CC BY
31
ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ
УДК 532.528:532.532.8
ПРОГНОЗ КАВИТАЦИИ НА ЛОТКЕ БЫСТРОТОКА ВОДОСБРОСНОГО СООРУЖЕНИЯ
© 2013 г. ПА. Михеев, В.А. Храпковский
Михеев Павел Александрович - д-р техн. наук, профессор, ректор, Новочеркасская государственная мелиоративная академия. Тел. (8635)22-21-70.
Храпковский Виктор Абрамович - канд. техн. наук, доцент, Новочеркасская государственная мелиоративная академия. Тел. (8635)22-26-96.
Mikheev Pavel Aleksandrovich - Doctor of Technical Sciences, professor, rector Novocherkassk State Meliorative Academy. Ph. (8635)22-21-70.
Khrapkovskiy Viktor Abramovich - Candidate of Technical Sciences, assistant professor, Novocherkassk State Meliorative Academy. Ph. (8635)22-26-96.
По данным исследования гидравлических характеристик потока на лотке быстротока выполнен прогноз кавитации и кавитационной эрозии по методу критических параметров и методу пороговой скорости при разных размерах абсолютной шероховатости бетонной поверхности и видах неровностей. Рассматриваются мероприятия по обеспечению кавитационной стойкости сооружения.
Ключевые слова: быстроток; кавитация; параметр кавитации; кавитационные характеристики шероховатостей и неровностей; кавитационная стойкость сооружения.
On the basis of the water movement conditions investigation and hudraulic flow characteristics there is given a cavitation forecast and cavitation erosion using the method of critical parameters. Calculated dependences of the cavitation parameter on absolute concrete surface roughness are received. Some measures on structure cavitation resistance guarantee are considered.
Keywords: chute channel; cavitation and cavitation parameter; cavitation characteristics of roughness and unevenness; structure cavitation resistance.
При больших скоростях потока на бетонных поверхностях сооружений вследствие имеющихся неровностей (однородная абсолютная шероховатость бетонной поверхности, выступы и уступы от смещения опалубки, раковины и выбоины и др.), конструктивных и температурно-осадочных швов, резких изломов поверхности наблюдается понижение давления. При понижении абсолютного давления до давления насыщенных паров в жидкости образуются пузырьки воздуха, которые объединяются в воздушные полости, наблюдается разрыв сплошности потока. Попадая в область повышенного давления, воздушные пузырьки и полости могут захлопываться, растворяться.
Процесс образования, перемещения и разрушения воздушных полостей в потоке называется кавитацией. При захлопывании пузырьков воздуха на бетонные поверхности сооружений передаются значительные гидродинамические давления (нагрузки), под действием которых наступает усталостное разрушение бетона, называемое кавитационной эрозией.
Прогноз кавитации по методу критических параметров
Наиболее достоверным и экспериментально обоснованным методом прогнозирования развития кавитации и кавитационной эрозии считается расчетный метод сравнения параметров кавитации [1].
Важным параметром в оценке степени развития кавитации является число кавитации (параметр кавитации) К, равное отношению сил, препятствующих разрыву сплошности потока, к силам, обусловливающим разрыв,
K =
( Р / Pg)xap - (Р / pg) H
Uхар / 2g
(1)
где (р / pg)хар - характерное абсолютное давление в
точке на твердой границе при отсутствии неровностей, м; (р / pg)нас = 0,24 м вод. ст. - давление насыщенных паров при температуре t = +20 °С; ихар -
характерная скорость, равная скорости набегания потока на высоте неровности, м/с.
Отсутствие кавитации определяется соотношением
K > K„
(2)
где Ккр - критическое число кавитации, величина постоянная для большинства типов неровностей, определяется опытным путем по данным измерения гидравлических характеристик потока в момент начала кавитации.
Степень развития кавитации характеризуется отношением КК"кр: при К/Ккр >1 - кавитация отсутству-
ет; при К/Ккр = 0,7^0,8 - начальная стадия кавитации; при К/Ккр = 0,7 ^0,1 - развитая кавитация; при ККкр < < 0,1 - высшая степень кавитации или суперкавитация.
