Гидротехнические сооружения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Контрольная работа

Гидротехнические сооружения



Содержание

• Вопрос 1. Отстойники, их типы и конструкции
• Типы отстойников
• Составные элементы отстойника
• Однокамерные и многокамерные отстойники
• Отстойники с периодической промывкой
• Отстойники с непрерывной промывкой
• Некоторые типы отстойников с непрерывной промывкой8
• Вопрос 2. Классификация грунтовых плотин
• Задача
• Рисунок
• Список литературы


Вопрос 1. Отстойники, их типы и конструкции

Отстойники предназначены для защиты от вредных фракций наносов каналов и проточной части гидромашин (турбин и насосов). В отстойниках может также отстаиваться шуга при режиме задержания ее перед каналом. Объемы задерживаемых перед каналом наносов, их состав, характеристики каналов, гидромашин и другие условия определяют стратегию борьбы с наносами. Как правило, организуют многоступенчатую борьбу с наносами.

От крупнозернистых наносов освобождаются обычно на гидроузле. Наносы сбрасывают, как правило, в НБ гидроузла [1].

Отстойник представляет собой безнапорное сооружение со значительно увеличенными размерами живого сечения по сравнению с деривацией. В отстойнике вода движется с небольшими скоростями, что приводит к осаждению в нем взвешенных фракций наносов. Осевшие наносы удаляются периодически по мере накопления или непрерывно [2].

Отстойники (рис.1) бывают головные (в голове магистрального канала) и внутрисистемные (для защиты от наносов распределительных каналов или их частей). Их применяют при бесплотинном и при плотинном водозаборах. При перепаде уровней в отстойнике и в реке более 1-1,5 м отстойники можно очищать от осевших наносов путем непрерывного или периодического гидравлического промыва. Если перепада нет, то их очищают экскаваторами или земснарядами; в этом случае отстойники представляют собой расширенный и углубленный участок канала.

В зависимости от конструкций и принципов работы отстойники классифицируют по следующим признакам:

– по режиму работы ? непрерывного действия и с периодическим промывом;

– по способу удаления осевших наносов ? с гидравлической промывкой (прямой и обратной) и с механической очисткой;

– по местоположению ? русловые, головные и внутрисистемные;

– по числу камер ? однокамерные в многокамерные; однокамерные бывают с обводным каналом и без него;

– по режиму потока в отстойных камерах ? с прямолинейным течением и с возбуждением циркуляции.

Типы отстойников

В технической литературе рассмотрено много типов отстойников для ирригации и гидроэнергетики. В большинстве случаев тип отстойника называют по имени автора, разработавшего его конструкцию. Основные из этих типов:

1) гидроэнергетический отстойник с периодической промывкой для осаждения крупных фракций наносов;

2) гидроэнергетический отстойник с непрерывной промывкой для осаждения крупных фракций наносов;

3) ирригационный отстойник для осаждения мелких фракций наносов с периодической очисткой; такие отстойники предназначены для осаждения мелких фракций взвешенных наносов, составляющих значительную долю общей мутности потока (до 70% и даже больше); к мелким фракциям обычно относят частицы, диаметр которых не превышает 0,1 мм;

4) озерным отстойником называют замкнутые естественные понижения местности (впадины), соответствующим образом приспособленные для осаждения взвешенных наносов; существенное преимущество озерных отстойников заключается в отсутствии затрат на удаление наносов, поскольку в основу их работы положен принцип полного заиления.

5) отстойник Дюфура ? прототип гидроэнергетического отстойника с непрерывной промывкой;

6) отстойник системы Д. Я. Соколова;

7) отстойник с сифонным рефулером.

В литературе первые два типа отстойников обычно называют без дополнительных характеристик. Чтобы выделить их из числа других отстойников, в дальнейшем условно будем называть их энергетическими. И только в том случае, когда совершенно очевидно, что речь идет именно о них, эти отстойники будут называться с периодической или с непрерывной промывкой.

