Гофрированные металлические водопропускные трубы следует проектировать на пропуск расчетного расхода только при безнапорном режиме.
При безнапорном режиме перед трубой и в пределах входной части трубы наблюдается кривая спада от подпертой глубины до сжатого сечения. Сжатое сечение в зависимости от типа водного оголовка, поперечного сечения и уклона находится на расстоянии (1,0 - 2,0)Н от входа в трубу, а глубина в сжатом сечении колеблется в пределах (0,4 - 0,7)Н.
П.3.3. Определение пропускной способности труб
«Длинные» и «короткие» трубы. Учет влияния нижнего бьефа
П.3.3.1. В зависимости от влияния длины трубы на пропускную способность различают «короткие» и «длинные» трубы (рис. П.3.1). Трубы, на пропускную способность которых при безнапорном режиме оказывает влияние их длина, называют «длинными» в гидравлическом отношении. У «коротких» это влияние отсутствует, сжатое сечение не затоплено, поток сохраняет бурное состояние на протяжении всей трубы и пропускная способность зависит только от условия входного участка трубы. Общая длина «коротких» труб не оказывает влияния на пропускную способность трубы. В «длинных» трубах при наличии высокой шероховатости (гофров) сопротивление по длине влияет на пропускную способность.
В «длинной» трубе энергии потока недостаточно для протекания в бурном состоянии, он переходит в спокойное состояние, и пропускная способность трубы уменьшается. Этот переход осуществляется гидравлическим прыжком, глубины потока в трубе при этом резко возрастают, сжатое сечение затапливается и может произойти смена безнапорного режима на полунапорный, частично напорный или напорный режимы, что очень опасно для нормальной работы трубы.
П.3.3.2. «Короткими» считаются трубы, для которых соблюдается условие
iT > iK.
П.3.3.3. Критический уклон наиболее распространенных отверстий труб вычисляют по формуле
iK»iK(граф)
,
где iK(граф) и Dграф соответственно критический уклон и диаметр трубы (D = 1,5 или 2,0 м), [28] или см. уравнение критического состояния.
n - фактический коэффициент шероховатости гофрированной трубы.
Рис. П.3.1. Схема протекания воды в равнинной трубе при безнапорном режиме:
а - «короткая»; б - «длинная»; в - «незатопленная» (hб2, hб3) и «затоплены» с нижнего бьефа (hб4)
При iT < iK с некоторым приближением «короткими» можно считать трубы при соблюдении критерия относительной длины
,
где lТ - длина трубы;
D - диаметр (отверстие) трубы.
В случае, когда форма поперечного сечения трубы отличается от круглого, в формуле - вместо диаметра D принимаем эквивалентный диаметр Dэкв = 1,13
.
П.3.3.4. Приводимые ниже в настоящей главе зависимости для определения пропускной способности труб при безнапорном режиме относятся к «коротким» трубам.
П.3.3.5. Подпертую глубину перед безнапорными трубами определяют по тем же зависимостям, что и для равнинных технически гладких труб (табл. П.3.2).
П.3.3.6. Глубины на входе и подпертые глубины перед «длинными» трубами определяют по формулам, полученным из аналогичных зависимостей для гладких труб, приведенных в «Руководстве по гидравлическим расчетам малых искусственных сооружений», с введением в них корректировки для учета повышенной шероховатости гофрированных труб
;
,
где 
и 
- соответственно относительная глубина на входе и относительная подпертая глубина для «коротких» труб;
n = 0,015 и nгофр - коэффициенты шероховатости соответственно для гладких и гофрированных труб.
Коэффициент шероховатости nгофр для труб с принятым в нашей стране гофром при отсутствии в трубе покрытия (гладкого лотка) составляет около 0,03; при наличии лотка, покрывающего 1/4 - 1/3 внутренней поверхности трубы, - 0,025.
В общем случае при гладком лотке, покрывающем любую часть поперечного сечения трубы, коэффициент шероховатости
,
где χ и χ гофр - части поперечного сечения трубы, покрытые соответственно гладким лотком и гофрированной поверхностью;
n и nгофр - коэффициенты шероховатости соответственно для гладкого лотка (n = 0,015) и гофрированной поверхности (nгофр = 0,03).
