WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

СИВАК Мария Юрьевна

ВЛИЯНИЕ ГАСИТЕЛЕЙ ЭНЕРГИИ НА СОПРЯЖЕНИЕ БЬЕФОВ ЗА ВОДОПРОПУСКНЫМИ СООРУЖЕНИЯМИ С КОНУСНЫМИ ЗАТВОРАМИ

Специальность 05.23.07 – Гидротехническое строительство

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

МОСКВА 2007

Работа выполнена в Московском государственном университете природообустройства на кафедре «Гидротехнические сооружения»

Научный руководитель – Заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор

Кавешников Анатолий Трофимович

Официальные оппоненты – Заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор

Штеренлихт Давид Вениаминович

  • кандидат технических наук

Куприянов Владимир Павлович

Ведущая организация – ИЦ «Союзводпроект»

Защита состоится «5» ноября 2007г. в 15.00 на заседании диссертационного совета Д 220.045.02 в Московском государственном университете природообустройства по адресу: 127550, Москва, ул. Прянишникова, д. 19, аудитория 201/1.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Московского государственного университета природообустройства.

Отзывы по диссертации можно отправлять по адресу: МГУП, 127550, Москва, ул. Прянишникова, д. 19, по факсу: (495)976-10-46 или по электронной почте: mailbox@msuee.ru

Автореферат разослан «20.» сентября 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, доцент,

кандидат технических наук И.М. Евдокимова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В составе компоновок гидроузлов любого назначения всегда имеются водопропускные гидротехнические сооружения, отличающиеся чрезвычайно большим функциональным и конструктивным многообразием. Характерной особенностью условий их работы является наличие в пределах сооружений нескольких участков со сложными гидравлическими режимами, которые зачастую существенно влияют на конструкцию водоводов и их концевых частей.

Для обеспечения надежной и безаварийной работы водосбросных гидротехнических сооружений весьма важно иметь надежные устройства, позволяющие регулировать сбросной расход воды и эффективно гасить энергию при минимальных материальных затратах. К этим устройствам можно отнести конусные затворы. Обычно эти затворы применяют в тех случаях, когда необходимо относительно точное регулирование сравнительно небольших расходов воды, причем их можно использовать практически при любых напорах.

Механическое оборудование водоводов, оборудованных конусными затворами, отличается простотой и индустриальностью в изготовлении, эксплуатационной надежностью, а главное - малыми усилиями при маневрировании (по сравнению с плоскими затворами). С помощью конусных затворов можно подавать как минимальные, так и расчетные расходы воды, что не всегда удается сделать с помощью затворов других типов.

Трудности эксплуатации гидроузлов с конусными затворами связаны с климатическими условиями РФ. Редкое использование конусных затворов вызвано слабой изученностью их гидравлических, кавитационных характеристик, местных размывов в нижнем бьефе сооружений, недостаточно разработано надежных гасящих устройств.

Сокращение размеров участка нижнего бьефа, в котором осуществляется переход потока из бурного состояния в спокойное и осуществляется гашение избыточной кинетической энергии потока, составляет основную задачу, возникающую при проектировании и расчете конструкций крепления русла за водосбросными сооружениями.

Радикальным решением этой задачи, находящим в последнее время все большее распространение и применение, является установка на водобое гасителей энергии, преобразующих поток в равномерно распределенное по ширине концевого участка водосброса движение.

Все это позволяет судить об актуальности методов гидравлического расчета различных типов гасителей, учитывая, что до настоящего времени расчету поддаются лишь некоторые из них.

Создание комплекса методов расчета и конструкций устройств нижнего бьефа за конусными затворами, учитывающие результаты теоретических и экспериментальных исследований гидравлических условий их работы, приводящие к повышению надежности функционирования сооружений, является решением одной из проблем экономики страны, некоторые аспекты которой рассмотрены в данной работе.

Кроме того, при проектировании гидротехнических сооружений одной из важных задач является определение величины и формы местных размывов. Величина и форма местных размывов зависит от конструкции водосбросных сооружений, типа гасителей избыточной энергии и их местоположения, характеристик потока и свойств размываемого грунта, понижения уровня воды в нижнем бьефе за счёт общих размывов.

