Основы расчета трубчатых перепадов с подключением стояка к шелыге коллектора

В этом перепаде гашение энергии происходит также за счет соударения потоков (см. рис). После соединения потоков возникает, как правило, гидравлический прыжок, который в зависимости от соотношения расходов и скоростей может быть отогнанным (h_c’’ > t), надвинутым (h_c’’ = t) или затопленным (h_c’’ < t). Для целесообразности применения этой конструкции необходимо, чтобы были соблюдены следующие условия:

• Образующийся подпор в коллекторе Δh не должен снижать скорость меньше незаиливающей,

• Гидравлический прыжок в коллекторе должен быть затопленным, т.е. h_c’’ < h₂ (h₂ – бытовая глубина в отводящем коллекторе).

При расчете перепада вычисляется подпор Δh и определяется скорость v₁ при глубине (h₁ + Δh). Если эта скорость больше незаиливающей, то первое условие выполняется и расчет можно вести далее. Если же наоборот, то такая конструкция перепада нецелесообразна. Второе условие проверяют, рассчитывая вторую сопряженную глубину гидравлического прыжка по безразмерному графику и сравнивая ее с глубиной в отводящем коллекторе при расходе Q_C = Q_К + Q_п.

В конце расчета определяют длину так называемой зоны интенсивного воздействия потока, выходящего из перепада. По всей рассчитанной длине основание коллектора должно быть укреплено и защищено от разрушения механическими нагрузками.

 

Шахтные многоступенчатые перепады

П ри движении жидкости по многоступенчатому перепаду скорость жидкости из-за турбулентного перемешивания и соударения потоков практически уже на 2-3 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. показаны два типа 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:

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

Z = K_Iq^2/3 и v = K_Jq^1/3,

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

2. По схеме Б:

Рассчитывается шаг ступеней Z:

Z = 1,09q^2/3.

Рассчитывается ширина щели a между центральной ступенью и боковыми стенками:

a = q^2/3/3,7.

Ширина продольной стенки B принимается не меньше 5 значений a.

3. Рассчитывается ширина b = Q/q.

Перепады с водосливом практического профиля

Гидравлический расчет перепадов с водосливом практического профиля производится по формулам гидравлики для сопряжения бьефов и сводится к определению длины водобойной части l_к = l₂, глубины водобойного колодца d_к и координат водосливной поверхности x и y (см. рис).

В начале расчета находится глубина h в подводящем коллекторе и скорость воды в нем v. Затем определяется удельная энергия потока T₀’ на подходе, задаваясь первоначальной глубиной водобоя d_К’:

T₀’ = H₀ + P + d_К’ ,

где H₀ = h + v²/2g (т.е. глубина + скоростной напор), P – высота перепада между лотками подводящего и отводящего трубопроводов.

Рассчитывается скорость потока в сжатом сечении внизу:

,

где φ – коэффициент, равный 0,9.

Определяется вторая сопряженная глубина гидравлического прыжка h_c’’:

,

где h_c’ – первая сопряженная глубина, рассчитываемая по формуле:

h_c’ = Q/bv_c,

здесь Q – пропускная способность перепада, b – ширина водослива или водобойного колодца (принимается равной, например, диаметру коллектора), h_кр – критическая глубина:

.

Определяется глубина водобойного колодца:

d_к = B - h_н = σh_c’’ - h_н,

где B – высота водяной подушки, σ – коэффициент (1,05), h_н – глубина воды в отводящем коллекторе.

Если d_к и d_К’ значительно отличаются, то расчет повторяют до тех пор, пока погрешность между ними не станет незначительной.

Рассчитывается длина водобойной части:

l_К = 2,7h_c’’.

Определяются координаты поверхности водослива по следующей формуле:

,

где l₁ – длина водослива:

.

Наконец, общая длина перепадного колодца составит:

L = l₁ + l_К.