Гидравлический расчет водобойного колодца

Водобойные колодцы устраиваются тогда, когда возникает отогнанный или надвинутый гидравлический прыжок. Гидравлический расчет водобойного колодца заключается в определении его геометрических размеров – глубины d и длины L (рис.1.12).

 

 

Рис. 1.12. Схема водобойного колодца за уступом

 

При падении потока с уступа глубину колодца приходится определять подбором, так как при устройстве водобойного колодца высота падения увеличивается, что приводит к уменьшению глубины в сжатом сечении h_c и увеличению сопряженной с ней глубины h_2(c).

Расчет глубины водобойного колодца производится в следующей последовательности:

а) задаются глубиной колодца d. В первом приближении следует принимать

d = (1,15 – 1,20)h_2(c) - h_н,

где h_2(c) – глубина, сопряженная с глубиной в сжатом сечении (рис.1.12); h_н – глубина, которая устанавливается в начале второго участка I варианта водоотводного сооружения (см. рис. 1.1);

б) вычисляют величину

;

в) по графику E = f(h_c) (см. рис.1.8) находят новое значение глубины в сжатом сечении h_c';

г) по формуле (1.13) или по графику прыжковой функции (см. рис. 1.10) определяют глубину , сопряженную с глубиной h_c;

д) принятую глубину водобойного колодца d сравнивают с необходимой глубиной d₀, которая определяется из следующего выражения:

d₀ = σ- h_н, (1.17)

где σ – коэффициент, характеризующий степень затопления прыжка; σ =1,05–1,1.

Если d < d₀ , то глубина колодца недостаточна; если d > d₀, то глубина колодца избыточна.

Нужно изменить глубину колодца d, пересчитать глубины h_c' и и добиться равенства d и d₀ (разница не должна превышать 5 %).

Длина водобойного колодца L определяется по формуле:

L= l_пад + l_п.п = l_пад + βl_с.п, (1.18)

где l_пад – дальность падения струи, м (рис.1.12); l_п.п – длина подпертого прыжка, м; l_с.п – длина совершенного прыжка, который возникает при отсутствии водобойного колодца, м; β – коэффициент, учитывающий уменьшение длины подпертого прыжка по сравнению с длиной совершенного прыжка; β = 0,7 – 0,8.

Дальность падения струи l_пад подсчитывается по формуле

l_пад = ; (1.19)

где V – скорость в верхнем бьефе, м/с; p₁ – перепад, м; d - глубина колодца, м; h′ – глубина в верхнем бьефе, м; g – ускорение свободного падения, м²/с.

Длина совершенного прыжка определяется по формуле Н.Н. Павловского

l_с.п=. (1.20)

Примечание. Если водобойный колодец устраивается за быстротоком с продольным уклоном более 0,025, то он проектируется по схеме, изображенной на рис.1.13.

 

 

Рис. 1.13. Схема водобойного колодца за быстротоком

В этом случае глубина колодца определяется без подбора по формуле

d = σh_2(б) - h₀, (1.21)

где h_2(б) – глубина, сопряженная с глубиной h_б, которая устанавливается в конце быстротока (рис. 1.13); h₀ – нормальная глубина на участке за быстротоком.

Коэффициент σ = 1,05 – 1,10. Длина водобойного колодца:

L = l_п.п = βl_с.п. (1.22)

Длина совершенного прыжка l_с.п определяется по формуле (1.20), в которой глубины h_c' = h_б и = h_2(б). Коэффициент b = 0,7 – 0,8.

Расчет водобойного колодца для русла прямоугольной формы можно произвести с помощью программы LIW 20 (приложение 10). Коэффициент b = 0,7- 0,8.

Расчет водобойного колодца для русла прямоугольной формы можно произвести с помощью программы LIW 20 (приложение 10).