Способ градуировки подпорно-регулирующих гидросооружений

 

Использование: в гидротехнике для градуировки многопролетных водосливных плотин. Сущность изобретения: производят открытие щитов на различную величину и измерение расходов воды, сбрасываемых через сооружение при различных напорах в диапазоне работы сооружения. После этого составляют градуировочную характеристику сооружения в виде зависимости расходов воды через сооружение от напоров и величин открытий щита, которая выражена в виде эмпирического математического выражения. 1 ил.

Изобретение относится к области гидротехники и предназначено для градуировки многопролетных водосливных плотин.

Известен способ градуировки водосбросов ГЭС с помощью контрольного отверстия, включающий определение градуировочной зависимости расхода воды контрольного отверстия от уровня воды в русле и подбора величины открытия основного затвора испытуемого отверстия, при котором расход воды не изменится после закрытия контрольного отверстия [1].

Недостаток этого способа состоит в низких эксплуатационных возможностях, в высокой общей среднеквадратичной погрешности и значительной трудоемкости.

Ближайшим техническим решением к заявляемому является способ градуировки подпорно-регулирующих сооружений, включающий замеры расходов воды в зависимости от величины напора воды и открытия щита [2].

Недостаток способа состоит в том, что он имеет низкие эксплуатационные возможности и большую трудоемкость.

Традиционные способы градуировки предусматривают получение семейства кривых зависимости Q = f(H) при разных открытиях затвора. Для этого необходимо измерение расходов воды во всем диапазоне открытия затворов и величины напоров от минимальных до максимальных, что не всегда осуществимо по условиям эксплуатации и к тому же требуется, как правило, несколько лет эксплуатации для получения более или менее достоверных градуировочных характеристик. Например, подосливная многопролетная (пять пролетов шириной 10 м) каждая плотина Краснодарского гидроузла, эксплуатируемая с 1974 года до настоящего времени не имеет достоверной градуировочной характеристики.

К тому же во время эксплуатации часто возникает необходимость закрытия того или иного водосливного отверстия (ремонт, аварийная ситуация и т. д.) или группы отверстий, а также разновеликое их открытие, а это не учитывается существующими градуировочными характеристиками.

Техническим решением является снижение трудоемкости и увеличение эксплуатационных возможностей.

Техническое решение достигается тем, что в предлагаемом способе градуировки подпорно-регулирующих гидросооружений, включающем измерение расходов воды, сбрасываемых через сооружение при различных открытиях щитов и напорах, и составление градуировочной характеристики сооружения в виде зависимости расходов воды через сооружение от этих параметров, измерение сбрасываемого через сооружение расхода воды осуществляют в нескольких режимах сброса воды через сооружение в диапазоне его работы при произвольных открытиях щитов отверстий, а составление градуировочной характеристики сооружения производят путем определения эмперической зависимости указанного расхода воды от lg h_пр где Н - напор воды, м; g - ускорение силы тяжести, м/с²; n - количество отверстий в сооружении; h_прi = К_сi К_всi К_бi K_ωi h_щi - приведенная величина (1) открытия щита i-го отверстия, м, где К_сi - к-т несовершенного сжатия потока i-го отверстия; К_всi - к-т вертикального сжатия потока I-го отверстия; К_бi - к-т состояния обтекаемых поверхностей i-го отверстия; h_щi - величина открытия i-го щита.

K= - к-т размера отверстия в случае наличия в сооружении более узкого отверстия, чем остальные ординарные отверстия, где ω_i - площадь узкого отверстия, м²; Ω - площадь ординарного отверстия, м².

Изобретательский уровень заявляемого технического решения усматривается в том, что при градуировке многопролетных водосливных плотин определяют приведенную величину открытия щитов (затворов) отдельных водосливных отверстий в соответствии с выражением (1) и на основании произведенных замеров расходов воды составляют градуировочную характеристику.

По данным патентной и научно-технической литературы не обнаружена заявляемая совокупность признаков, что позволяет судить о существенности заявляемых признаков.

На чертеже дана графическая характеристика.

Предлагаемый способ градуировки заключается в следующем: 1. Предварительно определяют поправочные коэффициенты К_всi, К_бi, K_ωi и К_сi. Величина K_ε = , где m_i - величина коэффициента расхода i-го отверстия;
m_ц.о. - величина коэффициента расхода центрального отверстия. Коэффициент К может быть определен эмпирически или из технической литературы. Коэффициент вертикального сжатия K_всi определяется из технической литературы, например по данным профессора Н. Е. Шуковского.

