Расчет последней стенки в нижнем бьефе

 

Так как С=0,7>h_o=0,36, необходимо устройство гасителя энергии.

Принимаем для последней стенки некоторые гидравлические элементы предыдущей ступени (в нашем примере - ступень № 2).

Н = h_р = 0,99 м

  V = 1,92 м/с

  h_к = 0,74 м

  р = С = 0,7 м

1. Скорость в сжатом сечении

2. Площадь сжатого сечения

3. Глубина воды в сжатом сечении

4. Вторая сопряженная глубина

5. Полный напор над водобойной стенкой

6. Скоростной напор перед водобойной стенкой

7. Напор над стенкой без скоростного напора

Н = Н_о – Н _v = 1,01 – 0,12 = 0,89

8. Высота водобойной стенки

С = σ ∙ h_c^II – H = 1,05 ∙1,28– 0,89 = 0,45 см.

В виду того, что в водоотводящем канале возникают большие скорости (от 1,92 до 1,58 м/с), требуется мощное укрепление русла. Для сокращения длины кривой подпора применяем усиленную шероховатость в виде бетонных шашек высотой 0,1 м, располагаемых в шахматном порядке с расстоянием по ширине 0,2 м на расстоянии до 5 – 6 метров.

Сооружения в виде водопропускной трубы

С шахтным колодцем

Шахтные водосбросы строятся для сбора воды в овраг с вертикальным обрывом при разности бьефов оврага 4-10 м и расходах воды от 2 до 100 м³/с, а также для устройства водосброса при строительстве плотин. Шахтный колодец применяется в тех случаях, когда возведение открытых водосбросов по топографическим, инженерно-геологическим и организационным условиям (хозяйственным и строительным) нежелательно. Шахтные водосбросы в последнее время получили весьма широкое распространение. Для шахтных водосбросов характерны: автоматическое действие по сбросу воды, малая стоимость строительства и небольшие эксплуатационные расходы.

При расчете шахтного водосброса приходится определять не только пропускную способность водослива, водоприемной шахты, но и пропускную способность трубы.

При большом относительном напоре ∆ Н более 0,25-0,3 происходит

                                                              Д

значительное снижение пропускной способности из-за самозатопления кольцевого водослива. Поэтому целесообразно принимать ∆ Н  не более 0,25.

                                                                                                  Д

При этом условии водослив будет затопленным до тех пор, пока глубина воды в водопроницаемой шахте будет меньше ее высоты (т.е. ниже гребня шахты).

 

Рис. 7 Схема шахтного колодца

 

Условные обозначения

 

Q – расчетный расход, м³/с;

h_I – глубина подпертой воды перед трубой, м;

ω – площадь живого сечения трубы, м²;

υ – скорость воды в трубе, м/с;

d – диаметр водоотводящей трубы, м;

d₁ – глубина водобойного колодца, м;

D – диаметр шахтного колодца, м;

φ – коэффициент скорости 0,70;

P – высота шахтного колодца, м;

Н – глубина воды перед шахтным колодцем, м; (определяется согласно гидравлическому расчету подводящего русла);

L – длина трубы по оси, м;

i_o – уклон трубы;

g – ускорение силы тяжести – 9,81 м/с²;

ξ - коэффициент местного сопротивления при входе в трубу (ξ = 0,50);

m₁ – коэффициент расхода через приемный колодец;

λ – коэффициент трения 0,02.

 

Пример гидравлического расчета

 

Данные для расчета:

Q = 4,9 м³/с;

Р = 5,9 м;

Н = 0,9 м;

L = 25,0 м;

i_o = 0,02.

Гидравлический расчет водопропускной трубы

 

Необходимая площадь сечения трубы

;

в первом приближении принимаем d = 1,0 м; и φ = 0,70;

тогда

Для дальнейших расчетов окончательно принимаем трубу d = 1,0 м с площадью сечения ω = 0,64 м², так как .

Глубина подпертой воды перед трубой:

,

так как h₁<P_k, то, следовательно, водослив не затоплен.

Скорость воды в трубе

 

 

Гидравлический расчет шахтного колодца

 

Назначаем Д = 1,0 м, так как колодец не затоплен, коэффициент расхода m₁ = 0,42, тогда максимальное превышение уровня воды по формуле водослива с тонкой стенкой

.

Ввиду того, что h₁<H, (0,53<0,6), cследовательно, принятый диаметр шахтного колодца обеспечивает пропуск воды в заданных проектных условиях.

 

.

Диаметр колодца можно определить и по формуле

Водобойный колодец назначаем конструктивно, в основном из соображений удобства очистки. Он является отстойником, где будут задерживаться крупные камни, которые могут быть принесены потоком. Если камни отсутствуют, колодец можно не устраивать. Глубина колодца обычно назначается в пределах 0,3-0,6 м. Для гашения падающей струи (при расходах близких в мах.) колодец не нужен, так как водяная подушка образуется вследствии подпора у входа в водоотводящую трубу.

В приведенном примере водоотводная труба работает как напорная. При малых расходах труба может работать как безнапорная, тогда размер шахтного колодца назначается исходя из конструктивных соображений.

 

Трубчатый водоспуск

 

Для забора воды из водохранилища при плотинах устраивают водовыпуски, при помощи которых вода подается в оросительные, обводнительные каналы. Конструкция водовыпуска должна обеспечивать бесперебойную подачу воды и удобное обслуживание сооружения. Сооружение выполняют из сборного или монолитного железобетона. Трубы могут быть круглого или прямоугольного сечения. Размер определяется расчетом. Для гашения энергии потока в конце трубы устраивают водобойный колодец (при расходах до 4 м³/с) глубиной 0,3-0,5 м и длиной 3-8 м.

 

Рис.8 Схема трубчатого водослива:

1 – металлическая решетка; 2 – входной оголовок; 3 – труба; 4 – задвижка; 5 – выходной оголовок; 6 – водобойный колодец; 7 – гравийно-каменная отсыпка

 

Расход воды в трубе при подтопленном выходе определяется по формуле

,

где μ – коэффициент расхода 0,4-0,6;

ω – площадь поперечного сечения трубы;

Z – разность отметок верхнего и нижнего бьефов, определяющая напор Н.

Диаметр трубы при подтопленном отверстии на выходе

,

где d – диаметр трубы, м; ω - площадь сечения, м², определяется по формуле:

Пример расчета водоспускной трубы

Q – 0,9 м³/с

Н – 3,9 м-напор

L – 30 м – длина трубы

μ – 0,5