Партнерский проект с компанией Руспроектэксперт

Тел.: 8-495-771-14-07

Проектирование


Высоконапорные закрытые водосбросы с гашением энергии внутри сооружения

С целью снижения кавитационного и динамического воздействия высокоскоростного потока на элементы проточной части водосбросных сооружений, а также отрицательного влияния сбрасываемого потока на нижний бьеф (размыв основания сооружения и берегов, обрушение склонов, образование водяной пыли, отложение баров) в научных и проектных организациях нашей страны и за рубежом ведется достаточно интенсивная работа по созданию теории и конструктивных решений по управлению высокоскоростными потоками и гашению избыточной кинетической энергии внутри сооружения по длине водосбросного тракта.

Туннельные водосбросы с гашением энергии внутри сооружения, кроме того, могут быть экономически выгодными в условиях недостаточно прочных грунтов основания, когда строительство поверхностных водосбросов и водобойных колодцев в руслах сопряжено с большими техническими трудностями, а в период эксплуатации возможно разрушение водобойных колодцев.

Известно много схем водосбросов с гашением энергии внутри сооружения.

Водосбросы с шахтным водобойным колодцем. В таком водосбросе струи воды из верхнего бьефа поступают, не соприкасаясь с боковыми стенками, в вертикальную шахту (рис. 5.7). В нижней части шахты, заполненной водовоздушной смесью, происходит интенсивное гашение избыточной кинематической энергии. Скорости воды на отводящем тракте становятся относительно низкими, что в свою очередь снижает требования к этому участку по кавитационным условиям.

Водосбросы с расширительной камерой гашения. Эффективным средством гашения энергии и предотвращения кавитационных разрушений высоконапорных водосбросов является устройство на их тракте внезапного расширения, при этом потери энергии зависят от конфигурации начального участка расширения. Такая конструкция частично реализована на гидроузле Майка (Канада) [2]. При переустройстве строительного туннеля этого гидроузла в водовыпуск, предназначенный для пропуска 850 м3/с при напоре около 180 м, на некотором расстоянии друг от друга возведены две бетонные пробки, в которых заделаны по три стальные трубы с плоскими затворами 2,3 х 3,5 м. Между пробками образована камера, в которой происходит расширение и гашение кинетической энергии потока. Скорость потока за низовой пробкой не превышает 35 м/с.

Подобная конструкция для гашения энергии потока используется в водовыпусках гидроузла Нью Дон Педро (США), оборудованных в строительном туннеле и предназначенных для попуска расходов до 200 м3/с при напоре 170 м.

Во ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева и НИС Гидропроекта аналогичный способ гашения энергии был исследован применительно к туннельному водосбросу Рогунской ГЭС, рассчитанному на расход 2000 м3/с при напоре до 200 м.

На входе в напорные камеры гашения могут устанавливаться игольчатые затворы. В этом случае гашение энергии происходит с большой интенсивностью.

Водосбросы со струйными затворами. Такой затвор включает камеру смешения встречных потоков, подводящие водоводы, концевые участки которых направлены навстречу друг другу, и соосно перемещающиеся сопла, посредством которых осуществляется регулирование расхода. Расход меняется при изменении расстояния между соплами. Ось цилиндрической камеры смешения потоков может быть параллельна или перпендикулярна оси сопл, а отводящий водовод - напорным или безнапорным. В камере смешения потоков гасится практически вся избыточная энергия сбрасываемого потока.

Водосбросы с закруткой потока. В закрученных потоках благодаря действию центробежных сил происходит значительное увеличение давления на стенку туннеля (по сравнению с давлением осевого потока), в ряде случаев до половины действующего напора, что снижает вероятность появления кавитации. Кроме того, использование закрученных потоков приводит к более активному торможению движущейся жидкости, так как струи, двигаясь по спирали, проходят на том же линейном участке большой путь. При этом потери по длине водовода в закрученных потоках могут превысить потери в осевых больше чем в два раза.

В вихревых водосбросах поток закручивается с помощью так называемых вихреобразующих устройств. В моновихревых водосбросах закрученный поток продолжает вращаться вокруг оси в пределах последующего водосбросного тракта замкнутого сечения. Рассеивание энергии в вихреобразующем устройстве незначительно [2].

При взаимодействии концентрически закрученных потоков гашение энергии осуществляется за счет искусственной турбулиза- ции общего потока, т. е. за счет сил виртуальной вязкости, которые на несколько порядков превышают силы молекулярного трения. Гашение энергии в моновихревых потоках происходит за счет гидравлического трения потока о стенки, т. е. за счет вязких молекулярных сил.

Водосбросы с закруткой потока предназначены преимущественно для использования при напорах, превышающих 50 м, когда по условиям защиты обтекаемой поверхности от кавитационной эрозии (при скоростях потока более 25 м/с) или сопряжения потока с нижним бьефом требуется промежуточное (в пределах глубинного водосбросного тракта) гашение кинетической энергии потока или исключение перемены режимов (безнапорного и напорного) при регулировании сбросных расходов.

В общем случае такой водосброс включает напорный подводящий водовод, закручивающее устройство, камеру гашения (в контрвихревом водосбросе) и отводящий водовод (напорный или безнапорный).

В контрвихревых водосбросах с соединением потоков, вращающихся относительно разных осей, в камере гашения могут взаимодействовать закрученные потоки, имеющие как одинаковое, так и противоположное направление вращения.

Выбор типа глубинного водосброса с закруткой потока зависит от конкретных условий проектируемого гидроузла. При отношении длины отводящего водовода к его диаметру 40 целесообразно использовать горизонтальный вихревой водосброс с плавным гашением энергии потока по длине водовода. При необходимости обеспечить безнапорный режим в отводящем водоводе следует применять контрвихревой водосброс.

Для обоснования компоновочных и конструктивных решений по водосбросам с закруткой потока необходимо проводить модельные гидравлическкие исследования и расчеты.

Подземные сооружения гидроэлектростанций. - М.: Энергоатомиздат, 1996.

Экспертиза

на главную