Учитывая, что в начальной стадии кавитация для водопропускных сооружений опасности не представляет, в практических расчетах рекомендуется [1, 2] вместо Ккр использовать коэффициент начала эрозии Ккрэ, который характеризует границу перехода от «безэрозионной» кавитации, к той, которая может вызвать разрушение элементов. Величину Ккрэ рекомендуется принимать Ккрэ = 0,85 Ккр. Тогда (2) можно записать в виде
K > 0,85Кк,
(3)
при котором кавитационная эрозия будет отсутствовать или кавитация практической опасности не представляет.
Краткая характеристика и справочные значения критических чисел кавитации Ккр для наиболее часто встречающихся на практике неровностей приведены в табл. 1 [1, 3, 4].
Основные данные о конструкции, геометрических размерах и расчетных гидравлических характеристиках водосбросного сооружения, входящего в комплекс гидроузла, приведены в работах [5, 6]. После входной части сооружения располагается лоток быстротока, который состоит из трех участков с уклонами i-i = = 0,085, /2 = 0,20, i3 = 0,385. Общая длина лотка равна 259,8 м. Сооружение рассчитано на пропуск расходов расчетного 00,1% = 1500 м3/с и поверочного Q0,0l% = = 2600 м3/с при напорах около 55 м.
Комплексные гидравлические исследования [5, 6], водосбросного сооружения, которые выполнялись на пространственной модели в масштабе 1:50, показали хорошую сходимость опытных глубин, измеренных на
лотке быстротока, и расчетных, полученных расчетом неравномерного движения воды по В.И. Чарномско-му. Расхождение глубин в конце участков лотка с разными уклонами не превышает 1 - 3 см или менее 1 - 2 %.
Используя результаты расчетов неравномерного движения воды на трех участках лотка быстротока с разными уклонами, представленными в табл. 2, выполним прогноз кавитации и кавитационной эрозии.
Для установления начального створа кавитации выполним расчет в следующем порядке. Величины, входящие в (1), определяются по формуле
(p / pg^ = (p/pg)a+ h cos 0,
где (p/pg)a - атмосферное давление, зависящее от положения точки, (p/pg)a = 10,33 - A z /900 - 0,39 =
A z /900- поправка на
399
= 9,94 --= 9,50 м вод. ст.;
900
превышение данной точки над уровнем моря; Дг = = 399 м - абсолютная отметка точки местности сооружения; 0,39 м - понижение давления за счет метеорологических факторов; h - глубина погружения точки, м; 9 - угол наклона линии дна лотка к горизонту. Характерная скорость ихар набегания потока на
неровности, в соответствии с логарифмическим законом распределения скоростей Т. Кармана и Л. Пран-дтля, для гидравлически шероховатых русел определяется по расчетной зависимости [3, 7]
Uхар _
5,75 lg— + 8,5 A„
(4)
Таблица 1
Значение Ккр для характерных неровностей
№ п/п
Эскиз неровности
Характеристики
К„
Равномерная естественная шероховатость Цхар = 5,6 U*
Отдельные выступы с острой верхней кромкой
Плавный выступ (наплыв бетона и др.)
4,2 ^ l
V
**—--У V
S7777777 (,„ ,
Выступ навстречу потоку (стык облицовок, выступ бетона из-за смещения опалубки и др.)
0,125а0'65 (а - в градусах)
Конструктивный шов
Излом поверхности
1,05
1
1
2
2
3
4
5
6
где и* = ^х/хТв - динамическая скорость, м/с; V = Q / (ЬИ) - средняя скорость в живом сечении, м/с; X - коэффициент гидравлического трения; у=А + zн -расстояние от поверхности до точки, мм; А - абсолютная шероховатость бетонной поверхности, мм; zн -высота неровностей, мм.
