3-4. РАЗДЕЛЬНАЯ СТЕНКА (БЫК) МЕЖДУ ПОДВОДЯЩИМИ РУСЛАМИ ЗДАНИЯ ГЭС И ПЛОТИНЫ
Раздельная стенка в верхнем бьефе между зданием ГЭС и примыкающей к нему водосливной плотиной предназначена для улучшения условий поступления потока к ГЭС и плотине. Как правило, вопрос об устройстве раздельной стенки и ее размерах решается лабораторным путем, но в ряде случаев решить, нужна ли раздельная стенка, каковы примерно должны быть ее формы и размеры, можно, используя накопившийся опыт проектирования.
Обычно выдвинутая в верхний бьеф прямолинейная раздельная стенка не требуется, если ее устройство не вызывается производственными соображениями в связи с очередностью возведения сооружения. Так в лаборатории б. МИИВХ было исследовано на фрагменте гидроузла Чебоксарской ГЭС (1954—1955 гг.) влияние раздельной стенки в верхнем бьефе на образование воронок перед турбинным блоком и на поступление наносов в водоприемники турбинных блоков, ближайших
к водосливной плотине. Оказалось, что при устройстве раздельной стенки длиной 75 или 37,5 м интенсивность воронок не уменьшилась.
Рис. 3-14. Изменение плана течений при подходе к зданию ГЭС в зависимости от длины и формы раздельной стенки.
а — длинная прямолинейная стенка; б — стенка меньшей длины с циркульным оголовком; в — стенка отсутствует; г — укороченная стенка в виде быка, очерченная со стороны подводящего русла ГЭС по эллипсу.
Воронки образовывались перед решеткой в пространстве между блоками из-за местной косины потока, являющейся, по-видимому, следствием некоторой неравномерности в распределении расходов между турбинными блоками. Стенка не оказала также влияния на интенсивность поступления наносов в сторону здания ГЭС, которое может иметь место в период смыва грунта при наполнении водохранилища.
Аналогичные результаты были получены (НИС Гидропроекта) для ряда других гидроузлов, например Воткинского.
Рис. 3-15. Возможные очертания раздельного быка.
Критерием, который ориентировочно позволяет оценить, следует ли развивать раздельную стенку или свести ее длину к некоторому минимуму, является, как и при решении вопроса о длине струенаправляющей стенки подводящего русла, параметр
.
Как на несовмещенных, так и на совмещенных ГЭС при неработающих водосбросах этот параметр имеет значение больше трех (или .
), что согласно изложенному в § 3-3 позволяет свести длину раздельной стенки к минимуму. Рядом исследований как отечественных, так и зарубежных установлено, что приемлемые условия подвода воды к зданию ГЭС обеспечиваются на несовмещенных ГЭС при устройстве раздельного быка незначительной длины.
На рис. 3-14 приведены полученные в лаборатории планы течений в верхнем бьефе ГЭС Тиссалюк (Венгрия) {335]· Прямолинейная стенка (рис. 3-14,а) способствует появлению вальца и косины потока в пределах русла между стенками. Не улучшилась гидравлическая картина с уменьшением длины стенки (рис. 3-4,б), оголовку которой не было придано надлежащее очертание. Явно неудовлетворительные условия поступления потока в крайний водоприемник здания ГЭС создаются при отсутствии стенки (рис. 3-14,в). И лишь устройство выдвинутого в верхний бьеф надлежаще очерченного быка обеспечило плавное поступление потока к зданию ГЭС как при закрытом пролете плотины (рис. 3-14,а), так и при открытом.
При примыкании руслового здания ГЭС непосредственно к водосливной плотине и примерно одинаковых удельных расходах на фронте этих сооружений вода поступает по нормали к водосбросному фронту, что создает благоприятные гидравлические условия при делении потока на поступающий в. водоприемник ГЭС и в отверстия плотины.
Имеется рекомендация [335] очерчивать раздельный бык со стороны здания ГЭС по параболе, принимая его длину равной 1/3—1/4, а ширину — 1/6 длины фронта здания ГЭС (рис. 3-4). Эта рекомендация получена при исследовании на модели гидроузла, имеющего здание ГЭС незначительной дли ны (три турбинных блока). При значительной длине фронта здания ГЭС бык, выполненный по такой рекомендации, получился бы слишком длинным и широким.
На рис. 3-15 даны очертания быка, установленные при гидравлических исследованиях на модели гидроузла на р. Майн [335].
Для определения толщины раздельного быка можно использовать аналогию очертаний входа в круглую или
прямоугольную трубу и подхода воды к зданию ГЭС. На рис. 3-16 приведены схемы входа в трубу с очертанием входного участка по дуге круга и подхода к зданию ГЭС, примыкающему к плотине. Оценка совершенства входа может быть произведена по величине ζ (рис. 3-17).
Рис. 3-16. Схемы входа потока в прямоугольную трубе и подхода воды к зданию ГЭС.
а — вход в трубу; б — подход к зданию ГЭС; 1 — торцевая стенка; 2 — напорная грань плотины; 3 — створ входа в водоприемники: 4 — раздельный бык.
При заделке трубы заподлицо в торцовую стенку и прямоугольном входе (r/B=0) коэффициент сопротивления равен 0,5. При удалении плоскости входа от торцевой стенки и острой входной кромке
имеем ζ=1. Минимальное значение коэффициента сопротивления, равное 0,03, достигается при относительном радиусе закругления
, независимо от того, совпадает или не совпадает плоскость входа со стенкой. По данным И. Е. Идельчика, практически вполне равномерное поле скоростей вблизи входа и незначительные потери напора обеспечиваются даже при r=0,15В, что при радиусе закругления быка со стороны плотины, равном 0,25d, дает ширину быка (рис. 3-16,б), определяющуюся из равенства
откуда d=l/5В, что близко к рекомендуемому в [336] значению d=l/6B.
Выполнение быка столь значительной ширины (превращающегося в пирс) может оказаться целесообразным лишь тогда, когда он используется для размещения опор линии передачи, в качестве переходной перемычки между котлованами первой и второй очередей, размещения секции плотины вне откоса котлована здания ГЭС и других целей.
Поскольку лучшие условия обтекания быка обеспечиваются не при круговых очертаниях входа, а при эллиптических или выполненных по лемнискате, можно рекомендовать для использования очертания, показанные на рис. 3-15 (близкие к лемнискате), принимая
Рис. 3-17. Коэффициенты сопротивления входа в водовод.
1 — торцевая стенка отсутствует; 2—при наличии торцевой стенки.
Рис. 3-18. План гидроузла с русловой несовмещенной гидроэлектростанцией. Перед понуром подводящее русло покрыто каменной наброской на участке длиной 12 м.
Для сокращения напорного фронта бетонных сооружений при малых скоростях в подводящем русле сейчас часто отказываются от возведения раздельной стенки или быка. Примером может служить гидроузел, изображенный на рис. 3-18. В данном случае подводящее русло здания ГЭС в окончательном исполнении характеризуется весьма большим значением параметра р*/Н*=5,1, что подтверждает возможность отказаться от раздельной стенки или быка, как это и было принято на основании лабораторных исследований, проведенных в НИС Гидропроекта. Расстояние между гранями быков плотины и водоприемника ГЭС составляет в данном случае всего около 0,05 В.
