ВИХРЕВЫЕ ВОДОСБРОСЫ И ГАСИТЕЛИ ЭНЕРГИИ

В п. 15.4 говорилось о вредных последствиях закрутки потока на входе в воронку шахтного водосброса, что может существенно снизить его пропускную способность. Однако существует тип вихревых водосбросов, у которых специально создается устойчивое закручивание потока при входе его в шахту. Конструктивно вихревое устройство (камера) более сложное, чем кольцевой водослив, диаметр шахты получается больше, чем у обычного шахтного водосброса. Однако вихревой водосброс обладает некоторыми преимуществами, и в ряде случаев предпочтение отдается этой конструкции. Вопервых, получив в вихревом устройстве закрутку, поток под действием центробежных сил прижимается к стенкам шахты. Это создает избыточное давление на стенки, что уменьшает кавитационную опасность. По оси шахты образуется воздушное ядро. Вторым преимуществом является более устойчивая работа вихревого водосброса в диапазоне изменения расхода от нуля до максимального.

В качестве закручивающего устройства могут применяться вихревые затворы, нерегулируемая решетка направляющего аппарата, завихрители с тангенциальным или спиральным подводом.

Вихревые водосбросы в зависимости от того, по каким участкам водосбросного тракта движется закрученный поток, подразделяются на вертикальные и горизонтальные. По расположению закручивающего устройства различают водосбросы с головной, промежуточной и концевой схемами. По условиям компоновки предпочтительной, как правило, является головная схема.

Вихревой водосброс со спиральной камерой (вертикальный). В состав водосброса данного типа (рис. 15.34) входят: головная часть в виде спиральной камеры (в данном примере коробового типа); вертикальная водосбросная шахта; сопрягающее колено; отводящий туннель и концевая часть. В приведенном примере вода поступает в спиральную камеру из верхнего бьефа через водосливной порог, закручивается и поступает в шахту, где продолжает вращаться. В колене, сопрягающем шахту и туннель, устраивается дефлектор (стеснение), создающий в вертикальной шахте водяную подушку определенной высоты, которая способствует затуханию вращения. При небольших скоростях потока возможно сохранения вращательного движения в пределах отводящего туннеля [181].

Построены и эксплуатируются водосбросы подобного типа с максимальной пропускной способностью 180 м3/с при диаметре шахты б м, наибольший перепад уровней достигает 142 м.

Вихревые горизонтальные водосбросы. В водосбросах данного типа сопряжение вертикальной шахты с отводящим туннелем, в котором устанавливается устойчивое вращательное движение, осуществляется с помощью завихрителей. В простейшем случае это соединение представляет собой сужающийся переходный участок, подающий воду по касательной к стенкам круглого туннеля (рис. 15.35, а).

Более сложным и совершенным является вариант с вихревой камерой, которая может быть цилиндрической либо сходной по конструкции со спиральной камерой вертикального водосброса или спиральной турбинной камерой (рис. 15.35, б).

Контрвихревые гасители. Вращательное движение потока может также использоваться для гашения избыточной кинетической энергии. Вариант временного водосброса Колымской ГЭС с контрвихревым гасителем представлен на рис. 15.36. Эта конструкция состоит из двух противоположно направленных спиральных камер и камеры гашения, установленных в месте сопряжения вертикальной шахты с горизонтальным отводящим туннелем (возможно расположение на трассе туннеля).


При этом в камеру гашения поступает и осевой поток, составляющий до 35% от общего расхода. Расходы между спиральными камерами распределяются из условия равенства моментов количества движения взаимодействующих потоков. Размеры камеры гашения назначают из условия получения необходимой средней скорости в отводящем туннеле.


Использование данного водосброса на Колымской ГЭС позволило бы использовать строи гельный водосброс в качестве эксплуатационно ригелейго и существенно снизить сбросные расходы и водосбросов:

Методы гидравлического расчета вихревых водосбросов изложены в работах [37,181].


Гидротехнические сооружения. Часть 1. Учебник для вузов. - Москва: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2008. - 576 с.

на главную