Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  


Загрузка...

Лекции - Водосбросные сооружения высоконапорных гидроузлов - файл 1.doc


Лекции - Водосбросные сооружения высоконапорных гидроузлов
скачать (45180 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc45180kb.15.11.2011 19:52скачать

содержание
Загрузка...

1.doc

1   2   3   4
Реклама MarketGid:
Загрузка...

м

















По чертежу

20
^

Объем перемычкиVп=2/3 Fп lп


т.м3



















21
^

Сечение туннелей Fт=b∙h nт


м2
















lт= …..м

22
^

Объем туннелей Vт = Fтlт


т.м3



















23

Объем перемычки в приведенном

бетоне Vп = 0,1 Vп


т.м3



















24

Объем туннелей в приведенном.

бетоне Vт = 2,5 VТ


т.м3



















25

V= Vi = V’п +V’т

т.м3





















По данным таблицы строятся ( рис. 2.9,а ) кривые cтоимостей перемычки V= f1 ( h ), туннеля V= f2 ( h ) и суммарной стоимости V= V= f3 ( h ), а также ( рис. 29,б ) кривые УВБ = f4( h), УВ1 = f5( h), Пр = f6( h), В= f7( h).

Минимум кривой (см. точку А) дает нам искомое h. Найденное, таким образом значение h следует округлить до целого.

Установив таким образом экономически наивыгоднейшее значение h, далее по кривым на рис. 29,б находят соответствующие этому значению h отметку уровня верхнего бьефа УВБ, отметку уровня воды на входе в туннель УВ1, входного порога Пр, отметку верха туннеля (шелыга ) на входе В.





Рис. 2.9. Результаты расчетов в соответствии с табл. 1.

Полученную высоту hэк необходимо дополнительно проверить, учитывая следующие соображения.

Довольно часто грунтовую верховую перемычку (рис. 2.7) возводят следующим образом. Реку перекрывают банкетом путем наброски камня в текущую воду. После создания такого банкета по его верховому откосу отсыпают обратный фильтр, а затем начинают отсыпку самого тела земляной перемычки. При этом ставят условие, чтобы в момент полного перекрытия реки банкетом перепад на нем Z' не превышал 2,0…3,0м. При несоблюдении такого условия перекрытие русла банкетом осуществить трудно. В связи с этим возникает необходимость найти перепад Z' на банкете, который получается при пропуске по туннелю меженного расхода (расхода перекрытия) Qmin.

Эту задачу решают следующим образом:

Предполагают, что входной портал строительного туннеля имеет прямоугольную форму шириной b = kbh и при пропуске Qmin работает как неподтопленный водослив с широким порогом.

  1. Определяют напор Н на входном пороге в момент замыкания банкета по обычной водосливной формуле

H = (Qmin / m kbh )2/3, (1)

где коэффициент расхода m = 0,35

  1. Для H определяем отметку



  1. По кривой связи ( рис.5 ), зная расход Qmin, определяют в створе низового портала, при этом считают, что в нижнем бьефе верховой перемычки при пропуске Qmin устанавливается уровень воды на отметке .

  2. Вычисляют искомое значение Z':

5. Если Z' окажется больше 3м, то приходится отказываться от найденной высоты туннеля , и принимая Z' = 23м, поступают следующим образом:

а)_Находят максимально допустимую отметку уровня верхнего бьефа при пропуске Qmin:



б) Определяют отметку порога при пропуске Qmin:

или (Qmin / m kbh )2/3 .

в) Задаваясь различными значениями h, можем вычислить по этой зависимости соответствующие им .

г) Далее наносят на рис.2.9 кривую Пр = f8 ( h ), которая пересечется с кривойПр = f8 ( h ) в точке С. При отмеченных выше предположениях параметры туннеля должны быть выбраны отвечающими вертикали, проведенной через точку С.


Лекция 3.

3. Проектирование входного портала безнапорного строительного туннеля ( по Е.Д.Кадомскому ).


3.1. Схемы входного портала.

Е.Д.Кадомский предложил три схемы входного портала, рассматриваемые ниже.



Рис. 3.1. Возможные схемы входного портала

строительного туннеля

1-ую схему ( рис. 3.1,а ) следует принимать в случае, когда уклон движения воды в туннеле i меньше критического iк, или Zвх < 0,5 h0.

В данном случае подходная часть портала ( длиной l0 ≈ 2 h ) работает как водослив с широким порогом с одним перепадом Zвх.

^ 2-ую схему портала ( рис. 3.1,б ) применяют, когда уклон туннеля несколько больше критического, или Zвх 0,5 h0. В этом случае в сечении 1-1 устраивают повышенный порог, с таким расчетом, чтобы в сечении 2-2 установилась сжатая глубина hс, равная h0. Высоту порога d0 определяют по зависимости:

d0 = Zвх + h0 - 1,5 hк.

