Анализ существующих способов расчета давления и скоростей в сечении на повороте напорных водосбросов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Анализ существующих способов расчета давления и скоростей в сечении на повороте напорных водосбросов

Тулешова А.М.,

Ходанков Н.А.

Напорным водосбросам, пропускающим потоки с большими скоростями, необходимо придавать такие внутренние очертания, при которых давление на поверхностях не опускалась бы ниже некоторого предельного значения, обеспечивающего отсутствие кавитации или ограничение ее во времени. В связи с этим требуется производить расчет распределения давления и скоростей в сечениях водосбросов, в том числе в горле сифона.

Расчету скоростей и давлений в сечении на повороте прямоугольных водосбросов посвящен ряд работ. Они могут быть разделены на две группы. Решения первой группы, куда могут быть отнесены работы А.К. Ананяна (1), С. Камияма (2), Н.А. Селезкина (3) и ряд других, выполнены методами гидромеханики. Будучи математически сложными, они в большинстве своем не доведены до инженерного решения или требуют большой вычислительной работы, не оправдывающейся требуемой точностью. Вторая группа объединяет инженерные решения, позволяющие использовать их на практике без сложных математических операций. Имеется так же большое число экспериментальных работ, из которых можно выделить особенно интересную работу Г. Ниппера(4), детально исследовавшего поток на повороте в напорном водоводе прямоугольного и круглого сечений. Интересные экспериментальные данные можно найти в работах Абрамова Г.Н. (5) и Ахмед Эзаат Эль-Ансари (6).

В работах второй группы - И.М. Нелидова (7), А.Я. Миловича (8), ЛюДа-мина (9) рассматривается водовод постоянной площади, очерченной по дугам окружности с общим центром кривизны. Исходя из "закона площадей" авторы пришли к решениям, отличающихся друг от друга из-за некоторой незначительной разницы в исходных допущениях.

Сам по себе закон площадей (VR=C) получается при рассмотрении потенциального потока. Согласно этому закону скорость изменяется поперек потока по гиперболе. В.И. Туманян (10) при выводе формулы принимает, что как скорости, так и скоростные напоры по сечению изменяется пропорционально отношению радиусов струек. Но первое предположение отвечает закону VR=C, а второе , что строго говоря, не совместимо. Исходя из первого предположения, рассчитывается распределение скоростей по сечению, а из второго - распределение давлений. В некоторых из полученных формул для определения "средней величины давления в целом потоке" не соблюдены размерности.

Из предположения, что , исходит С.И. Кеберле (11), получивший следующую формулу распределения скоростей в сечении на повороте:

(1)

где: в - ширина прямоугольного водовода; ф - радиус кривой, на которой лежит рассматривая точка сечения.

В.Т. Орлов (12) для плоского потока получает линии токов методом ЭГДА. Среднее давление в сечении определяются обычным гидравлическим расчетом, а давление в любой точке сечения находятся введением в расчет нормальных ускорений, обусловленных искривлением линий токов. Для определения радиусов кривизны, для чего первая и вторая производные скорости по длине дуги линии тока находятся с помощью меток сеток. Наличие линий токов позволяет построить эпюры скоростей, без учета влияния вязкости.

Г.В. Симаков (13) определяет предельный максимальный расход сифона, допустимый при известной кривизне его потолка и гребня, исходя из условия ограничения вакуума в любой точке сечения.

В процессе исследований было установлено, что расход воды через водосброс носит колебательный характер. Причиной колебаний расхода являлось образование воздушного пузыря в верхний части сифона ближе к его ниспадающему участку, который в течение испытания постоянно увеличивался до некоторого предела из-за выделения из потока растворенного воздуха. Воздушный пузырь выполняет роль упругого элемента в гидравлической системе.

Для ликвидации этого явлением, на кафедре "Водные ресурсы" Таразского государственного университета им. М.Х. Дулати был разработан сифонный водосброс (14). Восходящий трубопровод сифонного водосброса состоит из подводящих и отводящего участков, соединенных между собой патрубками тангенциально с отводящим участком восходящего трубопровода сифона, внутри которых установлены решетки из аэродинамических профилей, кроме этого отводящий участок восходящего трубопровода сифона включает наносоотборный участок, выполненный в виде спирального отвода, вмонтированный по периметру восходящего трубопровода и расширяющегося в сторону вращения потока, причем, его щель выполнена с отбортовкой в направлении встречного потока.

Сущность предлагаемого сифонного водосброса поясняется рисунком 1, где представлен сифонный водосброс (разрез 1-1, вдоль потока), на рис.2 показан план сифонного водосброса, а на рисунке 3, разрез 2-2, показанной на рисунок 2.

