WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

ВОЛЫНЧИКОВ Александр Николаевич ОБОСНОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ ВОДОСБРОСНЫХ СООРУЖЕНИЙ СО СТУПЕНЧАТОЙ ВОДОСЛИВНОЙ ГРАНЬЮ ДЛЯ ВЫСОКОНАПОРНЫХ БЕТОННЫХ ПЛОТИН Специальность 05.23.07 - Гидротехническое строительство

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2009

Работа выполнена

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

в Открытом акционерном обществе «ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева» Актуальность проблемы. Ступенчатые водосбросы достаточно широко применяются в гидротехническом строительстве за рубежом, а в Научный руководитель последние годы такие водосбросы устраивают в составе плотин из укадоктор технических наук Беллендир Евгений Николаевич танного бетона. В России ступенчатые водосбросы пока не получили достаточного распространения, такие конструкции применялись только для защиты низового откоса невысоких грунтовых переливных плотин.

Официальные оппоненты:

Поэтому разработка и обоснование ступенчатого водосброса в теле высоЗаслуженный деятель науки РФ, кой бетонной плотины представляется актуальной.

доктор технических наук, профессор Ивашинцов Дмитрий Александрович Целью диссертационной работы является разработка и обосноОАО «ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева» (г. Санкт-Петербург) вание конструкции ступенчатого водосброса для высокой бетонной пло тины в периоды строительства и эксплуатации гидроузла. Для достижекандидат технических наук, профессор ния поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

Малаханов Вячеслав Васильевич обобщить опыт проектирования и обоснования ступенчатых водоМосковский государственный строительный университет (г. Москва) сбросов;

разработать проект ступенчатого водосброса для высокой бетон ной плотины, подготовить программу экспериментальных исследований Ведущая организация по обоснованию элементов его конструкции;

Московский государственный университет природообустройства установить зависимость гашения энергии потока от параметров (г. Москва) ступенчатого водосброса, определить гидродинамические нагрузки на ступени водосливной грани и плиты водобойного колодца, оценить кави тационную безопасность водосброса по результатам экспериментальных гидравлических исследований;

Защита состоится «_» ноября 2009 г. в 10 часов сравнить условия работы водосбросов с гладкой и ступенчатой вона заседании объединенного диссертационного совета ДМ 512.001.досливной поверхностью;

в ОАО «ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева» создать методику обоснования и проектирования элементов сту(195220, Санкт - Петербург, ул. Гжатская, 21) пенчатых водосбросов для условий пропуска строительных и эксплуата ционных расходов.

Научная новизна работы заключается в следующем:

разработана конструкция ступенчатого водосброса в теле бетонной

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке плотины, состоящая из гладкого водосливного оголовка, уступа в концеОАО «ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева» вом сечении быков, ступенчатой водосливной грани;

получены и обобщены экспериментальные данные о параметрах потока на ступенчатой водосливной грани и в водобойном колодце, ус

Автореферат разослан «» октября 2009 г.

тановлена зависимость степени гашения энергии потока на водосливной грани от параметров ступенчатого водосброса;

составлены рекомендации для проектирования элементов конструкций ступенчатого водосброса, позволяющие определить его основные

Ученый секретарь диссертационного размеры с использованием данных о гидравлических параметрах потока совета, кандидат технических наук, на ступенчатой водосливной грани;

старший научный сотрудник Т.В. Иванова установлено, что гашение энергии на ступенчатой водосливной Апробация работы и внедрение результатов исследований грани существенно больше, чем для традиционной конструкции гладкого Содержание и результаты исследований докладывались и обсужводосброса, что позволяет уменьшить толщину плит колодца; дались на четвертой научно-технической конференции «Гидроэнергетипоказано, что устройство уступа в концевом сечении быков обес- ка. Новые разработки и технологии» (20 – 22.11. 2008 г.), секции «Гидпечивает достаточную аэрацию потока и защиту ступеней от кавитаци- равлика гидротехнических и энергетических сооружений» Ученого Совеонной эрозии; та ОАО «ВНИИГ им. Б.Е.Веденева», Научно-Технических Советах ОАО обоснована конструкция временного порога ступенчатого водо- «РусГидро», «Института Гидропроект».

сброса для условий пропуска строительных расходов, даны рекоменда- По материалам диссертации опубликовано 4 статьи, том числе стации по конструкции участка сопряжения порога со ступенчатой водо- тей в изданиях, рекомендованных ВАК – 4.

сливной гранью. Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы (104 наименования); содержит 138 страниц Практическая значимость работы основного текста, в том числе 89 рисунков и 2 таблицы.

