Введение
Продольный разрез водосброса №2 с совмещёнными вариантами конструкции на период временной эксплуатации гидроузла приведен на Рисунок 1 [1]: Рисунок 1. Продольный разрез водосброса №2 с совмещёнными вариантами конструкции на период временной эксплуатации гидроузла На период временной эксплуатации гидроузла рассматривался вариант пропуска строительных расходов с эксплуатацией водосброса №2 Богучанской ГЭС в качестве основного водосбросного сооружения. В этом варианте водосброс №2 выполняется с плоским порогом на отметке 167.0 м при НПУ=175,0 м и форсировкой УВБ до отметки ФПУ = 185,0 м. В процессе проработок вариантов пропуска строительных расходов в период временной эксплуатации сооружений гидроузла Богучанской ГЭС был рассмотрен вариант с работой водосброса №2 в качестве основного водосбросного сооружения. Водосброс №2 начинает работать при исчерпании пропускной способности работающих агрегатов ГЭС и водосброса №1. Включение водосброса № 2 предусмотрено не только при прохождении паводка проектной вероятности р = 0,2% с Qр0.2% = 11 700 м3/с (пропускная способность водосброса № 2 Qmax = 5 500 м3/с), но и во всем диапазоне расходов, превышающих суммарный. Максимальный расход гидроузла Qр=0.2%=11 700 м3/с с учётом трансформации паводка обеспеченностью Р=0.2%, при котором через водосброс №2 предполагается пропустить 5 500 м3/с.
Методология
На работу водопропускных сооружений Богучанской ГЭС накладываются довольно жёсткие ограничения. С другой стороны, для предупреждения затопления и подтопления территорий, расположенных в зоне влияния водохранилища на временной отметке УВБ = 185.0 м, имеются ограничения на превышение этой отметки. Однако эти ограничения являются чисто теоретическими по следующим причинам. 1. Контроль уровня верхнего бьефа осуществляется путём инструментальных наблюдений, выполняемых средствами измерения уровней воды. 2. На гидроэлектростанциях водоприёмники защищены сороудерживающими решётками для предупреждения возможности вывода из строя направляющего аппарата и рабочего колеса. 3. На крупных водохранилищах с большой протяжённостью существенные колебания уровня воды вызываются сгонно-нагонными явлениями. Расчёты варианта водопропускного отверстия водосброса №2, работающего по схеме “истечение из отверстия в толстой стенке”. Для такой конструкции входного участка водопропускного отверстия расход может быть определён по зависимости для определения расхода при истечении из-под затвора: , (11) Коэффициент расхода может быть определён по [5]: . (12) Для принятой конструкции входа А=1.64а получаем: . (13) Влияние пазовых конструкций затворов и потерь энергии на трение можно оценить коэффициентом скорости .
Результаты
Пропуск расходов, меньших расчётного, можно осуществлять с использованием двух режимов работы водопропускных отверстий [8, 9, 10]. Первый режим с периодическим включением необходимого количества пролётов на максимальную пропускную способность. При этом предполагается, что пропускная способность работающих водосбросов больше расходов притока, что предопределяет сработку водохранилища и снижение уровня верхнего бьефа. Работа в этом режиме значительно упрощает эксплуатацию водосброса №2, однако создаёт определённые трудности в нижнем бьефе гидроузла. Пропускная способность одного пролёта водосброса №2 превосходит 1000 куб.м/с и изменение расходов реки Ангары на эту величину будет происходить в течение времени подъёма или опускания затвора, которое находится в пределах десятков минут. Второй режим пропуска промежуточных расходов представляет собой пропуск расходов в режиме истечения из-под затвора. В этом случае следует постоянно подрегулировать открытие затворов для обеспечения поддержания заданного уровня воды в верхнем бьефе.
