Перепадный колодец с отбойно-водосливной стенкой

Этот вид перепада наиболее прост по конструкции и может быть устроен в колодцах и шахтах любых размеров и форм поперечного сечения.

Вертикальная отбойно-водосливная стенка (ОВС), по одной стороне которой стекает жидкость, делит объем шахты на две части: водопропускную и эксплуатационную (см. рис).

Жидкость растекается по отбойно-водосливной стенке под действием сил трения и тяжести, формируя границы растекания. Ширина потока увеличивается с высотой падения. Для повышения устойчивости к механическим воздействиям падающего потока, стенку и водобойный колодец целесообразно облицовывать металлом.

При расчете таких перепадов необходимо определить границы растекания потока по стенке, скорость жидкости и размеры водобойного колодца в нижней части.

Основы расчета

Конструктивно принимают ширину стенки B_С, например, равную ширине водобойного колодца B_К.

1. Определяется скорость потока в конце подводящего коллектора:

v_кон = Q / w_кон,

где w_кон – площадь живого сечения в конце трубопровода, находится в зависимости от глубины потока на конце коллектора h_кон:

h_кон = 0,745 h_кр, (при h_кр < h ₀),

h_кон = h ₀, (при h_кр > h ₀),

здесь: h_кр – критическая глубина,
h ₀ – глубина при равномерном движении в коллекторе.

Критическую глубину можно определить по формуле:

,

где Q – расход стоков,
D – диаметр подводящего коллектора.

2. Принимается расстояние от ОВС до конца подводящего коллектора l:

l = (1,2…1,6) h_кон.

3. Определяются границы растекания жидкости по стенке. Для этого задаются началом координат: по вертикали – на отметке точки удара оси потока о стенку Z_Y и по горизонтали – на половине ширины потока в момент удара о стенку B ₀/2.

Тогда ширина потока B_i на стенке на высоте yi от начала координат составляет:

B_i = 2 x_i + B ₀,

где x_i – ширина растекания,
B ₀ – принимается равным ширине потока в поперечном сечении подводящего коллектора (при глубине h_кон).

Отметка точки удара оси потока о стенку:

Z_Y = Z ₁ – h_п,

где Z ₁– отметка дна подводящего коллектора,
h_п – высота падения жидкости:

,

где i – уклон подводящего коллектора.

Координаты границ растекания определяются по формуле:

,

где v – скорость, которую допускается принимать равной средней скорости потока на конце подводящего трубопровода v_кон.

При большой высоте перепада ширина потока может оказаться больше ширины водосливной стенки B_к. В этом случае часть жидкости стекает по боковым стенкам.

4. Определяются размеры водобойного колодца: длина затопленного гидравлического прыжка l_пп, длина колодца l_К и его глубина d_К. Расчет ведется аналогично расчету водобойного колодца трубчатого перепада.

Если оказывается, что вторая сопряженная глубина меньше глубины воды в отводящем коллекторе h_с ’’ < t, то следует принимать d_К ≥ ¼ h_c ’’ (для снижения скорости потока).