Для области квадратичного сопротивления коэффициент X определяется по формуле Л. Прандтля ч 2 _
, где Д=Д э/4R - относитель-
*.= l/[ 2lg37
Д
ная шероховатость; Аэ - эквивалентная абсолютная шероховатость бетонной поверхности, мм; R = ю / х = (ЬИ) / (Ь + 2И) - гидравлический радиус, м.
Выполним прогноз кавитации для разного вида и размеров неровностей, приведенных в табл. 1.
Равномерно распределенная естественная шероховатость - бетонная поверхность со средней высотой неровностей А (табл. 1, п. 1). Согласно рекомендациям [1], характерная скорость ихар = 5,6и*, критическое число кавитации Ккр = 1,0. Тогда с учетом (3), условие отсутствия кавитационной эрозии имеет вид К > Ккр.э > 0,85Ккр > 0,85 .
Среднее значение высоты выступов А (абсолютная шероховатость) для бетонной поверхности при тщательной затирке с железнением А = 0,3+0,5 мм, для торкретированной бетонной поверхности и поверхности, полученной с применением металлической опалубки, А = 0,5+1,0 мм, для бетонной поверхности при деревянной опалубке А = 1+4 мм [2, 3].
Величина эквивалентной абсолютной шероховатости для бетонных поверхностей при прогнозах ка-
витации по данным [2, 3] принимается одинаковой с величиной абсолютной шероховатости, т.е. Аэ= А.
Одиночные выступы с округленной или острой верхней кромкой - след от стыка опалубки, выступы заполнителей бетона и другие неровности (табл. 1, п. 2). Критический параметр кавитации Ккр = 2,0, Ккрэ = 1,7.
Расчет параметров кавитации на лотке быстротока выполнен для условий пропуска трех расходов - расчетного 1500 м3/с, поверочного 2600 и 2000 м3/с. Величина естественной абсолютной шероховатости бетонной поверхности в расчетах принималась равной А= 0,5; 1,0 и 2,0 мм, а высота одиночных выступов (неровностей), которые располагаются на бетонной поверхности с абсолютной шероховатостью, zн = 4; 6; 8 и 10 мм.
Результаты расчета характеристик и параметра кавитации на втором и третьем участках лотка быстротока с абсолютной шероховатостью А = 2 мм и разной высоте выступов при расходе Q = 1500 м3/с приведены в табл. 2.
Результаты расчета параметра кавитации на третьем участке лотка быстротока с абсолютными шероховатостями бетонной поверхности А = 0,5; 1,0; 2,0 мм и разной высоте выступов zн = 4; 6; 8 и 10 мм при пропуске расходов 1500; 2000 и 2600 м3/с приведены в табл. 3.
Анализ данных, приведенных в табл. 2, 3, показывает, что:
- при увеличении расхода с 1500 до 2600 м3/с параметр кавитации в сечениях при одинаковой абсолютной шероховатости и высоте выступов увеличивается незначительно, не более чем на 3 - 4 %, или практически не изменяется;
Таблица 2
Параметр кавитации К на втором и третьем участке лотка быстротока при расходе Q = 1500 м3/с; Д = 2 мм
№ сечения Расстояние от начала участка, м h, м и, м/с (Ру)хар, м и*, м/с zH= 0, у=Д zH = 4 мм zH = 6 мм zH = 8 мм zH = 10 мм
Uхар, м/с К Uхар, м/с К Uхар, м/с К ихар м/с К Uхар, м/с К
Участок 2, уклон дна лотка i = 0,200, Ь1 = 40,0 м, Ь 11 = 44,8 м
