Научное обоснование гидравлических параметров металлических сифонных водосбросов низконапорных гидроузлов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.16, кандидат технических наук Лентяева, Екатерина Алексеевна

• Лентяева, Екатерина Алексеевна
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Лентяева, Екатерина Алексеевна

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ РЕШАЕМОГО ВОПРОСА.

1.1. Общие сведения.

1.2. Конструкция и расчет сифонных водосбросов.

1.3. Обзор построенных и запроектированных сифонных водосбросов.

1.4. Патентный поиск.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Научное обоснование гидравлических параметров металлических сифонных водосбросов низконапорных гидроузлов»

Актуальность проблемы. В настоящее время вопрос о реконструкции существующих прудов и малых водохранилищ, как в России, так и за рубежом, становится все актуальнее. С момента строительства на большинстве гидротехнических объектов не было проведено ремонтных работ, изменился климат, уровни обеспеченности расходов. По этим причинам существующие водосбросные сооружения пришли в упадок или не соответствуют требованиям по надежности, в связи с этим в настоящее время назрела необходимость произвести реконструкцию основных сооружений гидроузлов, в том числе водосбросных сооружений.

Одним из основных требований к процессу реконструкции является условие непрерывной эксплуатации сооружения без опорожнения водоема и жёсткие требования к качеству воды. Всем этим требованиям в полной мере удовлетворяет конструкция трубчатого сифонного водосброса, устройство которого можно осуществить не прекращая эксплуатацию малого гидроузла. Это обеспечивается укладкой водосбросных труб поверх гребня существующей плотины (дамбы).

В данных условиях эти водосбросные трубы будут работать по принципу сифона, поскольку при работе труб полным сечением верхний участок их будет расположен выше уровня, питающего эти трубы. Горло сифона для этой цели располагают на отметке нормального подпорного уровня.

Сифонные водосбросы широко используются в практике гидротехнического строительства для обеспечения автоматического подержания уровня верхнего бьефа в заданных пределах.

Традиционно применяемые сифонные водосбросы имеют прямоугольное поперечное сечение достаточно больших размеров. Зарядка сифона осуществляется отклонением нижней части струи, переливающейся через гребень входного сечения, к шелыге водопропускной трубы. За счет защемления воздуха струей в потолочной части, происходит быстрый вынос воздуха и зарядка сифона при небольшом подъеме УВБ (5-10 см).

Спецификой работы трубчатых сифонных водосбросов, являются незначительные параметры струи в нижней части при малых напорах на гребне входного сечения трубы и низкая эффективность создания вакуума при отжиме струи к верхней части трубы. Следствием этого является необходимость значительного подъема УВБ для зарядки трубчатого сифона. В этих условиях на первый план встает вопрос о времени его зарядки и о максимальной величине подъема УВБ, обеспечивающего работу сифона полным сечением.

Целью работы является научное обоснование и разработка методов расчета пропускной способности и режимов зарядки трубчатого сифонного водосброса, выполненного из стальных труб стандартного диаметра.

Достижение поставленной цели было связано с решением следующих задач:

-произвести анализ и обобщение результатов предшествующих теоретических методик расчета и гидравлических исследований трубчатых сифонных водосбросов; -получить теоретические расчетные зависимости, позволяющие определить продолжительность переходных режимов работы сифонного водосброса; -осуществить экспериментальное обоснование возможности использования сифонных водосбросов в гидротехнической практике при реконструкции гидроузлов;

-определить пропускную способность сифона при различных режимах работы;

-разработать рекомендации по совершенствованию конструкции сифонного водосброса.

Научная новизна работы заключается в следующем: -получены теоретических расчетных зависимостей для определения времени зарядки сифона;

-предложены теоретические зависимости пропускной способности сифона при наличии воздушного пространства в надструйном пространстве;

-установлены расчетные зависимости параметров струи при работе сифона в режиме водослива;

-получены экспериментальные данные для определения времени зарядки сифона;

-получены экспериментальные данные, позволяющие осуществлять гидравлические расчеты сифона в зависимости от уровней верхнего бьефа, вакуумного режима в трубе сифонного водосброса, изменения давления в сифоне в зависимости от уровня верхнего бьефа; -определены максимальные значения уровня верхнего бьефа в зависимости от скорости его подъема; -реализована качественная оценка влияния конструктивных параметров на пропускную способность сифона Практическая ценность работы состоит в том, что результаты исследований и предложенные расчетные теоретические и экспериментальные зависимости позволят выполнять гидравлические расчеты трубчатых сифбнных водосбросов и их проектирование в широком диапазоне параметров малых гидроузлов.

