Конструктивные особенности гидродинамических стабилизаторов расхода

Снежко Вера Леонидовна,

кандидат технических наук, доцент,

Бенин Дмитрий Михайлович,

аспирант,

инженер-проектировщик ОАО «Проектный портал».

Московский государственный университет природообустройства.

Оснащение существующих гидротехнических сооружений оросительных и водохозяйственных систем средствами автоматики на базе использования энергии воды является перспективным направлением внедрения передовых технологий. Автоматизируя водопропускные сооружения на системах водораспределения возможно достичь обеспечения технологического процесса регулирования водоподачи (частично или полностью) без непосредственного участия человека.

В настоящее время широкое применение имеют стабилизаторы расхода затворного типа, рассмотренные в работах Я.В.Бочкарева, В.И.Коржова, О.В. Атамановой [1]. Вместе с неоспоримыми преимуществами эти сооружения обладают и рядом недостатков. Систематизация результатов натурных обследований на оросительных системах Саратовской и Волгоградской областей, Алтайского края и Украины показывает, что только 39% регулирующих затворов работают без замечаний, практически не работают в проектном режиме 28% регуляторов, главным образом цилиндрических и прислонных. Основные жалобы (85%) на работу гидроавтоматов – сложность их балансировки и наладки, возникающая вследствие дополнительных сопротивлений перемещению, несоответствия массы затворов и противовесов, засорения и отказа водорегулирующих каналов (труб) и датчиков уровня.

Наиболее надежными являются гидроавтоматы, в которых отсутствуют как механические подвижные части, так и всевозможные датчики, подающие сигнал для начала процесса регулирования. К таким сооружениям относятся гидродинамические стабилизаторы расхода, которые могут быть вписаны в башенные водосбросы, водовыпуски, перепады, дюкеры и трубчатые переезды [2]. Основное условие работы гидродинамических стабилизаторов – наличие двух напорных потоков – транзитного, подаваемого из верхнего бьефа в нижний, и управляющего, который подается из любого бьефа благодаря наличию расширяющегося выходного участка (диффузора), снижающего пьезометрическую линию водовыпуска. Управляющим сигналом для различных конструкций может являться непосредственный уровень верхнего, нижнего или обоих бьефов. Конструктивная схема стабилизатора расхода, работающего по верхнему бьефу и совмещенного с плотинным водовыпуском, приведена на рисунке 1.

Рис.1. Конструктивная схема гидродинамического стабилизатора расхода на плотинном водовыпуске: 1 ­– входной оголовок транзитного водовода; 2 – верховой откос; 3 – транзитный водовод; 4 – управляющая башня; 5 – диффузор; 6 – сороудерживающая решетка.

Выравнивание горизонта воды в управляющей башне и верхнем бьефе диктует те предельные соотношения управляющего и транзитного расходов, при которых прекращается стабилизация. Рассмотрение гидравлики системы, состоящей из объекта стабилизации – закрытого водопропускного сооружения, регулирующего органа – вертикального подаваемого потока воды и обратной (отрицательной) связи – водопроводящей башни и камеры слияния потоков, позволяет вывести основные расчетные зависимости для определения динамики коэффициента расхода стабилизатора.

Предел приращения напора, равный отношению приращения горизонта верхнего бьефа DН=¯НПУ – ¯УМО к минимальному напору на сооружение Н₀ определяется из уравнения:

,

где zб.с. – коэффициент сопротивления башни по сжатому сечению;

zн – коэффициент сопротивления диффузора с выходом в бьеф;

m – отношение управляющего расхода к транзитному;

Da - разница коэффициентов Кориолиса управляющего и транзитного потока в сжатом сечении;

zш.с. – коэффициент сопротивления управляющей башни до камеры слияния;

zт.с. – коэффициент сопротивления верховой части транзитного потока до камеры слияния.

Сопротивление низового участка влияет на диапазон стабилизации, чем ниже величина сопротивления, тем большего диапазона стабилизации по напорам можно добиться. Пределы стабилизации по напору для отдельных конструкций с отношением площадей управляющего и транзитного водовода 0.6 приведены в таблице 1. Здесь n1 и g - степень и угол расширения диффузора соответственно.

Таблица 1.

Пределы стабилизации водовыпусков с гидродинамическим регулированием расхода.

Эффект гидродинамической стабилизации состоит в целенаправленном изменении гидравлических сопротивлений узла слияния, работающего как вытяжной тройник. Его использование позволяет поддерживать постоянство расхода напорного водовыпуска при достаточно большом росте верхнего бьефа путем подачи расхода управления, составляющего не более 40% от расхода транзитной ветки.

Литературы

1. Коржов В. И. Информационно-технологическое обеспечение водопользования на оросительных системах: монография / В. И. Коржов Ростов-на-Дону: Изд-во журн. «Известия вузов. Северо-Кавказского региона», 2006 – 127 с.

2. Снежко В.Л. Автоматические водовыпуски низконапорных гидроузлов с гидродинамическим регулированием расхода / В.Л.Снежко, Э.С.Беглярова, П.Е.Лысенко // Мелиорация и водное хозяйство. – 2004 – №6. – С.20-22.

Поступила в редакцию 16.09.2010 г.