ar-net.ru7.34 Площадь поперечного сечения отводящего тракта вихревых водосбросов должна устанавливаться, исходя из конструкции водосбросов и способа гашения избыточной кинетической энергии. При этом необходимо, прежде всего, учитывать необходимую площадь поперечного сечения строительного туннеля, если его тракт применяется для вихревого водосброса. Проверку необходимой площади поперечного сечения отводящего тракта вихревого водосброса следует выполнять по допустимой скорости, которая определяется по кавитационным условиям работы обтекаемых поверхностей и по условиям сопряжения потоков в нижнем бьефе.
7.35 При выборе размещения и размеров камеры гашения горизонтального вихревого водосброса необходимо учитывать следующее:
при длине отводящего туннеля Lт60hт в качестве сопрягающего элемента между тангенциальным завихрителем и камерой гашения рационально предусматривать конфузорный или цилиндрический участок, который обеспечивает смещение максимума продольной компоненты скорости в центральную зону площади поперечного сечения;
коэффициент расширения по площади на входе в камеру гашения может быть принят равным от 1,4 до 3,4. С увеличением степени расширения гашение происходит на меньшей длине, и камерой гашения формируется безнапорный осевой поток. В более короткой камере гашения происходит увеличение уровня пульсации давления;
при длине отводящего участка Lт>60hт значительная часть энергии потока должна гаситься за счет потерь на трение по длине, обусловленных его закруткой, а остаточная часть энергии, в случае необходимости, может быть погашена в камере, предусмотренной в конце отводящего туннеля.
7.36 В проектах горизонтальных вихревых водосбросов необходимо стремиться уменьшить расход воздуха на их отводящем тракте, что способствует более эффективному гашению избыточной энергии и снижению уровня пульсации давления. Такие пульсации возникают на участках, где вращательное движение потока уже затухло, а в прямолинейном потоке у свода перемещаются воздушные полости.
7.37 Для оценки возможности возникновения кавитации на неровностях поверхности водосбросов, обтекаемой вихревым потоком, в первом приближении с запасом могут быть применены критические значения чисел кавитации, полученные для прямолинейного потока.
Сифонные водосбросы
7.38 Трубчатый водосброс, действующий по принципу сифона (сифонный водосброс), следует устраивать при необходимости автоматического включения водосброса и сброса воды в нижний бьеф, когда происходит повышение уровня верхнего бьефа сверх заданного расчетного уровня (как правило, НПУ), и увеличения сбросного расхода по сравнению с водосливом без затвора.
Сифонный водосброс представляет собой изогнутую в вертикальной плоскости трубу переменного прямоугольного или круглого сечения, проложенную в теле бетонной или земляной плотины (рисунок 31). Пропускную способность сифонного водосброса при работе его в режиме перелива через гребень следует определять как для поверхностных водосливов. При зарядке сифона и работе его полным сечением пропускная способность должна определяться как для напорных глубинных водосбросов (8.8)
7.39 Гребень сифонного водосброса должен иметь отметку, совпадающую с расчетным уровнем верхнего бьефа.
Входную часть водосброса следует выполнять в виде конфузора с сечением на входе, превышающем в 2,5-3 раза площадь "горлового" сечения трубы над гребнем. Заглубление капора входного сечения d под расчетный уровень верхнего бьефа (рисунок 32) должно назначаться из условия недопущения воронкообразования и засасывания воздуха внутрь сифона и местного понижения свободной поверхности при работе водосброса:
, (8)где Vвх - средняя скорость во входном сечении сифона, a?1,1. Увеличивать площадь входного сечения следует, по возможности, за счет его высоты, оставляя ширину водовода постоянной.
 | |
| 534 × 351 пикс. Открыть в новом окне | |
Рисунок 31 – Типы сифонных водосбросов в теле бетонных плотин (а) и в теле грунтовой плотины (б)
 | |
| 589 × 270 пикс. Открыть в новом окне | |
Рисунок 32 – Оформление входного участка сифонного водосброса
Ширину трубы сифонного водосброса следует задавать в пределах (1,5...2,5)a, где а - высота трубы в горловом сечении.
7.40 Включение сифона - переход его в напорный режим течения - обеспечивается созданием в нем вакуума за счет выноса воздуха потоком воды, поступающей в водовод. Сифон должен начинать устойчиво работать полным сечением, когда уровень воды в верхнем бьефе превышает отметку гребня сифона на 0,2-0,3 м. При этом, в него перестает поступать воздух через специальное отверстие 4 (рисунок 31). Для ускорения процесса зарядки сифона струя, поступающая в водовод и стекающая по водосливной поверхности в начале его работы, с помощью специального выступа отклоняется к потолку и перекрывает поперечное сечение (рисунок 31а), создавая водяную пробку. Воздух из образующегося замкнутого пространства выносится потоком, и сифон заряжается. Вакуум в горловом сечении сифонного водосброса не должен превышать 8 м. При большем значении вакуума возможен разрыв сплошности струи. Значение вакуума в горловом сечении следует определять из уравнения Бернулли, составленного для этого сечения и сечения на выходе водовода при свободном истечении в нижний бьеф или сечения на уровне нижнего бьефа при истечении под уровень.
Во избежание сработки верхнего бьефа до кромки входного сечения сифона воздухоподводящее отверстие 4 должно располагаться на уровне гребня 2. При понижении уровня верхнего бьефа до уровня отверстия через него начинает поступать воздух и сифон разряжается.
7.41 При устройстве нескольких сифонов их гребни целесообразно располагать на разных отметках выше расчетного уровня (обычно НПУ), что позволяет включать их в работу последовательно, по мере нарастания притока воды в водохранилище.
