Гідравлічний розрахунок водоскиду

При гідравлічному розрахунку водоскиду необхідно визначити довжину водозливного фронту (периметр) башти, поперечні розміри або діаметр водопровідних труб, розміри водобійного колодязя (глибину d_к і довжину l_к), довжину рисберми l_рис, розміри відвідного каналу.

Башта водоскиду

Пропускна спроможність башти визначається за залежністю [1, c.39]

 

 

де Q_max – розрахункова витрата, м³/с: Q_max = 26, 3 м³/с.

т – коефіцієнт витрати (0, 38…0, 40): т = 0, 40.

l – довжина водозливного фронту, м,

Н_ф – висота шару форсування над гребенем башти, м, яка вибрана в розділі 4.3, Н_ф = 0, 65 м.

Після визначення довжини водозливного фронту l приймається форма окреслення башти в плані і визначаються основні розміри вибраної форми.

З формули для Q_max маємо:

м.

Приймаємо прямокутну форму окреслення башти зі сторонами:

.

Остаточно приймаємо а=5 м; b=9, 135 м

Водовідвідна труба

Визначаємо рівень води в башті:

¯РВ_баш = ¯НПР – 0, 3 = 156, 075 − 0, 3 =155, 775м

Значення перепаду в башті:

z_mp = ¯РВ_баш - ¯РНБ = 155, 775 –148, 1 = 7, 67 м

Площа поперечного перерізу відвідних труб:

 

, м²

 

де m - коефіцієнт витрати (m = 0, 6)

Оскільки діаметр труби не може перевищувати глибину води в нижньому б’єфі Н₂ = 1, 2 м, а площа поперечного перерізу має бути не менше м, то приймаємо 4 труби діаметром D=1200 мм. Відстань між трубами – 0, 3 м.

 

Водобійний колодязь

Колодязь проектуємо у вигляді розтрубу, який розширюється у плані від ширини вихідного фронту труб (b_тр) до ширини відвідного каналу. Рисберму розташовуємо на початку відвідного каналу і виконуємо з розширенням. Центральний кут розширення потоку q становить 20⁰.

Глибину води на виході труби h₁ (перша спряжена глибина) визначаємо (для круглих труб, як в нашому випадку) за залежністю:

 

, м

 

h₁ = 1, 06 м

Ширина вихідного фронту труб:

 

, м

 

де d – діаметр або внутрішня ширина труби, м,

п – кількість труб,

t – віддаль між окремими трубами, м,

Δt – товщина стінки труби (Δt приймається 0, 1…0, 15 м).

м

Визначаємо радіус r₁ який відповідає спряженій глибині:

 

м

 

Кут розширення в радіанах: q = 0, 42

Знаходимо критичну глибину:

 

м

a - значення кількості руху (a» 1, 05)

Число Фруда в початковому перетині:

Fr = (h_кр/h₁)³, (5.9)

Fr = 1, 12

Визначаємо довжину стрибка:

 

 м

 

де значення f визначаємо за залежністю:

 

,

 

f =1, 03

Довжина водобійного колодязя l_к = 0, 9×l_стр= 0, 9×1, 09 = 0, 98 м

Приймаємо l_к= 0, 98 м

Радіус, який відповідає другій спряженій глибині:

 

r₂ = r₁ + l_стр, м

 

r₂ = 18, 07 м

Значення другої спряженої величини h₂ визначаємо графоаналітичним методом по залежності:

 

 

Рахуємо ліву частину рівняння:

 

 

Права частина (ПЧ) рівняння:

 

 

Задаємо різні значення h₂ для ПЧ рівняння (при b=0, 9):

 

h2	1, 1	1, 2	1, 3	1, 4
ПЧ	59, 90	62, 64	63, 73	66, 02

 

Значення h₂ = 1, 35 м

Визначаємо глибину водобійного колодязя:

 

d_к = 1, 15×(h₂ – h_кан)=1, 15×(1, 35–1, 2)=0, 17 м

Приймаємо d_к = 0, 5 м.

Довжина рисберми:

l_рис» 2×l_к = 2×0, 98 = 1, 96 м. Приймаємо l_рис=2, 0 м

 

Відвідний канал

Відвідний канал спрягає кінцеву частину споруди і відвідне русло річки. Глибина відвідного каналу буде дорівнювати глибині води нижнього б'єфа:

h_кан = h_нб = 1, 8 м.

Знаходимо ширину каналу по дну:

 

 м

де m – коефіцієнт закладання укосів каналу

v_доп – допустима швидкість руху води в каналі, м/с

В залежності від грунту (в основі – супісок) m = 2; v_доп =1, 9м/с

b_кан = 9, 2 м