3-ю схему портала ( рис. 3.1,в ) применяют в случае очень большого уклона туннеля, или когда Zвх > 0,5 h0. В этом случае высота порога получается очень большой ( если применять 2-ую схему ), поэтому здесь рационально ( с экономической точки зрения ) перейти к устройству к так называемой забральной балке. При этом получается напорное истечение из отверстия в безнапорный туннель. Такого рода схему целесообразно применять, когда Zвх = 1… 1,5 hк. Высота отверстия e под забралом может быть вычислена как e = h0, где 0,6 - коэффициент вертикального сжатия струи. На рис.3.2 показаны примеры выполнения входного (а) и выходного (б ) порталов строительного туннеля по первому типу. .

Рис.3.2.


3.2. Последовательность построения плана и разреза по оси входного портала.

Исходные данные: Выбрана трасса туннеля, выполнен гидравлический расчет и определены геометрические характеристики сечения туннеля.

Построение выполняем для входного портала, выполняемого по первой схеме ( рис. 3.1,а ) в условиях скального массива без учета делювиального слоя грунта.

  1. Проводим на плане ось туннеля ( рис.3.3).

  2. Согласно масштабу переносим горизонтали с планшета на чертеж.



Рис. 3.3. План входного портала.


3. Строим профиль поверхности земли вдоль трассы, используя отметки горизонталей в точках их пересечения с осью туннеля (рис.3.4).



Рис. 3.4. Продольный разрез по оси входного портала.

4. Выбираем за точку отсчета высот отметку порога, полученную из гидравлического расчета.

5. Находим превышения горизонталей над отметкой порога и откладываем эти величины на соответствующих вертикалях от отметки порога вверх.

6. Откладываем вверх от отметки порога высоту туннеля Н = h, проводим линию, параллельно дну туннеля на высоте Н над отметкой порога. Это линия – верх туннеля.

7. От верха туннеля на высоте 1,5… 2Н проводим линию, параллельно туннелю до пересечения с естественной поверхностью земли.

8. Из точки пересечения, обозначенной точкой А, строим профиль откоса с уклоном 5:1.

9.Откладываем толщины бетонной обделки туннеля (ориентировочно равные 0,1Н).

10.Откладываем отметку верха портала, равную отметке гребня перемычки (берём из гидравлического расчета).

11.Проводим линию ВС. ( Примерно на расстоянии 0,1 D от границы скального массива ).

12.Массив бетона в области DE примыкает к пазу затвора. Линия DE проходит на расстоянии 0,2 – 0,3м от ВС, чтобы избежать зацепления за бетон боковых и верхних уплотнений при опускании затвора и обеспечить плотное примыкание его в опущенном положении.

13.Проводим линии паза затвора. Затвор плоский, многоригельный. Ширина паза примерно 0,1D .

14.Под порогом в месте опирания затвора делаем утолщение в бетонной обделке.

15.От паза затвора откладываем примерно 1,5 – 2Н в сторону верхнего бьефа. На этом расстоянии бетонируется дно и боковые подпорные стены.

16.Откладываем уровень воды, соответствующий глубине в туннеле и уровень верхнего бьефа при пропуске расхода на входе перед подпорными стенами. Соединяем два уровня плавной кривой спада (в случае отсутствия забральной балки).

17. Выделяем жирной линией то, что относится к сечению по оси туннеля. Боковые откосы строятся после построения плана входного портала.

18. Построение плана начинаем с изображения дна котлована: откладываем от оси туннеля влево и вправо расстояния 0,5 D и толщины подпорных стен в основании 0,1 Н и параллельные линии FF/ и GG/.

19. Строим линии пересечения естественной поверхности земли и поверхностей боковых откосов. Для этого находим несколько точек, лежащих на этих линиях пересечения. Например, точку на пересечении горизонтали «n» с поверхностью откоса. Для этого находим заложение откоса

S1=(n - Порога)·0,2,

где 0,2 – коэффициент заложения откоса.

20. Решаем вопрос, где будет проходить подъездная дорога, слева или справа от оси, вдоль или поперек оси туннеля.

Пусть она проходит слева, вдоль трассы туннеля. Откладываем её ширину ( 5м ) и проводим линию NN/.

21. Проводим линии, параллельно оси туннеля на расстоянии S1 от линий GG/ и FF/. Точки пересечения Т и Т/ проведенных линий с горизонталью «n» будут искомые.

22. Точки пересечения боковых откосов с другими горизонталями находятся аналогично.

23. Рисуем пазы для затвора и бетон, примыкающий к пазам.

