h

Рис. 24. Значение коэффициента φ

В зависимости от высоты перепада

_с1 = Q/(π ∙ 2D ∙ V₂).

Для гашения энергии потока глубина воды в водобойной части должна быть не менее глубины h_с2, сопряженной с глубиной h_с1

Если наполнение в отводящем коллекторе h₂, то глубина собственно водобойной части р = h_c2 – h₂.

Пример.

Расход Q = 0,5 м³/с; перепад h = 10 м. Отводящий коллектор D₂ = 1м,

V = 1,73 м/с, h₂ = 0,4 м.

Диаметр стояка D = (0,5/3,02)^0,4 = 0,487 м.

Принимаем D = 0,5 м.

V₁ = φ (2gh)^0,5 = 0,65∙ = 9,10 м/с; (ξ = 2)

V₂ = 9,10/ = 5,26 м/с.

h_с1 = 0,5/(3,14 ∙ 2 ∙ 0,5 ∙ 5,26) = 0,0303 м

h _c2 = 0,5 ∙ 0,0303 ∙ [(1 + 8∙ 0,5²/(9,81∙ 0,0303³))^0,5 – 1] = 1,28 м

Гребень волны, соответствующий скорости потока в отводящем коллекторе (см. рис. 23)

h_ck = V²/2g = 1,73²/(2 ∙ 9,81) = 0,152 м.

Водобойная часть 1,28 – 0,152 – 0,4 = 0,728 м.

На трубопроводах диаметром 600 мм и более устраивают перепадные колодцы с водосливом практического профиля (рис. 25), т. е. профиль водослива соответствует траектории падающей струи.

Для определения размеров колодца и, в частности, глубины водобойной части, необходимы следующие исходные данные:

V ₀ – скорость в подающем трубопроводе;

h₂, V₂ – глубина и скорость в отводящем трубопроводе;

q – расход воды;

H_п – величина перепада.

Рис. 25. К расчету перепадного колодца с водосливом

Параболического профиля

Задаются предварительно величиной водобойной части р. Вертикальная составляющая скорости на уровне дна водобойной части

V₁ = [2g ∙ (H_п + p)]^0,5; суммарная скорость V= (V₁^{2 .}+ V₀²)^0,5

При ширине колодца В глубина потока h_c1 = q/(V ∙ B)

Сопряженная глубина при затопленном гидравлическом прыжке

h_c2 = 0,5 h_c1 [(1 + 8 ∙ V²/(g ∙ h_c1))^0,5 – 1],

глубина водобойной части (см. рис. 21)

p = h_c2 – h₂ – V₂²/(2g).

Кривая поверхности водослива строится по формуле y = x² ∙ g / (2V₀²).

Пример.

Величина перепада H_п = 2 м; V₀ = 1,2 м/с ;V₂ = 1,2 м/с; h₂ = 0,5 м; h₁ = 0,5 м; q = 0,47 м³/с;

B = 1 м.

Задаемся глубиной водобойной части р = 0,2 м,

V = [2 ∙ 9,81 ∙ (2 + 0,2) + 1,2²]^0,5 = 6,68 м/с,

h_c1 = 0,47/(6,68 ∙ 1) = 0,0704 м,

h_c2 = 0,5 ∙ 0,0704[(1 + 8 ∙ 6,68²/(9,81 ∙ 0,0704))^0,5 – 1] = 0,766 м.

Расчетная глубина водобойной части:

p = 0,766 – 0,5 – 1,2²/(2 ∙ 9,81) = 0,192 м.

Так как полученная величина незначительно отличается от предварительно принятой, пересчета не делаем.

Кривая водоcлива строится по формуле:

У = х² ∙ 9,81/(2 ∙ 1,2²) = 3,41 х² (начало координат в т. А (рис. 25).

На очень больших уклонах поверхности земли при прокладке труб параллельно поверхности земли получаются большие скорости потока. Для бетонных и железобетонных труб допускается скорость до 4 м/с (на дождевых сетях – до 7 м/с); на металлических трубах – до 8 м/с (на дождевых сетях – до 10 м/с).

Рис. 26. Устройство перепадных колодцев на больших уклонах

Можно прокладывать трубы с уклоном, меньшим уклона земли и с допустимой скоростью, но в этом случае приходится устраивать перепадные колодцы для заглубления трубы и для гашения скорости (рис. 26, см. п. 15.1).

Задаются величиной перепада Н_п, расстояние между колодцами определяется по формуле:

L = Н_п / (i_з – i_тр),

где i_з – уклон земли,

i_тр – уклон трубы.

На больших диаметрах устраивать для увеличения глубины перепадные колодцы очень неудобно, можно, при соответствующем обосновании, применить металлические трубы или вместо обычных труб устроить быстротоки – специально изготавливаемые каналы или трубы с искусственно увеличенной шероховатостью.

Дюкеры – служат для перехода канализационных коллекторов через реки, овраги и при пересечении различных подземных препятствий (рис. 27). Дюкеры работают в напорном режиме, полным сечением. Прокладывают не менее двух параллельных линий. На входе в дюкеры устраивают колодец, состоящий из двух камер – сухой и мокрой. В мокрой камере поток разделяют открытыми лотками, на лотках устанавливают щитовые затворы; в сухой камере – задвижки.

Нисходящая ветвь дюкера прокладывается под углом не более 30° к горизонту, восходящая ветвь – не более 20°. Диаметр дюкера – не менее 150 мм.

Уровень воды в камере на выходе из дюкера должен быть ниже уровня в верховой камере на величину, не менее суммарных потерь напора в дюкере:

Z₁ – Z₂ > = 16 ∙ Q² ∙ (λ ∙ l/D + Σξ) / (D⁴ ∙ π² ∙ 2g);

.

Отметки Z₁и Z₂ показаны на рис. 27: l – длина, м; λ – коэффициент сопротивления; D – диаметр, м; Q – расход, м³/с.

В сумму коэффициентов местных сопротивлений входят: вход в трубу, задвижка, два отвода по 30° и два – по 20°; выход из трубы.

Рис. 27. Дюкер