Рис.1. Типы отстойников и их составные элементы

а ? однокамерный; б ? однокамерный с обводным каналом; в ? многокамерный; 1 ? верховой сопрягающий участок; 2 ? входной шлюз-регулятор; 3 ? камера; 4 ? выходной шлюз-регулятор; 5 ? низовой сопрягающий участок; 6 ? промывной водовод; 7 ? каналы; 8 ? обводной канал

Составные элементы отстойника

В конструктивном отношении отстойники, размещенные на канале, состоят из следующих элементов (рис. 1): верхового сопрягающего участка; входного шлюза-регулятора; камер; выходного шлюза-регулятора; промывных устройств, включающих промывной шлюз-регулятор и сборную промывную галерею; низового сопрягающего участка; промывного водовода. При расположении отстойника в гидроузле отсутствует верховой сопрягающий участок, а входной шлюз-регулятор входит одновременно в состав водозаборного сооружения. Все перечисленные конструктивные элементы отстойника в местах примыкания друг к другу отделяют деформационными швами с уплотнением их герметиками. Камеры отстойника, если длина их превышает допустимую по условиям температурных деформаций, имеют также поперечные деформационные швы. отстойник грунтовая плотина сифонный

Однокамерные и многокамерные отстойники

Однокамерный отстойник ? это бетонный или железобетонный бассейн, в начале и в конце которого установлены шлюзы-регуляторы для управления потоком (см. рис. 1, а). Бортовые стенки могут быть вертикальными или наклонными. Дно имеет продольный уклон.

Существенный недостаток однокамерного отстойника состоит в прекращении на время промывки (второй такт работы отстойника) подачи воды потребителю. Если по условиям эксплуатации перерыв в подаче воды в канал недопустим, параллельно камере отстойника устраивают обводной канал (см. рис. 1,6), по которому на время промывки подается вода потребителю. Так как через обвод подается неосветленная вода с повышенной мутностью, канал за отстойником заиляется и наступает момент, когда требуется его чистка. Для регулирования подачи воды по обводному каналу в начале и в конце его ставят шлюзы-регуляторы.

При числе камер две и более отстойники называют многокамерными. Их можно рассматривать как систему параллельно присоединенных друг к другу однокамерных отстойников (см. рис. 1, в). Такие отстойники обеспечивают непрерывную подачу осветленной воды потребителю, так как во время промывки одной камеры, а промывают их последовательно одну за другой, работают остальные камеры, хотя и с некоторой перегрузкой по сравнению с расчетными условиями.

Отстойники с периодической промывкой

Отстойники с периодической промывкой работают в два такта. В первом из них, по времени более продолжительном, происходит осаждение части взвешенных наносов из потока, поступающего из реки, и одновременно подача осветленной воды в канал. Как только расчетные фракции взвешенных наносов, принятые к осаждению, начнут попадать в канал за отстойником, подачу воды потребителю прекращают, после чего наступает второй такт работы отстойника ? смыв отложившихся наносов.

Таким образом, в течение всего времени работы отстойника один такт сменяется другим.

Как правило, очистку отстойников рассматриваемого типа осуществляют гидравлическим способом. Наносы, смытые водой, через промывные устройства сбрасывают в реку.

Достоинство многокамерных отстойников состоит также в том, что подача воды потребителю не прекращается и происходит по графику водопотребления и во время ремонта одной из камер. Мутность воды, поступающей в канал при этом, остается такой же, как и при работе всех камер, но частота промывок их несколько увеличивается.

В многокамерных отстойниках расход воды на промывку сокращается, что следует учитывать в гидроузлах, где весь расход водотока забирается на полезное потребление. Следует, однако, отметить, что общий объем воды, потребный для промывки, не зависит от числа камер.

