WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

R = f (h / ), здесь = dcos - геометрический выступ шероховатости 10 – по данным китайских исследователей; 11 – по данным Соренсена; 12 – по данным Аль-Али Абдельрезака; 13 – по данным М.И.Мирзоева (рис. 4). Однако для использования общепринятой зависимости И.Никурадзе 1 h (1) = 4lg + 4, K э R необходимо определить эквивалентную гидравлическую шероховатость ступенчатой водосливной грани. Для всех рассмотренных размеров ступеней соотношение между эквивалентной гидравлической шероховатостью Kэ и геометрической может быть получено, если принять Kэ =, где значение коэффициента составляет в среднем 3,2.

Рассмотрим последовательность проектирования элементов ступенчатого водосброса и определения основных его параметров.

1. Определение конфигурации водосливного оголовка Водосливной оголовок проектируется безвакуумным с очертанием Рис. 3. Зависимость гашения энергии от относительной высоты плотины:

по профилю, рассчитанному по следующему уравнению:

1 – 4 - данные автора для р = 2,8 м и d, равных 0,02, 0,03, 0,05 и 0,1 м; 5 – по данным Пейраса; 6 – по данным Боеса и Хагера; 7 – по данным Соренсена;

0. x1.85 = 2H y, (2) 8 – по данным Стефенсона; 9 – по данным Матоса давления на горизонтальных поверхностях ступеней постепенно где H - профилирующий напор, x и у - горизонтальная и вертикальная увеличиваются от внутреннего угла к наружному; наибольшие давления оси соответственно, проведенные из центра на гребне водосброса.

зафиксированы у наружного угла ступеней;

6 2. Назначение конструкции переходного участка Гидравлические исследования выполнены на экспериментальной За гладким водосливным оголовком устраиваются ступени мень- установке, рассмотренной в главе 2 (рис. 1). Схема верховой части стушей высоты, чем на остальной части водосливной грани, причем наруж- пенчатого водосброса с плоским гребнем высотой около 2 м показана на ные кромки ступеней выбираются на линии продолжения криволинейно- рис. 5. Расчетный напор над гребнем водосброса составлял 0,2 м. Кроме го очертания профиля оголовка. Высота ступеней на этом участке при- того, на модели предусмотрена возможность увеличения расхода и, соотнимается в 3 раза меньше, чем на водосливной грани. ветственно, напора на гребне до 0,53 м.

1 R Рис. 5. Схематический чертеж гребня водосброса:

Рис. 4. Зависимость коэффициента гидравлического трения 1 и 2 – предварительный и окончательный варианты скругленного от относительной глубины потока:

участка гребня соответственно 1 – 4 – для ступеней с = 0,11; 0,17; 0,05 0,07 м соответственно;

5 – 7 – данные А.М.Швайнштейна для = 0,0235; 0,039; 0,039 м соответственно В результате исследований рассмотрены два варианта и подобрана конфигурация скругленного участка гребня водосброса, обеспечивающая 3. Выбор высоты ступеней на водосливной грани оптимальные условия входа потока на ступенчатую водосливную грань с При пропуске расчетных расходов высота ступеней должна обесобразованием на ней скользящего режима течения (рис. 5). Однако при печивать достаточное гашение энергии потока и образование скользящеувеличении напора по сравнению с расчетным напором поток будет отго режима течения при пропуске расчетных расходов.

рываться от скругленного участка гребня и воздействовать на ступенча4. Разработка конструкции воздухоподводящих устройств тую водосливную грань. Зона воздействия низовой поверхности струи на Для обеспечения дополнительного подвода воздуха к потоку в ступенчатую водосливную грань с увеличением напора смещается ниже концевом створе быков устраивается уступ на водосливной грани, высота по течению.

которого принимается большей, чем высота ступеней. Аэрация потока в створе уступа должна обеспечить воздухосодержание у дна водосливной Экспериментальные значения коэффициента скорости для водосброса с плоским гребнем представлены на рис. 2. Сопоставление данных грани на всей ее длине не менее 10 - 15%.

рис. 2 для водосбросов различной высоты показывает, что при одинако5. Определение высоты ограждающих стен водосброса вых размерах ступеней уменьшение высоты водосброса приводит к сниГлубины потока на водосливной грани определяются на основании жению гашения энергии на водосливной грани и, соответственно, к закочисленного решения уравнения Бернулли. Высота ограждающих стен принимается на 50% больше глубин потока в соответствующих створах. номерному увеличению коэффициента скорости.

Для дополнительной аэрации потока предложено устроить за В третьей главе разрабатывается конструкция ступенчатого водоскругленным участком гребня водосброса уступ-аэратор, который сосброса с плоским гребнем.

