Водобойный колодец со стенкой (комбинированный колодец)

Комбинированный колодец (рис. 9.26) применяется в случаях, когда глубина колодца или высота водобойной стенки существенно большие. Для их устройства требуются значительные капитальные затраты.

Рис. 9.26. Комбинированный колодец

При расчете комбинированного колодца должно удовлетворяться условие

. (9.75)

Вначале находится высота водобойной стенки а_с. Высота определяется исходя из того, что сопряжение потока за стенкой будет иметь форму затопленного прыжка, и согласно (9.51)

. (9.76)

где h_сс — глубина в сжатом сечении за стенкой; φ_с — коэффициент скорости, принимается φ_с = 0,85 0,95; Н_со — полный напор перед стенкой; — сопряженная глубина с глубиной в отводящем русле прямоугольного сечения h_H, вычисляется по формуле

= ,

,

где V _ос — средняя скорость перед стенкой.

Из (9.75) находим глубину колодца:

. (9.77)

Вычисляя сжатую глубину h_с в колодце и сопряженную с ней , методом подбора уточняется рассчитанная ранее глубина колодца a _к.

Длина комбинированного колодца при условии его затопления

l _к = (0,7 ÷ 0,8) l _п ,

где l _п — длина гидравлического прыжка.

♦ Пример 9.7

В канале прямоугольного сечения шириной b = 3 м имеется водослив практического профиля криволинейной формы. Определить характер сопряжения потока расходом 10 м³/с

с нижним бьефом и размеры водобойного колодца. Глубина воды в нижнем бьефе h_н = 1,8 м (см. рис. 9.24). Высота в нижнем бьефе плотины С_н = 3,0 м, в верхнем бьефе С_в = 3,5 м.

Полный напор на подходе к водосливной плотине

.

Напор на водосливной плотине

Принимаем коэффициент расхода m₀ = 0,45.

.

Скорость на подходе к водосливу

Сжатая глубина определяется из уравнения (9.51), принимая φ = 0,95:

.

Методом подбора получаем h_c = 0,395 м,

.

Критическая глубина

Фиктивная сопряженная глубина

.

Сопряжение струи с нижним бьефом будет осуществляться в виде отогнанного прыжка.

Перепад на колодце по (9.64) при φ = 1:

.

Глубина колодца, принимая σ =1,1, составит

.

Длина прыжка по формуле Сафранеца

.

По формуле М. Чертоусова

.

Длина колодца

l _к = 0,75 l _п = 0,75 · 10,6 = 8,0 м.

Размеры колодца: а _к = 0,45 м; l _к = 8,0 м.

♦ Пример 9.8

Согласно исходным данным примера 9.7 определить размеры водобойной стенки. Коэффициент расхода стенки m = 0,41 (см. рис. 9.25)

Полный напор на водобойной стенке по (9.71)

.

Скорость перед водобойной стенкой при σ = 1,1

Напор на стенке при α=1

Высота водобойной стенки

.

Проверяем сопряжение потока за стенкой. Полный напор перед стенкой

Т_ос = a_c + H_co = 1,02 + 1,5 = 2,52 м

Примем коэффициент скорости φ= 0,95.

Сжатую глубину за стенкой находим по зависимости

.

Подбором находим h_{с с} = 0,58 м.

Фиктивная сопряженная глубина составит

.

За водобойной стенкой сопряжение потока будет в виде затопленного прыжка. Дополнительной стенки не нужно устанавливать.

Расстояние до стенки будет такое же, как и для водобойного колодца, l _с = 8,0 м.

Размеры стенки: а _с = 1,02 м; l _с = 8,0 м.

ПЕРЕПАДЫ

Перепадом называют сооружение, устанавливаемое в русле, имеющее существенно большой уклон дна и обеспечивающее сопряжение участков потока жидкости по ступеням (уступам). Ступень представляет собой, как правило, вертикальную стенку падения и горизонтальный участок русла. В зависимости от числа ступеней перепады делятся на одноступенчатые (рис. 9.27 и 9.28) и многоступенчатые (см. рис. 9.32).

В системах водоотведения при сопряжении двух потоков жидкости в случае резкого изменения рельефа местности устраивают перепадные колодцы. В таких колодцах сопрягается поток в подводящей трубе с потоком в отводящем коллекторе, расположенном на отметке ниже уровня подводящей трубы.

Рис. 9.28. Одноступенчатый перепад с уступом