Число камер назначают, учитывая эксплуатационные требования и принимая во внимание стоимостные показатели. Известно, что с увеличением числа камер стоимость отстойника возрастает, поэтому нормами рекомендуется сокращать число камер до минимума

Рис. 2. Продольный разрез отстойника с непрерывной промывкой

1 ? входной шлюз-регулятор; 2 ? служебные мосты; 3 ? камера; 4 ? выходной шлюз-регулятор; 5 ? промывная галерея; 6 ? затворы промывного шлюза-регулятора; 7 ? донная галерея; 8 ? деформационные швы; 9 ? донные промывники водозабора

Отстойники с непрерывной промывкой

В учебниках под отстойниками с непрерывной промывкой (рис.2) понимают только один из них, названный здесь энергетическим.

Применяют рассматриваемый тип отстойников для осаждения сравнительно крупных фракций взвешенных наносов ? 0,2-0,25 мм и крупнее. Условия его применения такие же, как и рассмотренного ранее типа отстойников с периодической промывкой. Выполняют его однокамерным и многокамерным и размещают как в составе водозаборного гидроузла, так и на канале в некотором удалении от гидроузла.

Особенность работы отстойников с непрерывной промывкой состоит в том, что одновременно с осаждением и удалением взвешенных наносов происходит подача осветленной воды потребителю. Глубина воды в таких отстойниках постоянная, но режим потока неравномерный вследствие изменения расхода по длине камеры при отборе части его на промывку.

Особенность этих отстойников заключается также в том, что они не имеют мертвого объема для осаждения наносов и длина камер у них меньше длины камер отстойников с периодической промывкой.

Отстойник рассматриваемого типа состоит из тех же элементов, что и отстойник с периодической промывкой.

Некоторые типы отстойников с непрерывной промывкой

1. Отстойник системы Д. Я. Соколова (рис. 3). Условия проектирования этого отстойника такие же, как и энергетического с непрерывной промывкой. Его применяют для осаждения песчаных взвешенных наносов при глубине воды в камерах до 5 м и скорости потока при осаждении наносов 0,2-0,4 м/с.

Отстойники системы Д. Я. Соколова можно использовать как на деривационных каналах для гидроэлектростанций, так и в ирригации. Размещают их в составе гидроузла или на канале. Обычно их выполняют многокамерными, так как ширина камер ограничена формой дна, вследствие чего расход через камеру, как правило, не превышает 3-4 м³/с.



Рис. 3. Конструкция отстойника системы проф. Д. Я. Соколова

1 ? донные отверстия; 2, 3 ? соответственно колодцы и лотки для отвода гидросмеси; 4 ? затворы; 5 ? уравнительные решетки; 6 ? служебные мосты; 7 ? сборная галерея

Грани двускатного дна камеры наклонены к горизонту под углом =35-45. При таком наклоне обеспечивается свободный скат взвешенных наносов при их осаждении. Двускатное дно в варианте, разработанном Д. Я. Соколовым, устроено монолитным. По длине камеры с каждой ее стороны в пределах раздельных стенок размещают вертикальные колодцы (шахты). Наносы, осаждаясь на двускатное дно камеры, скатываются к основанию треугольной призмы и вместе с потоком воды поступают в колодцы (шахты). Вода из колодцев вместе с наносами попадает в лотки, расположенные в верхней части стенок, а из них направляется в сборную галерею и далее в промывной водовод.

Отстойник с сифонным рефулером (рис. 4). Рассчитан отстойник на осаждение мелких фракций наносов с преобладающей крупностью 0,05--0,01 мм при содержании их в потоке около 50% общего количества наносов.

Отстойник представляет собой расширенный участок магистрального канала в земляном русле с глубиной воды 2-2,5 м и заложением откосов m=1,5. Скорость течения воды принимается в пределах 0,1-0,12 м/с, что позволяет осаждать мелкие фракции наносов.

