Материал: 4507

6

Рисунок 1- Одноступенчатый перепад.

Входная часть перепадов может выполняться в виде водослива с

прямолинейного или криволинейного очертания. Поперечное сечение водослива может быть как равно поперечному сечению подводящего русла, так и меньше него. В последнем случае будет боковое сжатие.

Ширина входной части, работающей как водослив, определяется из

формулы расхода водослива

Если входная часть перепада работает как неподтопленный водослив, то

n =1, если входная часть подтоплена, то n <1 и определяется в соответствии с рекомендациями по учету подтопления водосливов. Вопрос о подтоплении входной части решается после определения глубины воды на водобое и сравнения ее с высотой стенки падения со стороны нижнего бьефа перепада.

Высота порога на входе

7

pвх ho H , (2)

где ho - нормальная глубина в подводящем русле.

Очевидно, что при pвх =0 напор H равен глубине в подводящем русле

при равномерном движении ho , a

где vo - скорость при равномерном движении в этом русле.

Если уклон дна подводящего русла i iкр (спокойное состояние потока)

и порог в подводящем русле отсутствует, то, как известно, устанавливается кривая спада Ib (рис. 1,6).

При отсутствии бокового сжатия на расстоянии 2 2,5 hкр выше ребра стенки падения (в сечении 1-1) глубина равна критической глубине, а

непосредственно над ребром hn 0,7hкр .

Если в подводящем русле i iкр (бурное состояние потока), то глубина при равномерном движении ho на входе в сечение 1-1 равна нормальной в данных условиях. Но ho hкр . При этом на участке 1-1 глубина уменьшается

не более 5 %.

Обычно на подходе к перепадам поток находится в спокойном состоянии.

Установим отношение критической глубины hкр и напора Ho ,

соответствующих данному удельному расходу. При прямоугольном поперечном сечении

hкр 3 q2 / g , (4)

а

Ho q / m2g 3/ 2 (5)

или

hп 0,6Ho и hп 0,8 0,87 hкр (9)

а для водослива с широким порогом (по М. Д. Чертоусову и Р. Р. Чугаеву)

hп 0,47 0,5 Ho и hп 0,75 0,8 hкр (10)

Движение спокойного потока выше сечения 1-1 будет плавно изменяющимся, а на участке между сечениями 1-1 и 1'-1' резко изменяющимся со значительной кривизной линий тока. Вследствие этого распределение

9

давлений в сечении над ребром стенки падения отличается от гидростатического. При свободном падении струи избыточное давление в нижних точках потока в сечении 1'-1' равно нулю.

Суммарная сила избыточного давления в сечении 1'-1' над ребром стенки падения составит по В. Н. Попову

P k gh (11)

п ц.т.п п

т. е. в 1/ k раз меньше силы избыточного давления покоящейся жидкости при тех же площади n и глубине погружения центра тяжести.

По экспериментальным данным при свободном доступе воздуха под струю и боковых стенках, ограничивающих падающую струю, k =0,333; при истечении струи в атмосферу k =0,2; при отсутствии доступа воздуха под струю k =0.

Для удовлетворительной работы перепада необходим доступ воздуха в подструйное пространство.

Рисунок 2 –Поперечный разрез водослива Рисунок 3 – Поперечный разрез щелевого водослива

Щелевые водосливы на входе. Если ширина входной части рассчитана на пропуск только одного значения расхода Q , то при других расходах в канале будет наблюдаться кривая подкора (увеличение глубин) или кривая спада

(уменьшение глубин). В первом случае скорости будут уменьшаться и в канале может начаться заиление. Увеличение глубин при подпоре приводит к

10

необходимости предусматривать большие запасы высоты бортов канала, чтобы не допустить перелив воды через борта. При спаде, наоборот, скорости воды увеличиваются и может происходить размыв.

В связи с указанными особенностями работы канала для обеспечения движения, близкого к равномерному, проектируют или водослив с изменяемой высотой порога (разборный порог, состоящий из нескольких перегораживающих поток горизонтальных балок, которые по мере необходимости убираются), или водосливы, автоматически поддерживающие равномерное движение в канале при изменении расходов в некотором диапазоне. В общем случае такой водослив должен иметь криволинейное сечение, нормальное к направлению потока (рис. 2). Равномерное движение поддерживается таким водосливом при изменении расходов от Qmax до

Qmin .

Обычно применяют щелевые водосливы с трапецеидальным сечением,

состоящие из одной или нескольких щелей (рис. 3).

Принимая глубину в плоскости щелевого водослива равной 0,8H ,

получим среднюю ширину трапецеидального сечения в этой плоскости

bср b 0,8Hctg , (12)

где - угол наклона откосов трапецеидального сечения водослива.

Чтобы меньше нарушать условия равномерного движения, в данном расчете принимают два промежуточных значения расхода: Q1 Qmax и

Q2 Qmin и назначают их так, чтобы соответствующие им значения нормальных глубин в канале равнялись

h01 h0max 0,25 h0max ho min (13)