24.Находим линию пересечения левого бокового откоса с естественной поверхностью земли: (линия XY). Для этого используем формулу:

S2=(m - Порога)·0,2,

где m – отметка соответствующей горизонтали. S2 откладываем от линии NN/ находим точку Т2.

25. Линия КК/ является линией пересечения поверхности торцевого откоса с плоскостью на отметке портала. Для нахождения точки Т3 используем формулу

S3=(р - Порога)·0,2,

где р – отметка соответствующей горизонтали.

26. Предварительно линию КК/ пересечения торцевого откоса с плоскостью портала переносим с разреза на рис.12.

27. Если горизонтали проведены очень редко, то следует наметить дополнительные и с их помощью построить необходимое число точек.

28. На следующем этапе проводим линии пересечения плоскостей боковых откосов с плоскостью торцевого откоса. Обычно эти плоскости сопрягаются конусами.

  1. Показываем линию, соответствующую началу бетонной облицовки на дне.

30.Закругляем подпорные стенки в их начале.

31. Находим горизонталь, на которой заканчивается плоскость с отметкой портала. Пусть это будет n – 1 горизонталь.

32. Строим подходные выемки ( * ) ( рис.3.4 ).

33. Намечаем трассу дороги слева (желательно в полувыемке-полунасыпи), для чего разворачиваем начальную часть откоса и показываем выемку ( ** ) рис.3.4.

  1. По окончательно выполненному плану завершим построение поверхностей боковых откосов.

  2. Стираем горизонтали, которые проходят через выемку, и рисуем на откосах бергштрихи.

Для удобства монтажа затвора перед пазом размещаем мост (рис.3.3, 3.4).


3.3. Аксонометрические проекции входных порталов безнапорных строительных туннелей.

На рис. 3.5 - 3.8 представлены проекции входного портала безнапорного строительного туннеля. Продольные и поперечные разрезы построены для различных туннелей.

Рис.3.5. Аксонометрическая проекция входного портала с разрезом по оси. Входной перепад мал ZВХ < 0,5h0. Подъезд по дороге, проходящей в глубокой выемке, слева от оси туннеля

Рис.3.6. Аксонометрическая проекция входного портала с разрезом по оси. Входной перепад - большой ZВХ > 0,5h0. Крутопадающий откос. На входе в туннель – забральная балка.

Подъезд к порталу проходит в полувыемке-полунасыпи слева от оси туннеля.

Рис.3.7. Аксонометрическая проекция входного портала с поперечным разрезом перед пазом затвора.

Рис.3.8. То же, что и на рис.3.7, но разрез по пазу затвора.




Рис. 3.5. Рис.3.6.



Рис.3.7. Рис.3.8.


Лекция 4.

4. Аккумулирование ливневого паводка.

При большой площади зеркала ( поверхности ) водохранилища подъем подпорного уровня до ФПУ сопровождается частичной аккумуляцией поверочного приточного расхода с трансформацией гидрографа паводка - заметным снижением его пика и увеличением продолжительности.

В общем случае процесс трансформации паводка происходит следующим образом. Будем считать, для удобства пояснения, что паводок вызван дождевыми (ливневыми) водами, а на пороге водослива затворы отсутствуют, т.е. отметка гребня водослива равна отметке НПУ.

Так как время прохождения ливневого паводка предугадать практически невозможно, то часто в запас считают, что в начале этого паводка водохранилище наполнено, а следовательно, уровень воды в нем стоит на уровне гребня водослива, т.е. на отметке НПУ, и расход водосброса равен нулю.

На рис. 4.1,а представлен продольный разрез водохранилища. Объем водохранилища, заключенный между ФПУ и НПУ, называется аккумулирующей, или резервной призмой:

Wакк = 0,5(АФПУ + АНПУmаx,

где АФПУ и АНПУ - площади зеркала водохранилища, отвечающие соответственно ФПУ и НПУ; Нmаx = ФПУ - НПУ - максимальный напор на гребне водослива.

На рис. 4.1,б приведен график ливневого паводка в виде кривой Qп = f(t). Расход паводка Qп вначале возрастает до максимального значения Qп mаx, а затем снижается до нуля. По мере наполнения водохранилища уровень воды в нем повышается и, следовательно, растет напор на гребне водослива и расход через него Qв = f1(t).

На протяжении первого периода работы водослива (наполнение водохранилища) Qп > Qв . В некоторый момент времени, когда напор Н и расход Qв = f1(t) достигнут максимума, Qп = Qв. После этого начинается опорожнение водохранилище, во время которого Qп < Qв. В момент, соответствующий точке 3, паводок закончится, однако водослив будет продолжать работать до момента времени, отвечающего точке В. Как видно продолжительность работы водослива t0 больше продолжительности паводка Т0. Таким образом, благодаря аккумуляции воды в водохранилище получаем трансформацию (преобразование) паводка: гидрограф притока О-1-2-А-3 с пиковым расходом Qпmаx трансформировался в гидрограф истечения паводка из водохранилища 0-А-В с максимальным расходом Qв mаx, который должен быть принят как расчетный для водосброса.