Расширение области применения конусных затворов достигается путём изучения конструктивных особенностей устройств для гашения избыточной энергии потока и местных размывов, возникающих после возведения рассматриваемых водопропускных сооружений.

Изучение современного состояния рассмотренного в рамках настоящей диссертации вопроса позволяет сделать вывод о слабой изученности вопросов местного размыва в нижних бьефах водопропускных сооружений, оборудованных конусными затворами. В связи с этим нам представилось целесообразным рассмотреть процесс, величины и формы местных размывов, а также разработать рекомендации по их прогнозированию при применении некоторых типов гасителей энергии.

Для решения отмеченных выше вопросов автором диссертации были выполнены теоретические и экспериментальные исследования гидравлических характеристик потока и местных размывов в нижнем бьефе сооружений, оборудованных конусными затворами.

Цель и задачи работы. Основная цель работы заключалась в определении влияния различных типов гасителей энергии на гашение избыточной энергии потока в нижнем бьефе водопропускных сооружений, оборудованных конусными затворами и в создании на основе теоретических и экспериментальных исследований метода прогнозирования местных размывов при работе рассмотренных типов гасителей.

Для достижения этой цели необходимо было решить следующие основные задачи:

  • экспериментально обосновать параметры гидравлического прыжка за конусным затвором;
  • подобрать рациональные конструкции и параметры гасящих устройств нижнего бьефа, улучшающих кинематическую структуру потока на водобое и рисберме;
  • изучить изменение второй сопряженной глубины в зависимости от типа и размера гасителей энергии при работе конусным затвором;
  • предложить расчетные зависимости для определения коэффициента лобового сопротивления и второй сопряженной глубины для рассмотренных типов гасителей энергии;
  • изучить процесс местного размыва при работе конусным затвором;
  • рассмотреть влияние глубины воды в нижнем бьефе на величину и форму воронки размыва при работе трёх рассмотренных типов гасителей энергии.

Достоверность полученных результатов и основных выводов подтверждается тем, что в процессе проведённых нами исследований была применена современная методика измерений и приборы, достаточная точность которых была подтверждена в многочисленных гидравлических исследованиях проводившихся ранее. Полученные в работе результаты удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными, полученными другими авторами.

Научная новизна работы. Экспериментально определено влияние различных типов гасителей энергии на вторую сопряженную глубину и местный размыв за сооружениями, оборудованными конусными затворами. На основе исследований предложены расчётные зависимости для определения значений коэффициентов лобового сопротивления различных типов гасителей энергии, а также в работе экспериментально обоснованы параметры, влияющие на местный размыв в нижнем бьефе водопропускных сооружений, оборудованных конусными затворами. На основе обширных исследований разработаны необходимые зависимости для прогноза параметров местного размыва и рекомендованы устройства, позволяющие повысить эффективность и надёжность рассматриваемых сооружений.

Практическая ценность работы. Предлагаемые в диссертации научно обоснованные методы определения и прогнозирования местного размыва, а также зависимости для оценки влияния различных типов гасителей энергии на сопряжение бьефов и размыв позволяют запроектировать более надежные конструкции в нижнем бьефе водопропускных сооружений, оборудованных конусными затворами.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на научно-технических конференциях в Московском государственном университете природообустройства, в том числе на международных конференциях в 2006 и 2007 годах.

По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ.

Объём и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка используемой литературы, насчитывающего 145 наименований. Работа изложена на 169 страницах, включая 90 рисунков и 9 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследований, изложена научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе диссертации рассматривается современное состояние изученности вопроса и определены задачи дальнейших исследований. Выполнен анализ работ по изучению конусных затворов, их гидравлических, гидродинамических и кавитационных характеристик, размывов за водопропускными сооружениями, а также рассмотрены различные типы гасителей энергии в качестве конструктивных мероприятий по борьбе со сбойностью, определены общие подходы к расчётному обоснованию гасящих устройств в нижнем бьефе водопропускных сооружений.

