Пример гидравлического расчета

Данные для расчета:

Q = 4,9 м³/с;

Р = 5,9 м;

Н = 0,9 м;

L = 25,0 м;

i_o = 0,02.

Гидравлический расчет водопропускной трубы

Необходимая площадь сечения трубы

;

в первом приближении принимаем d = 1,0 м; и φ = 0,70;

тогда

Для дальнейших расчетов окончательно принимаем трубу d = 1,0 м с площадью сечения ω = 0,64 м², так как .

Глубина подпертой воды перед трубой:

,

так как h₁<P_k, то, следовательно, водослив не затоплен.

Скорость воды в трубе

Гидравлический расчет шахтного колодца

Назначаем Д = 1,0 м, так как колодец не затоплен, коэффициент расхода m₁ = 0,42, тогда максимальное превышение уровня воды по формуле водослива с тонкой стенкой

.

Ввиду того, что h₁<H, (0,53<0,6), cследовательно, принятый диаметр шахтного колодца обеспечивает пропуск воды в заданных проектных условиях.

.

Диаметр колодца можно определить и по формуле

Водобойный колодец назначаем конструктивно, в основном из соображений удобства очистки. Он является отстойником, где будут задерживаться крупные камни, которые могут быть принесены потоком. Если камни отсутствуют, колодец можно не устраивать. Глубина колодца обычно назначается в пределах 0,3-0,6 м. Для гашения падающей струи (при расходах близких в мах.) колодец не нужен, так как водяная подушка образуется вследствии подпора у входа в водоотводящую трубу.

В приведенном примере водоотводная труба работает как напорная. При малых расходах труба может работать как безнапорная, тогда размер шахтного колодца назначается исходя из конструктивных соображений.

3.5 Трубчатый водоспуск

Для забора воды из водохранилища при плотинах устраивают водовыпуски, при помощи которых вода подается в оросительные, обводнительные каналы. Конструкция водовыпуска должна обеспечивать бесперебойную подачу воды и удобное обслуживание сооружения. Сооружение выполняют из сборного или монолитного железобетона. Трубы могут быть круглого или прямоугольного сечения. Размер определяется расчетом. Для гашения энергии потока в конце трубы устраивают водобойный колодец (при расходах до 4 м³/с) глубиной 0,3-0,5 м и длиной 3-8 м.

Рис.8 Схема трубчатого водослива:

1 – металлическая решетка; 2 – входной оголовок; 3 – труба; 4 – задвижка; 5 – выходной оголовок; 6 – водобойный колодец; 7 – гравийно-каменная отсыпка

Расход воды в трубе при подтопленном выходе определяется по формуле

,

где μ – коэффициент расхода 0,4-0,6;

ω – площадь поперечного сечения трубы;

Z – разность отметок верхнего и нижнего бьефов, определяющая напор Н.

Диаметр трубы при подтопленном отверстии на выходе

,

где d – диаметр трубы, м; ω - площадь сечения, м², определяется по формуле:

Пример расчета водоспускной трубы

Q – 0,9 м³/с

Н – 3,9 м-напор

L – 30 м – длина трубы

μ – 0,5

3.6 Фонтан, проектирование и гидравлический расчет

В ландшафтном проектировании применение воды имеет несколько уровней. Вода используется в утилитарных и декоративных устройствах. К утилитарным устройствам, наиболее часто применяемым, относятся питьевые фонтанчики, колодцы, плескательные бассейны, рыбные пруды, каналы. Из декоративных устройств следует отметить декоративные струйные фонтаны с объемной структурой и силуэтами фонтанных струй. Огромный эффект имеет подсветка фонтанов, создающая целый фейерверк мгновенных состояний воды и каждый раз все новый сценарий. Грандиозные сооружения таких фонтанов определяют иногда архитектуру центров городов или мест отдыха трудящихся.

Особого внимания заслуживает искусство создания разнообразных композиций водяных струй имитирующих цветы, корзинки, гейзеры (рис.9).

а б в г

Рис. 9 Композиции водяных струй:

а – распыляемая; б – сформированная; в – целая толстая; г – разбрызганная.

Рис. 10 Многоструйные композиции с меняющимися силуэтами

Рис. 11 Типы фонтанных струй

Эффект живописности пространства создается игрой водяных струй, отражениями в зеркале бассейна.

Основное правило для установления величины фонтанной чаши заключается в том, что расстояние от края чаши до наивысшей водяной струи должно равняться полуторной высоте струи.

в = 1,5 h

Рис. 12 Оптимальные параметры фонтана

Вода для питания фонтанов подается из водопроводов, прудов, ключей, рек и других источников водоснабжения. Использованная вода часто сбрасывается в водотоки или водоемы. Иногда при больших фонтанах применяется оборот воды.

Для фонтанных трубопроводов применяются стальные и чугунные водопроводные трубы. На трубах ставятся вентели для регулирования расхода воды и высоты струй. Используются цилиндрические, конические и коноидальные насадки из латуни или из бронзы. Иногда делаются и специальные типы насадок для придания струям различных форм.