Рис. 4.1. Профиль водохранилища (а) и схема трансформации паводка (б).


При наличии большой аккумулирующей призмы, когда ее объем больше объема ливневого паводка, водосброс на пропуск этого паводка можно не рассчитывать.

Задачу расчета аккумулирования ливневого паводка, как правило, ставят так: задан гидрограф паводка, а также НПУ и ФПУ; требуется найти расчетный расход водослива. Решение этой задачи в первом приближении ведут обычно по способу Д.И.Кочерина, согласно которому гидрограф паводка аппроксимируют трапецией, а кривую ОА заменяют прямой ОА.

Ниже приводится пример учета аккумулирования ливневого паводка (рис. 4.2) для двух случаев конструкции водослива - без затворов (рис.4.2,а) и с затворами (рис.4.2,б).

Для расчета задано:

- площади зеркала водохранилища при НПУ и ФПУ соответственно АНПУ и при АФПУ;

- гидрограф ливневого паводка;

- максимальный расход ливневого паводка Q1макс = 1400 м3;

- время подъема паводка Т1 = 6 часов;

- время пика паводка Т2 = 4 часа;

- время спада паводка Т3 = 10 часов;

- максимальный подъем уровня от НПУ до ФПУ -H = 1,5м;

- объем призмы аккумулирования ( резервный объем)

Waкк = H·0,5(АНПУ + АФПУ) = 1,5·11,5·106 = 17,25 м3;

- полный объем ливневого паводка

W0 = 0,5(Т1 + 2Т2 + Т3)Q1макс =0,5·(6 + 2·4 + 10) 1400·3600=

= 60,5·106 м3;

- транзитный объем

WТР = W0 - Wакк = (60,50 - 17,25)106 = 43,25·106 м3.


Максимальные расходы с учетом аккумулирования ливневого паводка можно найти аналитически с применением следующих формул:

- для водослива без затворов (случай I):

Q2макс = Q1макс (1 + α)(1 - β); (2)

- для водослива с затворами (случай II):

Q2макс = Q1макс, (3)

где α = , β = . (4)




Рис. 4.2. К расчету аккумулирования ливневого паводка.

Полученные в результате расчетов значения расходов Q2макс сравниваются с основным паводочным расходом (см. задание), и в качестве расчетного принимается бόльший из них для выбранного типа водослива - с затворами или без них.


Лекция 5.

^ 5. Шахтный водосброс.

Шахтный водосброс представляет собой водослив кругового в плане очертания (воронку), сбрасывающий воду в нижний бьеф через вертикальную или наклонную шахту и отводящий туннель.




Рис. 5.1. Основные элементы шахтного водосброса.


В состав шахтного водосброса входят (рис. 5.1):

1 - водосливная воронка с полным или неполным в плане кольцевым водосливом, иногда с плоским гребнем;

2 - переходный участок, в пределах которого свободное падение воды при расчетном расходе происходит с полностью заполненным сечением; площадь сечения переходного участка уменьшается в соответствии с уменьшающимся живым сечением струи;

3 - вертикальная или наклонная шахта обычно постоянного сечения;

4 - колено или иное сопрягающее устройство, соединяющее шахту с отводящим туннелем;

5 - отводящий туннель.


5.1. Водосливная воронка.

Выполняется в виде полного или неполного кольцевого водослива (рис.5.2,а,б). Кольцевые водосливы бывают нерегулируемые (без затворов), когда гребень водосливной воронки выполнен на отметке НПУ, и регулируемые, когда на гребне воронки установлены затворы. При использовании нерегулируемых водосливов для развития их водосливного фронта во избежание существенного подъема уровня при сбросе максимальных расходов применяют водосливы типа «маргаритка». Эти водосливы имеют развитую сливную кромку за счет того, что состоят из нескольких лотков, имеющих в плане вид лепестков и дно, наклоненное в сторону шахты (рис.5.2,в).



Рис. 5.2. Схемы водоприемной части шахтных водосбросов.

а - круговая водосливная воронка с затворами или без них; б - секторная (неполная) водосливная воронка; в - лепестковый водослив («маргаритка»).

Водоприемная часть шахтного водосброса соединяется с водоотводящей частью. Наиболее широкое распространение получили вертикальные шахты, которые могут быть коническими или цилиндрическими (рис.5.3,а,б). Реже устраиваются наклонные шахты (рис.5.3,в). Известны случаи, когда вертикальная шахта отсутствует и воронка соединяется коленом с отводящим трактом (рис.5.33,г).



