7.6. Расчёт отверстий труб

В зависимости от глубины подтопления и типа входного оголовка в трубах могут устанавливаться следующие режимы протекания

Безнапорный режим, если подпор меньше высоты трубы на входе или не превышает её не более чем на 20 %; на всём протяжении трубы водный поток имеет свободную поверхность

Полунапорный режим, возникающий при оголовках обычных типов (портальных, раструбных) в тех случаях, когда подпор воды больше чем на 20 % на входе труба работает полным сечением, а на всём остальном протяжении поток имеет свободную поверхность.

Напорный режим устанавливается при специальном входном оголовке обтекаемой формы и при потоплении верха трубы на входе более чем на 20 %; на большей части длины труба работает полным сечением и лишь у входа поток может оторваться от потолка трубы.

При значительном подтоплении входа в трубу напорный режим может возникнуть периодически и при оголовках обычных типов. Однако из-за прорывов воздуха через образующуюся у входа воронку, протекание воды в этом случае часто переходит на полунапорный режим.

В связи с невысокой точностью определения притока воды к сооружению можно при расчёте отверстий сооружений ограничиться упрощенным расчётом.

Расход воды при безнапорном режиме (аналогия – водослив с широким порогом.).

м ³/сек, (67)

где Н – высота подпора воды, м; h _C – высота воды в сжатом сечении, h _C = 0,5 H; _С – площадь воды в сжатом сечении, м ²; _Б – коэффициент скорости (0,82…0,85);

Для круглых сечений диаметром d площадь _С может быть определена при помощи графика (рис. 1).

Рис. 4. Вспомогательные графики для расчета круглых труб

Полунапорный режим (аналогия – истечение из под щита)

, м³/сек, (68)

где h _C = 0,6 h _Т; h _Т – высота входа в трубу.

При обычных значениях _П= 0,85 и = 0,6

, м³/сек, (69)

Напорный режим (аналогия – истечение из трубопровода)

, м³/сек, (70)

,

где _ТО, h_{Т О} – площадь сечения и высота в свету основного протяжения трубы; _Н– коэффициент скорости, для обтекаемого оголовка _Н = 0,95; , i – длина и уклон трубы; i_W – уклон трения.;

; (71)

где: К ₀ – расходная характеристика целиком заполненной трубы; для круглых труб. К ₀ = 24^.d ^{3 / 2}

Полунапорный или напорный режим устанавливается при соответствующем соотношении уклона трения и фактического уклона трубы

Полунапорный режим устанавливается при заполнении входа в трубу и уклоне трубы i < i _W. Напорный режим гарантируется при i  i _W. При i = i _W наступает переход от напорного режима к полунапорному. При i < i _W напорный режим срывается.

На основе расчётных формул пропускной способности труб при разных режимах протекания воды составляют расчётные таблицы или графики пропускной способности типовых труб. Такие таблицы или графики приводятся в типовых проектах.

Портальные оголовки рекомендуется применять лишь для труб диаметром 0,5, 0,75, 1,0 м; у труб большего диаметра следует проектировать обтекаемые оголовки (даже у труб, работающих в безнапорном режиме).