Розрахунок ступеней перепаду

Розбиваємо загальну висоту падіння на окремі щаблі за умовою (12.1) рівності перепадів на окремих ступенях. Загальна висота падіння, обумовлена ​​різницею заданих відміток, з урахуванням висоти вхідного порогу c_в = 1,05 м дорівнює:

P₀ = _д.В.Б – _д.Н.Б + c_в = 239,6 м – 221,7 м + 1,05 м = 19,0 м.

Попередньо визначаємо висоту вертикальних стінок падіня за формулою (12.3), але не більше 5-ти метрів:

P' = 1,5 H = 1,5·2,15 м = 3,22 м.

Приймаємо P' = 3,2 м.

Попередньо призначаємо висоту водобійні стінок по (12.4)

c' = 1/3 P' = 1/3·3,3 м = 1,07 м.

Приймаємо c' = 1,1 м.

Кількість ступеней визначаємо за формулою (12.2):

n = = = 9,05 м.

Приймаємо значення n = 9, уточнюємо значення P':

P' = = = 3,21 м.

Приймаємо для подальших розрахунків P' = 3,2 м, c' = 1,1 м, n = 9. Тоді загальна висота падіння перепаду складе:

P₀ = n · (P' – c') = 9 · (3,2 м – 1,1 м) = 18.9 м,

що менше визначеної вище загальної висоти падіння на величину P = 0,1 м. Ця різниця буде врахована при проектуванні вихідної частини перепаду.

Наскільки вдало вибрані розміри P' і c' з’ясується в процесі подальшого гідравлічного розрахунку ступеней.

 

Перша ступінь.

Висота стінки падіння визначена раніше P' ₁ = P' = 3,2 м. Довжину ступені L_ст.1 визначаємо за формулою (12.5):

L_ст.1 = L_відл.1 + β · L_пр.1 + δ_ст.1 .

Довжину відльоту струменя на першій ступені L_відл.1 визначаємо за формулою (8.6), попередньо провівши розрахунки за формулами (8.8) - (8.10) з урахуванням того, що для водозливу з широким порогом можна прийняти x'₁ = 0; η'₁ = 0; h'_с.1 = 0,47 · H₀ = 0,47·2,18 = 1,02м; m = 0,35:

v'_с.1 = = = 4,89 м/с;

z₁ = P'₁ + η'₁ + h'_с.1/2 = 3,2 м + 0 + (1,02/2) м = 3,71 м;

x ₁ = v'_с.1 = 4.89 м/с = 4.25 м;

L_відл.1 = x'₁ + x₁ = 0+4,25 м = 4,25 м.

Довжину стрибка L_пр.1, що утворюється за водозливом з широким порогом, визначаємо за формулою (5.6), попередньо визначивши питому витрату q_п на перепаді, глибину нижнього стиснутого перетину h_с.1 за формулою (5.18) методом послідовних наближень і з урахуванням того, що для прийнятої конструкції водозливу φ ≈ 0,85, критичну глибину h_кр за формулою (5.2) і критерій Фруда F_rc.1 за формулою (5.14):

(значення другого і третього наближень відрізняються менше ніж на 1%, тому остаточно приймаємо h_с.1 = 0,608 м).

h _кр = = = 1,41 м;

Fr_c.1 = = = 12,5

L_пр.1 = 10,3 · h_c.1 · = 10,3 · 0,608 м · (12,5 – 1)^0,81 = 13,3 м.

Товщину водобійної стінки конструктивно приймаємо δ_ст.1 = c' = 1,1 м. Тоді довжина першого ступеня дорівнює:

L _ст.1= L _отл.1+β L _пр.1+δ_ст.1= 4,25м+ 0,8·13,3м+ 1,1м= 16,0м.

Перевіряємо висоту водобійної стінки c'₁ за формулою (9.8), вважаючи що m ≈ 0,4.

c'₁ = k · h_раз.1 – H₁ = 1,05·2,75 м – 1,81 м = 1,08 м.

Розраховане значення висоти водобійної стінки не перевищує прийнятого раніше c' = 1,1 м, яке залишаємо для подальших розрахунків. Тоді глибина води на першій ступені складе:

h₁ = c'₁ + H₁ = 1,1 м + 1,81 м = 2,91 м.

Отримане значення h₁ менше висоти стінки падіння P'₁ =3,2 м, тобто ступінь працює як непідтоплений водозлив, що було прийнято спочатку, отже, уточнення розрахунку не вимагається.

Коефіцієнт запасу в глибині криниці

k₁ = h₁/h_раз.1 = 2,91 м/2,75 м = 1,06.

 

Друга і наступні ступені

Висота стінки падіння визначена раніше P'₂ = P' = 3,2 м.

