналов;

р = 4,9 м – высота падения потока воды.

Расчет входного отверстия перепада состоит в определении ширины лотка – b.

Ширина прямоугольного входа

где m = 0,35 – коэффициент расхода водослива с широким порогом;

Н_о – полный напор на водосливе:

м;

Н – глубина воды в водоподводящем канале;

V_o – скорость движения воды в водоподводящем канале трапециидального сечения:

где W – площадь живого сечения потока в водоподводящем канале трапециидального сечения.

Определяем критическую глубину на входе перепада:

.

Определяем первую сопряженную глубину:

,

где .

Определение второй сопряженной глубины:

.

Высота водобойной стенки С после перепада определяется:

Полный напор над водобойной стенкой

,

__

где μ = 1,80 из μ = m√2g при m = 0,42.

Скоростной напор перед водобойной стенкой:

.

Напор над водобойной стенкой без скоростного напора:

Н = Н_о – Н_v = 1,94 – 0,11 = 1,83 м.

Высота водобойной стенки

С =σ ·h_c^II – H = 1,05 · 2,98 – 1,83 = 1,29 м ≈ 1,3 м,

где r = 1,05 – коэффициент подтопления стенки.

С < h_а стенка работает как затопленный водослив, необходимости устройства гасителя энергии воды в виде еще одной стенки нет. Расчет закончен.

Определение расстояния от стенки падения до водобойной стенки определяется из дальности падения струи и длины гидравлического прыжка:

L = L_пад+ L_пр.

Дальность падения струи:

,

где .

Длина подпертого прыжка:

L_пр = 3 · h_c^II = 3 · 2,98=8,94 м

следовательно,

L = 2,34+8,94= 11,28 ≈ 11,3 м.