Мероприятия по уменьшению скорости V

Скорость V =  и, следовательно, для того чтобы уменьшить скорость V необходимо уменьшить либо С, либо R, либо i. Поэтому применяют для уменьшения скорости V применяют три разных приема:

а) Создание искусственной шероховатости, что приводит к увеличению коэффициента шероховатости n и, следовательно снижению численного значения коэффициента Шези C. Этот прием в случае достаточно длинных каналов неприемлем   с экономической точки зрения.

б) Изменение формы поперечного сечения канала с целью уменьшения гидравлического радиуса R. Однако за счет изменения R не удается ощутимо изменить скорость.

в) Наиболее распространенным приемом является является уменьшение уклона дна канала, для чего по длине канала устраиваются перепады

 

 

                                                            V>V_max                                                               

                                                           

                                           А i,L       V=V_max                                                              

                                                       

                                          D           i L                                        

                                          С                        B                                

                                                          L            

                                                   Рис 1-4                                

Стремясь получить минимальный объем земляных работ линию дна AB канала назначают, примерно, параллельно поверхности земли и, следовательно на первом этапе расчета уклон дна канала i назначают равным уклону поверхности земли. Если приняв этот уклон и выполнив гидравлический расчет получим: V>V_max, то в этом случае устраивается перепад AD. При этом уклон уменьшается до значения, удовлетворяющее условию:  V=V_max

Из рис. 1-4 видно, что высота перепада AD равна:

                                      AD = AC-DC = i L – i L

Где L и L – длины канала.

Так как уклоны каналов малы, то можно считать, что L = L= L₀

где L₀ – длина горизонтальной проекции дна канала.

Учитывая это, можно записать: AD = (i –i) L₀                             (1.34)

Если величина AD получается большой (> 2-3 м), то по длине канала устраиваются несколько перепадов. Перепады устраиваются в виде подпорных стен.

При проектировании каналов для чистой воды, не несущей осаждающихся примесей все же необходимо принимать скорость движения воды не менее 0,2-0,25 м/с, учитывая, что канал создает большую водную поверхность, способствующую развитию личинок вредных насекомых, например, комаров.

При проектировании канализационных труб устанавливают величину минимальной незаиляющей скорости для труб d < 500 мм. V_min= 0,7 м/с, а для труб 

d > 500 мм V_min=0,8 м/с. Максимально допустимая скорость для канализационных труб и каналов, выполненных из кирпича, бетона, керамики и других неметаллических материалов может быть принята равной не более 5 м/с. Для металлических труб – не более 10 м/с. При этом в сточных водах учитывается наличие твердых частиц.

1.8 Расчет каналов, имеющих составной поперечный профиль.

Этот профиль (рис 1.5) нельзя рассчитывать, следуя вышеизложенному методу. Здесь следует поступать следующим образом:

 

                                      B B                     B B                                                                

                                     

                                    1               2                3        

                                           A                             А                

 

                                                                

                                                        Рис 1.5

Здесь следует поступать следующим образом: проводим линии AB или линии A B. При этом разбиваем сечение на отдельные части 1,2,3. Далее каждую выделенную часть рассчитываем как самостоятельный канал определяя для каждой части свой расход и затем суммируя их.                     

1.9 Расчет каналов, имеющих замкнутый поперечный профиль

Каналами с замкнутым поперечным профилем являются канализационные и дренажные трубы, гидротехнические тунели. Эти водотоки работают как безнапорные.

                              а) Канализационные трубы

                                                 

Канализационные трубы могут иметь следующие сечения:

а) круговое сечение – наиболее распространенный тип

б) овоидальное (яйцевидное) – применяется при значительных колебаниях величины расхода стоков.

в) лотковое сечение – применяется для устройства ливневой канализации.

         а)                              б)                                   в)

                                        Рис 1.6

h – глубина наполнения; d – полная высота профиля; h/d = a – степень наполнения.   а принимают равной 0,5 – 0,8. При этом меньшее относительное наполнение соответствует трубам меньшего диаметра (d <150 мм), большее – трубам, диаметр которых d > 900 мм.

