Гідравлічний розрахунок баштового водоскиду

Для скидання повеневих або паводкових витрат із водосховища в складі гідровузла влаштовується водоскидна споруда. В проекті тип водоскиду приймаємо баштовий.

Гідравлічний розрахунок баштового водоскиду включає визначення:

1. довжини водозливного фронту;

2. поперечних розмірів горизонтальної водовідвідної труби або труб;

3. розміри відвідного каналу;

4. розміри водобійного колодязя.

 

 

Башта водоскиду

Пропускна спроможність башти визначається за залежністю:

(5.1)

де:Q_max - розрахункова витрата, Q_max =19,8 м³/с;

m - коефіцієнт витрати (m=0,4);

l - довжина водозливного фронту, м;

Нф - висота шару форсування над гребенем башти, Нф=0.6 (м)

З формули для Qmax визначаємо:

Приймаємо прямокутну форму окреслення башти в плані і визначаєм основні розміри вибраної форми.

2∙(8+4,5)=25 ≥ l,м

Водовідвідна труба

Для пропускання розрахункової витрати Q через водовідвідну трубу необхідно створити відповідний напір перед нею (г) в башті, значення якого можна визначити зазалежністю:

(5.2)

де: μ - коефіцієнт витрати (μ= 0,6);

ω - площа поперечного перетину водовідвідних труб, м²;

z - різниця рівнів води усередині башти і нижньому б'єфі споруди.

Рис.5.2. Схема до розрахунку водоводних труб водоскиду.

Рівень водовідвідної башти приймаємо на 0,3м нижче відмітки НПР:

(5.3)

Напір перед трубою 2 визначаємо за формулою:

(5.4)

Отже,

(5.5)

Тоді знаходимо площу поперечного перерізу однієї труби.

 

 

Діаметр труби приймаємо 1 м.,тому що Н₂=1,1м. Кількість труб має бути ≥ w_тр,.Приймаємо 3 труби загальним діаметром – 2,355 м².

 

Труб буде три. Ширина вихідного фронту визначається за формулою:

Δt – товщина труби = 10÷15 см.

t – віддаль між трубами (від 0,3 м.).

n – кількість труб.

d – діаметр труби.

 

Відвідний канал

Відвідний канал спряжує кінцеву частину споруди і відвідне русло річки. Глибину води в каналі приймаємо h_кан=Н₂=1,10(м).

Для розрахунку ширини каналу по дну bк можна скористатися залежністю:

(5.6)

m – коефіцієнт закладання укосу. m = 2,0.

допустиму швидкість приймаємо залежно від ґрунту.Для пісків V_доп=0,6м/с

Так, як розрахункова ширина каналу по дну є досить великою і перевищує регламентовані значення (bк=27,8>10м) то дно і укоси каналу необхідно зак-ріпити бетонними плитами при цьому V_доп приймаємо 2…..5 (м/с). Остаточно V_доп=2 м/с.

Ширину каналу приймаємо 6,8 (м).

 

Рис.5.3. Схема відвідного каналу.

 

 

Водобійний колодязь

Перед розрахунком водобійного колодязя, визначаємо ширину відвідного каналу по дну b_кан, прийнявши що глибина води в каналі буде такою ж як і глибина води в річці h_кан=Н₂=1.1(м). Приймаємо b_кан=6,8 (м).

Колодязь виконуємо у вигляді розтрубу, який розширюється в плані від ширини вихідного фронту труб до ширини відвідного каналу. Рисберма розташовується на початку відвідного каналу і виконується з розширенням або без нього.

а) б)

Рис.5.4.

Схема (рис.5.4. а) приймається в тому випадку, коли відвідний канал має значну ширину і довжинна ділянки переходу при заданому куті розширення потоку θ^° перевищує довжину водобійного колодязя,і внших випадках прий-мається схема б. Спряження б’єфів при цьому проходить в умовах просторового розтікання потоку у водобійному колодязі. В результаті розрахунку необхідно визначити значенняспряжених глибин гідравлічного стрибка h₁ i h₂^c, а потім співставивши глибину h₂^c з глибиною h_кан, зробити висновок про необхідність влаштування водобійного колодязя глибиною d_k і довжиною l_кол, а у випадку відсутності такої необхідності глибина колодязя приймається конструктивно, але не менше 0,5м. Довжина колодязя l_кол приймається як довжина ділянки переходу від в _тр^́ до .

Для розрахунків необхідно скласти розрахункову схему,прийнявши центральний кут розширення потоку =30˚. Ширина вихідного фронту труб:

 

Рис.5.5.

Порядок гідравлічного розрахунку водобійного колодязя наступний;

1) Глибина труби на виході з труби h₁ визначається для круглих труб h₁= м. Де – площа поперечного перерізу труби, м².

2) Визначаємо радіус r₁, який відповідає спряженій глибин

(5.7)

Де Ө - кут розширення стінок колодязя в плані:

Ө =

3) Визначаємо критичну глибину потоку:

(5.8)

- значення корективу кількості руху. = 1,0

4) Визначаємо критерій бурності потоку (Число Фруда) за залежністю:

(5.9)

Оскільки число Фруда Fr=2,57>1 то потік знаходиться в бурхливому стані тому необхідно влаштувати водобійний колодязь.

5) Визначаємо довжину гідравлічного стрибка:

(5.10)

де (5.11)

6) Приймаємо довжину водобійного колодязя

7) Визначаємо радіус r₂, який відповідає другій спряженій глибині:

8) Значення другої спряженої глибини визначаємо із залежності:

Ліва частина рівняння:

(5.12)

Права частина рівняння:

(5.13)

Задаючись значеннями h₂^c Знаходимо праву частину рівняння (П)

h₂^c=0,5м П=42,93

h₂^c=1,0м П=30,19

h₂^c=1,5м П=37,52

h₂^c=2,0м П=54,40

h₂^c=2,5м П=78,73

 

 

Графік залежності правої частини до лівої.

 

По отриманим значенням будуєм графік П=f(h₂^c) і знімаємо h₂^c виходячи з рівності Л=П. Л=47,12 тоді h₂^c=1,8 м.

 

9) друга спряжена глибина вища за глибину води в каналі тому проводимо розрахунок водобійного колодязя.

Водобійний колодязь розраховується за формулою:

(5.14)

Довжина водобійного колодязя l_k= 0.9· l_стр =0,9·5,82=5,24 м.

10) Довжину ресберми визначаємо за формулою:

(5.15)

 

 

Література

1. Методичні вказівки до виконання курсового проекту «Гребля із грунтових матеріалів з баштовим водоскидом» студентам спеціальностей: 7.092603 «Гідромеліорація», 7.070801 «Екологія і охорона навколишнього середовища», 7.092600 «Гідротехнічне будівництво». В.М. Бондар, Т.І. Зима, Л.А. Шинкарук, Рівне:НУВГП, 2006, -42 с.

2. Справочник по гидравлическим расчетам под. редакцией Киселева П.Г.:Энергия, 1975.

3. Строительные нормы и правила. Определение расчетных гидрологических характеристик. СНиП 2.01.14-83. М.: 1984.

4. Строительные нормы и правила. Гидротихнические сооружения. Основные положення проектирования. СНиП 2.06.01-86. М.: Гострой СССР, 1989.

5. Строительные нормы и правила. Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые, от судов) СНиП 2.06.04-82. М.: Госстрой СССР, 1989.