ar-net.ru4.4 Назначение пропускной способности водопропускных гидротехнических сооружений речных гидроузлов должно производиться в зависимости от класса гидроузла в соответствии с СП 58.13330.2012 (таблица 2), исходя из ежегодной вероятности превышения (обеспеченности), устанавливаемой для двух расчетных случаев - основного и поверочного.
Расчетные значения расходов воды, подлежащих пропуску через все постоянные водопропускные сооружения гидроузла, должны определяться с учетом трансформации паводкового стока водохранилищами, создаваемыми для проектируемого гидроузла и уже существующими вышерасположенными водохранилищами, а также с учетом изменения условий формирования стока, обусловленных хозяйственной деятельностью в бассейне реки.
4.5 Состав и типы водопропускных сооружений речных гидроузлов обусловливаются назначением гидроузла (энергетический, мелиоративный, воднотранспортный и др.) и определяются на основе технико-экономического сопоставления различных вариантов компоновки гидроузла и выбора типа подпорных сооружений. Распределение расчетного расхода между водопропускными сооружениями гидроузла и назначение их пропускной способности для основных расчетных случаев также должно быть обосновано технико-экономическими расчетами.
4.6 Пропускная способность водосбросных сооружений в составе гидроузла должна назначаться, исходя из следующих условий пропуска расчетных максимальных расходов через водопропускные сооружения гидроузла:
расчетный максимальный расход воды основного случая должен пропускаться, как правило, при уровне воды в верхнем бьефе на отметке нормального подпорного уровня (НПУ) в случае регулирования расхода через водосброс затворами;
в случае выполнения водосбросного сооружения в виде водосливной плотины, не оборудованной затворами, пропуск расчетного максимального расхода основного случая должен осуществляться при уровне воды в верхнем бьефе на отметке НПУ+НВС, где НВС - напор на гребне водосливной плотины, обеспечивающий пропуск через нее расчетного расхода; гребень водослива должен выполняться на отметке НПУ;
расчетный максимальный расход поверочного случая должен пропускаться при уровне воды в верхнем бьефе, равной отметке форсированного подпорного уровня (ФПУ).
Пропуск расходов воды основного расчетного случая согласно СП 58.13330 должен производиться через все эксплуатационные водопропускные сооружения гидроузла. При числе водосливных пролетов более шести должна предполагаться ситуация, когда один из затворов по какой-либо причине не может быть открыт, то есть в расчете пропускной способности следует не учитывать один пролет.
Пропуск расходов воды поверочного расчетного случая должен производиться через все водопропускные сооружения гидроузла, включая эксплуатационные водосбросы, турбины гидроэлектростанции (ГЭС), водозаборные сооружения оросительных систем и систем водоснабжения, судоходные шлюзы, рыбопропускные сооружения и резервные водосбросы.
4.7 Учет пропускной способности гидроагрегатов в пропуске расчетных паводковых расходов основного и поверочного случаев, а также число агрегатов, участвующих в пропуске расчетных расходов должны определяться в соответствии с требованием СП 58.13330.2012 (8.26).
Для средне- и низконапорных гидроузлов при уменьшении напора на гидроагрегаты ниже значений, допустимых по характеристикам гидротурбин или по данным предприятия-изготовителя, пропускная способность гидротурбин в расчетах пропуска максимальных расходов воды не должна учитываться.
Для совмещенных с водосбросами зданий ГЭС должно быть учтено влияние на условия работы гидротурбины работающего одновременно в том же блоке водосброса (водослива).
4.8 Назначение расчетных максимальных расходов воды для гидроузлов, проектируемых в каскаде с будущими или уже существующими гидроузлами, должно осуществляться с учетом класса гидроузла. При этом, они должны быть не меньше значений, равных сумме расходов пропускной способности вышерасположенного гидроузла и расчетных максимальных расходов боковой приточности на участке между гидроузлами, определяемыми для основного и поверочного случаев в соответствии с классом создаваемого гидроузла. При назначении расчетных расходов воды при каскадном расположении гидроузлов разных классов следует руководствоваться основными принципами, изложенными в СП 58.13330.2012 (8.28).
4.9 При выборе компоновки и проектировании водопропускных сооружений и их сопряжения с нижним бьефом следует обеспечивать защиту сооружений гидроузла от опасных размывов их оснований и береговых примыканий, защиту зданий ГЭС и низовых подходных каналов шлюза от воздействий сбросного потока и предотвращения деформаций русла, опасных для этих сооружений.
4.10 Для элементов водосбросных, водоспускных и водовыпускных сооружений должны учитываться:
гидродинамические давления и нагрузки на обтекаемые поверхности;
аэрация потока на тракте сооружения;
воздух, подводимый на тракт сооружения;
кавитационные воздействия на обтекаемых поверхностях при скоростях течения более 12-14 м/с;
истирание поверхностей сооружений наносами, а также повреждение их камнями, льдом и другими предметами, транспортируемыми потоком.
4.11 При определении гидродинамических давлений и нагрузок на обтекаемые поверхности водосбросных сооружений их следует рассматривать как сумму осредненной (по вероятности) и пульсационной составляющих. Составляющие давления необходимо устанавливать на основе расчетов или экспериментальных исследований. Полученные распределения осредненных давлений позволяют определить осредненную составляющую нагрузки на поверхность или элемент сооружения. Определение пульсации нагрузки на единицу площади обтекаемой поверхности производится путем осреднения на ней значений пульсации давления. При этом должны учитываться пространственные связи между пульсациями давления в различных точках поверхности.