Представим замкнутый профиль любого очертания. Предположим, что при

i = const глубина наполнения этого профиля изменяется от h = 0 до h = d. При этом средняя скорость V и расход Q будут изменяться от нуля до некоторых величин V_п и Q_п , отвечающих полному наполнению канала. Существенным является то обстоятельство, что функции V =¦(h) и Q = ¦(h) в случае замкнутых профилей имеют максимум,чего не наблюдается для открытых русел. Это обстоятельство объясняется резким увеличением смоченного периметра при наполнениях близких к полному при одновременном весьма малом увеличении живого сечения. Непосредсвенным расчетом по формуле Шези может быть показано: глубина, отвечающая V_max = (0,80 – 0,85)d, а глубина, отвечающая Q_max=(0,93 –0,95) d.

Расчет канализационных труб

Коэффициент шероховатости для труб систем бытовой канализации может быть принят равным n = 0,012 – 0,014 вне зависимости от материала трубы, так

 

 

как со временем на стенках труб откладываются осадки, сглаживающие различие шероховатости различных материалов. Это не относится к системам промышленной канализации, в трубах которых откладываются отложения, характерные для конкретного технологического процесса.

Так как w и c для канализационных труб определять по геометрическим формулам затруднительно, при выполнении практических расчетов целесообразно пользоваться расчетными таблицами и графиками, приводимыми в справочной литературе. Такими как например таблицы А.А.Лукиных, Г.Л.Зак и другие.

Задачи, с которыми приходиться сталкиваться при расчете канализационных труб

а) Даны тип профиля и его размеры, а также величины h/d и i. Требуется определить Q.

б) Даны тип профиля и его размеры, а также величины h/d и Q. Требуется определить уклон дна i.

Решение таких задач выполняется следующим образом:

- Обозначим через К_п и W_п модули расхода и скорости, соответствующие полному наполнению трубы, когда h = d и a = 1

    В таблицах обе эти величины даются как функции диаметра: К_п=¦(d), W_п=¦(d)

    Введем обозначения: ¦(а) и =¦(а)

где К и W – модули расхода и скорости, отвечающие действительной глубине h, имеющейся в трубе. Существенным является то обстоятельство, что величины М и N не зависят от размеров сечения, а только от формы поперечного сечения и степени наполнения. Для расчета труб имеем известные формулы:

и , которые можно представить в виде:

V =W_п  и Q=K  или V = N W_п  и Q = K _п M        (1.35)

Пользуясь формулами (35), таблицами значений K_п и W_п и графиком «Рыбка» (рис 1.8)

                                    Рис 1.7                                    

                                                         

 

 

ведем расчет: пусть для трубы круглого сечения требуется определить расход, если известны h, h/d, i. Для решения этой задачи поступаем следующим образом: по заданному диаметру в справочных таблицах находим К_п и Wп

По заданному диаметру с помощью графика «Рыбка» находим M и N и по формулам (35) определяем V и Q/

Дренажные трубы. Применяются для отвода воды от аодземных сооружений, находящихся ниже уровня грунтовых вод, для осушения земель. Грунтовая вода попадает в дренажные трубы через отверстия в их стенках, течет по ним и

сбрасывается в водоприемник. Заданный расход дренажных вод обеспечивается необходимыми для этого диаметром и уклоном дренажной трубы. В результате уровень грунтовых вод опускается до необходимой отметки.

Расчет дренажных труб ведется также, как и канализационных, но при полном их наполнении (h/d = 1). При этом дренажные трубы являются безнапорными, поскольку в верхней точке любого сечения их давление равно атмосферному. Для круглых труб расчетные зависимости получаются из формулы Шези:

V = C  = C = 0,5 С ; Q =  =      (1.36)

Безнапорные туннели. Безнапорные гидротехнические туннели могут иметь различные поперечные сечения. Их расчет аналогичен расчету каналов и безнапорных труб. Расчет ведется по графику, по вертикальной оси которого отложены относительные наполнения туннеля, а по горизонтальной оси M, N, B/d, R/R_п,  :   где B = С  = W индексом «п» отмечены величины, относящиеся к случаю, когда h = d.