3.5.3. Расчет перепадного колодца с отбойно-водосливной стенкой

Этот вид перепада наиболее прост по конструкции и может быть устроен в колодцах и шахтах любых размеров и форм поперечного сечения.

Вертикальная отбойно-водосливная стенка (ОВС), по одной стороне которой стекает жидкость, делит объем шахты на две части: водопропускную и эксплуатационную (см. рис. 3.6).

Рис. 3.6. Схема к расчету перепада с отбойно-водосливной стенкой

Жидкость растекается по отбойно-водосливной стенке под действием сил трения и тяжести, формируя границы растекания. Ширина потока увеличивается с высотой падения. Для повышения устойчивости к механическим воздействиям падающего потока, стенку и водобойный колодец целесообразно облицовывать металлом.

При расчете таких перепадов необходимо определить границы растекания потока по стенке, скорость жидкости и размеры водобойного колодца в нижней части.

Основы расчета

Конструктивно принимают ширину стенки B_С, например, равную ширине водобойного колодца B_К.

1. Определяется скорость потока в конце подводящего коллектора:

v_кон = Q/w_кон, (3.31)

где w_кон – площадь живого сечения в конце трубопровода, м², находится в зависимости от глубины потока на конце коллектора h_кон:

h_кон = 0,745h_кр, (при h_кр < h₀), (3.32)

h_кон = h₀, (при h_кр > h₀), (3.33)

здесь: h_кр – критическая глубина, м; h₀ – глубина при равномерном движении в коллекторе, м.

Критическую глубину можно определить по формуле:

(3.34)

где Q – расход стоков, м³/с; D – диаметр подводящего коллектора, м.

2. Принимается расстояние от ОВС до конца подводящего коллектора l:

l = (1,2…1,6)h_кон (3.35)

3. Определяются границы растекания жидкости по стенке. Для этого задаются началом координат: по вертикали – на отметке точки удара оси потока о стенку Z_Y и по горизонтали – на половине ширины потока в момент удара о стенку B₀/2.

Тогда ширина потока B_i на стенке на высоте y_i от начала координат составляет:

B_i = 2x_i + B₀, (3.36)

где x_i – ширина растекания, м; B₀ – принимается равным ширине потока в поперечном сечении подводящего коллектора (при глубине h_кон).

Отметка точки удара оси потока о стенку:

Z_Y = Z₁ – h_п, (3.37)

где Z₁– отметка дна подводящего коллектора, м; h_п – высота падения жидкости:

, (3.38)

где i – уклон подводящего коллектора.

Координаты границ растекания определяются по формуле:

(3.39)

где v – скорость, которую допускается принимать равной средней скорости потока на конце подводящего трубопровода v_кон, м/с.

При большой высоте перепада ширина потока может оказаться больше ширины водосливной стенки B_к. В этом случае часть жидкости стекает по боковым стенкам.

4. Определяются размеры водобойного колодца: длина затопленного гидравлического прыжка l_пп, длина колодца l_К и его глубина d_К. Расчет ведется аналогично расчету водобойного колодца трубчатого перепада.

Если оказывается, что вторая сопряженная глубина меньше глубины воды в отводящем коллекторе < t, то следует принимать d_К ≥ ¼ (для снижения скорости потока).