Перепадный колодец 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).

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 BС, например, равную ширине водобойного колодца BК.

1. Определяется скорость потока в конце подводящего коллектора:

vкон = Q/wкон,

где wкон – площадь живого сечения в конце трубопровода, находится в зависимости от глубины потока на конце коллектора hкон:

hкон = 0,745hкр, (при hкр < h0),

hкон = h0, (при hкр > h0),

здесь: hкр – критическая глубина,
h0 – глубина при равномерном движении в коллекторе.

Критическую глубину можно определить по формуле:

,

где Q – расход стоков,
D – диаметр подводящего коллектора.

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

l = (1,2…1,6)hкон.

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

Тогда ширина потока Bi на стенке на высоте yi от начала координат составляет:

Bi = 2xi + B0,

где xi – ширина растекания,
B0 – принимается равным ширине потока в поперечном сечении подводящего коллектора (при глубине hкон).

Отметка точки удара оси потока о стенку:

ZY = Z1 – hп,

где Z1– отметка дна подводящего коллектора,
hп – высота падения жидкости:

,

где i – уклон подводящего коллектора.

Координаты границ растекания определяются по формуле:

,

где v – скорость, которую допускается принимать равной средней скорости потока на конце подводящего трубопровода vкон.

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

4. Определяются размеры водобойного колодца: длина затопленного гидравлического прыжка lпп, длина колодца lК и его глубина dК. Расчет ведется аналогично расчету водобойного колодца трубчатого перепада.

Если оказывается, что вторая сопряженная глубина меньше глубины воды в отводящем коллекторе hс’’ < t , то следует принимать dК ≥ ¼hc’’ (для снижения скорости потока).