Расчёт входной части быстротока

Общие положения

На трассе сбросного канала между ПК30 и ПК 32 наблюдается резкое падение рельефа, причём величина уклона местности значительно превышает уклон дна канала и критический уклон. Поэтому здесь необходимо запроектировать быстроток прямоугольного поперечного сечения.

Быстроток относится к сопрягающим гидротехническим сооружениям, устраиваемым для обеспечения сопряжения участков каналов в местах сосредоточенного падения рельефа местности и гашения избыточной кинетический энергии потока в его конце. Быстроток представляет собой короткий, облицованный бетоном канал с большим уклоном дна, значительно превышающий критический.

Быстротоки получили широкое распространение как на каналах оросительной и сбросной сети, так и в качестве водосбросных сооружений, входящих в состав гидротехнических узлов.

Быстроток состоит из следующих частей: входной, лотка быстротока (водоската) и выходной части (рис. 3.1).

Входная часть быстротока предназначена для обеспечения плавного перехода потока из спокойного состояния в подводящем русле к бурному на водоскате при условии поддержания в верхнем бьефе заданной глубины =h_г.н (нормальной глубины в подводящем канале).

Конструктивно входной оголовок, обеспечивающий переход откосов подводящего канала к входу в сооружение, выполняется в виде обратной стенки (тип I), раструба сужающегося (тип II), косой плоскости (тип III) (рис. 3.2, а, б, в) и др.

В первом случае входная часть имеет призматическую форму, в двух других – непризматическую. Такие же конструкции используют и на выходе из сооружения.

В гидравлическом отношении входной оголовок по типу косая плоскость выгодно отличается от других меньшим сжатием потока на входе и наибольшей пропускной способностью. Однако с точки зрения строительства этот оголовок наиболее трудно выполним.

Лоток быстротока – наиболее протяжённая часть сооружения, выполняющая важную роль в переводе потока, движущегося с большими скоростями, из подводящего канал в отводящий. В зависимости от длины быстротоки бывают короткими и длинными. На коротких лотках нормальная глубина не успевает установиться. На длинных лотках может устанавливаться глубина, близкая к нормальной и движение воды перейдёт из неравномерного в равномерное.

Выходная часть устраивается для обеспечения сопряжения бурного

потока на лотке со спокойным в отводящем канале с образованием гидравлического прыжка и полного гашения избыточной кинетической энергии потока, сходящего с лотка быстротока.

Гидравлическим расчётом быстротока устанавливаются основные параметры потока и геометрические размеры каждого элемента сооружения:

- входной части;

- лотка быстротока;

- выходной части.

Исходными данными к расчёту быстротока являются:

- расчётный расход ;

- перепад отметок дна в конце подводящего и в начале отводящего участков сбросного канала ;

- гидравлические элементы сбросного канала:

ширина по дну b, коэффициент заложения откосов канала ;

нормальная глубина , сухой запас ;

- конструктивная форма входной части и успокоителя (см. бланк задания).

В курсовой работе лоток быстротока и успокоитель рекомендуется принять призматическими, прямоугольной формы поперечного сечения с шириной по дну, равной ширине лотка быстротока .

Переход от успокоителя прямоугольной формы поперечного сечения к каналу трапецеидального сечения рекомендуется осуществить с помощью выходного оголовка по типу обратная стенка (см. рис. 3.1 или рис. 3.2, а).

Рисунок 3.2 - Схемы входных оголовков.

а) Тип I - обратная стенка; Тип II – раструб сужающийся с обратной стенкой; Тип III – косая плоскость

Быстроток выполняется из монолитного бетона, поэтому коэффициент шероховатости для бетона принимается в пределах /6/. В курсовой работе рекомендуется применять из условия среднего качества производства бетонных работ.

Предельно допускаемая скорость движения воды в лотке быстротока принимается из условия неразмываемости бетона в пределах м/с /6/ (в курсовой работе рекомендуется принять за расчётную скорость м/с).

Расчёт входной части быстротока

Входная часть быстротока может быть запроектирована в виде водослива или короткого лотка с регулирующим затвором. В курсовой работе вход рекомендуется запроектировать в виде водослива с широким порогом. Расчётом необходимо установить размеры входной части, обеспечивающие пропуск заданного расхода и определить глубину в начале лотка быстротока.

Рисунок 3.3 - Расчётная схема входной части быстротока

Для защиты подводящего канала от размыва перед входной частью предусматривается устройство понура длиной (рис. 3.3).

С учётом опыта проектирования и эксплуатации сопрягающих сооружений длина входного оголовка принимается равной *). В расчётах рекомендуется принять длину оголовка . Далее расчёт заключается в определении ширины водослива.

Расчёт входного оголовка ведётся из формулы расхода через неподтопленный водослив с широким порогом и боковым сжатием

,	(3.1)
где	-	расход через водослив;
	-	коэффициент расхода водослива
	-	коэффициент бокового сжатия;
	-	ширина водослива;
	-	напор на пороге водослива с учётом скорости подхода ;
	-	коэффициент Кориолиса;
	-	скорость подхода в канале.

Из формулы (3.1) получаем ширину лотка быстротока

.

(3.2)

Согласно имеющихся литературных данных коэффициент расхода для различных типов входных оголовков имеет значения, приведённые в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Тип входного оголовка	Коэффициент расхода
справочный	рекомендуемый для расчёта
Тип I (рис. 3.2, а) - обратная стенка	0,32¸0,36	0,34
Тип II (рис. 3.2, б) - раструб сужающийся	0,35¸0,38	0,36
Тип III (рис. 3.2, в) – косая плоскость	0,36	0,36

Значение можно определить по формуле Е.А. Замарина

,	(3.3)
где	-	напор на гребне водослива;
	-	коэффициент формы, характеризующий конструкцию выходной части*).

Известно, что чем больше значение , тем невыгоднее в гидравлическом отношении конструкция выходного оголовка.

В расчётах рекомендуется принимать значения :

обратная стенка – 0,2;

раструб – 0,13¸0,07;

косая плоскость –0,05¸0,06.

Ширину входной части определяют в такой последовательности:

1. Задаются значением .

2. Из формулы (3.2) определяют ширину в первом приближении.

3. По формуле (3.3) уточняют , а затем из формулы (3.2) определяют окончательную ширину водослива

.

Если при расчёте входного оголовка, выполненного по типу I, II, его ширина получится больше ширины подводящего канала, то следует принять оголовок косая плоскость, т.е. тип III, или же предусмотреть расширение канала перед входной частью до ширины сооружения.

При изменении уклона дна входной части с на уклон лотка в конце входной части, работающей как водослив с широким порогом, устанавливается глубина, равная критической, которая определяется в соответствии с формой поперечного сечения в начале лотка быстротока.

В случае прямоугольного сечения

,

(3.4)

где a = 1,05¸1,10 – коэффициент Кориолиса (a» 1,1).