Порядок расчёта водобойной стенки

1. Определяется глубина, необходимая для затопления гидравлического прыжка

,

(3.16)

где - коэффициент затопления прыжка.

2. Высота водобойной стенки, обеспечивающая затопление прыжка, определяется по формуле

.

(3.17)

Геометрический напор над стенкой , работающей как водослив с тонкой стенкой, определится из формулы расхода

,

(3.18)

где и - соответственно коэффициент подтопления и коэффициент расхода водослива с учётом скорости подхода.

Так как и , то задача по определению высоты стенки решается подбором или методом последовательных приближений:

1. Задаются высотой водобойной стенки .

2. Устанавливается величина геометрического напора для принятого значения высоты водобойной стенки .

3. Устанавливается характер работы стенки из условия подтопления её уровнем воды нижнем бьефе.

Для определения коэффициента подтопления водослива можно воспользоваться графиком (рис. 3.10), построенным по данным Н.П. Павловского, видоизмененным для значений от 0,5 до 0,7.

Рисунок 3.10 – График .

Высота подтопления водослива со стороны нижнего бьефа определяется как разность между бытовой глубиной и высотой стенки. Из графика видно, что если , то величина коэффициента подтопления водослива равна , следовательно, водослив подтоплен.

4. Приняв коэффициент расхода для водослива с тонкой стенкой равным , по расчётному уравнению (3.18) определяется расход, проходящий через стенку, при принятой её высоте. Если подсчитанный расход окажется больше расчётного, то высоту стенки необходимо увеличить и весь расчёт повторить.

Расчёт сводится в табл. 3.4.

Таблица 3.4 К определению высоты водобойной стенки

,	,	,	,	,	,	,
м	м	м	м			м3/с
	const

Для сокращения расчётов по подбору высоты стенки можно по данным табл. 3.4 построить график (рис. 3.11), по которому, зная расчётный расход, определить .

При определении длины водобойного колодца, образованного водобойной стенкой, исходят из критической формы сопряжения. Применительно к этой форме сопряжения длина водобойного колодца в общем случае определяется по трехчленной формуле Н.Н. Павловского

,	(3.19)
где	-	расстояние от сооружения до сжатого сечения;
	-	длина прыжка, образованного в сжатом сечении;
	-	некоторый запас в длине колодца.

Рисунок 3.11 – График

Так как гидравлический прыжок с низовой стороны подпирается водобойной стенкой, т.е. образуется подпертый гидравлически прыжок, длина которого меньше длины свободного совершенного прыжка , то формула (3.19) дает преувеличенную длину водобойного колодца. Поэтому в практических расчётах предлагается определить длину водобойного колодца по зависимости

.

(3.20)

В нашем случае , так как сечение совпадает с концом лотка быстротока (рис. 3.9.).

Длину прыжка можно определить по эмпирическим зависимостям, полученным для прямоугольных русел,

Н.Н. Павловского	;	(3.21)
М.Д. Чертоусова	;	(3.22)
П.М. Степанова	.	(3.23)
где	-	глубина перед прыжком;
	-	длина прыжка, образованного в сжатом сечении;
	-	критическая глубина в русле, где возникает прыжок;
	-	число Фруда в начале прыжка;
	-	средняя скорость потока в начале прыжка.

Две последние формулы дают наименьшие расхождения с опытными данными.

3.4.3. Определение формы сопряжения потоков

за водобойной стенкой

За водобойной стенкой образуется новый гидравлический прыжок, поэтому для расчёта формы сопряжения, определяемой местонахождением прыжка, должны быть известны сжатая глубина за стенкой и глубина ей сопряженная.

Сжатая глубина за стенкой в сечении (см. рис. 3.9) определяется из уравнения энергетического баланса

,	(3.24)
где	-	коэффициент скорости, рекомендуемое значение ;
	-	площадь потока в сжатом сечении с глубиной ;
	-	удельная энергия потока перед стенкой относительно дна нижнего бьефа;
	-	средняя скорость потока после сооружения.

Задача по определению из приведённого расчётного уравнения (3.24) решается методом подбора или графоаналитическим путем. Задаваясь значениями , по уравнению (3.24) подсчитывается расход . Расчёт сводится в табл. 3.5. По данным таблицы строится график зависимости (рис. 3.12), по которому,зная расчётный расход,определяется .

Таблица 3.5 - Определение сжатой глубины за водобойной стенкой

,		,	,	,	,
м	м2	м	м/с	м3/с

Рисунок 3.12 – График зависимости

Зная , по зависимости (3.15) определяется

.

Если , то за стенкой происходит сопряжение потоков по типу затопленного прыжка, при котором обеспечивается надёжная работа нижнего бьефа.

Расстояние от водобойной стенки до выходного оголовка определяется по формуле

,	(3.25)
где	-	длина прыжка, образованного в сжатом сечении , определяемая по одной из формул (3.21, 3.22, 3,23) при и ;
	-	длина падения струи, которую приближенно можно определить по формуле
,	(3.26)
где	-	скорость потока в сечении ;
	-	площадь живого сечения потока над водобойной стенкой;
	-	глубина потока на гребне водобойной стенки в сечении /1/;
	-	напор над водобойной стенкой;
	-	высота падения частицы жидкости, находящейся в центре живого сечения падающей струи, относительно дна отводящего русла.

Общая длина успокоителя будет равна

.

Если , то сопряжение за стенкой происходит по типу прыжка в сжатом сечении или отогнанного прыжка, поэтому для его затопления необходимо предусмотреть устройство второй водобойной стенки, расчёт которой выполняется по изложенной выше методике. При малой высоте водобойной стенки её высоту назначают конструктивно .

Длина крепления канала за выходным оголовком, называемого рисбермой, принимается равной

.

На основании выполненных расчетов необходимо в масштабе 1:100 или 1:200 вычертить компоновочную схему быстротока (рис. 3.1.)

приложение
Таблица 1–Значения коэффициента Шези по формуле Н.Н. Павловского