Рис.5.3. Конструктивные схемы шахт.

а - вертикальная коническая шахта; б - вертикальная цилиндрическая шахта;

в - наклонная цилиндрическая шахта; г - непосредственное сопряжение оголовка с коленом, шахта отсутствует.


5.2. Подвод воды к кольцевому водосливу.

Для устранения вращения потока и равномерного обеспечения подвода воды выемке (расчистке), подводящей воду к водосливу, придаются определенные очертания в плане и устанавливаются противоводоворотные устройства.

Расчистка в плане может быть параболического, полигонального или иного очертания (рис.5.4).




г)




Рис.5.4. Возможные плановые очертания расчисток.


Как показывают исследования, даже при самых совершенных очертаниях расчистки (рис.5.4,а) избежать полностью водоворотных явлений в пределах выемки не удается - требуется применение противоводоворотных устройств.

Ширина расчистки l на подходе к шахтному водосбросу назначается из условия получения скорости здесь v = 1,0…1,5м/с:

l = (5)

где QP - расчетный расход; р - превышение гребня водослива над дном расчистки; Н - расчетный напор.

Очертание параболической расчистки (рис.5.4,б) строится по координатам:

y = l ; x = y ctg. (6)

В качестве протвоводоворотных устройств применяются направляющие стенки, одна (рис.5.4,б) или две (рис.5.4,в). Во втором случае длина каждой стенки принимается равной lст = (2,5…3,0)R, толщина стенки около 1,0м, расстояние между стенкой и гранью водослива 0,05…0,1 R.

Расчистка по рис.5.4,г строится следующим образом.

Из точки А (точка пересечения оси быка с наружной окружностью водослива) под углом α проводится линия АВ. Отрезок этой линии ВС представляет ширину расчистки bα в этом месте, которая определяется по формуле bα =

где Qα = Q - расход на расчистке в сечении α; Н - напор на гребне водослива; с - высота гребня водослива; vp = 1…1,5 м/с - скорость на расчистке.


5.3. Конструкция кольцевого водослива с затвором.

Кольцевой затвор представляет собой металлический цилиндр радиусом, равным радиусу R0min гребня водослива, и толщиной стенки 0,1 R0min (рис.5.5). Для открытия затвора из камеры давления по трубопроводу выпускают воду в шахту, при этом затвор опускается в камеру; для закрытия затвора трубопровод в шахту закрывается и открывается трубопровод, соединяющийся с верхним бьефом, камера заполняется водой, цилиндрический затвор всплывает и козырек затвора занимает нужное высотное положение. Описанные открытие и закрытие трубопроводов осуществляются автоматически с помощью особых клапанов и поплавков, приходящих в движение в соответствии с колебаниями УВБ.




Рис.5.5. Гребень водослива шахтного водосброса с кольцевым затвором.

1 - цилиндр затвора; 2 - козырек; 3 - кольцевой затвор; 4 - бык; 5 - подходная расчистка; 6 - камера давления (затворная камера); 7 - трубопровод для выпуска воды из камеры; 8 - водосливная воронка.

Высота порога водослива с = 0,5…1,0 Н.

На рис.5.6,5.7 представлены схемы шахтного водосброса с кольцевым затвором.



Рис.5.6.



Рис.5.7.



5.4. Гидравлический расчет шахтного водосброса.

Гидравлический расчет шахтного водосброса заключается в определении по заданному расходу очертаний элементов сооружения, обеспечивающих нормальное функционирование системы.

5.4.1. Пропускная способность водослива.

Расход через водослив шахтного водосброса определяется по формуле:

Q = εm(2πR - n0S)H3/2, (7)

где ε - коэффициент бокового сжатия, равный в среднем 0,9;; n0,S - соответственно число быков и их ширина на уровне гребня; m,R,Н - соответственно коэффициент расхода, радиус воронки (гребня) и напор на гребне водослива. При отсутствии быков ε = 1, n0 :

Q = m2πR H3/2. (8) Коэффициент расхода m зависит от относительного напора H/R:

m ≈ 0,98 (0,507 - 0,136 H/R). (9)

Умножим и разделим правую часть формулы расхода на R3/2 и найдем из полученного выражения Береговые водосбросы применяются на гидроузлах с грунтовыми плотинами, а также на гидроузлах с бетонными плотинами в узких створах. Выполняются они в виде быстротоков или туннельных водосбросов - безнапорных или напорных.