Достоверность результатов обоснована совпадением теоретических и экспериментальных исследований. Экспериментальные исследования, результаты которых приведены в диссертации, выполнены с использованием протарированных приборов, средств измерения давлений и обработаны по современным методикам. Достоверность предложенных рекомендаций обоснована значительным объемом модельных исследований, определенным планированием эксперимента, с последующим их анализом.

Апробация работы. Результаты исследований и основные положения диссертации докладывались на Всероссийской научно-технической конференции ("Экологическая устойчивость природных систем и роль природообустройства в ее обеспечении".) Москва 2003г; на кафедре "Комплексное использования водных ресурсов" МГУП, 2004г., на Всероссийской выставке научно технического творчества молодежи НТТМ

2004 (Москва, ВВЦ, 7-10 июля 2004 г.), на научно технических конференциях в Московском государственном университете природообустройства в 20042005 г.г. По теме диссертации опубликовано 8 статей.

Результаты исследований сифонных водосбросов внедрены на объекте Аль Синн в Сирийской Арабской Республике.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы, насчитывающего 74 наименований и приложений. Работа изложена на 151 странице машинописного текста, иллюстрирована 84 рисунками, содержит 12 таблиц.

Заключение диссертации по теме «Гидравлика и инженерная гидрология», Лентяева, Екатерина Алексеевна

5.10. Выводы

Проведенный статистический анализ позволяет сделать заключение о достоверности экспериментальных данных и возможности применения полученных регрессионных выражений при расчетах трубчатых сифонных водосбросов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Процессы, происходящие в трубчатых сифонных водосбросах весьма сложны и в настоящее время нет возможности аналитическим путем произвести расчеты режимов зарядки и включения сифона в работу. В доступной для изучения литературе приведены методики расчетов сифонных водосбросов уже находящихся в заряженном режиме.

Методик расчетов переходных режимов сифонных водосбросов в изученной литературе не приводится.

2. В диссертационной работе получены теоретических расчетные зависимости для определения гидравлических параметров трубчатых сифонных водосбросов, подтвержденные экспериментальными данными.

3. Экспериментальное обоснование возможности использования сифонных водосбросов в гидротехнической практике при проектировании, строительстве и реконструкции речных гидроузлов основывается на:

-компактности сооружения; -автоматичности их включения; -чувствительности к повышению уровня; -большой надежности работы;

-возможности сооружения водосброса после введения в эксплуатацию глухой грунтовой плотины;

4. Экспериментальные исследования позволили получить зависимости для гидравлических расчетов сифонных водосбросов таких типов.

5. В результате проведенных экспериментальных исследований было установлена необходимость большой форсировки уровня верхнего бьефа для первичной зарядки сифона, которая возможна при минимальном напоре, равном 0,5D диаметра сифона в условиях стабильного состояния уровня верхнего бьефа.

6. Исследование зарядки сифона в условиях растущего уровня верхнего бьефа показали, что величина форсировки и время зарядки зависят от скорости подъема УВБ и достигает 0,7D диаметра сифона при скорости 6,4 мм/мин.

7. Рассмотренные в экспериментальных исследованиях модификации капюшона позволили разработать оптимальную конструкцию, которая может быть использована в проектной практике.

8. Изучено распределение вакуума по длине трубы водосброса. Установлено, что максимальный вакуум возникает во входном сечении. Максимальное значение вакуума зависит от уклона трубы и при 1=0,1 достигает величины 0,5 действующего напора сифона. Образования в нем вакуума. Полученные данные позволяют выполнить расчеты прочности и устойчивости оболочки сифона.

9. Предлагаемая конструкция концевого устройства сифона в виде ковша со стенками, расположенными на уровне шелыги выходного сечения, обеспечивает наиболее быстрое начало зарядки сифона.

10. До момента зарядки сифона ковш работает как водослив с переливом воды по всему периметру, после зарядки - как рассеивающий трамплин. Это обеспечивает благоприятные условия работы за счет резкого уменьшения удельных расходов в 5-8 раз.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Лентяева, Екатерина Алексеевна, 2007 год

1. Аверкиев А.Г. Новый метод гидравлики модельных исследований. ВНИИГ им. Веденеева. -JL: Энергия, 1952, 31 с.

2. Агроскин И.И., Гидравлика, 1934.