Рис. 4. Схема отстойника с сифонным рефулером

1 ? тяговый механизм; 2 ? подвижной мост с жесткой треугольной рамой; 3 ? рельсы для подвижного моста; 4 ? сифонная труба; 5 ? сосун сифона; 6 ? камера отстойника; 7 ? ножи-скребки; 8?лоток для отвода гидросмеси

Для удаления отложившихся в отстойнике наносов используют сифон, укрепленный на металлической ферме-тележке, передвигающейся но рельсам, уложенным по бермам канала. Приемная часть сифона находится у дна канала, а выходной патрубок его выведен за берму канала и опущен в лоток, расположенный параллельно отстойнику. Сифон неподвижно прикреплен к ферме-тележке и передвигается вместе с ней. Для лучшего захвата наносов со дна отстойника конец приемной части трубы сифона выполнен в виде сплющенной воронки.

Наносы, отложившиеся на откосы канала, счищают ножами-скребками, прикрепленными к ферме-тележке. Счищаемые отложения опускаются на дно канала и всасываются сифоном.

Очистка отстойника от отложений наносов происходит непрерывно при челночном передвижении фермы-тележки.

Отстойник с сифонным рефулером рекомендуется применять как однокамерный для небольших расходов (от 1 до 3 м³/с) при машинном подъеме воды. Так как промывные расходы в отстойнике невелики, затраты энергии на подъем воды при этом значительно сокращаются.[1]



Вопрос 2. Классификация грунтовых плотин

Грунтовые плотины ? самый древний тип искусственных подпорных сооружений. В Египте, Индии, Перу и других странах простейшие грунтовые плотины строились за несколько тысяч лет до нашей эры. В России в документах XIII века о грунтовых плотинах упоминается как об обычных распространенных сооружениях. В XIX веке в качестве материала для тела плотин получили распространение не только мелкозернистые грунты, но и применяли отсыпку или наброску предварительно разрыхленного взрывным способом скального грунта. Высота грунтовых плотин достигала 50 м. В XX веке грунтовые плотины получили наибольшее распространение, особенно в 50 - 60-х годах. Высота некоторых плотин достигла в настоящее время 300 м, объемы грунта ? 130 млн. м³.

Грунтовые плотины ? наиболее распространенный тип плотин, что объясняется бурным развитием техники ведения земельноскальных работ, возможностью полной механизации всего технологического процесса по возведению плотины от разработки грунта в карьере до укладки его в тело плотины, широким разнообразием конструкций плотин, которые позволяют использовать для тела плотины практически любые грунты, находящиеся вблизи створа. Кроме того, грунтовые плотины предъявляют меньшие требования к деформируемости основания, чем плотины других типов. Их строят даже на очень слабых илистых основаниях.

Грунтовые плотины можно классифицировать по используемым материалам

– на земляные, в которых основной объем тела плотины (более 50 %) выполняется из мелкозернистых глинистых, песчаных или песчано-гравелистых грунтов;

– каменно-земляные, в которых основной объем тела плотины выполняется из крупнозернистых гравийно-галечниковых грунтов;

– каменные, в которых основное тело плотины, как и в случае каменно-земляных плотин, выполняется из крупнозернистого материала, а противофильтрационное устройство ? из негрунтовых материалов.

Все эти плотины имеют трапециевидное поперечное сечение с прямолинейным или ломаным очертанием верхового и низового откосов. Тангенс угла наклона откоса к горизонту называется уклоном откоса tgб=l:m, a m=ctgб ? коэффициент заложения откоса или просто заложением откоса.

Самая верхняя кромка откоса называется его бровкой, а нижняя ? подошвой откоса. Горизонтальные или слабонаклонные участки поверхности откосов называют бермами.

По конструкции плотины делят на однородные (рис.5, а), возводимые без специальных противофильтрационных элементов, и неоднородные (рис.5, б-е), тело которых состоит из грунтов двух или нескольких видов.

