3.5.4. Расчет шахтных многоступенчатых перепадов

При движении жидкости по многоступенчатому перепаду скорость жидкости из-за турбулентного перемешивания и соударения потоков практически уже на 2-3-й ступени стабилизируется и далее не увеличивается.

Водопропускная часть этих перепадов может иметь прямоугольную, круглую, кольцевую и сегментную форму поперечного сечения с различным расположением ступеней и расстоянием между ними Z (шаг ступеней). Водобойные колодцы в большинстве случаев не устанавливаются. На рис.3.7 показаны две схемы перепадов круглой и прямоугольной водопропускной формы – с разным расположением ступеней.

На перепадах могут наблюдаться три вида движения. При безнапорном режиме глубина слоя жидкости на ступенях меньше шага (H < Z), при переходном глубина равна шагу (H = Z). Наконец, если увеличивать расход, то возникает напорное движение, при котором глубина потока также равна шагу ступеней, однако поток не аэрируется, как в предыдущем случае. Расчетный режим – начало переходного вида движения жидкости.

1. По схеме А (рис. 3.7):

Рассчитывается шаг ступеней Z и скорость на выходе со ступеней v:

Z = K_Iq^2/3 и v = K_Jq^1/3, (3.40)

Рис. 3.7. Схемы к расчету многоступенчатых шахтных перепадов

схема А – с круглой водопропускной формой; схема Б – с прямоугольной водопропускной формой

где q = Q/D_Ш (или q = Q/b) – удельный расход, м³/с; D_Ш – диаметр ствола шахты (для круглого сечения), м; b – ширина шахты (для прямоугольного сечения), м; K_I и K_J – коэффициенты, зависящие от относительного шага ступеней z/B или z/D_Ш.

2. По схеме Б (рис. 3.7):

Рассчитывается шаг ступеней Z:

Z = 1,09q^2/3 (3.41)

Рассчитывается ширина щели a между центральной ступенью и боковыми стенками:

a = q^2/3/3,7 (3.42)

Величина продольной стенки B принимается не меньше 5 значений a.

3. Рассчитывается ширина шахты b = Q/q.

3.6. Гидравлический расчет дюкеров

Дюкеры служат для транспортирования сточных вод через реки, овраги и при пересечении с различными подземными сооружениями. Расчетная схема дюкера приведена на рис. 1.11 (п. 1.8).

Дюкеры работают полным сечением, жидкость в них движется под действием столба воды, определяемого разностью уровней стоков во входной и выходной камерах (H = Z₁ – Z₂). Значение H соответствует потерям напора в дюкере, определяемым по формуле [5]:

(3.43)

где ζ – коэффициент сопротивлений ( сумму частных сопротивлений).

Коэффициент сопротивления на входе в трубу при острых кромках: ζ_вх = 0,5. Сопротивление на выходе из дюкера может быть определено по формуле:

, (3.44)

где v – скорость в дюкере, м/с; v₁ – скорость в коллекторе на выходе, м/с.

Для цилиндрических труб и фасонных частей в коленах сопротивление вычисляется по формуле:

, (3.45)

где Θ – угол поворота в градусах; ζ_пов – коэффициент сопротивления на повороте, равный для колена с углом 30^o = 0,07.

При наличии задвижек во входной камере дюкера, открытых не полностью, необходимо также учитывать сопротивления на них. В этом случае коэффициент ζ_зад принимается в зависимости от степени открытия задвижки.