l 0,0 2,l0 l7,88 0,0l45 11,59 0,762 4,27 l2,23 8,57 3,03 9,12 2,68 9,54 2,45 9,89 2,28
3 l0,0 l ,95 l8,78 0,0l47 ll,40 0,806 4,51 l0,75 9,06 2,67 9,64 2,36 10,09 2,15 10,46 2,00
5 20,0 l ,82 l9,6l 0,0l49 ll,28 0,847 4,74 9,63 9,52 2,39 10,13 2,11 10,60 1,93 10,99 1,76
7 30,0 l,7l 20,36 0,0l5l ll,l7 0,885 4,96 8,73 9,95 2,17 10,58 1,91 11,08 1,75 11,48 1,63
9 40,0 l,6l 2l,06 0,0l53 ll,08 0,920 5,l5 8,0l l0,35 1,99 11,01 1,75 11,52 1,60 11,94 1,49
ll 45,9 l,56 2l,45 0,0l54 ll,03 0,940 5,26 7,64 l0,57 1,89 11,25 1,67 11,77 1,53 12,20 1,42
Участок 3, уклон дна лотка i = 0,380, Ь 1 = 44,8 м, Ь 10 = 49,4 м
l 0,0 l,56 2l,45 0,0l54 ll,03 0,940 5,26 7,64 l0,57 1,89 11,25 1,67 11,77 1,53 12,20 1,42
3 l0,0 l,44 22,79 0,0l56 l0,84 l,007 5,64 6,54 11,32 1,62 12,05 1,43 12,61 1,31 13,07 1,22
5 20,0 l,33 24,00 0,0l59 l0,74 l,069 5,99 5,74 l2,02 1,43 12,78 1,26 13,38 1,15 13,87 1,07
7 30,0 l ,25 25,l0 0,0l6l l0,66 l,l25 6,30 5,l5 12,65 1,28 13,46 1,13 14,09 1,03 14,60 0,96
9 40,0 l,l7 26,09 0,0l63 l0,59 l,l77 6,59 4,67 13,23 1,16 14,08 1,02 14,73 0,94 15,27 0,87
l0 43,9 l,l5 26,44 0,0l64 l0,57 l,l95 6,69 4,53 13,44 1,12 14,30 0,99 14,97 0,90 15,51 0,84
Примечание: Данные столбцов 10 и 11 при zИ= 0, у = А соответствуют естественной абсолютной шероховатости, для которой ихар = 5,6 и*.
- увеличение абсолютной шероховатости бетонной поверхности в пределах 0,5 ^ 2,0 мм обусловливает уменьшение чисел кавитации в сечениях на 30 - 32 %;
- для бетона с абсолютной шероховатостью Д= = 0,5; 1,0; 2,0 мм расчетные числа кавитации при пропуске всех расходов значительно превышают критическую величину Ккрэ = 0,85, что позволяет сделать вывод об отсутствии кавитация и кавитационной эрозии на лотке быстротока;
- при одинаковых гидравлических условиях (скорость, давление) основным фактором, определяющим характеристики кавитации и развитие кавитационной эрозии, является высота неровностей;
- с увеличением высоты неровностей, при одинаковой абсолютной шероховатости бетонной поверхности, параметр кавитации уменьшается на 17 - 25 %, а при одинаковой высоте неровностей - увеличивается на 17 - 30 % с увеличением абсолютной шероховатости бетона;
Параметр кавитации К на тр
- при высоте неровностей 2н = 4; 6; 8 и 10 мм в виде отдельных выступов на втором и третьем участках лотка числа кавитации становятся меньше критических, что свидетельствует о создании условий для кавитации.
На рис. 1 показаны графические зависимости параметра кавитации на втором и третьем участках лотка от высоты неровностей при расходе Q = 1500 м3/с и абсолютной шероховатости бетона Д = 2 мм.
Данные, представленные в табл. 2, 3 и на рис. 1, позволяют определить местоположение граничных сечений начала кавитации и кавитационной эрозии на лотке быстротока (табл. 4) при разной высоте выступов 7н.
Анализ приведенных данных показывает, что одиночные выступы, которые могут образоваться при смещении опалубки и плохой зачистке стыка, выступе заполнителей бетона, щебня, гравия, недопустимы на втором и третьем участках лотка быстротока.