Вариант компоновки гидроузла с береговым водосбросом отличается разнообразием типов водосбросов. Головная часть такого водосброса представляет собой водослив, предшествуемый коротким подводящим каналом (подходной выемкой). Водослив может быть с широким порогом и практического профиля, прямым и кривым в плане, располагаться нормально берегу, по оси плотины (с нормальным отводом воды) ( рис. 2а ), и вдоль берега, если он крутой (с боко­вым отводом воды, траншейный) (рис. 2б); может быть кольцевым (шахтный) ( рис. 2в ), с неполной кольцевой воронкой (рис. 2г) - все зависит от способа отвода воды в нижний бьеф.



в) г)



Рис. 2. Головная часть береговых водосбросов приплотинных гидроузлов.

а – нормальный водослив:1 – ось плотины; 2 - мост; 3 – шпунт; 4 – понур;

б – боковой ( траншейный) водослив; в – кольцевой водослив; г - с наклонной штольней.

Отводящая часть водосброса может быть в виде быстротока, трассируемого по береговому склону и заканчиваемого трамплином или га­сителем другого типа ( рис. 3а ). Может быть в виде наклонной шахты, переходя­щей в отводящий туннель( рис. 3б ).При этом в качестве отводящей части, как указывалось, может быть использован низовой участок строительного туннеля. Может быть, также в виде вертикальной шахты, переходящей в туннель ( рис. 3в ). Этому варианту соответствует кольцевой водослив, под­ходная выемка к нему должна обеспечивать подвод воды по всему пе­риметру.

а)



б) в)



Рис. 3. Отводящая часть береговых водосбросов.

а - нормальный водосброс с быстротоком: I - подходной канал ( расчистка ); II - водослив; III - отводящий канал; IV - быстроток с концевым устройством; б – водосброс с наклонной штольней; в – шахтный водосброс с вертикальной шахтой и отводящим туннелем.

Выбор типа водосброса решает технико-экономическое сопос­тавление, результат зависит от природных условий и расчетного рас­хода водосброса.

R:

R=[]0,4=0,264[]0,4. (10)
Задаваясь различными значениями H/R, легко определить m, R и H.

5.4.2. Очертание водосливной воронки практического профиля.

Воронки с водосливом практического профиля применяются, когда 0,2 ≤ H/R ≤ 0,4.

Профиль водослива и водосливной воронки выполняется по методу центральной струйки или принимается по координатам Вагнера.

В первом случае при расчете профиля водослива первоначально строится траектория центральной струйки, а затем находятся верхняя и нижняя границы струи; нижняя граница определяет профиль водослива (рис.5.8).



Рис.5.8. К построению профиля и воронки водослива

Принимается, что глубина потока в створе гребня равна hгр = 0,75Н.

Горизонтальная составляющая средней скорости в створе гребня в этом случае: v0 = (11)

Уравнение траектории центральной струйки: y = . (12)

Средняя скорость в любом сечении: v = , (13) толщина струи h = . (14)

Откладывая от оси центральной струйки по нормали 0,5 h влево и вправо, находим очертание профиля водослива и свободной поверхности струи. В точке на оси при глубине yпер свободные поверхности струй пересекутся. От этого сечения и ниже начинается переходный участок водосброса.


5,4.3. Переходный участок.

Начальное сечение переходного участка проходит через точку пересечения свободной поверхности струй при расчетном расходе на глубине yпер (рис.30).

Средняя скорость в начальном сечении переходного участка:

vпер = v0 + , (15)

где v0 - скорость на гребне водосливной воронки.

При коэффициенте скорости = 0,9 скорость в сечении переходного участка на глубине y > yпер: vy = vпер + . (16)

Площадь сечения шахты на глубине y с учетом аэрации потока:

ω =1,1Q/vy (17)

Диаметр шахты в любом ее сечении: dш =(4ω/π)0,5. (18)

Пользуясь этой зависимостью, можно наметить очертание шахты по всей ее высоте. Как видно, сечение шахты книзу все время уменьшается, однако нижнюю ее часть, где диаметр шахты достигает 6м, целесообразно принимать цилиндрической. В верхней части шахта должна плавно сопрягаться с водосливной воронкой.

Бетонная облицовка шахты принимается толщиной 0,1 dш.

5.4.4. Водоотводящий тракт.

Шахта с туннелем сопрягается с помощью криволинейного колена (рис.5.9) радиусом rк = 2…2,5 dш.



Рис.5.9. Общая схема водоотводящего тракта шахтного водосброса.

1 - водосливная воронка; 2 - вертикальная шахта; 3 - строительный туннель;

4 - бетонная пробка; 5 - отводящий туннель; 6 - входной портал туннеля;

7 - выходной портал туннеля.


Если туннель используется как строительный, то по окончании строительных работ в месте сопряжения с шахтой устраивается бетонная пробка, длина которой принимается примерно lпр = 1.5…2,0 bT, где bT - ширина строительного туннеля.

