Совершенствование конструкций нижнего бьефа водосливной плотины для борьбы со сбойностью течения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Совершенствование конструкций нижнего бьефа водосливной плотины для борьбы со сбойностью течения

Вопросы, касающиеся пространственного растекания потока в нижнем бьефе и связанного с ним отрицательного явления - сбойности течения, занимают особое значение при проектировании нижнего бьефа гидротехнических сооружений.

При неравномерном пропуске воды по фронту сооружения образуется сбойность течения, которая выражается искривлением оси потока в плане, образованием обратных течений, водоворотов по бокам транзитного потока и местным увеличением удельного расхода на 10-30%.

Одним из важнейших этапов проектирования гидроузлов, включающих в свой состав водосливную плотину, является выбор и расчет наиболее рациональной для данных условий конструкции нижнего бьефа такой плотины из соображений эффективного гашения энергии потока и предотвращения сбойных течений в нижнем бьефе при маневрировании затворами на плотине.

По выбору противосбойных устройств имеется ряд публикаций [1,2], известны и меры борьбы со сбоем, однако еще не обобщены многочисленные исследования для случаев, особенно применительно к несимметричному выпуску воды на части водосбросного фронта.

Мерами против образования сбойности течения и получения возможно равномерного распределения удельного расхода являются[1]: 1) равномерное открытие водосбросных отверстий по фронту плотины; 2) устройство в нижнем бьефе продольных разделительных стенок, отделяющих друг от друга участки с неодинаковыми удельными расходами или имеющие различные отметки дна, например: отделение здания ГЭС от водосливной плотины, отделение зоны работающих отверстий от глухих участков плотины; 3) установка растекателей, водобойных стенок, установка гасителей для использования их распределительного действия, даже если они не требуются в целях затопления гидравлического прыжка.

Опыт эксплуатации массовых гидротехнических сооружений на плотинных узлах водохранилищ различного назначения показывает, что бетонное крепление нижнего бьефа часто находится в деформированном или разрушенном состоянии [3]. При этом крепление выходного участка водосброса, состоящее из массивных железобетонных блоков или плит, расчёт которых обычно для водобоя и рисбермы таких сооружений выполняется со значительным запасом, оказываются деформированными и смещёнными вниз по течению. Причинами этого нередко является возникновение сбойности потока в зоне сопряжения бьефов, что не только резко ухудшает скоростной режим на водобое и рисберме, но и служит причиной возникновения существенных динамических воздействий на отдельные устройства нижнего бьефа, вызывает значительные размывы, переформирование дна и откосов отводящего русла. Всё это крайне важно учитывать при проектировании и эксплуатации открытых малопролётных водопропускных сооружений с точки зрения их безопасности и предотвращения аварий в период прохождения экстремальных расходов.

В настоящее время явления, связанные с пространственным растеканием потока в широком нижнем бьефе, не имеют еще надлежащих обобщений и правильные решения могут быть получены только путем лабораторных исследований моделей конкретных сооружений. Недостаточно разработаны конструкции нижнего бьефа, позволяющие ликвидировать сбойность течения при любых вариантах маневрирования затворами на плотине.

На основе результатов исследований устройств нижнего бьефа, можно сформулировать некоторые положения, которые следует учитывать при изучении и выборе противосбойных устройств нижнего бьефа водосбросных гидротехнических сооружений:

1. Основной подбор противодоворотных устройств надо проводить для нескольких случаев работы пролетов водосбросного фронта, когда некоторые из них закрыты.

2. Первый ряд гасящих устройств часто выполняет функции растекателей потока, направляющих поток в желательном направлении.

3. Длина участка, на которой располагаются различные гасители и растекатели, должна быть достаточной для обеспечения надлежащего растекания потока.

При составлении эксплуатационного графика маневрирования затворами необходимо исключать те схемы, которые явно могут порождать сбойность. Если, например, для сброса льда надо открыть один только один пролет, то следует решить, какой именно. Иногда вообще не следует допускать открытия одного пролета, а открывать сразу два или три (хотя бы при этом получается излишняя сработка водохранилища).

Конструкции устройств нижнего бьефа должны работать без возникновения неблагоприятных сбойных течений; в противном случае существенно возрастают объемы и стоимость мероприятий, направленных либо на создание мощных креплений, либо на борьбу с последствиями размывов.

Рис.1. Схема устройства для предотвращения сбойности потока в нижнем бьефе водосливной плотины: 1- водосливная плотина; 2-гаситель-растекатель; 3-водобойная стенка; 4-затворы

Многими исследователями доказано, что метод борьбы со сбойностью в низконапорных сооружениях с небольшим числом водосливных отверстий - эксплуатационные мероприятия, часто оказываются экономически невыгодными. Учитывая это, а также опыт многолетних исследований, была поставлена задача разработать оптимальное конструктивное решение устройств нижнего бьефа, обеспечивающее эффективное гашение избыточной энергии потока и предотвращения сбойных течений независимо от режима эксплуатации низконапорной водосливной плотины, то есть при разных схемах маневрирования затворами.

Для борьбы со сбойностью была исследована модель низконапорной водосливной плотины (рис.1), где для обеспечения равномерного распределения потока по ширине водобоя были установлены гасители-растекатели потока клинообразной формы, которые в плане имеют треугольную форму. Высота каждого растекателя понижается в направлении течения, что создает возможность для расширения струй, движущихся между растекателями. Дополнительно для увеличения распределительного воздействия потока была установлена сплошная водобойная стенка.

Размеры и порядок установки растекателей в нижнем бьефе водосливной плотины были экспериментально обоснованы.

Исследования показали, что во всём диапазоне изменения определяющих параметров потока, предложенная схема обеспечивает устойчивую и надёжную работу нижнего бьефа водосливной плотины. По мере возрастания пропускаемого расхода при различных схемах маневрирования затворами величины как придонных, так и поверхностных скоростей уменьшились. Наличие окончательно подобранной схемы расположения гасителей-растекателей обеспечивает хорошее растекание потока при всех открытиях затворов на водосливной плотине.

Литература

бьеф гидроузел течение

1. Кавешников Н.Т., Китов Е.И., Черных О.Н. и др. Устройства нижнего бьефа водосбросов. /Под ред. Розанова Н.П. - М.: Колос, 1984.

2. Крупнов Н.Б. Некоторые рациональные конструкции нижних бьефов низконапорных водосливных плотин. Труды МГМИ, - М., 1987, с.32-38.

3. Грицан В.В. Гашение энергии за низконапорными трехпролетными сооружениями. Материалы научно-практической конференции. - М. МГУП, 2008.

Размещено на Allbest.ru