Расчет шахтных многоступенчатых перепадов

При движении жидкости по многоступенчатому перепаду скорость жидкости из-за турбулентного перемешивания и соударения потоков практически уже на 2-3-й ступени стабилизируется и далее не увеличивается.

Водопропускная часть этих перепадов может иметь прямоугольную, круглую, кольцевую и сегментную форму поперечного сечения с различным расположением ступеней и расстоянием между ними Z (шаг ступеней). Водобойные колодцы в большинстве случаев не устанавливаются. На рис.3.7 показаны две схемы перепадов круглой и прямоугольной водопропускной формы – с разным расположением ступеней.

На перепадах могут наблюдаться три вида движения. При безнапорном режиме глубина слоя жидкости на ступенях меньше шага (H < Z), при переходном глубина равна шагу (H = Z). Наконец, если увеличивать расход, то возникает напорное движение, при котором глубина потока также равна шагу ступеней, однако поток не аэрируется, как в предыдущем случае. Расчетный режим – начало переходного вида движения жидкости.

1. По схеме А (рис. 3.7):

Рассчитывается шаг ступеней Z и скорость на выходе со ступеней v:

Z = K_Iq ^2/3 и v = K_Jq ^1/3, (3.40)

Рис. 3.7. Схемы к расчету многоступенчатых шахтных перепадов

схема А – с круглой водопропускной формой; схема Б – с прямоугольной водопропускной формой

где q = Q / D_Ш (или q = Q / b) – удельный расход, м³/с; D_Ш – диаметр ствола шахты (для круглого сечения), м; b – ширина шахты (для прямоугольного сечения), м; K_I и K_J – коэффициенты, зависящие от относительного шага ступеней z/B или z/D_Ш.

2. По схеме Б (рис. 3.7):

Рассчитывается шаг ступеней Z:

Z = 1,09 q ^2/3 (3.41)

Рассчитывается ширина щели a между центральной ступенью и боковыми стенками:

a = q ^2/3/3,7 (3.42)

Величина продольной стенки B принимается не меньше 5 значений a.

3. Рассчитывается ширина шахты b = Q/q.