Таблица 3
•ем участке лотка быстротока
Расход, м3/с Д, мм Сечение 1-1 (начало лотка) Сечение 10-10 (конец лотка)
Параметр К при высоте неровностей мм
ZH = 0 y = Д 4 6 8 10 Zh = 0 y = Д 4 6 8 10
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
1500 0,5 10,04 1,46 1,33 1,24 1,21 5,98 0,87 0,79 0,74 0,72
1,0 8,82 1,76 1,55 1,41 1,32 5,24 1,05 0,92 0,84 0,78
2,0 7,64 1,87 1,66 1,51 1,41 4,53 1,12 0,99 0,90 0,84
2000 0,5 10,19 1,48 1,34 1,25 1,23 6,04 0,88 0,80 0,74 0,73
1,0 8,94 1,79 1,57 1,43 1,33 5,29 1,06 0,93 0,85 0,79
2,0 7,76 1,90 1,68 1,53 1,43 4,58 1,13 1,00 0,92 0,85
2600 0,5 10,40 1,50 1,37 1,27 1,26 6,12 0,69 0,81 0,75 0,74
1,0 9,10 1,82 1,60 1,46 1,36 5,38 1,08 0,95 0,86 0,80
2,0 7,93 1,95 1,73 1,58 1,47 4,67 1,16 1,03 0,94 0,87
Примечание: Данные столбцов 3 и 8 соответствуют абсолютной шероховатости высотой Д.
Рис. 1. Зависимость коэффициента кавитации на втором и третьем участках лотка от величины выступов при расходе Q = 1500 м3/с: 1 - х - zИ = 4 мм; 2 - о - = 6 мм; 3 - □ - = 8 мм; 4 - • - = 10 мм
Таблица 4
Положения границ начала кавитации и кавитационной эрозии при одиночных выступах
zH, мм Сечение начала кавитации Сечение, ниже которого возможна кавитационная эрозия
4 № 2 + 40 м* № 3 + 7 м
6 № 2 + 25 м № 2 + 45 м
8 № 2 + 15 м № 2 + 33 м
10 № 2 + 10 м № 2 + 25 м
Примечание:* № + номер участка лотка, плюс расстояние от начала участка.
Таблица 5
Положение сечений начала кавитации и кавитационной эрозии
а, град Характер кавитации Расположение сечений на лотке при высоте выступа, мм
4 6 8 10
90 Начало кавитации №2+40 м* №2+25 м №2+15 м №2+10 м
Ниже возможна эрозия №3+7 м №2+45 м №2+33 м №2+25 м
60 Начало кавитации №3+5 м №2+45 м №2+33 м №2+25 м
Ниже возможна эрозия №3+20 м №3+10м №3+5 м №2+40 м
30 Начало кавитации Нет Конец лотка №3+35 м №3+27 м
Ниже возможна эрозия Нет Нет Нет Нет
Примечание:* № + номер участка лотка, плюс расстояние от начала участка.
Обеспечение кавитационной стойкости бетона на лотке может быть достигнуто за счет сглаживания и формирования бетонной поверхности с помощью металической опалубки, применения виброреек, тщательной затирки поверхности с железнением, использования в качестве заполнителя мелкого щебня, применения бетона повышенной прочности, вакуумиро-вания бетона и др. [8].
Плавный выступ - наплыв бетона (табл. 1, п. 3). Критический параметр кавитации Ккр = 4,2zн /1. При
zн/1 = 0,17, Ккр= 0,71, Ккр.э = 0,60. Из графика на рис. 1 следует, что плавные выступы высотой zн = = 4 + 10 мм на лотке являются допустимыми, так как они не вызывают кавитацию и кавитационную эрозию. Предельно допустимое отношение 2н /1 в конце лотка при К = 0,84 и 2н=10 мм составляет 2н /1 = 0,2.
Выступ навстречу потока (табл. 1, п. 4). В соответствии с [1, 4, 7] Ккр = 2sin а . При а = 90о Ккр = 2,0,
Ккрэ = 1,70. При а = 60о Ккр =1,73, Ккрэ = 1,47. При а = = 30о КкР =1,0, Ккр, = 0,85.
Положение граничных сечений начала кавитации и кавитационной эрозии при различных углах скоса выступа (рис. 1) определяется данными, представленными в табл. 5.