Величина К_бi следует определять по зависимостям:
а) в случае гладких поверхностей
K_Бi=11 - 1- (2)
б) в случае шероховатой криволинейной поверхности по зависимости:
K_Бi=11 - 1- (3)
В формулах (2) и (3) принято следующие обозначения: b - ширина водосливного отверстия;
Н_о - полный напор;
Х - длина пути развития пограничного слоя на обтекаемой поверхности;
К - величина элемента шероховатости;
R_с - число Рейнольдса;
δ* - толщина слоя вытеснения, определяемая из выражения:
δ^*= = h (4) где h - глубина воды на водосливе;
δ - толщина пограничного слоя;
n - показатель степени в степенном законе развития пограничного слоя на обтекаемой поверхности, определяемый из формулы:
n= (5) где g - ускорение силы тяжести;
κ - универсальная постоянная Кармана;
с - коэффициент Меди.

Величина К_бi позволяет учитывать состояние обтекаемых поверхностей, в частности шероховатость и другие параметры (Давыдов В. Д. Исследование руслостеснительных сооружений на сплавных реках, работающих по схеме водослива с широким порогом. Автореферат дисс. канд. техн. наук. Л., 1980 г. и другие работы автора).

Коэффициент K_ωi применяется в том случае, если в составе водосливных отверстий имеются узкие лесоводопропускные отверстия типа бревноспусков. Коэффициент
K= где ω_i - площадь более узкого отверстия;
Ω - площадь поперечного сечения стандартного водосливного отверстия. В остальных случаях К = 1.

2. Определяют приведенную высоту каждого из водосливных отверстий.

3. Находят суммарную величину приведенных высот открытия всех водосливных отверстий.

4. Производят замеры расходов воды при различных открытиях затворов или различных напорах.

5. Составляют зависимость
Q=f(lg Σ h_пр )
Предлагаемый способ позволяет:
1. Составить градуировочную зависимость при различных открытиях затворов или различных напорах (что либо из двух и не обязательно иметь их экстремальные значения).

2. Зависимость
Q= f(lg Σ h_пр ) представляет собой одну прямую линию, а не семейство кривых, как в традиционных способах.

В идеале необходимо иметь 2 точных замера расхода воды при разных открытиях щита (затвора) или разных напорах, чтобы построить эту градуировочную зависимость.

3. Зависимость
Q= f(lg Σ h_пр ) позволяет определять расходы воды при различных сочетаниях открытий или закрытий водосливных отверстий или затворов.

В качестве примера на чертеже приведена градуировочная характеристика
Q=f(lg Σ h_пр ) для Краснодарского гидроузла.

Формула изобретения

СПОСОБ ГРАДУИРОВКИ ПОДПОРНО-РЕГУЛИРУЮЩИХ ГИДРОСООРУЖЕНИЙ, включающий измерение расходов воды, сбрасываемых через сооружение при различных открытиях щитов и напорах, и составление градуировочной характеристики сооружения в виде зависимости расходов воды через сооружение от этих параметров, отличающийся тем, что, с целью упрощения и ускорения работ в условиях градуировки многопролетных водосливных плотин, измерение сбрасываемого через сооружение расхода воды осуществляют в нескольких режимах сброса воды через сооружение в диапазоне его работы при произвольных открытиях щитов отверстий, а составление градуировочной характеристики сооружения производят путем определения эмпирической зависимости указанного расхода воды от
lg h_пр ,
где H - напор воды, м;
q - ускорение силы тяжести, м/сек²;
n - количество отверстий в сооружении;
h_пpi = K_ei˙K_всi˙K_Бi˙K_ωi˙h_щi - приведенная величина открытия щита i-ого отверстия, м,
где K_еi - коэффициент несовершенного сжатия потока i-ого отверстия;
K_всi - коэффициент вертикального сжатия потока i-ого отверстия;
K_бi - коэффициент состояния обтекаемых поверхностей i-ого отверстия;
h_щi - величина открытия i-ого щита, м;
K_ωi= - коэффициент размера отверстия в случае наличия в сооружении более узкого отверстия, чем остальные ординарные отверстия,
где ω_i - площадь узкого отверстия, м²;
Ω - площадь узкого ординарного отверстия, м².

РИСУНКИ

Рисунок 1