Отметка дна туннеля в месте сопряжения с шахтой определяется по зависимости: В = П - iTL, где П - отметка входного порога строительного туннеля, iT - уклон туннеля, L - длина туннеля от входного порога до оси шахты.

Определение сжатой глубины в туннеле в месте сопряжения с шахтой производится путем решения уравнения методом подбора:

vc =Q/ωc = φ, (19) где vc, ωc = bТhc c, hc - скорость, площадь и глубина потока в сжатом сечении; φ = 0,9 - коэффициент скорости; Т - высота падения потока от ФПУ ( без учета скорости подхода ) до дна туннеля В.

Проще определить сжатую глубину по графику проф. Н.Н.Павловского (рис.5.10).

Для этого найдем критическую глубину:

hкр =. (22)

Далее определяем отношение = T/ hкр, и тогда по графику находим = hc/ hкр, или hc = hкр .

По найденному значению hc определяем скорость в сжатом сечении:



Рис.5.10. К определению относительной глубины в сжатом сечении

= hc/ hкр в зависимости от относительной полной энергии =T/ hкр.


Продольный профиль свободной поверхности в отводящем туннеле- кривую подпора cII, глубину h2 и скорость U2 в выходном сечении можно найти по уравнениям Б.А.Бахметева, В.И.Чарномского, А.Н.Рахманова и др.

В случае туннеля, имеющего малый уклон, глубину h2 в выходном его сечении можно определить упрощенным способом, пригодным при больших скоростях, малых глубинах и больших числах Фруда Fr. В таких условиях свободную поверхность потока можно считать плоской и определять h2 по формуле:

h2 = hс+ (gn2/αm)L2, (23)

где 1,0 - корректив кинетической энергии; L2 - длина отводящего туннеля (рис.27); m = 0,33bТ1/3 - для прямоугольного (корытообразного) cечения туннеля; m = 0,4D0,5 - для круглого сечения.

Скорость в выходном сечении U2 = Q/bТh2 м/с.

5.5. Сопряжение с нижним бьефом.

Из возможных типов сопряжения потока с нижним бьефом и гашения его кинетической энергии у низового конца водосброса может быть донный гидравлический прыжок или отброс потока на безопасное для сооружений расстояние. Расчет и конструирование сопряжения не зависят от того, как закончился водосброс - быстротоком или туннелем. Рассмотрим оба эти варианты сопряжения с нижним бьефом.

5.5.1.Донный режим сопряжения бьефов.

Как выше показано, на выходе из туннеля глубина h2 , скорость потока U2 , удельный расход q = Q/bT , критическая глубина hкр , уровень воды в нижнем бьефе УНБ.

Для потока с такими параметрами требуется серьезное крепление дна нижнего бьефа даже на скальном основании.

Вычислим полную энергию на выходе потока из туннеля:

- потенциальная энергия равна h2;

- кинетическая энергия U22/2g;

- полная энергия на выходе Т2 = h2 + U22/2g .

Уровень линии энергии ( при отметке дна туннеля Пр1 ) установится на отметке Э = Т2 +Пр1.

Перепад между бьефами Z0 = Э - УНБ.

По графику на рис. 5.11 при относительной величине перепада Z0/hкр (по горизонтали) и коэффициенте φ=0,9 относительная вторая сопряженная глубина получается равной (по вертикали) hII / hкр = … и, следовательно hII = ( hII / hкр ) hкр.




Рис.5.11. К определению второй сопряженной глубины.


Приняв коэффициент затопления прыжка ns = 1,05, получим глубину воды, необходимую для затопления прыжка, t = ns hII и отметку поверхности водобойного колодцаВ =УНБ - t. Длина водобойного колодца lв 4,5 t.

Сопряжение туннеля с водобойной плитой целесообразно выполнить криволинейным (рис.5.12).



Рис. 5.12. Пример выполнения сопряжения бьефов с помощью водобойного колодца.


5.5.2. Сопряжение бьефов отбросом струи.

В высоконапорных гидроузлах, на реках в скалистых берегах, наиболее часто применяют в качестве сопряжения трамплин с отбросом массы воды в нижний бьеф. При решении этой задачи определяется максимальный отлет струи и выполняется прогноз глубины размыва основания.

Дальность L отброса потока трамплином от конца водосброса зависит от скорости U2 подхода потока к трамплину, найденной гидравлическим расчетом отводящего туннеля, от высоты трамплина t, его положения над УНБ, глубины воды на трамплине hT h2 и от угла наклона трамплина α к горизонту. Одна из формул для определения дальности отброса потока:

L =φ, (24)

где a - возвышение трамплина над УНБ; φ 0,9 - коэффициент, учитывающий потери кинетической энергии при полете потока в воздухе;

UT U2 - скорость потока на сходе с трамплина .

