Одноступенчатый перепад прямоугольного сечения

 

Проектирование одноступенчатого перепада включает гидравлический расчет входа и выходной части. При проектировании входа необходимо предусмотреть конструктивное оформление перехода от канала к собственно входной части. Этот переходный участок называется акванкамерой. Для получения определенной динамики воды стенки падения большое значение имеет характер краев у кромки перепада, через которые вода при движении переливается. Ровные края создают почти стеклянную пленку падающей воды, рваные, зубчатые края создают определенный рисунок струй и их разнообразное звучание.

Расчет входа состоит чаще всего в определении его пропускной способности Q при заданной ширине b водосливного фронта или определении его ширины b при заданном расходе воды Q. В том и другом случае имеется заданная величина разности уровней Z верхнего и нижнего бьефов, стенки падения или напора на водосливе.

                                         

 

Рис. 4 Влияние кромки на характер падения воды:

1 – направление потока воды;

2 – характер кромки падения воды;

а – вода падает гладкой, как стена;

б – создаются отдельные водопадики;

в – создаются концентрированные струи.

 

Рис. 5 Одноступенчатый перепад (стенка падения)

 

Пример расчета одноступенчатого бетонного перепада прямоугольного сечения при следующих исходных данных (рис. 5):

h_p = 1,9 м – глубина воды в подводящем канале;

h_а = 1,9 м – глубина воды в отводящем канале;

Q – 5,0 м³/с;

b _кан = 2,0 м – ширина дна водоотводящего канала;

m = 1,0 – коэффициент откосов подводящего и отводящего каналов;

р = 4,9 м – высота падения потока воды.

 

Расчет входного отверстия перепада состоит в определении ширины лотка – b.

 

Ширина прямоугольного входа

 

где m = 0,35 – коэффициент расхода водослива с широким порогом;

Н_о – полный напор на водосливе:

 

 м;

Н – глубина воды в водоподводящем канале;

V_o – скорость движения воды в водоподводящем канале трапециидального сечения:

 

 

где W – площадь живого сечения потока в водоподводящем канале трапециидального сечения.

 

Определяем критическую глубину на входе перепада:

 

.

Определяем первую сопряженную глубину:

 

,

где .

Определение второй сопряженной глубины:

 

.

 

Высота водобойной стенки С после перепада определяется:

 

Полный напор над водобойной стенкой

 

,

                                 __

где μ = 1,80 из μ = m√2g при m = 0,42.

Скоростной напор перед водобойной стенкой:

 

.

Напор над водобойной стенкой без скоростного напора:

 

Н = Н_о – Н _v = 1,94 – 0,11 = 1,83 м.

 

Высота водобойной стенки

 

С =σ · h_c^II – H = 1,05 · 2,98 – 1,83 = 1,29 м ≈ 1,3 м,

где r = 1,05 – коэффициент подтопления стенки.

 С < h_а  стенка работает как затопленный водослив, необходимости устройства гасителя энергии воды в виде еще одной стенки нет. Расчет закончен.

 

                                                                                                                    

Определение расстояния от стенки падения до водобойной стенки определяется из дальности падения струи и длины гидравлического прыжка:

 

L = L _пад + L _пр.

Дальность падения струи:

 

,

где .

 

 

Длина подпертого прыжка:

 

L _пр = 3 · h_c^II = 3 · 2,98=8,94 м

 

следовательно,

L = 2,34+8,94= 11,28 ≈ 11,3 м.