Неоднородные плотины по расположению противофильтрационного грунтового устройства в свою очередь делятся на плотины: с центральным ядром (рис.5, б), когда противофильтрационное устройство из мелкозернистого грунта располагается строго по оси плотины; с наклонным ядром (рис.5, в), когда низовая грань противофильтрационного устройства наклонена к горизонту под острым углом в, но угол наклона в больше угла естественного откоса крупнозернистого грунта; с экраном, когда угол в меньше или равен углу естественного откоса крупнозернистого грунта (рис.5, г).

Если противофильтрационное устройство выполняется из негрунтового материала (бетон, асфальтобетон, сталь, дерево и т. д.), то по его положению в теле плотины различают экран (рис.5, д), расположенный со стороны верхового откоса, и диафрагму (рис.5, е), расположенную по оси плотины.

По методам производства работ плотины бывают насыпные, намывные, набросные, взрывонабросные, из сухой кладки камня.

Рис. 5. Типы грунтовых плотин:

1 ? гребень плотины; 2 ? низовой откос; 3 ? берма, 4 ? дренажная призма; 5 ? грунтовая призма; 6 ? подошва плотины; 7 ? верховой откос; 8 ? крепление верхового откоса; 9 ? верховая упорная призма; 10 ? ядро; 11 ? переходные зоны; 12 ? низовая упорная призма;

13 ? грунтовой экран; 14 ? понур; 15 ? пригрузка; 16 ? подготовка под негрунтовым экраном; 17 ? негрунтовой экран; 18 ? диафрагма; 19 ? фильтр

Насыпные плотины бывают: с механическим уплотнением грунта, возводимые послойной отсыпкой с укаткой или трамбованием слоев; возводимые отсыпкой грунта в воду без механического уплотнения; возводимые отсыпкой большими слоями (10-50 м) насухо или с уплотнением струей воды из гидромонитора.

По высоте плотины иногда подразделяют на низкие ? высотой менее 30 м; средние (30?Н?100 м); высокие (100<H?150 м) и сверхвысокие (H>150м).

По условиям пропуска строительных и эксплуатационных расходов воды грунтовые плотины подразделяют на глухие, фильтрующие и переливные.

Глухие ? это плотины, фильтрационный расход через которые мал по сравнению со строительными и эксплуатационными водосбросными расходами. Водосбросные сооружения при этом могут быть береговыми или пересекать тело плотины в виде галерей.

Фильтрующие ? это плотины, фильтрационный расход через которые соизмерим с расходами воды, подлежащими сбросу через водосбросные сооружения. Эти плотины могут выполняться из камня (горной массы) без специальных противофильтрационных устройств.

Переливные ? это плотины, на гребне и откосах которых располагают безнапорные водосбросные сооружения для пропуска строительных и эксплуатационных расходов [3].



Задача

Сконструировать флютбет и выполнить его фильтрационный расчет методом линейной контурной фильтрации.

Исходные данные:

№ варианта	Грунт основания плотины	Глубина воды в верхнем бьефе Н1, м
8	Супесь плотная	7,9

Длина подземного контура флютбета должна быть такова, чтобы не могло быть выноса частиц грунта из-под него фильтрационным потоком. Длину подземного контура и толщину флютбета определяют фильтрационным расчетом.

Для предварительных расчетов и при расчете малоответственных небольших сооружений можно использовать так называемый метод линейной контурной фильтрации. Имея напор Z, задаются длиной горизонтальных частей флютбета, количеством рядов шпунтов и глубиной их забивки. Развернутую длину подземного контура флютбета определяют, суммируя длины горизонтальных частей флютбета и длину шпунтов и считая при этом, что фильтрационный поток будет обходить шпунты с двух сторон.

Порядок расчёта:

1. Задаемся предварительными размерами водонепроницаемой части флютбета:

l_п=(1-3)Н; принимаем коэффициент2

l_п = 2х7,9 = 15,8 м;

l_в=(2-4)Н; принимаем коэффициент 3

l_в = 3х7,9 = 23,7 м;

t_п=0,5 м,t_в=1,0 м;

г_в=1 т/м³,г_б=2,5 т/м³.