Выберем размеры трамплина (рис.5.13). Из-за сопротивления воздуха полету струи отметку верха трамплина лучше выбрать на отметке УНБ = f(Qp) , т.е. а 0. Примем угол наклона трамплина к горизонту = 250…300. Длину трамплина можно назначить примерно равной 3…4h2/





Рис.5.13. Пример выполнения сопряжения бьефов отбросом струи.


5.6. Расчет воронки водослива с использованием координат Вагнера.

Очертание водосливной воронки водослива практического профиля можно построить по координатам Вагнера (таблица 3), используя модель-аналог, рассчитанную на расход Q = 1000м3/с.

Поступаем следующим образом. Для вычисления координат воронки, рассчитываемой на заданный расход Qр, выбираем значение y0/R0 от 0,20 до 0,40.

Соответствующие этому значению табличные значения R,Y умножаем на модельный (масштабный) коэффициент

. (25)

Строим профиль воронки и плавно сопрягаем его с очертанием переходного участка, расчет которого ведется так же, как в выше рассмотренном случае.

Таблица 3


Рамками обведены координаты гребня водосливной воронки.


Лекция 6.

^ 6. Закрытый водосброс с наклонной штольней.

Закрытый водосброс с наклонной штольней устраивается в скаль- ных грунтах , когда по топографическим условиям шахтный водосброс оказывается неприемлимым, и состоит из следующих основных частей :

1 - подходная расчистка;

2 - водоприемная часть (водослив);

3 - переходный участок;

4 - безнапорная наклонная шахта-штольня;

5 - криволинейное колено в месте сопряжения штольни с туннелем;

6 - бетонная пробка;

7 - строительный туннель;

8 - отводящий туннель;

9 - концевое устройство.

В связи с тем, что расчеты и конструирование частей 6,8 и 9 водо- сброса аналогичны рассмотренным выше для шахтного водосброса, ниже ограничимся только описанием и расчетами входной части рассматрива- емого водосброса.

Различают два основных вида этой части:

- в виде водослива с боковым отводом воды;

- в виде неподтопленного водослива с прямым отводом воды, имеющего порог в плане прямолинейный или криволинейный, образующий так называемую неполную кольцевую входную воронку.

Такого рода водосливы устраиваются с затворами на гребне или без них.

6.1. Траншейный водосброс.

Траншейные водосбросы ( водосбросы с боковым отводом воды ) относятся к классу береговых. Они устраиваются в составе гидроузлов в сложных геоморфологических условиях, например, при крутых скальных берегах, когда нормальное ( по оси плотины ) расположение водослива требует глубокой врезки в берег. Водослив такого водосброса располагают вдоль берега, вблизи подпорной горизонтали. Перед водосливом устраивается короткая подходная выемка ( расчистка ), которая выполняет функции подводящего канала. За водосливом располагается траншея, куда сливается поток и где он меняет направление вдоль берега. Наличие траншеи позволяет придать водосливу практический профиль с высоким коэффициентом расхода. Траншея переходит в короткий канал и далее в наклонную шахту ( штольню ) и подземный отводящий туннель ( рис.6.1 ).




Рис. 6.1. Траншейный водосброс с туннельным отводом воды.


Завершают траншейный водосброс сооружением для сопряжения потока с нижним бьефом. Режим движения на этом участке может быть как донный, так и поверхностный. В благоприятных условиях ( скальное русло, глубокий нижний бьеф ), когда прогнозируют умеренные размывы и подмывы берегов, безопасные для соседствующих сооружений, возможно сопряжение сбросного потока с нижним бьефом по типу отброса струи с помощью трамплина. Носок трамплина должен отбрасывать поток далеко от плотины, при этом полезно распределять его по возможно большей площади.

6.1.1. Подходная расчистка

Подходная расчистка к водосливу траншейного водосброса обычно короткая, широкая, равная ширине водослива. Глубина выемки, определяющая отметку дна расчистки, влияет на пропускную способность водослива; можно считать приемлемой глубину расчистки с = Н, где Н - напор на водосливе (рис.6.2).

6.1.2. Водослив

Водослив может быть без затворов или с затворами и, соответственно, с быками, служебным мостом и подъемниками.

Наличие подходной выемки ( расчистки ) перед водосливом и траншеи за ним позволяет отнести его к водосливам практического профиля и придать его гребню очертание по координатам Кригера-Офицерова (рис.6.2, табл.4 ) с целью обеспечить высокий коэффициент расхода .




Рис.6.2. Профиль Кригера-Офицерова. Таблица 4
1   2   3   4



Скачать файл (45180 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru