Расчет водобойных колодцев трубчатых перепадов

Водобойные колодцы трубчатых перепадов бывают прямоугольными и цилиндрическими.

Расчет прямоугольного водобойного колодца

П ри расчете необходимо определить длину l_к и глубину колодца d_к (см. рис). Ширина B принимается по конструктивным соображениям, в зависимости от размеров стояка. Обычно B ≥ 1,5D.

1. Определение глубины колодца d_к.

Если рассмотреть уравнение Бернулли для сечений I–I и C–C, и принять сечение I–I на небольшом расстояние от дна (т.е. глубина h₁ примерно равна глубине в сжатом сечении h_c), то скорость в сжатом сечении можно определить по формуле:

,

где v₁ – скорость в сечении I–I, которую можно принять равной скорости на выходе из стояка, ζ_вк – коэффициент сопротивления колодца, принимается по таблицам в зависимости от соотношения B/D.

Первая сопряженная глубина гидравлического прыжка h_c’ в данном случае (при надвинутом прыжке) равна глубине воды в сжатом сечении h_c:

h_c’ = Q/Bv_c.

Вторая сопряженная глубина h_c’’ рассчитывается по формуле:

,

где h_кр – критическая глубина, для прямоугольного колодца определяется:

,

здесь α = 1…1,1.

Тогда глубина колодца в этих условиях находится по зависимости:

d_к = σh_c’’ – t,

где t – бытовая глубина в отводящем коллекторе, σ – коэффициент затопления гидравлического прыжка (1,05…1,3).

На практике при расчете перепада вначале определяют среднюю скорость v_ср при принятой глубине колодца d_к = 0. Затем рассчитывают новое значение d_к и корректируют высоту перепада T₀. Расчет повторяется примерно 2–3 раза.

2. Определение длины колодца l_к.

Общая длина колодца складывается из величин (см. рис):

l_к = l₁ + l_сж + l_пп,

где l₁ – расстояние от оси стояка до стенки, равное не менее 1D, l_сж – расстояние от оси стояка до сжатого сечения, l_сж = 0,5D, l_пп – длина подпертого гидравлического прыжка, можно использовать формулу:

l_пп = 4,5βh_c’’,

здесь β = 0,5.

Основы расчета трубчатых перепадов с гашением энергии соударением потоков

Трубчатый перепад этой конструкции имеет два стояка (см. рис). В водобойной камере происходит лобовое соударение двух потоков с одинаковым расходом и эффективное гашение избыточной энергии, причем устройство дополнительного специального водобойного колодца в ряде случаев не требуется.

Без расчета, конструктивно, принимаются ширина водобойной камеры B, ее глубина h_кам, длина B_к и ширина отводящего лотка b. Расстояние между стояками следует принимать равным:

l_ст = b + 2a,

где a – расстояние от края до оси стояка, не менее 1,5D.

Затем определяется высота буруна, глубина и скорость потока в отводящем лотке. Для этого рассчитывается первая сопряженная глубина гидравлического прыжка по формуле из расчета прямоугольного водобойного колодца (см. выше). Затем по аналогичной формуле находится критическая глубина. При относительных размерах камеры и лотка в пределах B/D = 1,25…7,1 и B/b = 0,5…4 величина h_ср может быть определена по эмпирической формуле:

,

где q_п – расход, приходящийся на один стояк, B – ширина камеры, приходящаяся на один стояк, b – ширина лотка.

Общая высота камеры с учетом пульсации и аэрации потока определяется по формуле:

h_стр = 1,8h_ср + h_кам.

Если h_c’’ > t, то после камеры следует устраивать водобойный колодец, размеры которого определяются по вышеприведенным уравнениям.