Методические рекомендации по гидравлическому расчету металлических гофрированных труб


Таблица 2

ПQ =

bк при диаметрах труб D, м

1,0

1,25

1,5

2,0

3,0

5,0

0,02

0,49

0,49

0,61

0,73

0,98

1,47

2,45

0,03

0,52

0,52

0,65

0,78

1,04

1,56

2,60

0,04

0,57

0,57

0,71

0,85

1,14

1,71

2,85

0,05

0,59

0,59

0,73

0,88

1,18

1,77

2,95

0,06

0,62

0,62

0,77

0,93

1,24

1,86

3,10

0,07

0,63

0,63

0,78

0,94

1,26

1,89

3,15

0,08

0,64

0,64

0,80

0,96

1,28

1,92

3,20

0,09

0,66

0,66

0,82

0,99

1,32

1,98

3,30

0,10

0,67

0,67

0,83

1,00

1,34

2,01

3,35

0,12

0,69

0,69

0,86

1,03

1,38

2,07

3,45

0,14

0,72

0,72

0,90

1,08

1,44

2,16

3,60

0,16

0,74

0,74

0,92

1,10

1,47

2,20

3,68

0,18

0,76

0,76

0,94

1,13

1,51

2,26

3,78

0,20

0,77

0,77

0,96

1,15

1,54

2,31

3,85

0,25

0,79

0,79

0,99

1,18

1,58

2,37

3,95

0,30

0,81

0,81

1,01

1,21

1,62

2,43

4,05

0,35

0,82

0,82

1,02

1,23

1,64

2,46

4,10

0,40

0,83

0,83

1,03

1,24

1,66

2,49

4,15

0,45

о,84

0,84

1,04

1,25

1,67

2,50

4,18

0,50

0,84

0,84

1,05

1,26

1,68

2,52

4,20

0,55

0,84

0,84

1,05

1,26

1,68

2,52

4,20

0,60

0,84

0,84

1,05

1,26

1,68

2,52

4,20

0,65

0,84

о,84

1,05

1,26

1,68

2,52

4,20

0,70

0,83

0,83

1,03

1,24

1,66

2,49

4,15

Таблица 3

Тип оголовка

п

п

вх

Без оголовка (с вертикальным срезом)

0,56

0,63

0,70

Срезанный параллельно откосу насыпи

0,52

0,59

1,10

«Капюшон»

0,53

0,64

1,10

Раструбный ( = 20°)

0,65

0,64

0,35

Напорные и частично-напорные трубы

2.17. Подпертую глубину перед гофрированными трубами при напорном режиме определяют по формуле

Н = ,                                        (11)

где hн - коэффициент, учитывающий характер распределения давления в определяющем сечении при напорном режиме, принимаемый равным hн = 0,5;

??н - коэффициент расхода при напорном режиме, определяемый по формуле

н = .                                                (12)

Здесь вх - коэффициент сопротивления на вход, принимаемый по табл. 3;

zвых - коэффициент сопротивления на выход;

?? - коэффициент гидравлических сопротивлений по длине, определяемый по формуле

 = ;                                                                 (13)

где R =  - гидравлический радиус при полном заполнении трубы.

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 можно определять по формуле

nгофр. = ,                                            (14)

где  и 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 распространенном в практике типе поперечного сечения гофрированной трубы с гладким лотком на 1/3 части периметра сечения коэффициент расхода н можно определить по графику (рис. 9).

При затоплении входа вместо нD в формулу (11) подставляют глубину воды в нижнем бьефе.

Рис. 9. График для определения коэффициента расхода ??н гофрированных труб с гладким лотком на 1/3 периметра поперечного сечения трубы

2.18. Подпертую глубину перед трубами при частично-напорном режиме определяют по формуле (11), принимая н по графику (рис. 10) в зависимости от параметра расхода. При этом в качестве расчетной длины трубы принимают

lТ = lT - lo,                                                                 (15)

где lo - расстояние от конца трубы до створа, где труба работает полным сечением; lo определяют по параметру расхода ПQ =  с помощью графика (рис. 11).

Рис. 10. График зависимости ??н = f()

2.19. Проверяют возможность сохранения частично-напорного режима.

В трубах с оголовками всех типов, кроме типа «капюшон», частично-напорный режим сохраняется при соблюдении условия Н  1,4 D. В противном случае труба «разряжается», и в ней возникает полунапорный режим. При этом подпертую глубину определяют по формуле (10).

Рис. 11. График для определения lo

Рис. 12. Зависимости Н = f (Q) для трубы D = 1,5 м при iT = 0,01

В трубах и оголовках типа «капюшон» возможен переход частично-напорного режима в его особую форму. Для установления возможности сохранения частично-напорного режима в этом случае подпертую глубину Н сравнивают с Н, вычисляемой по формуле

Н?? = (1 + 0,155 )D.                                         (16)

При Н > Н?? частично-напорный режим сохраняется, и дальнейшего пересчета подпертой глубины Н, определяемой по формуле (11), не требуется.

При Н < Н?? наблюдается особая форма частично-напорного режима, и в качаете искомой подпертой глубины принимают Н.

2.20. Для определения расчетной подпертой глубины перед трубами с оголовками всех типов, кроме типа «капюшон», сравнивают подпертую глубину Н с граничной НГ, определяемой по формуле (5). При Н > НГ в качестве расчетной глубины принимают Н, при Н < НГ - глубину НГ.

