РАЗРАБОТКА И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ГАСИТЕЛЕЙ ПОТОКА НА ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ

АННОТАЦИЯ

В статье представлена проблема с гасителем, который устанавливается в составе водосливных плотин, водосбросных сооружений, быстротоков. Методы исследований. В работе дано пояснение существующих гасителей разных конструкций. Водный поток сбрасывается из верхнего бьефа в нижний обычно с большими скоростями и кинетической энергией, во много раз превышающий энергию речного потока в бытовых условиях, вследствие чего в нижнем бьефе сооружения могут возникать глубокие размывы дна реки или канала с опасными подмывами сооружения. Для предупреждения подмыва сооружения из-за наличия избыточной энергии русло водотока в нижнем бьефе плотины надлежащим образом закрепляют и принимают меры к погашению избыточной энергии потока воды, переливающейся в нижний бьеф. В статье также проанализированы многие конструкции гасителей, выявлены недостатки гасителей совместного режима работы с несколькими гидротехническими сооружениями. Результаты. В результате разработаны и совершенствованы гасители разных конструкций и получено 2 Патента на полезные модели в Азербайджанской Республике.

ABSTRACT

Introduction. The article presents a problem with a damper that is installed in spillway dams, spillway structures, and fast flows. Research methods. An explanation of existing dampers of different designs is also given. The water flow is discharged from the upstream to the downstream, usually with high speeds and kinetic energy, many times higher than the energy of the river flow in everyday conditions, as a result of which deep erosion of the bottom of the river or canal with dangerous erosion of the structure can occur in the downstream of the structure. To prevent the erosion of the structure due to the presence of excess energy, the watercourse bed in the downstream of the dam is properly secured and measures are taken to absorb the excess energy of the water flow overflowing into the downstream.

The article also analyzes many damper designs and reveals the shortcomings of dampers in a joint mode of operation with several hydraulic structures. Results. As a result, dampers of various designs were developed and improved and 2 utility model patents were received in the Republic of Azerbaijan.

Ключевые слова: водный поток, гаситель, нижний бьеф, водобой, зубчатые пороги, глубины.

Keywords: water flow, damper, tailwater, water body, jagged rapids, depths.

Введение. В водосливных плотинах, водосбросных сооружениях, быстротоках водный поток сбрасывается из верхнего бьефа в нижний обычно с большими скоростями и кинетической энергией, во много раз превышающий энергию речного потока в бытовых условиях. Вследствие чего в нижнем бьефе сооружения могут возникать глубокие размывы дна реки или канала с опасными подмывами сооружения. Для предупреждения подмыва сооружения из-за наличия избыточной энергии русло водотока в нижнем бьефе плотины надлежащим образом закрепляют и принимают меры к погашению избыточной энергии потока воды, переливающейся в нижний бьеф. Многие способы гашения энергии потока основываются на использовании явления прыжка гидравлического, при котором часть избыточной кинетической энергии с увеличением глубины потока преобразуется в потенциальную, а значит, часть «теряется», переходя в тепловую. Если глубина воды в нижнем бьефе в пределах закрепленной части дна недостаточна для возникновения прыжка, то для его образования применяются специальный устройства – гасители энергии.

Рисунок 1. Вид шашечные гасители

Методы исследований

  К наиболее простым гасителям относится водобойный колодец – углубление во флютбете со стороны нижнего бьефа. Глубина колодца должна создавать такие условия, чтобы в его пределах возникал гидравлический прыжок, чтобы струя, сходящая с сооружения, затапливалась. Устраиваются, также гасители энергии потока, в виде отдельных выступов различной формы, располагаемых в нижнем бьефе за водосливной частью сооружения (шашки, пирсы и т. п.), или непрерывных поперечных конструкций (водобойные стенки, зубчатые пороги и прочие). Гашение энергии потока достигается и устройством в конце водосливной грани носка, отклоняющего переливающуюся через сооружение струю от дна, создающего поверхностный режим потока в нижнем бьефе. Поверхностный режим облегчает сброс через плотину плавающих тел (льда).

При водобойной стенке в нижнем бьефе образуется бассейн, гидравлический, эффективность которого для гашения энергии потока подобна водобойному колодцу. В других случаях устройством гасителей снижение скоростей течения достигается вследствие усиленного завихрения потока и разделения его на отдельные по разному направленные струи. К таким конструкциям относятся шашечные гасители, отклоняющие струи воды в стороны и вверх, зубчатые пороги, расщепляющие струи по глубине и отчасти по ширине, и балочные гасители, расщепляющие струи по глубине.

. 

Рисунок 2. Вид Зигзагообразный гасители

При сравнительно малых напорах на плотине, но больших удельных расходах воды при большой глубине воды в сжатом сечении, целесообразны гасители в виде высоких столбчатых пирсов, устанавливаемых в 2−3 ряда в шахматном порядке. При значительных напорах применяются пирамидальные гасители, испытывающие меньшее воздействие со стороны потока из-за лучшей обтекаемости их форм. Шашечные гасители действуют наиболее эффективно при расположении их непосредственно за водосливной частью сооружения – в зоне сжатой струи.

Рисунок 3. Вид гасителей-растекателей

Гасители в виде зубчатого порога, обычно несколько отодвинутого от водослива, менее эффективны, чем шашечные, располагаемые в зоне сжатой струи, но при них поток лучше растекается по ширине, и снижаются скорости течения у дна. Еще меньший гасящий эффект, но значительно лучшее растекание дают отодвинутые от водослива сплошные прямые пороги без зубцов. Балочные гасители применяются редко и только там, где поток не несет плавающих тел, способных застревать в гасителях. Для изменения направления струй и улучшения растекания потока по ширине применяются также гасители-растекатели. Они устанавливаются, например, для обеспечения растекания потока в крайних пролетах многопролетных плотин, а иногда во всех пролетах. Часто делают комбинированные гасители, например, шашечные – в районе сжатой струи в средних пролетах плотины, растекатели – в крайних пролетах, и отодвинутый сплошной порог − по всему водосливному фронту.

