УСТРОЙСТВА ДЛЯ ГАШЕНИЯ ЭНЕРГИИ В НИЖНЕМ БЬЕФЕ

Наиболее неблагоприятной формой сопряжения бьефов является отогнанный прыжок. В случае отогнанного прыжка поток в нижнем бьефе находится в бурном состоянии, обладающем большим запасом кинетической энергии, и в результате этого может происходить размыв русла в нижнем бьефе. Для предотвращения размыва русла необходимо в зависимости от скорости потока производить его укрепление. Укрепление русла осуществляется на длину отгона прыжка и длину самого прыжка. Укрепление русла на достаточно большую длину требует значительных капитальных затрат, и в процессе эксплуатации необходимо учитывать возможные случаи разрушения его креплений. Наиболее целесообразным является то, чтобы энергия потока, сбрасываемого с водосливной плотины, гасилась в результате увеличения глубины воды непосредственно за плотиной. Гашение энергии при увеличении глубины происходит за счет турбулентного перемешивания и работы сил трения потока, сбрасываемого с плотины, и потока, находящегося в отводящем русле.

В результате увеличения глубины жидкости в нижнем бьефе форма сопряжения бьефов будет в виде затопленного прыжка. Для получения в нижнем бьефе сопряжения в виде затопленного прыжка устраиваются гасители, т.е. устройства (сооружения) для гашения кинетической энергии потока в нижнем бьефе.

Существуют следующие типы гасителей:

• водобойный колодец;

• водобойная стенка;

• водобойный колодец со стенкой;

• специальные гасители - ряд бетонных выступов или различные препятствия.

Водобойный колодец

Глубина нижнего бьефа увеличивается за счет понижения дна отводящего русла непосредственно в нижнем бьефе на величину а_к. Такое устройство называется водобойным колодцем (рис. 9.24).

Рис. 9.24. Водобойный колодец

Необходимое заглубление колодца а_к должно удовлетворять следующим условиям:

, (9.61)

где h_н — глубина потока в нижнем бьефе, в отводящем русле;

∆z — перепад уровней воды на водобойном уступе; — расчетная глубина сопряжения со сжатой глубиной h_с.

При определении глубины вводится коэффициент запаса σ, который увеличивает сопряженную глубину ,

=σ

Величина запаса принимается σ= 1,05 .

Перепад ∆z возникает в результате выхода потока из водобойного колодца в отводящее русло нижнего бьефа. Перепад ∆z находится из условия, что течение жидкости через выходящую часть водобойного колодца подобно движению через затопленный водослив с широким потоком:

∆z= (9.62)

где φ — коэффициент скорости, φ=0,9 0,95; V_кол — средняя скорость в колодце на подходе потока к его уступу.

V_кол= (9.63)

Пренебрегая скоростью V_кол, перепад по А. Угинчусу

∆z= (9.64)

Коэффициент скорости φ близок к единице.

Глубина колодца

. (9.65)

В некотором случае, считая ∆z малой величиной, ею можно пренебречь при вычислении глубины колодца:

. (9.66)

При определении глубины колодца вычисляется h_с с использованием уравнения (9.51), а затем спряженная с h_с фиктивная глубина .

После нахождения а_к целесообразно повторить расчет с целью уточнения, что , полученная с учетом глубины колодца а_к , соответствует условию

Длина колодца l_к должна соответствовать условию, что гидравлический прыжок должен находиться в пределах его длины:

. (9.67)

где l_п—длина гидравлического прыжка; β— коэффициент пропорциональности.

Если уступ водобойного колодца находится в зоне гидравлического прыжка, то он будет создавать подпор прыжка. Гидравлический прыжок в таком случае называется подпертым прыжком. По рекомендации М.Чертоусова для подпертого прыжка принимается β= 0,7 0,8. Для неподпертого прыжка β=1.

Длина прыжка l_п определяется по формулам, приведенным в гл. 8.

В случае водослива с широким порогом или перепада (см. рис. 9.29) учитывается дальность отлета струи l₁, от грани стенки до сжатого сечения h_с.

Формула, учитывающая траекторию падения струи с высоты стенки С,

. (9.68)

где V_ст — скорость в сечении ребра стенки; h_ст — глубина воды в сечении ребра стенки.

В некоторых случаях принимается, что V_ст = V_кр , h_ст = h_кр (V_кр, h_кр — критические скорость и глубина).

Дальность отлета струи может быть вычислена также по формуле

, (9.69)

где ; Н — глубина потока на пороге водослива с широким порогом; V_o — средняя скорость на подходе к водосливу.

Длина водобойного колодца

l_к = l₁ + (0,7 ÷ 0,8) l_п . (9.70)

Водобойная стенка

Водобойная стенка представляет собой водослив высотой а_с прямоугольной или трапецеидальной формы (рис. 9.25). Расчет водобойной стенки заключается в нахождении ее высоты а и расстояния от сооружения до стенки. При устройстве водосливной стенки дно нижнего бьефа остается неизменным. В этом случае не требуется производить работы по выемке грунта в нижнем бьефе и увеличивать высоту водосливной плотины, как это нужно для устройства водобойного колодца.

Рис. 9.25. Водобойная стенка

В результате установки водобойной стенки увеличивается глубина за плотиной, а при переливе воды через стенку возникает напор над стенкой H_с. Глубина потока перед стенкой будет равна ее высоте a_с и Н_с.

Глубина перед стенкой должна удовлетворять условию: форма сопряжения бьефов должна быть в виде затопленного прыжка:

(9.71)

Расчетная сопряженная с глубиной в сжатом сечении h_c

.

Полагая, что водобойная стенка незатопленная, напор H_с определяется по формуле расхода для водослива. Полный напор на стенке

, (9.72)

где m — коэффициент расхода стенки, зависящий от формы стенки.

Можно принять m= 0,4 0,43.

Статический напор на стенке

, (9.73)

где V_ос — средняя скорость перед стенкой:

.

Высота стенки

. (9.74)

Высота стенки определяется последовательным вычислением величин h_c, , H_c .

После нахождения высоты стенки проверяется форма сопряжения, которая будет иметь место непосредственно за стенкой. Если сопряжение бьефов за стенкой будет происходить в виде отогнанного прыжка, то за ней устраивается другая водобойная стенка. Высота следующей стенки будет несколько меньше первой. В некоторых случаях, может быть, необходимо иметь третью стенку.

Гидравлический расчет водобойных стенок заканчивается, когда в водобойном русле гидравлический прыжок будет затоплен.

Расстояние l_c от сооружения (от сжатого сечения) до водобойной стенки определяется аналогично длине водобойного колодца.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: