CC BY
1УДК 626.53
Ю. А. Поздеева, аспирант
СРЕДСТВА ЭКОЛОГО-ИНЖЕНЕРНОЙ ЗАЩИТЫ СООРУЖЕНИЙ НИЖНЕГО БЬЕФА ЧЕБОКСАРСКОГО ГИДРОУЗЛА
Одним из основных источников электроэнергии в нашей стране являются ГЭС, построенные на всех крупных реках. Многие из них демонстрируют высокую надежность и долговечность и эксплуатируются уже десятки лет, однако полностью исключить возможность повреждения и разрушения плотин и примыкающих к ним сооружений нельзя Аварии подпорных гидроузлов наблюдались во многих странах мира и описаны во многих работах.
Большое влияние на безопасную эксплуатацию гидроузлов оказывают
общие и местные размывы в нижних бьефах, связанные как с изменением
-
и гидрологическим обоснованием проектов, случайными отклонениями и нерасчетными ситуациями.
-
сооружений нижнего бьефа действующих гидроузлов является актуальной задачей.
Целью данной работы является обоснование выбора вихревых струе-
направляющих устройств на основе профиля из гибких материалов для -
возможных повреждений.
В результате съемки глубин с помощью эхолота, выполненной силами гидроцеха Чебоксарской ГЭС 9 августа 2003 года, установлено, что на расстоянии около 80 м ниже края рисбермы в створе второго и третьего щитов водосливной плотины располагается центр воронки размыва овальной формы с минимальной отметкой 23,4 м БС. Ширина ямы составляет около 60 м при длине по потоку до 100 м.
Образование ямы размыва не было предусмотрено проектом и могло начаться в результате нехватки средств при строительстве. Полученная расчетом по данным Чебоксарской ГЭС длина крепления совпадает с его фактической длиной, однако скорости схода струй с рисбермы достаточно велики (при ка . = 7,2 м; V = 5,6 м/с).
Для борьбы со струйностью потока и гашения его энергии широко используется метод искусственной поперечной циркуляции, который получил широкое развитие в работах М. В. Потапова, В. А. Шаумяна, Г. Ха-
чатряна, А. А. Большакова, А. Я. Фалькович и др. При регулировании ре-
-
ройств: поверхностных, донных или в средней части потока
Следует отметить, что поверхностные способы регулирования кинематических характеристик потока недостаточно эффективны для регулирования процессов, происходящих в придонных областях. Устройства, устанавливаемые в придонном слое потока, имея высокую степень воздействия на русловые процессы, требуют создания сооружений высокого класса капитальности. Они, как правило, включаются в состав одного из этапов проектирования гидроузла в целом. Внесение изменений в процессы регулирования русловых процессов нижнего бьефа на этапах эксплуатации гидроузлов требует создания устройств, отличающихся мобильностью развертывания и установки. Этим требованиям, по нашему мнению, удовлетворяют внутренние, устанавливаемые в средней части потока, или комбинированные струенаправляющие устройства Оценка работы таких устройств в первом приближении может быть выполнена на основе уравнений для потенциального течения жидкости.
По принципу действия устройства, направленные на регулирование русловых процессов в нижних бьефах, относятся к гидродинамическим регуляторам скорости придонной части потока Гидродинамические регуляторы скорости потока могут быть разработаны на основе теории профиля, обтекаемого потоком несжимаемой жидкости.
Конструктивное оформление таких устройств, удовлетворяющее требованиям мобильности установки оперативного воздействия на неустойчивые русловые процессы, может быть произведено на основе гидродинамических профилей из гибких материалов. Примером решения гидротехнических задач с применением гибких струенаправляющих элементов служат гибкие временные плотины на малых и средних реках [1].
Предлагаемая конструкция устройства для регулирования русловых процессов в нижних бьефах гидроузлов основана на применении гибкого рыбообразного профиля, помещенного в поток в его придонной части (рисунок).