1. Принципиально обоснована возможность использования в отечественной практике гидротехнического строительства ступенчатых воОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

досбросов в теле высоких бетонных плотин.

2. Показано, что применение ступенчатых водосбросов вместо Во введении обосновывается актуальность работы по разработке традиционных поверхностных водосбросов позволяет получить экономиконструкций ступенчатых водосбросов для высоких бетонных плотин, ческий эффект за счет сокращения сроков строительства, уменьшения формулируются основные задачи исследований для их обоснования.

объемов бетона и габаритов водобойных устройств в нижнем бьефе, снижения требований к защите бетонных поверхностей от кавитацион- В первой главе проанализирован и обобщен отечественный и миной эрозии. ровой опыт проектирования и обоснования ступенчатых водосбросов.

3. Разработана конструкция ступенчатого водосброса для Богучан- В первой половине XX века ступенчатые плотины выполнялись из ской ГЭС и конструкция временного порога этого водосброса. обычного бетона. Примером таких сооружений являются плотины ВанРейнвельд и Нью-Кротон. За последние 20 - 25 лет ступенчатые водоЛичный вклад автора состоит в обобщении материалов исследо- сбросы получили значительное распространение в практике гидротехниваний по ступенчатым водосбросам в отечественной и мировой практике, ческого строительства в связи с развитием технологии возведения плотин формулировании задач исследований, подготовке программы экспери- из укатанного бетона. Примером наиболее высоких сооружений такого ментальных гидравлических исследований и анализе их результатов для типа является возведенная в 1987 г. в США плотина Аппер Стилуотер на обоснования элементов конструкций ступенчатых водосбросов, разра- р. Роки-Крик, высота которой равна 88 м, и плотина Вел (Испания) выботке методики проектирования ступенчатого водосброса и внедрении сотой 89 м. Большинство ступенчатых водосбросов проектируются на разработанной конструкции в проект Богучанской ГЭС. удельные расходы до 30 м2/с.

Автор выражает глубокую благодарность сотрудникам ОАО Конструкция ступенчатых водосбросов обычно обосновывается «ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева» и МГУП, принимавших участие в проведе- экспериментальными гидравлическими исследованиями. В мировой нии экспериментальных гидравлических исследований. практике вопросами гидравлики ступенчатых водосбросов занимались, например, Чансон, Матос, Тоцци, Соренсон и многие испанские и китайСтепень достоверности полученных результатов ские исследователи. В России гидравлические исследования для обосноДостоверность результатов работы обеспечивается применением вания конструкций ступенчатых водосбросов впервые начаты работами классических методов физического моделирования, подтверждается исП.И.Гордиенко и Ю.П.Правдивца, продолжены в МГУП, НИИЭС и пользованием сертифицированных датчиков и приборов, использованием ВНИИГ И.С.Румянцевым, Аль-Али Абдельрезаком, М.И.Мирзоевым, статистических методов обработки экспериментальных данных, соответИ.С.Новиковой, Н.Н.Розановой, А.М. Швайнштейном и Г.А.Судольским.

ствием полученных результатов с данными отечественных и зарубежных исследователей ступенчатых водосбросов. Во второй главе разрабатывается конструкция ступенчатого водо сброса в теле высокой бетонной плотины.

2 Конструкция ступенчатой водосливной грани должна быть разра- 0,0167 м. Наружные кромки ступеней переходного участка сопрягаются с ботана с учетом гидродинамического воздействия потока, а также требо- криволинейной поверхностью, продолжающей профиль оголовка.

ваний по кавитационной безопасности сооружения. При разработке кон- Кромки ступеней на низовой части водосброса одинаковой длины струкции необходимо запроектировать очертание входного оголовка и и высоты совмещены с профилем водосливной грани. При проведении конструкцию узла сопряжения его с водосливной гранью, определить исследований рассматривались 4 типа ступеней высотой: 0,10; 0,05;

оптимальный размер ступеней, высоту ограждающих стен водосброса и 0,025 и 0,01225 м в количестве 21, 42, 84 и 126 соответственно. Для выконструкцию устройств для подвода воздуха. Для решения этих вопросов бора оптимального размера ступеней на водосливной грани оценивалось были проведены экспериментальные исследования. влияние их высоты на гашение энергии, которое не должно приводить к Экспериментальная установка для исследования условий работы увеличению брызгообразования, глубины потока и соответственно к увеступенчатых водосбросов была размещена в гидравлическом лотке дли- личению высоты ограждающих стен водосброса.