Сифоны могут выполняться как самостоятельные водосбросы и как головные части комбинированных водосбросов. В случае необходимости сброса больших расходов воды при ограниченных условиях форсирования уровня верхнего бьефа следует рассмотреть возможность применения башенного оголовка с несколькими сифонными секциями (рисунок 33). Применение такого оголовка допускает возможность сброса мусора через водосброс.
7.42 Сифонные водосбросы целесообразно устраивать при быстро наступающих паводках и сравнительно небольшой аккумулирующей емкости водохранилища.
Достоинства сифонных водосбросов:
- автоматическое включение в работу при небольшом повышении уровня верхнего бьефа;
- пропуск расходов при малых высотах форсировки (0,1...1 м) уровня верхнего бьефа;
- возможность сооружения водосброса после введения в эксплуатацию других водопропускных сооружений гидроузла, а также при реконструкции в целях увеличения пропускной способности поверхностного водосброса.
 | |
| 453 × 260 пикс. Открыть в новом окне | |
Рисунок 33 – Башенный сифонный водосброс
Недостатки сифонных водосбросов:
- сложность эксплуатации при необходимости сброса в нижний бьеф льда и плавающих тел;
- возможность забивки водосброса льдом, шугой и сором;
- вибрация сооружения и кавитационные повреждения бетонных поверхностей водовода при значительных вакуумах. Во избежание неблагоприятных режимов, вызывающих вибрацию элементов водосброса, нисходящая ветвь водосброса должна быть оборудована аэрационными воздуховодами.
8 Глубинные водосбросы
Глубинные водосбросы с безнапорным режимом течения
8.1 Безнапорный режим течения в глубинных водосбросах, устойчивый во всем диапазоне изменения уровней верхнего бьефа (УВБ), следует обеспечивать конструктивными мероприятиями:
устройством забральной стены на входном участке водосброса;
увеличением высоты водосброса за концевым створом начального напорного участка;
устройством дефлектора на потолке водосброса в конце напорного участка;
понижением отметок потолка в конце напорного участка (устройство конфузора).
8.2 Пропускная способность глубинных водосбросов с забральной стеной на входе при Hkh, где Н - напор на входном пороге, h - высота входного отверстия водосброса, k = 1,1...1,25, должна рассчитываться, исходя из гидравлической схемы истечения через отверстие. Значение k определяется условиями входа в глубинный водосброс (скруглением кромок входного отверстия). При работе глубинного водосброса с забральной стены в широком диапазоне отметок УВБ, когда при Н < (1,1...1,25)h, его пропускную способность следует определять, исходя из гидравлической схемы истечения через водослив. В зависимости от продольного профиля дна входного участка и его длины он может рассматриваться как водослив практического профиля или водослив с широким порогом.
При работе входного участка водосброса этого типа на всей длине полным сечением его пропускная способность, как и другие гидравлические параметры потока на этом участке, рассчитываются как для напорного глубинного водосброса.
8.3 На начальный участок глубинного водосброса непосредственно за створом отрыва безнапорного потока от обтекаемого элемента (забральной стены, потолка напорного участка, дефлектора, регулирующего затвора) необходим подвод воздуха, обеспечивающий устойчивость безнапорного режима течения. Размеры воздухоподводящих устройств, необходимых для компенсации воздуха, транспортируемого в сторону нижнего бьефа, и обеспечения устойчивости безнапорного режима водного потока в водосбросе должны быть установлены расчетом или экспериментальными исследованиями на модели. Скорости воздуха на тракте воздухоподводящих устройств не должны превышать 60 м/с при пропуске через водосброс расходов воды основного расчетного случая и 100 м/с - при пропуске расходов поверочного расчетного случая.
8.4 На тракте безнапорных глубинных водосбросов, пропускающих расходы воды при скоростях течения более 25-30 м/с, для предотвращения кавитационных явлений прежде всего там, где развитие пограничного слоя потока недостаточно, следует предусматривать устройства для подвода воздуха в слои потока у обтекаемых поверхностей. Ограниченный объем кавитационной эрозии обтекаемых поверхностей безнапорных глубинных водосбросов допускается при специальном обосновании с учетом прогнозной продолжительности сброса через сооружение различных расходов воды и наработки кавитационного ресурса обтекаемой поверхности при расчетном коэффициенте шероховатости и допускаемых размерах местных технологических неровностей.
При определении размеров устройств для подачи воздуха на тракт безнапорных глубинных водосбросов, кроме расхода воздуха, транспортируемого над водным потоком в сторону нижнего бьефа, необходимо учитывать расходы воздуха:
вовлекаемого в толщу водного потока за счет самоаэрации,
подводимого за дефлекторы и различные уступы в затворной камере для устранения опасности кавитационных явлений,
подводимого к устройствам для аэрации высокоскоростного потока у обтекаемых поверхностей,
8.5 При проектировании глубинных водосбросов, безнапорный режим течения в которых фиксируется на начальном участке и которые подтоплены со стороны нижнего бьефа с образованием на их тракте гидравлического прыжка, необходимо учитывать пульсационное гидродинамическое воздействие на обтекаемые поверхности сооружения. При учете увеличения осредненных и пульсационных давлений на элементы туннельных водосбросов этого типа и на вмещающий их породный массив допускается заполнение всего поперечного сечения водосброса за гидравлическим прыжком при расходах воды меньше расчетных. Воздействие в этих условиях гидравлического прыжка на затворы недопустимо. Расчеты положения гидравлического прыжка такого вида на тракте глубинного водосброса необходимо производить с учетом захватываемого в водосбросе воздуха.