Схема устройства для реагирования русловых процессов: а — шин: б — поперечный разрез: 1 — речной поток: 2 — урез берега: 3 — основные опоры: 4 — вспомогательные береговые опоры:
5 — несущий передний канат: 6 — гибкий профиль: 7 — несущий задний канат: 8 — рейдирующий канат: 9 — леер: 10 — руслоформирующий ноток: 11 — область размыва: 12 — область русловых отложений: 13 — иршруз: 14 — натяжное устройство
4-
и<
Устройство для регулирования русловых процессов в нижних бьефах гидроузлов на основе погруженного профиля из гибких материалов работает следующим образом. Установленный в речном потоке 1 гибкий профиль 6 лобовой частью крепится к несущему переднему канату 5. Несущий канат 5 удерживается за расположенные на берегу 2 основные опоры 3 К несущему заднему канату 7 прикреплена кормовая кромка профиля 6 через лееры 9. К задней кромке профиля присоединен регулирующий канат 8 и пригруз 13 Несущий задний канат 7 и регулирующий канат 8 удерживаются вспомогательными береговыми опорами 4. При регулировке угла атаки профиля 6 с помощью натяжного устройства 14 несущий задний канат 7 выбирается или стравливается и через лееры 9 изменяет положение профиля в потоке. Руслоформирующий поток 10, воздействуя на дно водотока, образует область размыва 11 и область русловых отложений 12 При изменении угла атаки профиля 6 соотношение между размываемым и отлагающимся грунтом может быть изменено за счет горизонтальной установки профиля и сноса взвеси.
Нагрузки, действующие на погруженные в поток профили, передаются на береговые опоры через несущие канаты. Вертикальные нагрузки уравновешиваются силой водоизмещения корпусов профилей (при их наполнении воздухом). Боковые нагрузки в горизонтальном направлении обусловлены действием течений.
-
ские и силовые характеристики системы «канат—профиль». Эти расчеты выполнены в среде МаШСАБ. В расчетах принято, что рабочая длина каната равна Ь = 120 м. При работе 12 секций руслоформирующего профиля по 10 м длиной каждой секции, испытывающей силу лобового сопротивления Хп = 9,73 • 194 Н на секцию, распределенная нагрузка равнад = 6 Н/м. Полуширина бычка (параметр цепной линии) принята равной а = 2 м. В результате расчетов получены графические зависимости для уравнения цепной линии и натяжения каната Из графиков установлено, что на середине каната в точке наибольшего провеса натяжение в канате равно Т = 584 ООО Н. Эта величина является расчетной для выбора диаметра каната по предельной нагрузке.
Для изготовления гибких элементов подходит композитный резинотканевый материал, основными частями которого являются силовой тканый каркас и защитные резиновые покрытия. При отсутствии синтетических материалов гибкие профили могут быть изготовлены из тканых брезентов и льняных парусин.
Расчеты, произведенные в среде MathCAD, показали, что при скорости набегающего потока и», равной скорости в конце листовидной области растекания = 11,8 м/с, и бытовой глубине в нижнем бьефе \ = 26,7 м
руслоформирующий профиль будет иметь следующие характеристики
- высота миделевого сечения = 0,5 м;
- ширина профиля по хорде Ь = 4 м;
- размах профиля Ь =10 м;
- угол атак и профиля а = 5°;
- скорость индуцированного потокам = 0,41 и» = 1,7 м/с.
При этом величина циркуляции скорости составит величину Г = 2,04 м/с. Величина силы лобового сопротивления будет равна Х„ = 9,73 • 194 Н, подъемная сила Уп приобретает значение У„ = 2,43 • 105Н.
Библиографический список
1. Сергеев Б. И. Мягкие конструкции в гидротехническом строительстве / Б. И. Сергеев, П. М. Степанов, Б. Б. Шумаков. М.: Колос, 1984. 101 с.
Приводится описание характера и параметров размыва и, на основании рассмотрения существующих способов регулирования кинематических характеристик потока, предлагается использовать гибкие струенаправляющие системы на
основе профиля для эколого-инженерной защиты сооружений нижнего бьефа.
* * *
In the article particular attention is given to the description of the parameters and the nature of the bed washout. The next problem the paper deals with is technology selection for regulation flow velocities and bed processes control. Previous works of different investigators are discussed in short. To summarize all mentioned above it should be noted that flexible training systems can be used for hydrodynamical and ecological problems solving.