2. В выбранном масштабе на миллиметровой бумаге вычерчиваем водонепроницаемую часть флютбета (М 1:200) (Рис.1,а)

3. Находим длину развернутого контура флютбета L:

??_ф=??_п+??_п+0,5+??_в+??_в

??_ф=15,8+0,5+0,5+23,7+1,0=41,5 м.

4. Строим эпюру фильтрационного давления (Рис.1, б)

В методе линейной контурной фильтрации фильтрационное давление прямо пропорционально длине развернутого контура флютбета. В точке 1 оно равно напору Н, в точке 6 фильтрационное давление равно 0.

Площадь эпюры давлений будет представлять вертикальную силу, стремящуюся поднять флютбет вверх. Поэтому он должен иметь такой вес, чтобы давление снизу не могло его поднять.

5. Т.к. на понур сверху действует давление воды, которое больше, чем фильтрационное, поэтому толщину понура оставляют 0,5 м. Толщину водобойной плиты определяют в зависимости от фильтрационного давления.

Находим величину фильтрационного давления в 4 и 5 точках (начале и конце водобойной плиты):

,

где l_4-5 - расстояние от рассматриваемой до конечной точки пути фильтрации.

l₄ = 0,5 + l_н + 0,5,

l₄= 0,5+15,8+0,5 = 16,8 м;

l₅ = l₄ + l_в = 16,8+23,7 = 40,5 м;

h₄ = 7,9?7,9х = 4,7 м,

h₅ = 7,9?7,9х = 0,2 м.

Зная фильтрационное давление, находим толщину водобойной плиты

,

n - коэффициент запаса, равный 0,8-1,2. Принимаем n=1.

t₄ = 1=3,13 м,

t₅ = 1=0,13 м.

6. Конструируем флютбет (Рис.2).

7. Длина развернутого подземного контура флютбета должна удовлетворять условию ??_ф ? ??₀:

??₀=СЧН,

где С - уклонный коэффициент, зависящий от рода грунта. Для плотной супеси принимаем С=3,5.

Таблица 1 - Значения коэффициента С

Наименование грунта	С
Илистые и мельчайший песок	8,5
Торф разложившийся	8,0
Мелкий песок	7,0
Песок средней крупности	6,0
Крупный песок	5,0
Торф неразложившийся	5,0
Лессовые	3,5-4,0
Мелкий гравий	4,0
Гравий средней крупности	3,5
Крупный песок с гравием	3,0
Суглинистые	3,0-3,5
Мягкая глина	3,0
Валуны с галькой и гравием	2,5
Глина средней плотности	2,0
Плотная глина	1,8
Очень плотная глина	1,6

??₀=3,5Ч7,9=27,65 м,

??_ф=41,5 ??₀= 27,65 ? условие выполняется.



Список литературы

Гидротехнические сооружения: Учеб. пособие для вузов / И. А. Васильева, Г. И. Журавлев, С. Н. Корюкин, П. Е. Лысенко, Н. П. Розанов, Г. К. Суханов; под редакцией Н. П. Розанова. ? М.: Стройиздат, 1978 ? 647 с.

Гидроэлектрические станции: Учебник для вузов / З.Н. Аршеневский, М.Ф. Губин, В.Я Карелин, Г.И. Кривченко, Е.Л. Митюрев, И. Е. Михайлов, В.А. Орлов, А.И. Попов; под ред В.Я Карелина, Г.И. Кривченко. ? М.: Энергоатомиздат, 1987 ? 82 с.

Гидротехнические сооружения: часть 1, учебник для вузов / Л.Н. Рассказов, В.Г. Орехов, Н.А. Анискин, В.В. Малаханов, А.С. Бестужева, М.П. Саинов, П.В. Солдатов, В.В. Толстиков; под ред. Л.Н. Рассказова. ? М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2008 ? 576 с.

Размещено на Allbest.ru

...