Если пульсационная составляющая гидродинамической нагрузки на элемент сооружения может рассматриваться как квазистатическая, то для определения ее среднеквадратического отклонения необходимы лишь значения среднеквадратического отклонения и коэффициентов пространственной корреляции пульсаций давления на его поверхности. Пульсационную составляющую нагрузки следует принимать квазистатической, если частоты в зоне расположения максимальных значений функции спектральной плотности нагрузки оказываются примерно в пять и более раз меньше частот первой формы собственных колебаний рассматриваемого элемента. Функции спектральной плотности пульсационной составляющей нагрузки необходимо определять, применяя функции авто- и взаимной спектральной плотности пульсации давления на рассматриваемой поверхности.
4.12 Значение амплитуды пульсационной нагрузки на поверхность элементов сооружения допускается приближенно принимать пропорциональной ее среднеквадратическому отклонению, исходя из нормального закона распределения этих пульсаций при малых обеспеченностях. Значения переходных коэффициентов пульсационных нагрузок для условий пропуска расчетных расходов основного и поверочного случаев можно принимать равными:
4,0 и 4,5 - для сооружений I и II классов;
3,5 и 4,0 - для сооружений III и IV классов.
Экстремальное расчетное значение амплитуды, как редкий выброс пульсационной нагрузки, следует определять по формуле
, (1)где sр - среднеквадратическое отклонение пульсационной составляющей гидродинамической нагрузки;
F0 - вероятность экстремального значения А;
; Т - продолжительность работы водосброса при рассматриваемом режиме течения за межремонтный период;
- среднее значение интервала между нулями пульсационного процесса, которые можно получить непосредственно на основании реализации процесса или функции спектральной плотности.В расчетах значение F0 должно быть задано, имея в виду назначение сооружения, его класс и время работы в расчетном режиме.
При известной амплитуде пульсационной нагрузки и ее функции спектральной плотности динамические напряжения и/или условия устойчивости рассматриваемого элемента сооружения должны определяться на основании уравнений динамических условий его работы.
4.13 При проектировании водосбросных сооружений необходимо предусматривать защиту их обтекаемых поверхностей от кавитационных повреждений. При наличии надежных данных гидрологических наблюдений и малой продолжительности сброса экстремальных паводковых расходов допустим ограниченный объем кавитационных повреждений, не представляющий опасности для прочности и устойчивости сооружений гидроузла. Объем повреждений должен быть таким, чтобы ремонт мог быть произведен за один межпаводковый период.
4.14 Наиболее эффективный способ прогноза кавитации основывается на применении параметра кавитации
 | |
| 206 × 80 пикс. Открыть в новом окне | |
где рхар=gНхар - характерное абсолютное давление вблизи рассматриваемого элемента сооружения; ркр=gРкр - критическое давление, равное приближенно давлению паров жидкости, которое зависит от температуры, Vхар - характерная осредненная скорость потока на подходе к элементу сооружения, полученная на основе реальной эпюры скоростей; r - плотность воды; g - ускорение свободного падения; g - удельный вес воды.
Значение параметра кавитации К следует сравнивать с критическим значением Ккр, которое соответствует условиям возникновения кавитации [1]. При этом необходимо учитывать, какие значения рхар и Vхар и для каких сечений вводились при определении Ккр на основе гидравлических исследований. Условие отсутствия кавитации - неравенство К> Ккр; кавитационные явления должны возникать при К Ккр.
Примечание - Другой критерий возникновения кавитации можно связывать со сравнением понижения мгновенного абсолютного давления в потоке р с давлением парообразования
, (3)где ра - атмосферное давление, которое зависит от отметки сооружения над уровнем моря; вак - осредненный вакуум; sр - среднеквадратическое отклонение пульсации давления; kр - коэффициент перехода от среднеквадратического отклонения к его амплитуде, который может быть определен по данным 4.12.
4.15 При проектировании водосбросных сооружений необходимо учитывать, что наиболее уязвимыми при кавитационных воздействиях являются их конструктивные элементы, а также технологические дефекты обтекаемых поверхностей:
затворные камеры (пазы и проемы затворов, участки слабого развития пограничного слоя, переломы тракта в плане) и непосредственно затворы, особенно зоны уплотнений при наличии протечек;
гасители избыточной кинетической энергии потока и его расщепители;
входные оголовки, работающие в условиях вакуума, особенно при частичных открытиях затворов на гребне водосливов и при полных открытиях затворов глубинных водосбросов;
выпуклые участки поворотов тракта;
дефекты обтекаемой поверхности, возникающие при выполнении строительных работ и в процессе эксплуатации сооружения (выступы и уступы, а также переломы в местах стыков щитов опалубки, волнистость поверхности при выпоре опалубки, несрезанная арматура, раковины, камни и т.п.)
4.16 Устранение или снижение воздействия кавитации и кавитационной эрозии сооружений возможно при проведении следующих мероприятий:
задании таких форм и размеров элементам конструкции, а также гидравлических режимов, при которых исключается возникновение кавитации;
придании элементам конструкции такой формы, чтобы кавитационный факел замыкался не на ее поверхности, а в толще потока (суперкавитирующая форма конструкции);