Для труб с оголовками типа «капюшон» сравнивают подпертую глубину, принятую в п. 2.19 для дальнейших расчетов, с подпертой глубиной Н??, определяемой по формуле (16) при  = 0,645.

При Н > Н?? в качестве расчетной глубины принимают Н, при Н < Н?? - глубину Н??.

2.21. Для безоголовочных труб с гладкими лотками, расположенными на 1/3 (или 1/4) периметра поперечного сечения сооружения, в целях упрощения вычислений рекомендуется пользоваться графиками, приведенными на рис. 12 и 13. На графиках зависимости Н = f(Q) при частично-напорном и напорном режимах соответствуют уклону iТ = 0,01 %. При иных уклонах в значения Н для указанных режимов вводятся поправки по формуле

Н = lТ(iТ - 0,01).                                                                (17)

Подпертая глубина в этом случае равна

Н = Нграф - Н,                                                                  (18)

где Нграф - подпертая глубина, определяемая по графикам (см. рис. 12 и 13).

Зависимости Н = f(Q) даны па графиках для разных длин и отверстий труб. Они пересечены кривыми, соответствующими различным уклонам труб. Точки пересечения их соответствуют минимальным значениям расхода и подпертой глубины Н, при которых труба, уложенная с данным уклоном, работает в частично-напорном режиме. При меньших значениях Q и Н в трубе имеет место безнапорный или полунапорный режим протекания, при которых пропускная способность труб не зависит от их уклона.

На указанных графиках зависимости Н = f(Q) для полунапорного режима выше кривой iТ = 0,01 (пояснения см. ниже) изображены пунктиром.

Рис. 13. Зависимости Н = f(Q) для трубы D = 2,0 м при iТ = 0,01

Порядок пользования графиком следующий.

На графике, соответствующем принятому отверстию трубы, находят кривую Н = f(Q) для заданной длины трубы lТ. На этой кривой по величине расхода находят подпертую глубину Н.

Интерполируя кривые, пересекающие зависимости Н = f(Q), находят уклон для кривой, проходящей через точку, соответствующую заданному расходу (подпертой глубине Н).

Сравнивая фактический уклон трубы с уклоном указанной кривой iГ, устанавливают возможность возникновения частично-напорного (или напорного) режима в трубе.

При iТ < iГ в трубе возникает частично-напорный (напорный) режим, при iТ > iГ - полунапорный.

При частично-напорном (напорном) режиме в полученное по графику значение Нграф вводят поправку DН согласно формуле (17).

Сравнивая установленное значение Н с 1,4D, определяют возможность существования частично-напорного режима.

При Н ?? 1,4D частично-напорный режим сохраняется, и полученное значение Н принимается к дальнейшему расчету. При Н < 1,4D возникает полунапорный режим, и Н определяют по зависимости Н = f(Q) для данного режима трубы заданной длины.

В качестве расчетной подпертой глубины перед трубами, работающими в частично-напорном режиме, принимают большее из значений Н и НГ.

НГ на графиках (см. рис. 12 и 13) определяют следующим образом:

находят точку пересечения зависимости Н = f(Q) для трубы заданной длины с линией заданного уклона (при отсутствии на графике линии соответствующего уклона ее положение определяют интерполяцией);

через полученную точку проводят линию, параллельную оси ординат, и доводят ее до пересечения с пунктирной линией для трубы заданной длины; ордината этой точки и будет искомой граничной глубиной НГ.

При полунапорном режиме подпертую глубину определяют непосредственно по зависимости Н = f(Q) для данного режима (на графиках она изображена пунктиром).

Глубины и скорости потока на выходе из труб

2.22. Глубины потока на выходе из гофрированных труб hвых (в том числе и с гладкими лотками) при 0,01 ?? iТ  0,05 и параметрах расхода  < 1,35 определяют по следующим формулам (при iТ, %):

при  ?? 0,8

 = ()0,6;                                              (19)

при 0,8 <  < 1,35

 = ()0,52;                                             (20)

При  ³ 1,35 труба на выходе заполнена, и глубины в выходном сечении равны диаметру трубы, т.е. hвых = D.

Для упрощения расчетов можно пользоваться графиком (рис. 14).

2.23. Скорости потока на выходе из труб Vвых определяют из выражения (при iТ, %):

 = 1,45iГ0,04                                        (21)

или по графику (рис. 15).

При  > 1,35 скорости потока на выходе из труб определяют по формуле

Vвых = .                                                            (22)

Особенности расчета многоочковых и многоярусных труб

2.24. Пропускную способность гофрированных многоочковых и многоярусных труб при условии их раздвижки на величину не менее 0,25D определяют как сумму отдельно работающих одноочковых труб.

Рис. 14. График для определения глубин потока на выходе из труб при разных уклонах

Рис. 15. График для определения скоростей потока на выходе из труб при разных уклонах

2.25. Расчет многоочковых труб аналогичен расчету одноочковых, при этом расход каждой трубы принимают равным Qп = , где nТ - число труб.

2.26. Многоярусные трубы целесообразно устраивать без оголовка. Расчет многоярусных труб (рис. 16) начинают с определения подпертой глубины перед трубой в предположении, что весь расход проходит через трубы нижнего яруса. Для этого весь расход делят на число труб нижнего яруса и производят расчет отдельной трубы согласно рекомендациям для одноочковых труб, изложенным выше. Установив подпертую глубину перед трубой, ее сравнивают с расстоянием между лотками труб первого и второго ярусов. Если она меньше указанного расстояния, второй ярус не работает, и расчет на этом заканчивают, принимая в качестве искомой полученную подпертую глубину.