вмещается с концевым створом быков. Высота уступа принимается су8 щественно большей высоты ступеней на водосливной грани, чтобы брызриваемых исследованиях коэффициент затопления прыжка = hф/h2, где ги воды не препятствовали поступлению воздуха в подструйное проhф – глубина в нижнем бьефе, h2 – вторая сопряженная глубина гидравлистранство через пазухи в потоке, образующиеся за быками. Оптимальная ческого прыжка, изменялся от 1,5 до 2,5.

высота этого уступа отрабатывалась на модели и в результате методичеНа основе обобщения экспериментальных данных о положении ских опытов принята равной 0,15 м.

сжатого сечения гидравлического прыжка на водосливной грани составДля оценки кавитационной безопасности ступенчатой водосливлена следующая зависимость:

ной грани определялось распределение скоростей течения и воздухосоhф - hx = 3,52 -2,6, (3) держания по длине водосброса с учетом данных о распределении осредh2 - hненных пьезометрических давлений на поверхности ступеней. Экспериментальные данные о распределении скоростей течения и воздухосодергде hх – превышение свободной поверхности потока над поверхностью жания потока аналогичны зафиксированным на ступенчатой водосливной дна колодца в месте ее сопряжения с вальцом гидравлического прыжка, грани (глава 2). Характер изменения осредненных давлений на вертиhф - глубина нижнего бьефа; h1 и h2 – первая и вторая сопряженные глукальных и горизонтальных гранях ступеней также аналогичен рассмотбины гидравлического прыжка.

ренному в главе 2.

При конструировании водобойного колодца определяется толщина Существенное насыщение низовой части потока воздухом (С окоего плит и высота ограждающих стен. Для этого необходимы данные о ло 0,10) и снижение скоростей течения по сравнению с определенными гидродинамическом воздействии потока на дно водобойного колодца и о при отсутствии потерь напора, обеспечивают защиту ступенчатой водомаксимальных уровнях воды. Распределение осредненных пьезометричесливной грани от кавитационной эрозии для водосброса с плоским гребских напоров по длине колодца имеет в его начальной части минимум по нем.

сравнению с определенным, исходя из УНБ. Значения минимальных осНа основе данных о глубинах потока на водосливной грани могут редненных напоров на дно колодца составляют (12 – 18)h1, где h1 - глубыть установлены высоты ограждающих стен водосброса на различных бина потока в сжатом сечении прыжка. Минимальные давления зафиксиучастках. Для проекта ступенчатого водосброса высота ограждающих рованы на расстоянии (15 – 25)h1 от подошвы плотины.

стен должна быть принята максимальной из полученных при исследоваИнтенсивность пульсаций давления (отношение стандартов к сконии условий пропуска строительных и эксплуатационных расходов.

ростному напору в сжатом сечении прыжка) составляет 0,03 – 0,04.

Последовательность проектирования элементов ступенчатого воНа основании сопоставления экспериментальных данных о пульдосброса с плоским гребнем аналогична рассмотренной во второй главе и сации давления в точке и пульсации нагрузки на плиту водобойного коотличается только выбором конструкции гребня. В низовой части горилодца определено среднее значение коэффициента осреднения точечных зонтального порога следует предусмотреть скругленный участок, коорпульсаций kо для квадратной плиты с размером стороны (2,0 4,0)h1, динаты которого определяются по уравнению движения материальной составляющее около 0,6.

точки.

Предлагается следующая последовательность расчета параметров потока и толщины плит водобойного колодца.

В четвертой главе приводятся данные о проектировании элемен1. Установление положения сжатого сечения гидравлического тов водобойного колодца за ступенчатым водосбросом.

прыжка на водосливной грани При устройстве за ступенчатым водосбросом водобойного колодца Положение сжатого сечения затопленного гидравлического прыжи образовании в нем гидравлического прыжка удается обеспечить пракка на водосливной грани определяется по зависимости (3).

тически полное гашение энергии потока. Экспериментальные исследова2. Определение скоростей течения у дна водобойного колодца ния выполнены на модели для водобойного колодца с горизонтальным Скорости течения на водосливной грани после входа струи в воду участком его дна длиной 0,95 м и низовым участком с уклоном 1:3 высоинтенсивно уменьшаются, а вдоль дна колодца остаются примерно потой 0,60 м (рис. 1).

стоянными.

В результате исследований установлено, что за ступенчатым водо3. Определение осредненных пьезометрических давлений на дно сбросом наиболее эффективна конструкция водобойного колодца, обесводобойного колодца печивающая значительное затопление гидравлического прыжка, когда сжатое сечение прыжка располагается на водосливной грани. В рассмат10 Осредненные пьезометрические давления определяются с исполь- досбросом примерно в 2 раза меньше, чем за водосбросом с гладкой возованием экспериментальных данных в зависимости от параметров пото- досливной поверхностью.