Довжину ступені L_ст.2 визначаємо аналогічно 1-ій ступені з урахуванням того, що водобійна стінка попередньої ступені працює як водозлив практичного профілю. Тоді параметри, що входять до формул (8.9) та (8.10) наступні x'₂ = 0; η'₂ = 0 h'_с.2 = 0,6H₀₁ = 0,6·2,0м= 1,2м; m ≈0,4. Коефіцієнт φ ≈0,83 (за графіком на рис. 12.3). Отримаємо:

z ₂ = P' ₂ + η ' ₂ + h' _c.2/2 = 3/2 v + 0 + (1,2/2) м =3,8 м;

L_відл.2 = x'₂ + x₂ = 0 + 3,68 м = 3,68 м;

(значення другого і третього наближень відрізняються менше ніж на 1%, тому остаточно приймаємо h_с.2 = 0,636 м);

Fr_с.2 = = = 10,9

L_пр.2 =10,3 ·h_с.2 ·( −1)^0,81 =10,3 ⋅ 0,636 м⋅( −1)^0,81 =12,9 м.

Товщину водобійної стінки, як і раніше, приймаємо δ_ст.2 = δ_ст.1 = 1,1 м. Тоді довжина другої ступені дорівнює:

L_ст.2 = L_отл.2 + β· L_пр.2 + δ_ст.2 = 3,68 м + 0,8·12,9 м + 1,1 м = 15,1 м.

Довжини першої та другої ступені приймаємо рівними, причому вибираємо більше з двох значень, тобто L_ст.2 = L_ст.1 = 16,0 м. За формулою (9.8) перевіряємо висоту водобійні стінки c'₂ (m ≈ 0,4). Отримаємо:

м.

c'₂ = k · h_раз.2 – H₂ = 1,05 · 2,67 м – 1,80 м = 1,0 м.

Розраховане значення c'₂ не перевищує прийнятого раніше c' = c'₁ = 1,1 Отже, висоту водобійної стінки другого рівня також приймаємо c' ₂ = 1,1 м. Тоді глибина води на другій ступені складе%

h₂ = c'₂ + H₂ = 1,1 м + 1,80 м = 2,90 м.

Отримане значення h₂ менше висоти стінки падіння P'₂ = 3,2 м, тобто ступінь працює як непідтоплений водозлив, що було прийнято спочатку, і уточнення розрахунку не вимагається.

Коефіцієнт запасу в глибині колодязя:

k₂ = h₂ / h_раз.2 = 2,90 м / 2,67 м = 1,09.

Параметри другої та наступних рівнів (крім останнього) приймаються однаковими.

Остання ступень

У межах водобою останньої ступені перепаду необхідно забезпечити зміну бурхливого потоку в спокійний з утворенням насунутого або затопленого гідравлічного стрибка. Визначимо положення гідравлічного стрибка за критерієм (5.15). Глибина в нижньому б'єфі h_н = h₀ = 3,2 м. Роздільну глибину h_роз.9 визначимо, як і раніше, через глибину нижнього стиснутого перетину h_с.9. При цьому висоту стінки падіння на останньому рівні збільшимо на різницю P = 0,1 м, утворену в попередніх розрахунках, тобто P'₉= P'+P = 3,2 м + 0,1 м = 3, 3 м. Отримаємо:

(значення другого і третього наближень відрізняються менше ніж на 1%, тому остаточно приймаємо h_с.9 = 0,629 м).

h _раз = ar w:top="1134" w:right="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0"/><w:cols w:space="720"/></w:sectPr></wx:sect></w:body></w:wordDocument>"> = = 2,69 м.

Таким чином, маємо h_роз.9 < h_н, отже, при заданих параметрах гідравлічній стрібок буде затопленим и застосування допоміжних водобійних прістроїв не вимагається.

Визначимо довжину водобою останньої ступені:

v'_с.9 = v'_с.2 = 4,18 м/с;

z₉ = 3,3 м + 0 + (1,2/2) м = 3,9 м;

x₉ = 4,81 м/с = 3,73 м;

L_отл.9 = 0 +3,73 м = 3,73 м;

Fr_c9 = = 11,3

L_пр.9 =10,3 ⋅0,629 м⋅( −1)^0,81 =13,0 м;

L_ст.9 = L_отл.9 + β L_пр.9 = 3,73м + 0,8·13,0 м = 14,1 м.

Приймемо довжину водобою останньої ступені L _ст.9 =14м. Глибина води на останній ступені складатиме:

h₉ ≈ h_н = 3,2 м.

Отримане значення h₉ не перевищує висоти стінки падіння P'₉ = 3,3 м, тобто ступінь працює як непідтоплений водозлив, і уточнення розрахунку не вимагається.

Коефіцієнт запасу в глибині водобоя:

k₉ = h₉/h_раз.9 = 3,2 м/2,69 м = 1,19.

Цей запас гарантує, що відгін стрибка не виникне навіть у разі незапланованого пониження побутової глибини в нижньому б'єфі більш ніж на 0,5 м.

Розрахунок ступенів перепаду закінчений. Остаточно приймаємо такі розрахункові параметри: кількість ступеней n = 9; висоту вертикальних стінок падіння ступеней P' =3,2 м (крім останьої); висота вертикальної стінки падіння останньої ступені P'₉ =3,3 м; висота і товщина водобійніих стінок рівнів (крім останньої) c' =1,1 мі δ_ст = 1,1 м; довжина водобою ступеней L_ст = 16,0 м (крім останнього); довжина водобою останньої ступені L_ст = 14,0 м; глибина води на першій ступені h₁ = 2,91 м; глибина води на другій ступені h₂ = 2,90 м; глибина води на останній ступені h₉ ≈ 3,2 м.