Сопрягающие сооружения

Сооружения, устраиваемые на коротких участках водопропускного канала с большим перепадом отметок, называются сопрягающими.

К таким сооружениям относятся одноступенчатые и многоступенчатые перепады, консольные перепады, быстротоки и устройства колодезного типа

Основная задача сопрягающих сооружений - предупредить образование высокой кинетической энергии потока или погасить ее с помощью водобойных колодца или стенки.

Простейшим сопрягающим сооружением является одноступенчатый перепад. Ниже перепада обычно требуется установка одного из типов водобойных сооружений. При большой высоте падения применяются многоступенчатые перепады, на которых энергия потока гасится за счет трения. На крутых косогорных участках применяются многоступенчатые перепады колодезного типа, гашение энергии потока на которых происходит путем использования затопленного гидравлического прыжка.

При пересечении дорогой крутого лога могут применяться консольные перепады или устройства типа шахтного водосброса.

Расчет сопрягающих сооружений в значительной степени основывается на теории водосливов.

Водосливы

Водослив - это преграда (порог, стенка, плотина) в безнапорном (открытом) потоке, через которую переливается жидкость. Гидравлическое явление перелива жидкости через такую преграду называют истечением через водослив. Подъем уровня воды, возникающий вследствие преграждения или стеснения русла водотока, называется подпором. Водосливы (водоподпорные сооружения) делят поток на две области (части). Вследствие подпора скорости течения воды и глубины перед водосливом существенно меньше скоростей и

Рис.2.2. Основные виды полигональных водосливов

Неподтопленные водосливы с тонкой вертикальной стенкой при условии свободного доступа воздуха под струю являются хорошими измерителями расхода воды в лабораториях и натурных условиях (на каналах и малых реках). Поэтому их называют гидрометрическими, или измерительными.

Рассмотрим истечение жидкости через полигональный водослив. Наиболее общей формой для этой группы водосливов является трапецеидальная, для которого расход определяется по формуле

(2.1)

где - коэффициент формы водослива ();

- коэффициент расхода водослива ( - коэффициент расхода при истечении жидкости через отверстие в тонкой стенке).

Для прямоугольного водослива

Для трапецеидального водослива (2.2)

В случае неподтопленного прямоугольного водослива без бокового сжатия (по опытным данным)

(2.3)

Для приближенных подсчетов можно принять m = 0,42...0,44.

Чтобы сформулировать дополнительные критерии подтопления, рассмотрим понятие подтопления, аналогичное понятию напора. Уровень воды в нижнем бьефе может быть больше или меньше

отметки гребня водослива. Превышение уровня воды в нижнем бьефе над гребнем водослива называют подтоплением:

Если - подтопление положительное.

Если - то водослив подтопленный с образованием затопленного гидравлического прыжка, где критическое значение относительного перепада (перепада, нормированного по высоте водослива, со стороны нижнего бьефа). Он зависит от отношения , определяется по графику (рис.2.3) [6].

Рис.2.3. Зависимость критического относительного подтопления

от относительного подтопления

Если , то ниже водослива образуется отогнанный гидравлический прыжок и водослив будет работать как неподтопленный.

Расход воды через подтопленный водослив

(2.4)

где - коэффициент подтопления, вычисляемый по эмпирической формуле [1].

(2.5)

глубин за водосливом. Часть водотока, примыкающая к водоподпорному сооружению, называют бьефом. Бьеф с верховой стороны водоподпорного сооружения (часть водотока перед водосливом) называют верхним бьефом. Бьеф с низовой стороны водоподпорного сооружения (часть водотока за водосливом) называют нижним бьефом.

Верхняя кромка водосливной стенки (порога), через которую происходит перелив жидкости, представляет собой гребень водослива.

Рис.2.1. Схема водослива с тонкой стенкой

Введем следующие понятия и обозначения (рис.2.1):

- высота водосливной стенки (порога) водослива со стороны соответственно верхнего и нижнего бьефов;

- глубина потока соответственно в верхнем и нижнем бьефах;

b - ширина отверстия (выреза в стенке) водослива, равная длине гребня водослива;

В — ширина потока в верхнем бьефе.

Одно из важнейших понятий теории водосливов - напор на водосливе H, определяемый в верхнем бьефе за пределами спада уровня потока на расстоянии не менее (3...5) Н и равный разности отметок уровня воды верхнего бьефа и гребня водослива. Такой напор называют геометрическим. Разность уровней свободной поверхности воды в верхнем и нижнем бьефах представляет собой геометрический перепад на водосливе.

Типы и конструкции водосливов отличаются большим разнообразием. Изложим классификацию водосливов в укрупненном виде. Более детальная классификация водосливов будет рассмотрена применительно к основным типам водослива с учетом гидравлических особенностей движения жидкости через водосливы.

В зависимости от формы поперечного сечения стенки в плоскости, совпадающей с направлением движения жидкости, различают водосливы: с тонкой стенкой (рис. 2.1); практического профиля (рис.2.3); с широким порогом (рис.2.4). К водосливам практического профиля относят все водосливы, кроме водосливов с тонкой стенкой и широким порогом. Все водосливы применяются на практике, поэтому термин «водослив практического профиля» носит чисто условный характер. В зависимости от соотношения между шириной отверстия водослива b и шириной потока в верхнем бьефе различают водосливы: без бокового сжатия (b³ В); с боковым сжатием (b < В). В последнем случае под влиянием сжатия потока его ширина Ьc за отверстием меньше ширины отверстия водослива (bc < b).

В зависимости от расположения в плане водосливы имеют различную форму гребня.

В зависимости от влияния потока в нижнем бьефе на истечение жидкости через водослив различают: неподтопленные водосливы - уровень нижнего бьефа не влияет на истечение жидкости (); подтопленные водосливы - уровень нижнего бьефа влияет на истечение жидкости (). Дополнительные критерии подтопления будут сформулированы применительно к типам водосливов.

Поиск по сайту: