Гашение избыточной кинетической энергии потока в нижнем бьефе гидротехнических сооружений

Размещено на http://www.allbest.ru/

ТарГУ им. М.Х. Дулати

ГАШЕНИЕ ИЗБЫТОЧНОЙ КИНЕТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ПОТОКА В НИЖНЕМ БЬЕФЕ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ

Кожамкулова Г.Е.

Поток воды, поступающий через водосбросы высоконапорных сооружений, обладает значительной кинетической энергией. Поэтому при проектировании водосбросов высоконапорных сооружений важно принять такое решение, при котором не было бы опасного для устойчивости сооружения русла нижнего бьефа. Глубина ямы размыва, достигнув определенного допустимого передела, должна стабилизироваться.

Для гашения избыточной кинетической энергии потока, сбрасываемого в нижний бьеф, находят применение следующие способы:

1. Гашение энергии в пределах водосбросного сооружения - для этого случая возможно размещение гасителей на водосливе, покрытие канала быстротока усиленной широховатостью, устройство камер гашения по трассе водосброса.

2. Гашение энергии в донном затопленном гидравлическом прыжке - для затопления гидравли-ческого прыжка глубина воды в нижнем бьефе, должна быть больше глубины, сопряженной с глубиной в сжатом сечении, для образования и поддержания гидравлического прыжка обычно применяется водобойный колодец или водобойная стенка. Поскольку глубина колодца или высота стенки при больших удельных расходах и напорах могут достигать 10-15 м, требуется выполнение значительного обьема работ. Применений гасителей на водобое высоконапорных сооружений ограничено требованием бесквитационной работы гасителей.

3. Рассеивание энергии при поверхностном режиме - инитенсивное гашение энергии при поверхностном режиме происходит при затопленном поверхностном прыжке, а при незатопленном поверхностном прыжке некоторая часть энергии рассеивается за счет вращения вальца под струей и большая часть энергии рассеивается постепенно по длине нижнего бьфа.

4. Гашение энергии при отбросе струи - струя воздействует на русло в уделении от сооружения. При большой дальности отброса струи образование ямы размыва не может угрожать устойчивости сооружения.

Отброс струи также не оправдывает себя, так как в отводящем русле возникают значительные размывы для берегов, а также крупные волны.

5. Гашение энергии при свободном падении струи - струя встречается с дном нижнего бьефа вблизи сооружения, поэтому размыв русла недопустим. Для гашения энергии необходимо иметь в месте падения струи водяную подушку достаточной мощности, естественную или создаваемую устройством глубокого колодца или возведением стенки на некотором удалении от сооружения.

Незначительное влияние оказывает на вторую сопряженную глубину аэрация потока. Установлено, что при концентрации воздуха в сжатом сечении 0,34-0,64 вторая сопряженная глубина уменьшается всего на 5-10%.

Облегчается гашение энергии затоплением прыжка при уменьшении удельного расхода. Поэтому практикуется устройство за водосбросами с узким водосбросным фронтом раструба. Поскольку при больших числах Фруда угол растекания потока мал, применяются различные меры для принудительного растекания потока: установка на флютбете растекателей, устройство поперечных порогов. Но при назначении этих мер нельзя забывать об опасности разрушения конструкций кавитацией.

Эффективной мерой, обеспечивающей уменьшение компактности струи, и следовательно, облегчения гашения энергии являются расщепители потока.

Но при выборе способа гашения энергии - сопряжение бьефов отброшенной струей или установка расщепителей - необходимо учитывать возможное неблагоприятное воздействие водяной пыли.

Одной из действенных мер гашения энергии в нижнем бьефе является установка на водобое гасителей энергии. В результате действия гасителей можно достичь затопления прыжка при глубине меньшей второй сопряженной глубины, что позволяет избежать устройства водобойного колодца или уменьшить его глубину.

В практике гидротехнического строительства наибольшее распространение получили гладкие водобойные колодцы, хотя известны схемы, когда в колодцах устанавливаются гасители в виде шашек и пирсов [1]. Такие конструкции подвержены динамическому воздействию, возрастает также опасность кавитации. бьеф гашение энергия поток

Для повышения эффективности гашения избыточной кинетической энергии потока, сбрасываемого в нижний бьеф было предложено устанавливать в водобойном колодце расщепители клинообразной формы [2]. Эти расщепители разделяют поток на отдельные струи (рис.1), которые затем отклоняются в стороны, сталкиваются между собой и расщепляются вторым рядом расщепителей. Расщепители имеют треугольную форму в плане, высота треугольника в 2,5-3 раза больше основания. Два ряда расщепителей создают интенсивное поперечное перемешивание потока, не позволяя возникнуть устойчивым завихрениям. Высота каждого расщепителя понижается в направлении течения, что создает возможность для расширения струй, движущихся между расщепителями. Опыты показали, что применение такой конструкции перераспределяет расход по ширине колодца и ликвидирует все возможности возникновения устойчивых водоворотных зон, создаются условия для интенсивного поперечного перемешивания. Данная конструкция позволяет уменьшить по сравнению с гладким водобойным колодцем длину колодца на 20-25%, за счет чего снижаются капитальные затраты на строительство и реконструкцию сооружения.

Рис. 1 Водобойный колодец с расщепителями

Стремление найти экономичное конструктивное решение для водосбросных сооружений приводит к сокращению длины сливного фронта и увеличению удельных расходов. Существующая тенденция к увеличению удельных расходов повлияла и на изменение конструкций крепления нижнего бьефа водосбросов низконапорных сооружений. Поэтому решение вопроса о создание благоприятных гидравлических условий на участках сопряжения бьефов и перехода потока в естественное состояние является одной из важнейших задач при проектировании гидротехнических сооружений.

Литература

1. Гришин М.М., Слисский С.М. и др. Гидротехнические сооружения. Т.1.,М. Высшая школа, 1979 г.

2. Гаситель энергии потока для гидротехнических сооружений. Джурумбаева Р., Джартаева Д.К., Ахмедова А.Т., положительное решение на авторское свидетельство, заявка № 2010/0611.1.

Размещено на Allbest.ru