6. Расчет многоступенчатого перепада

   1. Расчет входной части

Перепады являются одним из распространенных в гидротехнической практике типов сопрягающих сооружений.

В зависимости от общей высоты падения канала P (разности отметок дна и нижнего бьефов) перепады могут быть одноступенчатые и многоступенчатые. Различают также перепады колодезного и бесколодезного типов.

Мы будем производить расчет многоступенчатого перепада .

При расчете определяются размеры первой, второй и последней ступеней (входной части).

Высота водобойной стенки с_ст на ступени или глубин водобойного колодца определяются в зависимости от полной энергии струи, падающей на данную ступень. Длина ступени L_ст определяется как сумма дальности полета струи L_п и длины подпертого прыжка L_п.пр.

Задан расход Q=3,6м³/с, ширина распределительного канала b, ∑P=7,5м – общий перепад отметок h_б =1,25м – глубина в НБ.

Коэфициент заложения откосов m=1,5.

Определить: b₁- ширину входной части и перепада.

Расмотрим входную часть как водослив с широким порогом. Известно, что

Высота порога P =0 Тогда:

=1,25-0=1,25 м.

=(1,25+0,84^{2 )}/19,62=1,29 м.

v₀ – скорость в подводящем канале;

= 3,6/(1,55+1,5*1,25)*1,25=0,84 м/с

Ширина входной части b₁:

=1,44 м.

m- коэффициент расхода водослива с широким порогом, который зависит от вида входного ребра, входное ребро прямоугольное , следовательно m рассчитываем по формуле:

Также, значения m, для водослива с широким порогом приведены в [1],таблицы 6-26 и 6-27.

2. Расчет ступеней

Число ступеней — 3, ширина перепада b=1,44 м, удельный расход q=Q/b=3,6/1,44=2,5 м²/с.

1. Первая ступень.

Высота стенки падения Р₁=2,5 м.

1) Определяем сжатую глубину

Методом подбора, где Е₀= P₁+P+H₀;

Е₀=2,5+0+1,29=3,79 м.

; из рис. 10-23(б) с.157 =0,9;

Тогда ==0,337 м.

2) Определим глубину в колодце в первой ступени:

-коэффициент запаса, назначается конструктивно 1,06.

Тогда

3) Определим высоту водобойной стенки:

Высота водобойной стенки: =1,889-1,201=0,688 м.

Геометрический напор перед водобойной стенкой: ;

Полный напор перед водобойной стенкой:

=(2,5/0,385*4,43)^2\3=1,29 м.

Скорость подхода к стенке : м/с

Тогда

Толщину стенки назначается в пределах (0,5-2)H₁:

=1,201*0,5=0,6 м.

Далее определяем длину отлета струи:

м.

м. ( - понижающий коэффициент, (0,7-0,8))

2. Расчет второй ступени

Выполняется аналогично с расчетом первой.

Высота стенки падения Р₂=2,5 м.

1) Определяем сжатую глубину

Методом подбора, где Е₂= P₂+ +H₀₁;

Е₂=2,5+0,688+1,29=4,48 м.

; из рис. 10-23(б) с.157 =0,9;

Тогда ==0,307 м.

2) Определим глубину в колодце во второй ступени:

-коэффициент запаса, назначается конструктивно 1,06.

3) Определим высоту водобойной стенки:

Высота водобойной стенки: =2,003-1,211=0,792 м.

Геометрический напор перед водобойной стенкой: =1,29-1,248²/19,62=1,211м.

Полный напор перед водобойной стенкой:

Скорость подхода к стенке : м/с

Толщину стенки назначается в пределах (0,5-2)H₂:

=1,211*0,5=0,61 м.

Далее определяем длину отлета струи:

м.

м, ( - понижающий коэффициент, (0,7-0,8))

3. Расчет последней ступени

Высота стенки падения Р₃=2,5м.

Бытовая глубина: h_б=1,25 м.

Глубина в первом приближении будет равна

Тогда ==0,303 м.

Определим

Определим глубину колодца в первом приближении:

Делаем второе приближение:

Делаем третье приближение

Глубину колодца принимаем равную 0,436 м.

Длину отлета l_отл3 и l_п.пр3 вычисляем по ранее использованным формулам:

м

м

- понижающий коэффициент, (0,7-0,8)

=2,246+6,18=8,43 м.

Поперечное сечение многоступенчатого перепада представлено в приложении 4.