Одним из простых и эффективных мероприятий по повышению кавитационной устойчивости сооружений является уполаживание выступов неровностей. Как видно из табл. 5, избежать кавитационную эрозию в пределах всех трех участков лотка возможно только при угле скоса а = 30о и высоте выступов 2н = 10 мм. На рис. 2 приведен график зависимости предельно
допустимой высоты выступов 2ндоп = f (а), построенный из условия К > Ккрэ недопустимости эрозии в конце лотка.
40 30 20 10 0
\ \ zH t
/ /// 1
\ У а
\
10 20 30
Рис. 2. График для определения угла скоса выступов
График может быть использован для определения допустимого угла наклона передней лобовой грани выступов в зависимости от принятой их высоты.
Конструктивный шов (табл. 1, п. 5). В соответствии с графиком К = f (Ь) при ширине шва Ь = 10 мм
Ккр= 0,8, Ккрэ= 0,68. Данные, приведенные в табл. 3 и на рис. 1, позволяют сделать вывод о допустимости ширины конструктивно-осадочных швов, принятой в проекте.
Излом линии дна лотка (табл. 1, п. 6). При изменении уклона дна первого участка лотка с 11= 0,085 на /2= 0,20 - уклон дна лотка второго участка, линия дна претерпевает резкий излом на 6,45о. При углах излома более 5о критическое число кавитации Ккр = 1,05, а Ккр.э = 0,89.
z
н.дип
о
а
По расчетным данным число кавитации в конце первого участка лотка при расходе Q = 1500 м3/с определено равным К = 12,23, что значительно больше Ккр= 1,05, поэтому при изломе линии дна лотка быстротока кавитации не будет.
Прогноз кавитации по методу пороговой скорости
Прогноз кавитации по методу пороговой скорости [2] позволяет, в некоторой степени, учесть прочность бетона, степень аэрации потока, длительность кавита-ционного периода.
В соответствии с этим методом в качестве критерия оценки кавитации принимается пороговая скорость - скорость, при которой гарантируется отсутствие эрозии бетона в течение инкубационного периода при любой стадии развития кавитации. Если скорости потока на высоте выступов неровностей не превышают пороговую скорость, то даже при развитой стадии кавитации кавитационная эрозия не происходит. Кавитация становится возможной лишь при превышении потоком пороговых скоростей ипор. Условие отсутствия кавитационной эрозии выражается неравенством
Uxap < ^пор ■
(5)
Бетон при скорости, не превышающей пороговую, сопротивляется воздействию кавитации достаточно продолжительное время. График зависимости пороговой скорости от прочности бетона, воздухосодержа-ния в потоке, при продолжительности инкубационного периода в 48 ч, показан на рис. 3.
Прогноз кавитации по методу пороговой скорости заключается в назначении допустимой высоты zн одиночных выступов, расположенных на поверхности бетона с абсолютной шероховатостью А.
Исследованиями аэрации потока на лотке быстротока [6] было установлено, что при пропуске расчетных расходов поток в конце третьего участка лотка,
R/А МО5"
тг
R/Д
ъю5
J-IÖ* Mff*
б
20 30 50
где аэрация получает наибольшее развитие, является слабо аэрированным, поэтому концентрация воздуха в придонном слое 5 = 0.
RR, МПа
40
30
20
10
0
2% \
4%
■5 = 8 % 6%
15
20
25
30
, м/с
Рис. 3. Зависимость пороговой скорости упор от прочности бетона на сжатие Rв и аэрации пристенного слоя
Для прогноза кавитации на лотке быстротока, в соответствии с графиком на рис. 3, при 5 = 0 определяется величина пороговых скоростей для бетонов прочности: Яв =22 МПа - упор =14 м/с ; Яв =27 МПа -- ^ор =16,5 м/с; Яв = 33 МПа - упор =20 м/с.
По проектным данным продолжительность работы сооружения с расчетным расходом 1500 м3/с во время прохождения паводка составляет 26 ч, что меньше инкубационного периода 48 ч, поэтому величина пороговой скорости не подлежит корректировке.