ка в сжатом сечении гидравлического прыжка и от коэффициента его На основе результатов исследований для дополнительного водозатопления. сброса Богучанского гидроузла с плотиной высотой 84 м, рассчитанному 4. Определение пульсационной составляющей давления на пропуск удельных расходов до 3445 м2/с отработана конструкция На основе экспериментальных данных стандарты пульсаций ступенчатого варианта водосброса (рис. 6). Для этого использованы экспринимаются равными 4% от скоростного напора в сжатом сечении гид- периментальные данные, рассмотренные в главе 2, пересчитанные на равлического прыжка. Значение максимальной составляющей взвеши- натуру по масштабу 1:30.

вающего давления принимается равным 4 при обеспеченности пульсации давления 0,01%.

5. Определение толщины плит крепления Определение толщины плит водобоя выполняется при квазистатическом принципе приложения нагрузок по условию недопущения вертикального подъема плиты из соотношения:

G1 P, (4) nсkн где G1 – вес плиты, уменьшенный на вес вытесненной ею воды;

P - наибольшее значение вертикально направленной взвешивающей плиту гидродинамической нагрузки; nc и kн – коэффициенты сочетания нагрузок и надежности соответственно. Вертикальная гидродинамическая нагрузка P определяется следующим образом:

P = P + Z + P, (5) где P - гидростатическое давление на плиту, Z – противодавление со стороны нижнего бьефа, P = 4kоу - наибольшее значение пульсационной составляющей нагрузки.

Пятая глава посвящена обоснованию преимуществ ступенчатого водосброса по сравнению с традиционным вариантом гладкой водосливной грани, примеру обоснования конструкции ступенчатого водосброса для Богучанской ГЭС, сравнению различных вариантов конструкций Рис. 6. Ступенчатый эксплуатационный водосброс водосброса для этого гидроузла.

Ступенчатая водосливная грань обеспечивает большее гашение энергии потока, поэтому средние по глубине скорости течения в ее нижК характерным особенностям конструкции водосброса относятся:

ней части примерно в два раза меньше, чем для гладкой грани. Поток на выполнение безвакуумного водосливного оголовка при профилирующем ступенчатой водосливной грани интенсивно аэрирован.

напоре 10,5 м, устройство уступа высотой 3,6 м в концевом створе быков, Сжатое сечение гидравлического прыжка расположено на ступенвыполнение переходного участка из ступеней высотой 0,5 м, устройство чатой водосливной грани выше по течению, чем для варианта с ее гладступеней высотой 1,5 м на водосливной грани.

кой поверхностью при одинаковых условиях пропуска расходов. СкороЗащита поверхности ступеней водосброса от кавитационной эрости течения на дне водобойного колодца у подошвы плотины практичезии обеспечивается невысокими скоростями течения, которые на всей ски в два раза ниже, осредненные пьезометрические давления на плиты длине грани до створа входа струи в воду не превышают 20 м/с, интенколодца на 20 – 30% больше, а стандарты пульсации нагрузки в 2 – 3 раза сивным насыщением потока воздухом (у дна водосливной грани составменьше. Поэтому по расчету толщина плит колодца за ступенчатым воляет 10 - 15%), отсутствием вакуума на гранях ступеней.

12 В водобойном колодце за ступенчатым водосбросом образуется 2. Разработана и обоснована конструкция ступенчатого водосброзатопленный гидравлический прыжок, сжатое сечение которого распола- са, состоящего из гладкого водосливного оголовка, переходного участка гается на водосливной грани. Скорости течения в транзитной струе у по- из ступеней небольшой высоты и ступенчатой водосливной грани. Хадошвы плотины снижаются до 10 м/с, а при выходе потока в русло ниж- рактерной особенностью этой конструкции является уступ на водосливнего бьефа достигают бытовых значений 3 – 4 м/с. ной грани с высотой, который совмещается с концевым створом быков.

Необходимая толщина плиты дна водобойного колодца по расчету Рассматриваемая конструкция ступенчатого водосброса применина основе экспериментальных данных составляет 4,5 м. ма для бетонных плотин высотой 40 – 100 м при максимальных удельных Для обеспечения пропуска строительных расходов через недострорасходах 30 - 50 м2/с в условиях отсутствия необходимости в пропуске енный ступенчатый водосброс Богучанской ГЭС отработана конструкция льда через гребень водосброса и его работы при отрицательных темпераего временного порога. Высота водосброса в этот период составляет турах воздуха.

61,5 м, а его гребень принят горизонтальным (рис. 7).

3. Для обеспечения пропуска строительных расходов разработана и обоснована конструкция временного порога ступенчатого водосброса, основными особенностями которой является горизонтальный плоский гребень, заканчивающийся скругленным участком и уступом, совмещенным с концевым створом быков водосброса.

Pages:     | 1 || 3 |






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