3. Агроскин И.И., Дмитриев Г.Т., Пикалов Ф.И. Гидравлика. М. -.: Энергия, 1064, 352 с.

4. Алабужуев П.М., Геронимус В.Б., Минкевич JI.M., Шеховцев Б.А. Теория подобия размерностей, Моделирование, Издательство "Высшая школа", 1968.

5. Алиев Т.А. Прикладные исследования гидротехнических сооружений. -- М.: ЦБНТИ Водострой 1992, 258 с.

6. Бендат Д.Ж., Пирсов А. Измерение и анализ случайных процессов. Пер. с англ.-М.: Мир, 1974,408с.

7. Богомолов А.И., Михайлов К.А. Гидравлика. -М.: Стройиздат, 1972.

8. Воробьев А.С., Гурьев А.П., Серков B.C. и др. Пропускная способность водосбросов гидроэлектростанций. -М.: Энергия, 1974, 119с.

9. Вяземский О.В., К вопросу о проектировании и модельных исследованиях сифонных водосливов, Гидротехническое строительство", № 1,1938.

10. Ю.Гидравлика и гидрология. Под ред. Скиба М. М. Труды Новочеркасского инженерно-мелиоративного института, 1964, 300 с.11 .Гидравлика и гидротехника. Республиканский межведомственный научно-технический сборник № 7, Киев Техшка, 1968, 97 с.

11. Гидравлические расчеты водосбросных гидротехнических сооружений. Векслер А.В., Войнич-Сяноженецкий Т.Г., Лапко Д.Д. и др. Справочное пособие. -М.: Энергоатомиздат, 1988, 624 с.

12. Гидротехнические сооружения комплексных гидроузлов. Под ред. Непорожнего П.С. — М.: Энергия, 1973.

13. Гидротехнические сооружения. Железняков Г.В., Ибад-заде Ю.А., Иванов П.Л. и др., под общей ред. Недрига В.А. М.: Стройиздат, 1983, 543 с. (Справочник проектировщика).

14. Гидротехнические сооружения. Под ред. Розанова Н.П. М.: Стройиздат, 1978, 647с.

15. Гидроэнергетика. Обрезков В.И., Малинин Н.К., Кароль Л.А., и др. М.: Энергоиздат, 1981, 608 с.

16. Гмурман В.Н. Теория вероятностей и математическая статистика, М.: Высшая школа, 1972.

17. Годин A.M. Статистика. М.: Издательско-торговая компания «Дашков и К0», 2003

18. Грановский Ю.В., Маркова Е.В., Адиен Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976,278 с.

19. Гришин П.П. Гидротехнические сооружения. М.: Госстройиздат. 1954, т.1, 500с.

20. Гришин П.П. Гидротехнические сооружения. М.: Госстройиздат. 1955, т.2, 488с.

21. Иванов Т.В. Сифонные водосбросы. -Ленинград: Гидроиздат, 1939,130 с.

22. Идельчик И.Е. Гидравлические сопротивления. М.:- Госэнергоиздат, 1952,316 с.

23. Избаш С.В. Основы лабораторного дела в гидравлике. M.-JL: Энергия, 1938,228с.

24. Испытание моделей сифонов Канакирской ГЭС и ЗАГЭС—материалы ГЭИ (в печати не опубликовано).31 .Испытание сифона ЗАГЭС в натуре — материалы Гидротехинститута (в печати не опубликовано).

25. Кавачини, Регулирование работы сифонных водосливов, „Гидротехническое строительство", № 10,1934.

26. Киселев JI.B. Справочник по гидравлическим расчетам. М.: Госэнергоиздат, 1961.

27. Курганов A.M., Дуготак С.М. Гидравлический расчет водопропускных сооружений. Киев: Госстройиздат, 1982,94 с.

28. Леви Н.И. Моделирование гидравлических явлений. М. Л.: Госэнергоиздат, 1960,235с.

29. Лятхер В.М., Прудовский A.M. Гидравлическое моделирование. М: Энергоатомиздат, 1984,390 с.

30. Мидлтон М.Р. Анализ статистических данных с использованием Microsoft Excel для Office ХР. М.: БИНОМ, 2005

31. Милович А .Я. Теория динамического взаимодействия тел и жидкости. -М.: Госстройиздат, 1935,311с.

32. Минько А.А. Статистический анализ в MS EXCEL.: М.: Издательский дом «Вильяме», 2004

33. Навоян Х.А. Примеры гидравлических расчетов водопропускных сооружений. -К.: Будивильник, 1975.41 .Новицкий П.В., Зограф И.Л. Оценка погрешности результатов измерений. -Л.: Энергоатомиздат, 1985,248 с.