Сравнение характерных скоростей ихар на высоте выступов неровностей А = 2 мм в конце третьего участка лотка, приведенных в табл. 2, и пороговых скоростей показывает, что максимально допустимая высота выступов из условия (5) при прочности бетона Яв = 22 МПа равна zн. доп = 6 мм, при Яв = 27 МПа максимальная высота 2н может быть более 10 мм.
R/Д TtOs
1ю* 1-10*
z /Д
п/Д
Рис. 4. Графики для определения допустимой высоты изолированного выступа гн. доп на обтекаемой поверхности:
: 14 м/с; б - vn,
16,5 м/с; в - vn
: 20 м/с
V
v
Д
а - v
Для определения максимальной высоты одиночных выступов может быть использована приближенная методика НИС Гидропроекта [2], основанная на обобщении результатов лабораторных и натурных исследований кавитации. На рис. 4 приведены графики зависимости допустимой высоты выступов для пороговых скоростей гпор = 14; 16,5; и 20 м/с.
При расходе Q = 1500 м3/с глубина воды в конце лотка (табл. 2) равна к = 1,15 м, гидравлический радиус R = 1,10 м. Максимальная скорость на свободной поверхности воды в сечении определена (при у = к, и* = 1,195 м/с, А = 2 мм) по формуле (4), равной
Утж = 29,1 м/с; при А = 1 мм, и* = 1,11 м/с, утах = 29,0 м/с; при А = 0,5 мм, и*= 1,04 м/с, утах = 28,9 м/с. Зная отношение R/А и максимальную скорость утах, из графиков можно определить предельно допустимую относительную высоту одиночных выступов для бетонов разной прочности. Из графика на рис. 4 а для бетона прочности Rв = 22 МПа, упор =14 м/с, при А = 2 мм, R/А = 550, утах = 29,1 м/с, определяем ^ндоп/А = 4 или ¿ндоп = 8 мм; для бетона с Rв = 33 МПа (упор = 20 м/с) из графика (рис. 4 в) ¿ндоп /А = 30 или ^ндоп = 60 мм. По результатам расчета построен график (рис. 5) зависимости предельно допустимой высоты одиночных выступов от прочности бетона, который будет справедливым и для расхода Q = 2600 м3/с.
Рис. 5. График зависимости допустимой высоты одиночных выступов
Поступила в редакцию
График может быть использован при назначении марки бетона в зависимости от принятой высоты неровностей и абсолютной шероховатости.
Результаты исследований по прогнозу кавитации на лотке быстротока были использованы в практике проектирования и строительства гидроузла Тилездит при обосновании конструкции водосбросного сооружения и технических требований к гладкости бетонной поверхности из условия недопущения кавитации и кавитационной эрозии на лотке быстротока.
Литература
1. Рекомендации по учету кавитации при проектировании водосбросных гидротехнических сооружений: П 38-75 / ВНИИГ. Л., 1976.
2. Гидравлические расчеты водосбросных гидротехнических сооружений: справочное пособие. М., 1988.
3. Слисский С.М. Гидравлические расчеты высоконапорных гидротехнических сооружений. М., 1986.
4. Розанов Н.П., Шальнев К.К., Мойс П.П., Пашков Н.Н., Воробьев Г.А. Прогнозирование начала кавитации на неровностях бетонной поверхности // Изв. ВНИИГ. 1985. Т. 78.
5. Михеев П.А., Храпковский В.А. Гидравлические исследования движения воды за полигональным водосливом входной части водосбросного сооружения // Изв. вузов. Сев.- Кавк. регион. Техн. науки. 2004. № 3.
6. Михеев П.А., Храпковский В.А. Исследование аэрации потока на лотке быстротока // Изв. вузов. Сев.- Кавк. регион. Техн. науки. 2012. № 4. С. 72 - 76.
7. Гальперин Р.С. Осколков А.Г., Семенков В.М., Цед-ров Г.Н. Кавитация на гидросооружениях. М., 1977.
8. Воробьев Г.А. Защита гидротехнических сооружений от кавитации. М., 1990.
29 января 2013 г.
