ar-net.ruК частично напорным режимам течения следует относить полунапорный режим потока в закрытых водосбросах, наблюдающийся, когда входные оголовки выполнены плохообтекаемыми. Такой режим течения характеризуется полным затоплением входного сечения водосброса при превышении уровня воды в верхнем бьефе больше 1,1-1,25 его высоты и безнапорным режимом течения на всей остальной длине тракта водосброса. Такого рода входные оголовки не нашли широкого применения для закрытых водосбросов гидроузлов.
К водосбросам с частично напорными режимами течения не следует относить водосбросы, у которых на одной части тракта имеется участок с фиксированным напорным режимом, а на другой - с фиксированным безнапорным режимом течения.
Течение воды в закрытом водосбросе с отрывом потока от выпуклой поверхности дна поворота в вертикальной плоскости и течением по вогнутой поверхности его потолка с образованием ниже потока на существенном протяжении воздушной полости следует классифицировать как особый режим течения. Нижняя поверхность такого потока существенно аэрируется. Такой режим потока при значительных скоростях течения обеспечивает в пределах поворота защиту от кавитационных воздействий.
 | |
| 574 × 269 пикс. Открыть в новом окне | |
а) – устойчивый частично напорный с незамкнутой воздушной полостью;
б) - устойчивый частично напорный с замкнутой воздушной полостью; в) – неустойчивый частично напорный; г) – эмульсионный; д) – частично-напорный с гидравлическим прыжком, ниже которого по течению водовоздушная смесь заполняет весь участок водовода
Рисунок 1 – Схемы частично напорных режимов течения в закрытом водосбросе, отличающихся заполнением поперечного сечения
5.11 За выходом водосбросов в зависимости от уровня воды в нижнем бьефе могут устанавливаться следующие условия истечения:
свободное;
несвободное неподтопленное;
подтопленное;
затопленное.
5.12 Водосбросные сооружения различаются следующими типами сопряжения бьефов и гашения избыточной кинетической энергии в нижнем бьефе:
сопряжение бьефов и гашение избыточной кинетической энергии в донном гидравлическом прыжке;
сопряжение бьефов с помощью одной из форм поверхностного или поверхностно-донного гидравлического прыжка с гашением избыточной кинетической энергии в прыжке и по длине нижнего бьефа;
сопряжение бьефов отбросом струй от сооружения с гашением значительной части избыточной кинетической энергии в воронке размыва и возможным образованием подпора на гряде отложений.
Выбор типа сопряжения бьефов определяется:
расположением концевого участка водосброса относительно других сооружений гидроузла;
видом основания: скальное или нескальное;
скоростью схода струи с водосброса и удельным расходом воды.
5.13 Водосбросные сооружения состоят из следующих основных конструктивных участков (рисунок 2): 1 - подводящий (подходной) участок; 2 - участок входа, 3 - транзитная часть (водосбросной тракт), 4 - участок сопряжения с нижним бьефом; 5 - отводящее русло, 6 - затворная камера. Часть участка входа, примыкающую к входному сечению, где происходит значительная деформация потока, называют входным порталом или оголовком. Выходной участок закрытых водосбросов, оборудованный, как правило, затворами, называют низовым порталом. В ряде случаев некоторые из участков в составе водосбросных сооружений могут совмещаться или вообще отсутствовать.
 | |
| 595 × 371 пикс. Открыть в новом окне | |
Рисунок 2 – Основные участки водосбросных сооружений
5.14 Подводящие участки водосбросов могут выполняться в виде каналов или выемок. Следует различать подводящие участки береговых водосбросов и подводящие участки русловых водосбросов-водосбросных плотин. Элементы подводящих участков - струенаправляющие стены, сопрягающие участки, конусы грунтовых плотин.
При проектировании подводящих участков необходимо соблюдать следующие условия:
течение должно быть спокойным, безотрывным, с нормальным направлением к фронту водосброса;
на подходе к входной части водосброса должно быть обеспечено равномерное распределение удельных расходов;
при наличии косого подхода к водосбросу следует предусматривать специальные направляющие стены и/или струенаправляющие дамбы.
В длинных подводящих каналах следует оценивать потери энергии потока по их длине и, при расчете пропускной способности водосброса, учитывать, что уровень воды перед их входным сечением устанавливается ниже отметки воды в водохранилище.
Подводящие участки водосбросов и сопрягающие сооружения должны проектироваться с учетом их влияния на условия подхода к другим водопропускным сооружениям гидроузлов и, прежде всего, к зданию ГЭС, а также на условия пропуска через водосброс льда, наносов, леса и плавающего мусора.