ной 15 м и шириной 0,5 м (рис. 1). Основные части установки - модель Исследования показали, что при всех рассмотренных размерах ступенчатого водосброса высотой 2,8 м, напорный бак и отводящий ло- ступеней на тракте ступенчатого водосброса образуется скользящий реток. Максимальные расходы воды при проведении исследований дости- жим течения, условие существования которого определяется следующим образом: hкp /d > 0,8 (здесь d – высота ступеней; hкp – критическая глубигали 0,15 м3/с, а удельные - 0,3 м2/с.

на). Выбор оптимальных размеров ступеней выполняется после оценок потерь напора.

Коэффициент скорости является интегральной характеристикой, учитывающей суммарные потери напора по длине водосливной грани и при повороте потока в вертикальной плоскости при сопряжении с дном водобойного колодца. Значения коэффициента определены на модели при различных высотах ступеней на водосливной грани.

Установлено, что коэффициент скорости зависит от удельных расходов, размеров (высоты) ступеней и высоты плотины. Полученные опытные данные (рис. 2) обобщены в виде зависимости коэффициента от безразмерного расхода q/(g0,5d 0,5p). В этом комплексе принято, что q – удельный расход, d – высота ступеней, p – высота плотины.

Представленные на рис. 2 данные практически совпадают с результатами опытов Тоцци, А.М.Швайнштейна, М.И.Мирзоева, Аль-Али Рис. 1. Схема экспериментальной установки. Продольный разрез:

Абдельрезака и могут быть использованы для проектирования водобой1 – подводящий трубопровод; 2 – напорный бак; 3 – быки; 4 – водосливной оголовок;

ных устройств за ступенчатыми водосбросами.

5 – переходный участок; 6 - уступ; 7 – наклонная водосливная грань; 8 – ограждающие стены; 9 – отводящий лоток; 10 – дно водобойного колодца; 11 – пластина из оргстекла Данные о потерях энергии на тракте ступенчатых водосбросов с пьезометрами; 12– металлические фермы; 13 – клапанный затвор;

представлены на рис. 3 в виде их зависимости от относительной высоты 14 – успокоительные решетки; 15 – мерный водослив плотины. В рассмотренном диапазоне расходов потери энергии на тракте ступенчатого водосброса достигают 60 – 80 %.

Моделирование выполнялось по геометрическому подобию, исходя При разработке проекта ступенчатого водосброса необходимо из равенства чисел Фруда Fr на модели и в натуре. Числа Рейнольдса Re на оценить нагрузки на ступенчатую водосливную грань для определения ступенчатой водосливной грани модели водосброса составляли (0,5 - состава бетона, схемы армирования и т.д. Анализ опытных данных об 5,4)105. Числа Вебера We, определяющие условия подобия сил, обусловосредненных давлениях на ступенях позволяет отметить следующее:

ленных поверхностным натяжением, на модели составляли 300 – 600.

осредненные пьезометрические давления на поверхностях ступеРассмотрим предлагаемую конструкцию ступенчатого водосброса ней больше атмосферного на всей длине водосливной грани;

(рис. 1). Профиль водосливного оголовка ступенчатого водосброса приминимальные давления зафиксированы на вертикальных поверхнят безвакуумным, исходя из профилирующего напора H = 0,35 м. Ниже ностях ступеней вблизи их наружных углов;

этого гладкого оголовка предложено разместить 7 ступеней высотой 4 наибольшие осредненные пьезометрические напоры наблюдаются на нижних ступенях водосливной грани, они в 2 - 3 раза больше, чем высота ступеней.

Для оценки кавитационной безопасности ступенчатой водосливной грани необходимо определить распределения скоростей течения и воздухосодержания по ее длине.

Обобщение экспериментальных данных показывает, что скорости течения по длине грани закономерно увеличиваются, однако в каждом створе они меньше максимальных расчетных скоростей, которые определены при отсутствии потерь напора. Значения коэффициента скорости по длине грани снижаются. Отрыв потока в створе уступа в концевом сечении быков обеспечивает его значительную аэрацию, Воздухосодержание у дна водосливной грани составляет 0,10 - 0,15.

Для оценки высоты ограждающих стен водосброса необходимо определить глубины потока. Расчет глубин потока выполняется по уравнению Бернулли, а значения коэффициента гидравлического трения R определяются экспериментально.

Рис. 2. Зависимость коэффициента скорости от q/(g0,5 d 0,5 p):

При проведении исследований установлена зависимость коэффи1 4 – данные автора для р = 2,8 м и d, равных 0,02; 0,03; 0,05 и 0,1 м; 5 – данные автора циента гидравлического трения от относительной глубины потока для p = 2 м и d = 0,05 м; 6 8 – по данным А.М.Швайнштейна; 9 – по данным Тоцци;

Pages:     || 2 | 3 |






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