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)