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 B_С, например, равную ширине водобойного колодца B_К.

1. Определяется скорость потока в конце подводящего коллектора:

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

• здесь: h_кр – 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:

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 yi от начала координат составляет:

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

Отметка точки удара оси потока о стенку:

• где Z₁– отметка дна подводящего коллектора,
  h_п – 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 v_кон.

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 h_с’’ < t , то следует принимать d_К ≥ ¼h_c’’ (для снижения скорости потока).