6 Поверхностные водосбросы
6.1 Поверхностные водосбросы в составе гидроузлов следует применять как собственно водосбросы - для сброса из верхнего бьефа излишней воды в нижний бьеф или в бассейн другой реки в период прохождения паводков. В ряде случаев, при необходимости осуществления полезных попусков в нижний бьеф, их следует использовать в качестве водовыпусков. В качестве водоспусков для опорожнения водохранилища они применяются лишь в составе низконапорных гидроузлов и при низком (на уровне дна) расположении порогов их входных участков (водосливов).
Поверхностные водосбросы при соответствующем обосновании следует применять также для сброса в нижний бьеф льда, плавающего сора, в качестве элементов рыбопропускных сооружений и для пропуска бревен как лесоспуски и плотоходы.
6.2 Поверхностные водосбросы отличаются друг от друга очертанием гребня в плане, формой поперечного профиля, высотой водосливного порога.
Водосливные плотины малой высоты имеют распластанный профиль и по форме и размерам поперечного сечения являются водосливом с широким порогом.
Водосливные плотины средней и большой высоты выполняются с криволинейным практическим профилем водосливной поверхности, безвакуумным или вакуумным.
Водосливы с тонкой стенкой применяются в случае незначительного перепада уровней воды для временных сооружений. В практике гидротехнического строительства для эксплуатационных водосбросов они имеют ограниченное применение.
6.3 Пропускная способность водослива определяется значением расхода воды Q, переливающейся через водосливную стенку. В общем случае расход Q может быть вычислен по формуле
, (4)где H0=H+/2g - полный напор водослива, Н - напор на гребне водослива, определяемый разностью отметок уровня воды в верхнем бьефе и гребня водослива, V0 - скорость подхода воды к водосливу в верхнем бьефе; m - коэффициент расхода водослива, b - ширина водослива (водосливного пролета), определяемая по нормали к направлению течения; e - коэффициент бокового сжатия, учитывающий соотношение ширины потока в верхнем бьефе и ширины b водослива; sn - коэффициент подтопления, учитывающий влияние уровня нижнего бьефа на истечение воды через водослив и зависящий от разницы отметок воды в нижнем бьефе и отметки гребня водослива.
Определение коэффициентов, входящих в формулу (4), приведено в [3].
6.4 Водосливы практического профиля следует выполнять с криволинейным оголовком, работающим в безвакуумном режиме при пропуске расхода основного расчетного случая. Сопряжение оголовка с водосливной гранью должно быть плавным. Уклон водосливной грани и ее протяженность следует назначать исходя из конструктивных особенностей профиля плотины в соответствии с требованиями СП 40.13330.
Очертание безвакуумного оголовка должно приниматься по координатам профилей таких водосливов, обоснованных ранее на основании экспериментальных исследований (типа WES, Кригера-Офицерова и др.). Эти координаты приводятся в справочных изданиях в виде расчетных формул или таблиц. Работа оголовков как безвакуумных обеспечивается только при значительной ширине водослива, свободном истечении и напорах на гребне водослива H Hпроф, где Hпроф - профилирующий напор, т.е. напор на гребне, принятый при определении координат водосливной поверхности. Значение Hпроф должно приниматься при уровне воды в верхнем бьефе, равном или несколько большем НПУ. Необходимо учитывать, что даже при Н= Hпроф и наличии пазов затворов и быков, выдвинутых на расстояние менее 0,5Hпроф, на сливной грани вблизи быков таких водосливов имеют место вакуумы, достигающие 0,05Hпроф. При повышении уровня выше НПУ (Н Hпроф) и в случае истечения из-под затвора на поверхности оголовка происходит дополнительное понижение давления, и он работает как вакуумный.
6.5 Для снижения значений мгновенных вакуумов в случаях, рассмотренных в 6.4, рекомендуется:
смещение линии опирания низового контура затворов в сторону нижнего бьефа от гребня на (0,1-0,2) Hпроф;
закрытие пазов плоских затворов при пропуске расходов, близких к расходу основного расчетного случая;
увеличение профилирующего напора на 10% - 15% по сравнению с напором, соответствующим расходу основного расчетного случая;
увеличение пролета в створе низовой грани паза плоских затворов по сравнению с пролетом в створе его верховой грани для обеспечения подвода по пазам воздуха к сливной грани.
6.6 Вакуумные водосливные плотины (водосливы) по сравнению с безвакуумными имеют более высокие коэффициенты расхода m, а также более обжатые профили, оголовки которых являются более простыми в исполнении (с круговым или эллитическим оголовком). Применение их целесообразно для получения более обжатого профиля поперечного сечения плотины в случаях, когда:
безвакуумный профиль при небольших и средних высотах водосливной плотины имеет чрезмерный запас устойчивости против сдвига, а облегчение его другими способами или конструктивными мероприятиями (устройство продольной полости в теле плотины, устройство нависающей в сторону верхнего бьефа консоли оголовка и др.) приводит к усложнению конструкции;