Изучением конусных затворов, конструкций для гашения энергии выходящего из них потока занимались многие авторы как в России, так и за рубежом. Особенно хочется отметить работы Т. Сайято, Ф. Кнаппа, Ю. Гизеке, Н.В. Кокая, П.И. Яньшина, С.С. Павловского, Т.П. Проворовой, Н.Н. Розанова, А.Т. Кавешникова, В.П. Куприянова, А.Н. Юрченко, И.В. Ким, Ш.К. Тази. Размывами за водопропускными сооружениями занимались: Ц.Е. Мирцхулава, М.А. Михалёв, Д.В. Штеренлихт, И.С. Румянцев, Н.Т. Кавешников, Ю.П. Правдивец, А.М. Прудовский, К.И. Россинский, Нгуен Ван До и многие другие авторы.

Конусные затворы имеют простую конструкцию, обладают сравнительно большой пропускной способностью, испытывают незначительные нагрузки и безопасны в кавитационном отношении, не требуют значительных усилий при маневрировании. Благодаря этому, они получили широкое применения на водосбросных сооружениях за рубежом.

Особое внимание уделяется современным затворам с неподвижным конусом. Этот затвор состоит из неподвижного упорного конуса с центральным углом при вершине 50…120°, обращенного против течения потока. Этот конус укреплен на четырех, иногда шести, ребрах в неподвижном патрубке. Вершина конуса часто располагается в плоскости торца неподвижного патрубка. Таким образом, между кромками неподвижного патрубка и поверхностью затвора образуется кольцевая щель, через которую поток вытекает из затвора. Регулирование потока осуществляется подвижным цилиндром, который перемещается по наружной поверхности неподвижного патрубка при помощи механического или гидравлического привода, перекрывает кольцевую щель. Количество приводных устройств обычно равно двум, и располагаются они по бокам затвора.

Угол растекания потока зависит от центрального угла конуса и от степени открытия затвора. Под степенью открытия затвора понимают отношение:

(1)

Относительная степень открытия затвора выражается отношением:

, (2)

где Si – промежуточное открытие затвора; Smax – максимальное открытие затвора; D – диаметр неподвижного патрубка (диаметр затвора).

Основной гидравлической характеристикой затвора является его пропускная способность. Её определяют по формуле:

, (3)

где Q – расход, - коэффициент расхода конусного затвора, 0 – площадь поперечного сечения потока, Н0 – полный напор перед конусным затвором. Для определения коэффициента расхода существуют различные теоретические и экспериментальные подходы. Теоретические зависимости для определения коэффициента расхода для затвора с центральным углом при вершине упорного конуса =90° предложили Ф. Кнапп, Т. Сайято, Р. Рао. Наиболее универсальное решение для коэффициента расхода и других характеристик затвора было предложено Ю. Гизеко. Однако более точное значение коэффициента расхода для разных углов при вершине упорного конуса (=180°, 150°, 120°, 90°, 60°, 45°) определено экспериментально Б.И. Яшиным. Конусные затворы чаще всего применяются с центральными углами при вершине упорного конуса =90°, поскольку при меньших углах наблюдается значительный вакуум, а большие углы приводят к резкому расширению потока, что усложняет эксплуатацию всего гидроузла. Значение коэффициента скорости для конусного затвора с =90° было определено экспериментально В.П. Куприяновым. Анализ зависимости показал, что в момент отрыва струи от регулирующего цилиндра происходит увеличение коэффициента скорости. Следует отметить, что коэффициент меняется от открытия затвора от =1,0 до =0,7 при открытиях 65-80%, а дальше он увеличивается до =0,8 при полном открытии затвора, что связано с появлением некоторого вакуума на кромке затвора. Основные схемы установки конусных затворов в зависимости от вида истечения потока можно подразделить таким образом: свободное истечение из конусного затвора в атмосферу; истечение из конусного затвора с насадками; затопленное истечение из конусного затвора; истечение из конусного затвора в камеру гашения; истечение из конусного затвора в закрытый водовод. Наиболее простой и экономичной схемой является схема истечения в атмосферу. Она находит широкое применение в районах с теплыми климатическими условиями. Одним из важных вопросов, который необходимо решить при проектировании конусных затворов, работающих при истечении в атмосферу, является вопрос определения размеров потока за затвором и глубины воронки размыва в нижнем бьефе водопропускных сооружений. Наиболее эффективными мероприятиями для предотвращения вредных последствий и возникновения явления сбойности являются конструктивные мероприятия, к которым относится применение различных типов гасителей и растекателей. Такие мероприятия необходимо разрабатывать на предварительных стадиях проектирования с возможным применением модельных исследований.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»