Рис. 1. Сифонный водосброс (вразрез вдоль потока)

Рис. 2. План сифонного водосброса

Рис. 3. Разрез 2-2 по восходящей линии водосброса

Входной оголовок сифона 1, содержит сороудерживающую решетку 2 с мостиком 3, восходящий трубопровод 4, состоящий из подводящих участков 5 и отводящего участка 6, соединенный через горловину сифона 7с нисходящим трубопроводом 8, при этом подводящие участки 5 и отводящий участок 6 соединены между собой тангенциально патрубками 9, образованными пластинами 10 жестко прикрепленными к участкам 5 и 6 входящего трубопровода 4, и съемными крышками 11, снабженными жестко закрепленными на них решетками из лопаток 12 аэродинамического профиля, установленных под острым углом к оси восходящего трубопровода 4, по ходу потока, а также наносозаборный участок, выполненный в виде спирального отвода 13, вмонтированного по периметру восходящего трубопровода 4 и сообщающегося с ним через щель 14 с отбортовкой 15, пульпоотводящей трубы с задвижкой 16 (Задвижка не показана).

Сифонный водосброс работает следующим образом.

Закрывается задвижка, установленная в конце пульпоотводящей трубы 16, и с помощью вакуум насоса заполняется восходящей трубопровод, горло сифона и нисходящий трубопровод и после отключения насоса сифон начинает работать. сифон водовод сечение

Вода, подводящая к входному оголовку 1, проходит через решетку 2. Задержанные на решетке мусор и плавающие предметы, затем удаляются с помощью рабочего мостика 3. Вода, с содержащимися в ней наносами поступает в подводящие участки 5 и отводящий участок 6 восходящего трубопровода 4, а затем через горло сифона 7 в нисходящий трубопровод 8, а из него в нижний бьеф сооружения, проходя через тангенциальные патрубки 9, в которых установлены лопатки 12 аэродинамической решетки, формируют в отводящем участке 6 восходящего трубопровода 4 развитую многоступенчатую вращающуюся активную поверхность. Благодаря сильному закрученному течению тяжелые компоненты разделяются по потоку и занимают пристенную область восходящего трубопровода 4, а затем они через щель 14 поступают в спиральный отвод 13 (для насосов) и при открытии задвижки на пульповоде 16 отводятся наружу, при этом расширяющаяся форма отвода 13 обеспечивает заполнение его камеры, а отбортовка 15 активизирует захват наносов.

Таким образом, в предлагаемом сифоне полностью вода очищается от нанасов и в нижней бьеф поступает только чистая вода.

Литература

1. Ананян А.К. О пропускной способности двух ярусных водосбросов. Изв. АН Арм. ССР, т. III. №3, 1950.

2. KamiyamaS.Twoolimensional theory on flour through bend of arbitrary profil RIHSM, v.15, №147.

3. Селезкин Н.А. Динамика вязкой несжимаемой жидкости, ГИТТЛ, 1985.

4. Nippert H., Ьber den Strцmungsverlustin gekrьmmtenKanдlen,Forschungsarbuten auf olemGebietedeњ Jngenieurwesens. H. 320.Berlin.

5. Абрамович Г.Н. Аэродинамика местных сопротивлений. Сб.статей по промышленной аэродинамике и вентиляторостроению. изд. ЦАГИим. Жуковского. М.1985

6. Ахмед Эзаат Эль-Ансари. Расчет скоростей и давлений на повороте напорных водосбросов. Автореферат диссертации на соискание степени к.т.н., МИСИ, 1968.

7. Nelidov J.M./Determinaition of pressures within a siphon spillway, Proceedings ASCE, v71, №3 port1.

8. Вяземский О.В. К вопросу о проектировании и модельных исследованиях сифонных водосливов, Гидротехническое строительство, 1988, №1.

9. ЛюДо-мин. Распределения скоростей и давлений в водосбросах современных ГЭС. Гидротехническое строительство 1961.№8.

10. Туманян В.И. Гидравлика сифонных водосбросов. Госэнергоиздот, 1949.

11. Кеберле С.И. Автоматические сифонные водосбросы. Автореферат дис.к.т.н. Ташкент. 1954.

12. Орлов В.Т. Плоское движение жидкости по повороте напорного водовода. Труды ЛПИ, №289, 1967.

13. Симаков Г.В. О сифонных водосбросах с максимальной пропускной способностью. Труды ЛПИ, №289. 1964.

14. Ходанков Н.А. Сифон Ходанкова Н.А. Инновационный патент ДК №26479 от 14.12.2012, бюл №12.

Размещено на Allbest.ru