При больших скоростях потока гасители испытывают значительное давление воды, и поверхности их подвергаются в некоторых местах разрушению кавитацией. Поэтому они выполняются обычно из железо бетона, со значительным армированием и с прочной связью с флютбетом; иногда возникает необходимость покрытия поверхностей гасителей особыми материалами, хорошо противостоящими кавитационным воздействиям.

За сооружениями, из которых мощная струя воды выходит на сравнительно узком фронте, например, за трубчатыми водосбросами (водоспусками), устраивают особые гасители, сильно расширяющие поток. Для этой цели применяют специальные рассеиватели струй – дефлокторы и другие, иногда комбинированные гасители из шашек и стенок.

Рисунок 4. Поперечное разрез автоматический водосливное плотина сооружения:

подводящий канал – 1, направляющая стенка – 2, понур – 3, речные камни – 4, водосливная часть – 5, железобетонная плита – 6, наклонная железобетонная плита – 7, бетонный зуб – 8, водосливной колодец – 9, дно колодца – 10, гасители – 11, водобойная стенка

При больших напорах и прочных грунтах в нижнем бьефе дно за сооружением в некоторых случаях не крепится, а принимаются меры для возможно дальнего отлета от сооружения водяной струи. Это достигается устройством носка или консоли на выходе потока из сооружения. Струя за носком или консольно свободно падает по кривой и под углом входит в нижний бьеф.

Чтобы облегчить гашение энергии струи в нижнем бьефе, поток либо расщепляется на отдельные струи, либо веерообразно расширяется и входит в нижний бьеф с меньшими удельными расходами. Это достигается путем устройства на носке расщепителей, рассеивающих криволинейные трамплины на консолях и других устройствах.

Известен водобой водосбросного сооружения, включающий донную плиту и водобойный элемент, выполненный в виде поперечно расположенного уступа или стенки, напорная поверхность которого сделана образованием последовательно чередующихся по длине водобойных элементов: впадин и выступов. При этом напорная поверхность между вершинами двух соседних выступов выполнена в цилиндрической форме, а также может быть пилообразного или волнообразного очертания. В водобое водосбросного сооружения, включающем донную плиту и расположенном на выходе из него, находится водобойный элемент в виде уступа – стенки, напорная поверхность которого выполнена с образованием последовательно чередующихся по длине водобойного элемента впадин и выступов. При этом впадины выполнены вогнутыми, криволинейного очертания, согласно изобретению. Водобойный элемент выполнен ступенчатым в виде, как минимум, двухъярусного уступа – стенки с напорной поверхностью по высоте ступеней водобойного элемента. При этом впадины верхнего яруса сконструированы больших размеров по отношению к впадинам нижнего яруса.

Рисунок 5. Гасители водного потока в нижним бьефе: планы и разрезы:

Подводящие канал – 1; нижний бьеф – 2; водобойный колодец – 3; боковые стенки – 4; железобетонного порог – 5; железобетонного стойка – 6; трубки – 7; воздуховод

Заключение

В результате многочисленных натурных и экспериментальных исследований были проанализированы разные конструкции-гасители и выявлены их недостатки в составе гидроузлов. В ходе исследования разработано и совершенствовано нескольких конструкций-гасителей на водосливных устройствах, на водобойном колодце и других водосбросных сооружениях. На этих конструкции-гасители были получены Патенты в Азербайджанской Республике.

Список литературы:

1. Гидротехнические  сооружение / под ред. Н.П.Розанова. − Агропромиздат, 1985. – 432 c.
2. Гидротехнические сооружения. Справочник проектировщика / под ред. В.П.Недриги. − М.: Стройиздат, 1983. − 533 с.
3. Ибад-заде Ю.А. Опыт борбы с наводнениями. – Баку: Изд.-во Академии сельскохозяйственных наук Азерб.ССР, 1960. − С.26−29.
4. РД 31.35.13.90. Указание по ремонту гидротехническое сооружение на морском транспорте [Электронный ресурс]. − Режим доступа: https://docs.cntd.ru/document/1200029607(дата обращения: 05.12.2023).
5. Рекомендации по расчеты проектирование и эксплутации ГТС для управления сверх бурными потоками и расчет проектирование средств предупреждения и гашения катящихся волны // РДМУ. − Минводхоз К.Р.Бишкек, 1996. − 24 с.
6. СНиП 2 II 53-83 Плотины из грунтовых материалов. М.: Госстандарт,1983. [Электронный ресурс]. − Режим доступа: https://meganorm.ru/Data2/1/4293788/4293788173.pdf (дата обращения: 08.12.2023).
7. СНиП 2.06.82 Нагрузки и воздействие на гидротехнические сооружение (волновые, ледовые). − М.: Госстандарт, 1982 [Электронный ресурс].− Режим доступа: https://docs.cntd.ru/document/1200000256 (дата обращения: 10.12.2023).
8. СП 28.13.330.2012. Защита строительных конструкций от коррозий [Электронный ресурс]. − Режим доступа: https://docs.cntd.ru/document/1200092602(дата обращения: 09.12.2023).
9. Справочник по гидравлическим расчетам / под ред. П.Г.Киселова. − М: Энергия, 1974. − 313 с.