Эксплуатационный график маневрирования затворами
Покажем поперечное сечение плотины (рис. 16.6, а) и вид ее со стороны нижнего бьефа (рис. 16.6,6). При построении графика маневрирования затворами будем пользоваться следующими обозначениями: е — открытие водосливного отверстия; q3— удельный расход воды, пропускаемой через водосливное отверстие: q3=f(e); q — частное значениие q3, получающееся при полном открытии водосливного отверстия.
Проектируя сопряжение бьефов, необходимо получить затопленный прыжок. Этого добиться тем труднее. Поясним вначале некоторые общие положения, связанные с построением графика маневрирования затворами.
1. Зависимость условий сопряжения бьефов за данным отверстием плотины от открытия соседних отверстий гидроузла. Условия сопряжения бьефов водосливным отверстием, через которое пропускается расход воды Q 3=цФ, зависят от глубины воды в нижнем бьефе hB, которая, в свою очередь, зависит от расхода — от расхода Qc0с, сбрасываемого через соседние отверстия (водосливные и эксплуатационные). Таким образом, условия сопряжения бьефов за рассматриваемым отверстием существенно зависят от того, насколько открыты соседние отверстия гидроузла.
2. Зависимость условий сопряжения бьефов от времени наполнения нижнего бьефа. Условия сопряжения бьефов зависят также от быстроты открытия отверстий и быстроты наполнения водой нижнего бьефа. При поднятии уровня воды наблюдается неустано вившееся движение воды в нижнем бьефе. В процессе закрытия отверстий нижний бьеф должен опорожняться, причем уровень воды в нем должен снижаться. В период снижения уровня воды также имеем неустановившееся движение воды в нижнем бьефе.
Представим себе, что все водосливные отверстия закрыты. Тогда в нижнем бьефе установится глубина, отвечающая (см. рис. 16.5) расходу Q3K. Допустим, что мгновенно открыли одно водосливное отверстие. При этом сразу же через данное отверстие будет сбрасываться в нижний бьеф удельный расход q однако в первое мгновение глубина воды в нижнем бьефе будет отвечать прежнему расход, только по истечении некоторого промежутка времени, потребного для наполнения нижнего бьефа, глубина h3 нижнего бьефа увеличится и станет отвечать расходу.
Таким образом, в первое мгновение после открытия отверстий плотины условия сопряжения бьефов будут относительно тяжелыми; затем по мере поднятия уровня воды в нижнем бьефе условия сопряжения бьефов постепенно будут облегчаться. От такого положения в значительной мере можно избавиться, если условиться открывать отверстия плотины медленно, добиваясь для любого момента времени возможно большего соответствия между сбрасываемым расходом и глубиной воды в нижнем бьефе.
3. Зависимость мощности крепления нижнего бьефа от условий эксплуатации плотины. По условиям эксплуатации плотины желательно иметь крепление, которое защищало бы нижний бьеф от размыва; а) при любой самой невыгодной комбинации открытий отверстий плотины; б) при любой быстроте открытий отверстий. Однако такого рода крепление получается весьма мощным, а следовательно, дорогостоящим; поэтому такого крепления стараются избежать. Во многих случаях оказывается выгодным ограничивать порядок и продолжительность времени открытия затворов в период эксплуатации плотины; при этом приходится составлять эксплуатационный график маневрирования затворами. В соответствии с таким графиком и должно производиться открытие и закрытие отверстий плотины в процессе ее эксплуатации.
4. Примеры эксплуатационного графика маневрирования затворами и отвечающие им расчетные гидравлические условия работы нижнего бьефа. Имеются наиболее легкие условия сопряжения бьефов, но вместе с тем наиболее тяжелые условия эксплуатации плотины. В этом случае осуществляется одновременное медленное открытие всех отверстий с таким расчетом, чтобы нижний бьеф успевал наполняться в соответствии со сбрасываемым с плотины расходом. Такой график может быть принят, если имеются стационарные подъемноспускные механизмы у затворов.
Глубина воды Лн в нижнем бьефе практически будет отвечать расходу установившегося движения воды в нижнем бьефе. Однако может оказаться, что некоторая часть затворов находится почемулибо в неисправном состоянии. Если принять, например, что 10 % затворов неисправны, то в этом случае расчетный расход, исходя из которого следует устанавливать (по кривым на рис. 16.5) глубину нижнего бьефа, будет равен. В приведенных формулах в зависимости от открытия отверстий удельный расход q3 может иметь различное значение. В общем случае значение е и отвечающее ей значение, при которых наиболее трудно добиться затопления прыжка, приходится определять путем подбора.
