Водосбросной плотины

Очертание водослива практического профиля строится по известным координатам Офицерова-Кригера, приведенным для напора Н=1м.

Значение Н, полученное по формуле [12] в последнем приближении, умножаем на значения «Х» и «У» (см. табл. 7), после чего по полученным данным строим профиль водослива с учетом горизонтальной вставки δ.

Координаты Офицерова-Кригера

табл.7

№№	X	Y
	0,00	1,033
	0,82	0,295
	1,64	0,057
	2,46	0,000
	3,28	0,049
	4,10	0,223
	4,92	0,492
	5,74	0,820
	6,56	1,197
	7,38	1,624
	8,20	2,099
	9,02	2,632
	9,84	3,231
	10,66	3,895
	11,48	4,625
	12,30	5,420
	13,12	6,265
	13,94	7,159
	14,76	8,093
	15,58	9,093
	16,40	10,127
	17,22	11,227
	18,04	12,366
	18,86	13,555
	19,68	15,431
	20,50	16,072
	21,32	17,400

Внизу водосливная поверхность плотины сопрягается с горизонтальной поверхностью крепления нижнего бьефа цилиндрической поверхностью с радиусом R, который обычно назначается в пределах

R =(0,2÷0,5)_*(Н+Р), (м) [18]

2.4 Расчёт сопряжения бьефов водосливной плотины при маневрировании затворами

После возведения гидроузла нарушаются естественные условия прохождения паводков: они пропускаются через водопропускные сооружения, суммарная ширина которых обычно меньше ширины потока в русле реки, со скоростями значительно большими, чем скорость течения воды в естественных условиях.

Условия работы крепления нижнего бьефа, предназначенного для защиты русла реки от размыва сбросным потоком на участке гашения его избыточной кинетической энергии, зависят в значительной мере от режима сопряжения потока с водной массой в нижнем бьефе.

В курсовом проекте сопряжение бьефов выполняется путем маневрирования затворами.

Маневрирование проводится по шагам, для каждого шага проводятся гидравлические расчёты.

1) Открыт один центральный водосливной пролёт на 0,25Н.

Открытие затвора

а=0,25Н (м)

где: Н – напор на водослив, определенный по формуле [12] в последнем приближении.

[19]

где: e_b – к-т, учитывающий вертикальное сжатие, вычисляется по формуле А.Д. Альтштуля.

Определяем расход при истечении из под затвора:

[20]

где: φ=0,97÷0,99 – к-т скорости;

b – ширина водосливного пролёта.

Н_д=Н₀-ε_*а – действующий напор.

Н₀ – скоростной напор на гребне водослива, определенный по формуле [11] в последнем приближении.

Определяем удельный расход, проходящий через один водосливной пролет

q=Q_0.25H/b (м²/с). [21]

Далее методом итерационного приближения вычисляем сжатую глубину

Т₀=T+aV²/2g (м). [22]

где: Т=ÑНПУ-ÑДна (м) – запас полной энергии перед водосливом;

a=1,1 – к-т Кареолиса.

[23]

где: h_сж – сжатая глубина, в первом приближении рана 0.

Далее по формуле [23] выполняем второе приближение подставляя значение сжатой глубины, полученное в первом приближении. После чего сравниваем значения, надо добиться результата, чтобы полученное и предыдущее значения сжатой глубины были практически одинаковы, поэтому для определения h_сж как правило всегда требуется выполнить несколько итераций.

Для дальнейших расчетов принимается значение полученное в последнем приближении.

Критическая глубина зависит от значения удельного расхода, определенного выше и имеет вид

[24]

По формуле [25] находим значение второй сопряженной глубины

[25]

При пропуске потока воды через один водосливной пролет надо учитывать коэффициент пространственного фактора распространения потока значения которого приведены в табл. 8, в зависимости от отношения ширины потока в нижнем бьефе «В» к ширине сбросного потока «b» в начальном сжатом сечении.

табл. 8

В/ b		2,5				6 и более
к	0,88	0,83	0,79	0,72	0,66	0,62

 

_пр=к_* (м). [26]

 

где к – к-т, учитывающий пространственный фактор.

После определения значения второй сопряженной глубины по графику зависимости f=Q(H) определяем бытовую глубину в Н.Б. создаваемую при сбросе воды остальными сооружениями, входящими в состав гидроузла.

h_б=f(Q_ГЭС)+ f(Q_пр) (м) [27]

Сравнивая значения второй сопряженной глубины и бытовой глубины определенной по формуле [27] делаем вывод о том затоплен ли гидравлический прыжок или нет.

Если:

- h_б< _пр – прыжок отогнан;

- h_б> _пр – прыжок затоплен.

2) Далее выполняются аналогичные расчеты по формулам [20]÷ [26]

при следующих условиях:

- все водосливные пролёты открыты на 0,25Н, к-т, учитывающий пространственный фактор равен 1, а h_б=f(Q_гэс+ Q_пр +(n-1)_*Q_0.25H);

- центральный пролёт открыт на 0,5Н, все остальные открыты на 0,25Н, к-т, учитывающий пространственный фактор принимается по табл.8, а h_б=f(Qгэс+ Q_пр +(n-1)_* Q_0.25H);

- все водосливные пролёты открыты на 0,5Н, к-т, учитывающий пространственный фактор равен 1, а h_б=f(Q_гэс+ Q_пр +(n-1)_* Q_0.5H);

- центральный пролёт открыт полностью, к-т, учитывающий пространственный фактор принимается по табл. 8, а h_б=f(Q_гэс+Q_пр+(n-1)_* Q_0.5H);

- все затворы открыты полностью, к-т, учитывающий пространственный фактор равен 1, а h_б=f(Q_гэс+ Q_пр +(n-1)* Q_H);

- все затворы открыты полностью, уровень воды на отметке ФПУ, проходит поверочный расход, к-т, учитывающий пространственный фактор равен 1, а h_б=f(Q_пов).

Для каждого шага маневрирования затворами вычисляется значение второй сопряженной глубины и определяется, затоплен или отогнан гидравлический прыжок, т.к. от этого зависит нужны ли дополнительные водобойные устройства или нет.

Результаты расчета каждого из семи шагов заносятся в таблицу и выбирается расчетный случай, при котором наблюдается максимальная разница h²_пр-h_б. Соответственно, если прыжок отогнан - необходимо проектировать специальные водобойные устройства.

табл. 9

№	a, м	Qi, м3/c	q, м2/c	hсж, м	K	h2пр, м	hб, м	(h2пр -hб), вывод

 

 

2.5 Расчёт водобойных устройств

Русло за водосливными плотинами на нескальном основании защищают от размыва водобой, рисберма и концевое крепление (ковш, глубокий зуб).