Расчет второй ступени

Данные для расчета:

Глубина воды над водобойной стенкой h_p = Н = 0,99 м

Площадь живого сечения ω = в ∙ h_p = 1 ∙ 0,99 = 0,99 м²

Скорость протекания воды над стенкой

Высота падения Р₁ = Р + С = 1 + 0,6 = 1,6 м

1. Определяем скорость течения воды в сжатом сечении на второй ступени после падения:

,

где V_c – скорость воды в сжатом сечении;

V - скорость протекания воды над стенкой;

Р₂ – высота падения воды;

h_р - глубина воды над стенкой

Площадь сжатого сечения воды на второй ступени:

.

Глубина воды в сжатом сечении второй ступени:

.

2. Определяем вторую сопряженную глубину при прыжке с глубиной

h_c^I = 0,24 м.

3. Определение высоты второй водобойной стенки (С₂) производим в следующем порядке:

Полный напор над водобойной стенкой:

Н_о = 1,02 м (вычислен ранее).

Скоростной напор перед водобойной стенкой (С₂):

.

Напор над стенкой (С₂) без скоростного напора:

Н₂ = Н_о - Н_v = 1,02 - 0,08 = 0,94 м

Высота водобойной стенки:

С₂ = σh_c^II – H₂ = 1,05 ∙1,56 – 0,94 = 0,69 м.

Отсюда следует, что глубина воды перед второй водобойной стенкой составит:

С₂ + Н₂ = 0,69 + 0,94 = 1,63 м,

а высота падения на первой водобойной стенке

Р₁ = Р + С = 1 + 0,7 = 1,7 м

т.е. С₂ + Н₂ < Р + С = 1,63 м < 1,7 м,

Следовательно, первая водобойная станка работает как незатопленный водослив и расчет ее окончательный.

Определение длины второй ступени перепада:

L_ст2 = L_пад2+L_пр2 = 1,25+4,68 = 5,93 ≈ 6 м;

.

L_пр2 = 3∙h_c^II = 3 ∙1,56 = 4,68

Из конструктивных соображений длина ступени принимается равной L_ст2 = 6,0 м.

Аналогично рассчитываются все последующие ступени. Однако, в виду незначительного дальнейшего изменения гидравлических элементов потока, высоты стенки и длины ступени, все последующие стенки принимаем высотой 0,7 м и длину ступени 6,0 м.

Расчет последней стенки в нижнем бьефе

Так как С=0,7>h_o=0,36, необходимо устройство гасителя энергии.

Принимаем для последней стенки некоторые гидравлические элементы предыдущей ступени (в нашем примере - ступень № 2).

Н = h_р = 0,99 м

V = 1,92 м/с

h_к = 0,74 м

р = С = 0,7 м

1. Скорость в сжатом сечении

2. Площадь сжатого сечения

3. Глубина воды в сжатом сечении

4. Вторая сопряженная глубина

5. Полный напор над водобойной стенкой

6. Скоростной напор перед водобойной стенкой

7. Напор над стенкой без скоростного напора

Н = Н_о – Н_v = 1,01 – 0,12 = 0,89

8. Высота водобойной стенки

С =σ∙h_c^II – H = 1,05 ∙1,28– 0,89 = 0,45 см.

В виду того, что в водоотводящем канале возникают большие скорости (от 1,92 до 1,58 м/с), требуется мощное укрепление русла. Для сокращения длины кривой подпора применяем усиленную шероховатость в виде бетонных шашек высотой 0,1 м, располагаемых в шахматном порядке с расстоянием по ширине 0,2 м на расстоянии до 5 – 6 метров.

3.4 Сооружения в виде водопропускной трубы с шахтным колодцем

Шахтные водосбросы строятся для сбора воды в овраг с вертикальным обрывом при разности бьефов оврага 4-10 м и расходах воды от 2 до 100 м³/с, а также для устройства водосброса при строительстве плотин. Шахтный колодец применяется в тех случаях, когда возведение открытых водосбросов по топографическим, инженерно-геологическим и организационным условиям (хозяйственным и строительным) нежелательно. Шахтные водосбросы в последнее время получили весьма широкое распространение. Для шахтных водосбросов характерны: автоматическое действие по сбросу воды, малая стоимость строительства и небольшие эксплуатационные расходы.

При расчете шахтного водосброса приходится определять не только пропускную способность водослива, водоприемной шахты, но и пропускную способность трубы.

При большом относительном напоре ∆ Н более 0,25-0,3 происходит

Д

значительное снижение пропускной способности из-за самозатопления кольцевого водослива. Поэтому целесообразно принимать ∆ Н не более 0,25.

Д

При этом условии водослив будет затопленным до тех пор, пока глубина воды в водопроницаемой шахте будет меньше ее высоты (т.е. ниже гребня шахты).

Рис. 7 Схема шахтного колодца

Условные обозначения

Q – расчетный расход, м³/с;

h_I – глубина подпертой воды перед трубой, м;

ω – площадь живого сечения трубы, м²;

υ – скорость воды в трубе, м/с;

d – диаметр водоотводящей трубы, м;

d₁ – глубина водобойного колодца, м;

D – диаметр шахтного колодца, м;

φ – коэффициент скорости 0,70;

P – высота шахтного колодца, м;

Н – глубина воды перед шахтным колодцем, м; (определяется согласно гидравлическому расчету подводящего русла);

L – длина трубы по оси, м;

i_o – уклон трубы;

g – ускорение силы тяжести – 9,81 м/с²;

ξ - коэффициент местного сопротивления при входе в трубу (ξ = 0,50);

m₁ – коэффициент расхода через приемный колодец;

λ – коэффициент трения 0,02.