При влиянии глубины воды в нижнем бьефе трубы делят на «затопленные» с нижнего бьефа и «незатопленные» (рис. П.3.1).
Затопленными с нижнего бьефа считают трубы, работающие в условиях, при которых уровень нижнего бьефа влияет на пропускную способность трубы (вследствие затопления сжатого сечения), в противном случае трубы считаются «незатопленными» с нижнего бьефа.
П.3.3.7. При значительной бытовой глубине водотока происходит затопление труб со стороны нижнего бьефа, что также снижает их пропускную способность.
С некоторым приближением можно считать, что критерии затопления труб со стороны нижнего бьефа, полученные для гладких труб, сохраняются и для гофрированных, т. е. незатопленными будут трубы при соблюдении условий
hнб > 1,25hк и hнб > 1,1hТ
где hнб - глубина в нижнем бьефе над нижней точкой дна трубы в выходном сечении;
hк - критическая глубина в трубе;
hт - высота трубы.
Критическую глубину в круглых трубах определяют по графику.
Более точно учет затопления производится согласно «Руководству по гидравлическим расчетам малых искусственных сооружений».
П.3.3.8. Подпертую глубину перед безнапорными трубами определяют по формуле
,
где m - коэффициент расхода, определяемый по табл. П.3.2 в зависимости от типа входного оголовка;
вк - средняя ширина потока при критической глубине, определяемая по табл. П.3.3.
3.2
Тип оголовка | Коэффициент расхода, m |
Без оголовка (вертикальный срез) | 0,33 |
Срезанный параллельно откосу | 0,33 |
«Капюшон» | 0,33 |
Раструбный | 0,365 |
= 20°3.3.
ПQ = |
| Вк при диаметрах труб D, м | |
3,0 | 5,0 | ||
0,02 | 0,49 | 1,47 | 2,45 |
0,03 | 0,52 | 1,56 | 2,6 |
0,04 | 0,57 | 1,71 | 2,85 |
0,05 | 0,59 | 1,77 | 2,95 |
0,06 | 0,62 | 1,86 | 3,1 |
0,07 | 0,63 | 1,89 | 3,15 |
0,08 | 0,64 | 1,92 | 3,2 |
0,09 | 0,66 | 1,98 | 3,3 |
0,1 | 0,67 | 2,01 | 3,35 |
0,12 | 0,69 | 2,07 | 3,45 |
0,14 | 0,72 | 2,16 | 3,6 |
0,16 | 0,74 | 2,2 | 3,68 |
0,18 | 0,76 | 2,26 | 3,78 |
0,2 | 0,77 | 2,31 | 3,85 |
0,25 | 0,79 | 2,37 | 3,95 |
0,3 | 0,81 | 2,43 | 4,05 |
0,35 | 0,82 | 2,46 | 4,1 |
0,4 | 0,83 | 2,49 | 4,15 |
0,45 | 0,84 | 2,5 | 4,18 |
0,5 | 0,84 | 2,52 | 4,2 |
0,55 | 0,84 | 2,52 | 4,2 |
0,6 | 0,84 | 2,52 | 4,2 |
0,65 | 0,84 | 2,52 | 4,2 |
0,7 | 0,83 | 2,49 | 4,15 |
П.3.3.9. В том случае, если ширина разлива при подпертом расчетном уровне высоких вод менее шести отверстий трубы, наблюдается несовершенное сжатие потока. При несовершенном сжатии потока на входе в трубу (ширина по подпертому уровню высоких вод ПУВВ перед входом в трубу менее шести ее отверстий) коэффициент расхода определяют по формуле
,
где mта6л - значение коэффициента расхода по табл. П.3.2;
- площадь поперечного сечения потока в подводящем русле;
- площадь поперечного сечения трубы до отметки подпертого уровня.
Гидравлический расчет гофрированных металлических труб, работающих в равнинных условиях, производится в соответствии с указаниями, изложенными в «Пособии по гидравлическим расчетам малых водопропускных сооружений», со следующими коррективами:
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 |
Основные порталы (построено редакторами)