У затворов подъемного типа имеются подвижные подъемно чпускные механизмы. Например, каждые семь отверстий плотины, обслуживает один подъемный кран, который может открывать свои семь отверстий по очереди, поднимая затворы ступенями высотой равной 0,5...1,0 м; после подъема одного затвора на 0,5...1,0 м его закрепляют в поднятом положении, а кран передвигают на соседний пролет и поднимают другой затвор и т. д.
Если пренебречь временем наполнения нижнего бьефа, а также временем перехода крана от одного затвора к другому, то расчетный эксплуатационный график получится практически такой же, как и в предыдущем примере. Однако этим временем не всегда представляется возможным пренебрегать. При этом условия сопряжения бьефов соответственно утяжеляются. Вообще при наличии подвижных подъемных механизмов условия сопряжения бьефов получаются более тяжелыми, так как маневрирование затворами в этом случае несколько затрудняется.
При расчете сопряжения бьефов в случае затворов с подвижными подъемноопускными механизмами иногда поступают так: рассматривают какоелибо одинаковое открытие всех водосливных отверстий; устанавливают расход и соответствующую, ему глубину нижнего бьефа hw (по кривым на рис. 16.5). Далее считают, что все отверстия сразу открылись на одну ступень (на 0,5...1,0 м), причем через плотину начал мгновенно сбрасываться новый увеличенный расход. По этому расходу и ведут расчет сопряжения бьефов, принимая глубину воды в нижнем бьефе равной ha (отвечающей прежнему расходу).
Имеются опускные автоматически действующие затворы, опус, кающиеся в камеру, устроенную в гребне плотины. В этом случае, при построении графика маневрирования затворами иногда считают, что по какимлибо причинам один затвор «обогнал», например, на 30% открытия все остальные затворы, имеющие одинаковое открытие. Тогда через данный затвор будет сбрасываться несколько больший удельный расход, равный. По этому расходу и следует вести расчет сопряжения бьефов, определяя глубину hn нижнего бьефа по расходу, сбрасываемому через всю плотин.
Имеются подъемные затворы, расположенные на гребне1 и не подтопленные со стороны нижнего бьефа. Рассмотрим два случая.
Случай, когда в верхнем бьефе имеется лед; при этом открытие отверстия можно доводить только до (0,15...0,25), после чего отверстие плотины надлежит достаточно быстро открывать полностью. Дело в том, что при неполном открытии затвора, когда, отдельные льдины могут нырять под затвор, ударяться о не го, и затвор может повреждаться.
В связи с этим при построении графика маневрирования затворами в случае наличия льда в верхнем бьефе поступают следующим образом: а) считают, что вначале были открыты все водосливные отверстия на величину е обозначая через q0 удельный расход q3, отвечающий открытию е (рис. 16.6,6), можно показать, что удельный расход, отвечающий полному открытию затвора. При принятых начальных условиях расход в нижнем бьефе, по которому следует определять глубину нижнего бьефа, оказывается равным; б) далее полагают, что одно отверстие мгновенно открывается полностью (рис. 16.6,6). Удельный расход для этого открытого отверстия равен q. На этот расход в данном случае и следует вести расчет сопряжения бьефов, принимая при этом глубину в нижнем бьефе равной.
Случай, когда лед в верхнем бьефе отсутствует; при этом рекомендуют маневрирование затворами осуществлять так же, как и в предыдущем случае, принимая е= (0,45...0,50). Здесь считают, что неполное открытие отверстий на значение, большее (0,45...0,50) Я, нежелательно в связи с возможным прорывом воздуха под затворы, порождающим опасную вибрацию затворов. При указанном значении е расход, по которому следует определять расчетную глубину нижнего бьефа, оказывается равным.
5. Гидравлические расчеты, связанные с составлением графика маневрирования затворами. Эти расчеты позволяют намечать наиболее рациональную последовательность открытия отдельных отверстий плотины. В основу этих расчетов полагают следующие соображения. Допустим, что вода может поступать в нижний бьеф только через водосливные отверстия; отверстия ГЭС и другие эксплуатационные отверстия закрыты или отсутствуют. Будем считать, что в данный момент времени открывается только одно водосливное отверстие плотины; все остальные водосбросные ее отверстия закрыты. Расход воды, сбрасываемой при этом через плотину,
Покажем теперь на рис. 16.7, а истечение изпод затвора, установленного на гребне плотины, причем наметим сжатое сечение 1—1 и через обозначим глубину в этом сечении. Зная Е, глубину легко найти по обычным формулам гидравлики. Очевидно, будет изменяться с изменением открытия е отверстия, так как будет изменяться q3. Для каждой глубины по основному уравнению гидравлического прыжка можем определить вторую сопряженную глубину, т. е. так называемую глубину фиктивного прыжка. Легко видеть, что при const (рис. 16.7, в)
Планируя открытие водосливного фронта, согласно поясненной выше схеме, не получают в нижнем бьефе отогнанного прыжка.
