Одноступенчатый перепад

Одноступенчатые перепады применяются для сопряжения участков каналов в различных уровнях. Высоту одноступенчатых перепадов обычно принимают не более 2,5- 3 м, поскольку при большей высоте трудно погасить энергию потока после падения.

Одноступенчатый перепад (рис.2.7) состоит из входной части, вертикальной, наклонной или криволинейной стенки падения и укрепленного начального участка нижнего бьефа (водобоя).

Расчет одноступенчатого перепада заключается в определении глубин на входном участке и на водобое, а также длины последнего. По известным глубинам определяют скорости и назначают тип укрепления стенок и дна канала.

Если поток в подводящем русле находится в спокойном состоянии, то длина входного участка со значительным спадом будет равна . Глубина в начале этого участка равна , а в конце

Рис.2.7 Схема одноступенчатого перепада

Если поток в отводящем русле находится в бурном состоянии, то на участке l глубина потока почти не уменьшается (в пределах 5%). При равномерном движении бурного потока глубину на входном участке можно принять равной нормальной глубине; при неравномерном движении глубину определяют из расчета для условий такого движения.

Если поперечное сечение русла до стенки падения имеет другую форму или большую ширину, то перед стенкой падения образуется подпор, высоту которого определяют по формулам водослива соответствующей формы.

При расчете водобоя в первую очередь определяют глубину в сжатом сечении из уравнения

(2.10)

где - удельная энергия для сечения 1-1, равная

(2.11)

Здесь - глубина в сечении (), которая, в зависимости от типа входного участка и продольного уклона подводящего русла, может быть меньше и равна критической глубине или равна пьезометрическому напору перед водосливом Н;

- скорость в сечении ();

a - коэффициент Кориолиса; может быть принят a @ 1,1;

e - коэффициент бокового сжатия, величина которого равна 0,90...95, если ширина подводящего русла больше ширины перепада;

j - коэффициент скорости, имеющий следующие значения:

0,15 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90

j 0,75 0,80 0,85 0,87 0,89 0,91 0,92 0,93 0,94

Глубину сжатого сечения в общем случае определяют подбором по уравнению (2.1).

При бурном состоянии потока в отводящем русле участок за сжатым сечением рассчитывают по уравнениям неравномерного движения. При спокойном состоянии за сжатым сечением образуется гидравлический прыжок: при - отогнанный; при - надвинутый и при - затопленный.

Длину водобоя принимают равной

, (2.12)

где - дальность полета струи;

- длина отгона прыжка;

- длина гидравлического прыжка;

- зона успокоения потока за прыжком (послепрыжковый участок).

Формулу (2.12) можно рассматривать как общую для любого вида сопряжения бьефов. В случае надвинутого прыжка длину отгона прыжка следует принять равной нулю.

Дальность полета струи, т.е. расстояние от стенки падения до сжатого сечения с-с, обычно определяют по уравнению

, (2.13)

где и - глубина и скорость потока на выходе со стенки падения, определяемые при расчете входной части перепада.

Если входной участок перепада прямоугольного сечения заканчивается водосливом, дальность полета струи определяется по формуле [4]

, (2.14)

где - гидродинамический напор перед водосливом;

m = 1,25 и n = 0,45 - для водосливов с тонкой стенкой;

m = 1,33 и n = 0,30 - для водослива практического профиля;

m = 1,64 и n = 0,24 - для водослива с широким порогом.

Расстояние включает не только дальность полета струи, но и некоторый участок за местом ее падения, на котором глубина падает до . Более точно

(2.15)

Длину отгона прыжка определяют по уравнениям неравномерного движения (см. раздел 1). При затопленном и надвинутом прыжке = 0.

Длину гидравлического прыжка в прямоугольном русле определяют по формуле (2.16)

В каналах трапецеидального сечения длину прыжка определяют по формуле

(2.17)

При отогнанном прыжке в качестве принимают глубину в конце кривой подпора перед прыжком. При надвинутом и затопленном прыжках считают, что = , а и - ширина потока поверху при глубинах и .

Длину послепрыжкового участка принимают равной удвоенной глубине за прыжком.

Пример расчета

Исходные данные: Расход - 9 куб.м/сек; глубина потока в верхнем бъефе - 1,16 м; высота перепада - 1,5 м; подводной канал трапецеидального профиля (коэф. заложения откосов - 1,5; ширина по низу - 1,3 м; коэффициент шероховатости 0,03; уклон русла - 0,004); отводной канал трапецеидального профиля (коэф. заложения откосов - 1,5; ширина по низу - 1,3 м; коэффициент шероховатости 0,03; уклон русла - 0,005); Перепад и водобой перепада облицован бетоном (коэффициент шероховатости 0,014).

Нужно определить параметры водобоя и условия его сопряжения с отводным каналом.

Решение

1. Определяем гидравлические параметры подводящего, отводящего каналов и водобоя.

Известными методами (см. раздел 1) определяем:

Анализ полученных результатов позволяет сделать следующие выводы:

- в подводящем и отводящем каналах - спокойное состояние потока;

- на водобое - бурное состояние потока (быстроток).

Для сокращения длины водобоя необходимо создать условия необходимые для образования гидравлического прыжка. Для этого уменьшим уклон участка водобоя. Для определения величины этого уклона расчитаем нормальные глубины при различных значениях уклона. Результаты этих расчетов таковы: I = 0,004 - h o = 1,02 м; I = 0,003 - h o = 1,09 м; I = 0,002 - h o = 1,20 м; I = 0,001 - h o = 1,41 м.

Принимаем уклон равным 0,001, при котором глубина в водобое наиболее близка к глубине в отводящем канале.

2. Определяем глубину в сжатом сечении за перепадом из уравнения(2.1)

= ;

Так как используется простейший водослив на перепаде, то коэффициент сжатия - e, принимаем равным единице. Коэффициент скорости определяем в зависимости от = , j = 0,92. Скорость на гребне падения -

м/с.

= ; = 0,75 м.

3. Определяем дальность отлета струи

м.

4. Определяем условия сопряжения водобоя и отводящего канала. Для этого определяем вторую сопряженную глубину относительно глубины сжатого сечения - и первую сопряженную глубину относительно нормальной глубины на водобое - . Определение этих глубин выполняем по уравнению гидравлического прыжка (см. раздел 1).

В результате расчетов получаем: = 1,67 м; = 0,88 м. Эти данные позволяют сделать вывод о том, что на водобое будет происходить увеличение глубины до 0,88 м (отгон прыжка), а затем гидравлический прыжок до глубины 1,41 м.

Длина отгона прыжка, вычисленная по методу Б.Н.Бахметева (см. раздел 1) получается равной 42,55 м. Сопряжение потока на водобое с отводящим каналом происходит в виде кривой спада с глубины 1,41 до глубины 1,38 м на расстоянии 4 м.

Результаты расчетов показывают, что для сокращения укрепленной бетоном части водобоя, необходимо устройство водобойного сооружения.

Поиск по сайту: