4536

21

Ширина перепада обычно постоянная как на входе, так и на всех ступенях. Входная часть рассчитывается с учетом бокового сжатия (если оно имеется). Перепады могут иметь горизонтальные ступени, ступени с прямым

( i 0 ) или обратным (i 0) уклоном.

Рассмотрим перепады с горизонтальными ступенями, в частности

перепады без водобойных стенок, устраиваемых в концах ступеней (рис.17).

удельная энергия сечения Э будет уменьшаться и даже может рассеяться до минимального значения при глубине в сечении 1-1, равной hкр . Такая схема может наблюдаться при определенной длине ступени (рис.17,а), равной

lст.кр lпад l2кр l1 1 , (48)

где l2кр - длина кривой подпора типа co от сечения с глубиной до сечения

1-1, где глубина равна - длина участка между сечениями 1-1 и 1'-1', равная

22

2 2,5 hкр . Индекс «кр» означает наличие глубины hкр , созданной в конце ступени без образования гидравлического прыжка.

Рисунок 17 – Схема гидравлического перепада без водобойных стенок

23

При длине ступени lст lст.кр на расстоянии lпад l2 образуется гидравлический прыжок с последующим уменьшением глубины от h до hкр в сечении 1-1. В этом случае длина ступени (рис. 6, б)

lст lпад l2 lпр l3 l1 1 , (49)

где l3 - длина кривой спада типа bo .

При длине ступени lст lст.кр на всей ступени поток будет находиться в бурном состоянии, и в конце ступени глубина hп будет меньше hкр (рис. 17,в). При этом может происходить нарастание кинетической

энергии вниз по течению при переходе потока со ступени на ступень.

Движение принимает вид, показанный на рис. 18. Условия сопряжения с потоком в нижнем бьефе за таким перепадом, на ступенях которого не выполняются требования гашения кинетической энергии, будут тяжелыми.

Рисунок 18 – Движение потока в гидравлическом перепаде без водобойных стенок

2.5. Колодезные перепады

Без водобойных стенок длина ступеней получается весьма значительной или необходимого гашения кинетической энергии не

происходит.

24

Придание ступеням обратного уклона позволяет сократить длину ступеней, кроме того, это достигается устройством водобойных стенок в конце ступеней. Такие перепады называются колодезными (рис. 19). В конце

каждой ступени, кроме последней, устраиваются водобойные стенки,

также расчет высоты водобойной стенки не отличаются от ранее приведенного, т. е.

p h H ,

ст зт c 1

где зт 1,05 1,1; H1- напор над гребнем водобойной стенки,

работающей как водослив.

Рисунок 19 – Колодезные перепады

При расчете необходимо учесть подтопление водослива, если оно возможно.

Вертикальные размеры ступеней определяются на основе одного из двух условий:

25

1) равенства перепадов между отметками уровней воды на каждой ступени

zi z / N ,

где z - разность отметок уровней воды в подводящем и отводящем руслах; 2) равенства разности отметок дна соседних ступеней

pi pi / N , (50)

где pi - разность отметок дна в верхнем и нижнем бьефах перепада.

Расчет выходной части сводится к расчету сопряжения с надвинутым прыжком, если в отводящем русле поток находится в спокойном состоянии,

или к расчету кривых подпора или спада, если поток в отводящем русле находится в бурном состоянии.

При проектировании водобойного колодца или водобойной стенки обычно ширина выходной части принимается равной ширине входной части и ступеней.

26

Контрольная работа

Задача 1

В закрытом резервуаре имеется вода, h = (50 + 0,1 у) см и масло, h2 = (30 + 0,1 z) см плотностью рм = 800 кг/м3 .

Найти давление р0 на поверхности масла в резервуаре, если показание ртутного прибора h = (40 + 0,2 у) см (рис. к задачам 1).

Задача 2

В вертикальной стенке резервуара с водой на глубине h = (0,8 + 0,1 у) м имеется круглая труба d = (0,2 + 0,05 z) м. Внутренняя кромка трубы срезана под углом

а = (45 + 0,2 у)° и закрывается крышкой, вращающейся на верхнем шарнире.

Определить усилие Т, необходимое для поднятия этой крышки,

пренебрегая ее весом и трением в шарнире (рис. к задачам. 2).

Задача 3

Определить величину и направление силы гидростатического давления воды на цилиндрический затвор диаметром d = (2 + 0,05 у) м и длиной L = (5 + 0,02 z) м, перегораживающий канал шириной b = (5 + + 0,02 z) м, если глубина воды с одной стороны Н = (3 + 0,05 у) м, с другой h = (1 + 0,05 z) м (рис. к

задачам 3).

Задача 4

Определить расход воды в наклонном стальном трубопроводе длиной L = (120 + 5 у) м, построить напорную и пьезометрическую линии, если длина первого участка L1 = (75 + 2 z) м, его диаметр D1 м. Диаметр второго участка D2 мм, напор в баке Н= (4,5 + 0,2у) м. Отметка начала трубопровода ZH = (5 + 0,1 у) м, в конце - zк = (3,5 + 0,1 z) м, температура воды в трубопроводе t = 15°С (рис. к задачам 4).

Численные значения диаметров взять из табл. 1.

Указание. В первом приближении при решении задачи следует прини-

27

мать квадратичную область гидравлических сопротивлений и затем уточнить

значение X.

Задача 5

В верхний сосуд поступает вода с расходом Q = (0,25 + 0,05 у) л/с,

которая затем перетекает через малое отверстие в дне диаметром d1= (10 + + 0,1 z) мм в нижний резервуар, имеющий также малое отверстие в дне диаметром d2= (15 + 0,1 у) мм.

Определить: 1) напоры Н и Н2 в обоих сосудах; 2) при каком диаметре d2

напор Н2 будет вдвое меньше Н1 (рис. к задачам 5).

Задача 6

На трубопроводе, питаемом от водонапорной башни, участок ВС имеет непрерывную раздачу по пути q0 = (0,05 + 0,002 у) л/с, а в точках С и D -

сосредоточенные расходы Qс = (10 + 0,1 z) л/с и QD = (12 + 0,1 у) л/с. Длины участков: АВ = (400 + 10 у) м, ВС = (300 + 5 z) м, СО = (200 + 5 у) м. Отметка земли у башни Z = (16 + у) м, в конце, в точке D - Z = (10 + 0,5 z) м.

Свободный напор Hсв ≥ 10 м.

Определить высоту водонапорной башни /г в точке А, если диаметры участков DАВ = DВС мм, DCD мм, трубы асбестоцементные.

Численные значения диаметров взять из табл. 2.

28

Задача 7

Определить среднюю скорость и расход в канале трапецеидального сечения, если: коэффициент шероховатости стенок и дна канала п = 0,017;

уклон дна i = (0,02 + 0,0002 у); ширина дна русла b = (1 +0,1 z) м; а глубина воды в канале B = (0,6 + 0,05 z) м; коэффициент заложения откосов т = 1 (рис. к задачам 7).

Задача 8

Вычислить расход воды для прямоугольного водослива с боковым сжатием при напоре Н = (0,5 + 0,05 у) м, высоте Р = (0,7 + 0,02 z) м, ширине отверстия b = (0,5 + 0,01 у) м и подводящего канала В = (2 + 0,05 z) м, если hн,б,= (0,5 + 0,02y) м (рис. к задачам 8).

Задача 9

Рассчитать гаситель энергии в виде водобойной стенки при q = (15 + 0,1 v) м2/с, высоте водослива Р = (4,5 + 0,05 z) м, т = 0,49, φ = 0,98, если hб= (4 +

0,05 у) м. Расчет произвести на 1 м ширины плотины (рис. к задачам 9).

29

Задача 10

Установить форму кривой свободной поверхности перед перепадом, если h0= (0,25 + 0,01 у) м, h1 = (0,45 + 0,02 z) м, hк= (0,55 + + 0,1 у) м (рис. к

задачам 10).

Задача 11

Определить радиус влияния совершенного грунтового колодца R, если:

мощность водоносного пласта Н = (10 + 0,1 у) м; уровень воды в колодце h =

(8 + 0,05 z) м; диаметр колодца d = (100 + 0,05 у) см; коэффициент фильтрации k = 0,0003 м/с; дебит колодца Q = (500 + + 10z) м3/сут (рис. к

задачам 11).

Рисунки к задачам

30

Рис. 9