34. Павловский Н. П., Гидравлический справочник, JL: ОНТИ,1937, 890 с.

35. Переяслова И.Г., Колбачев Е.Б. и др., Ростов Н/Д: «Феникс», 2003

36. Поллард Дж. Справочник по вычислительным методам статистики. М.: Финансы и статистика, 1985

37. Рекомендации по гидравлическому расчету водосливов. Часть Шрямые водосливы.Под ред. Чугаева Г.К. Л.:-Энергия, 1974, 57с.

38. Рекомендации по гидравлическому расчету водосливов. Часть II. Под ред. Чугаева Г.К. Л.:-Энергия, 1974.

39. Розанов Н.П., Бочкарев Я.В. и др. Гидротехнические сооружения. М.: -Агропромиздат, 1985,432 с.

40. Рушминский JI.3. Математическая обработка результатов эксперимента. Справочное руководство. -М.: Наука, 1971,192 с.

41. Симаков Г.В. О сифонных водосбросах с максимальной пропускной способностью. -Труды ЛПИ, 1968, № 289.

42. Слисский С.М. Гидравлические расчеты высокоскоростных гидротехнических сооружений. -М.: Энергия, 1979,331 с.

43. Справочник по гидравлическим расчетам. Под ред. Киселев П.Г. М.: Энергия, 1972,352 с.

44. Справочник по прикладной статистике.Т2./ Под ред. Э.Лойда, У.Ледермана. М.: Финансы и статистика, 1990.

45. Туманян В.И,. Гидравлика сифонных водосбросов. Ленинград: Госэнергоиздат, 1949,99 с.

46. Туманян В.И., Модельные исследования сифонного водосброса Канакирской гидростанции. „Гидротехническое строительство", № 1,1938.55.111арп Дж. Гидравлическое моделирование. -.: Мир, 1984, 280 с.

47. Шефе Г. Дисперсионный анализ. М.:Наука, 1980

48. Штеренлихт Д.В. Гидравлика. М.: Энергия, 1991, 639 с.

49. Штеренлихт Д.В., Алышев В.м., Яковлева Л.В. Гидравлические расчеты. -М.: Колос, 1992,287 с.

50. Bakhmeteff В.А., Tests of Brood Crested Weirs by J. Woodburn, Transactions ASCE, v. 96,1932, p. 430.

51. COR WIN F.G. and KIDDER A.W., Результаты испытания сифонных водосбросов для больших каналов, "Engineering News Record", May 1932.

52. DE MARCHIE, Экспериментальные исследования автоматически сифонных водосбросов, "L'Energia Electrica", № 6,1929.

53. DE MARCHIE, Экспериментальные исследования автоматических сифонных водосбросов, "L'Energia Electrica", октябрь, ноябрь 1931.

54. DRIOLIK. Испытания автоматических сифонов, июнь 1932, "L'Energia Electrica".

55. KAMMULER, Работа, расчет и конструкция сифонов с большой высотой действия, "Der Bauingenieur", 1929, Н. И.

56. KAMMULER, Сифонный водосброс при земляной плотине, "Wasserkaft and Wasserwirstchaft", № 3,1927.

57. Marchetti, „L'Energia Elettrica", Oct., Nov. 1931. 53.Nelidov I.M., Proceedings1. ASCE,v. 71, №3,1945.

58. S t i к n e у, Proceedings ASCE, Febr. 1922, p. 175—194.

59. SCHIMEMI, Отдача саморегулирующих сифонов (коэффициент расхода),

60. Electrotechnica", № 13,1928. 69.SCHNEIDER W., Испытания моделей сифонов, Modellversuche uber die Zweckmassigste Gestaltung einzelner Bauwerke, 1923.

61. SCHOKLITSCH А. О сифонных водосбросах, "Wasserbau", 1930. 71.Sifoni autolivellatori —материалы итальянской консультации.

62. Гидроэлектропроекта, Милан, 1934 (не опубликовано). 72.SMRCEK А., Сифонные водосбросы из статьи "Modellver suche uber Einrichtung zur kegulierung des Uberialls und Bewaltigung der Hochwasser bei Talsperren. Zweite Weltkraitkonferenz", 1930.

63. WEGMANN, Сифоны, The desighn and Construction of Dams.

64. HEYNF., Работа и конструкция автоматических сифонов, "Der Bauingenieur", 1929, p. 41.