Результаты
Сопоставляя эти варианты маневрирования затворами, неоспоримыми преимуществами с точки зрения эксплуатации механического оборудования обладает вариант с полным открытием затворов. Относительно опасности создания неустановившихся режимов в нижнем бьефе гидроузла имеются следующие соображения. Время регулирование турбин не превосходит 5...8 секунд или 0.1 минуты при увеличении расхода от холостого хода агрегатов до полного открытия направляющего аппарата турбин. Этот расход составляет порядка 0.9Qрасч.=495 м3/с. Время подъема затвора, необходимое для обеспечения полной пропускной способности пролёта, находится в пределах 8…10 минут. При этой скорости подъёма затвора интенсивность нарастания расходов в нижнем бьефе составит порядка 1000/10=100 м3/мин, что почти в 50 раз меньше интенсивности при регулировании турбин. Следовательно, с этой точки зрения нет ограничений на изолированную работу водопропускных пролётов водосброса №2.
Обсуждение
Основной целью изучения параметров потока на водобое является определение глубины и скорости потока на выходе, которые, в конечном счёте определяют степень деформации русла в нижнем бьефе и её опасность для устойчивости концевой части водосброса [11-14]. Дальнейшие расчёты выполнены для условий пропуска максимального строительного расхода 5500 куб. м/с. Параметры потока в сжатом сечении в зоне падения струи на водосливную поверхность водосброса определяют характер сопряжения потоков и гидравлическую обстановку в нижнем бьефе водосброса №2. В варианте конструкции водосброса с отбросом струи на водобое сформируется кривая подпора, которая определит дальность отброса струи в нижний бьеф. Глубина потока на выходе из водопропускного отверстия зависит от длины участка безнапорного течения и высоты отверстия. Учитывая относительно небольшое расстояние от выходного сечения отверстия до сечения сопряжения порога с наклонной гранью водосброса, потери энергии можно считать по формулам равномерного движения. В этом случае имеем: , (15) где hl – потери по длине за выходным сечением отверстия; – коэффициент Дарси; - гидравлический радиус; V – скорость потока на выходе из водоприёмного отверстия. Для варианта с водобойным колодцем l = 38 - 15 = 23 м, а для варианта с отбросом струи l = 41 - 15 = 26 м. На Рисунок 8 показана струя для варианта с водобойным колодцем, а на Рисунок 9 для варианта водосброса с трамплином. Рисунок 8. Продольный профиль водосброса №2 на строительный период с напорным истечением и гашением энергии в водобойном колодце
Обсуждение
Рисунок 9. Продольный профиль водосброса №2 на строительный период с отбросом струи и пропуском воды в напорном режиме В варианте с водобойным колодцем падение струи на сливную поверхность происходит на расстоянии 87.5м. В варианте с отбросом струи падение струи на сливную поверхность происходит на расстоянии 75м. Как видно из этих рисунков, в варианте водосброса №2 с напорным истечением имеется необходимость увеличения высоты боковых стен водосброса в сторону нижнего бьефа до 9…10 м в диапазоне отметок 176.0…154.5 м, т. е. на 3 метра больше, чем в варианте со свободным переливом воды. ПОДЫТОГ Все полученные в ходе исследования данные являются общими, систематизируя которые может быть получена некоторая база данных, пользуясь которой можно значительно упростить дальнейшие расчеты и исследования. Представив эту базу данных в виде функции будет получен график, что будет являтся визуализацией этой самой базы данных, что в свою очередь позволит проще в ней ориентироваться Экстремумами этой функции будут являться аномальные значения значения базы данных. ВЫВОДЫ
Выводы
1. Определена пропускная способность водосброса №2, работающего в режиме напорного истечения по схеме короткого насадка. Пропускная способность в зависимости от напора может быть определена по выражению (14) и Рисунок 6. 2. Получена зависимость высоты отверстия от напора для варианта напорного пропуска строительных расходов, показанная на Рисунок 7. 3. Получены очертания свободнопадающих струй за водопропускными отверстиями, работающими в режиме свободного перелива и напорного истечения, позволяющие уточнить очертания боковых стен водосброса. Высота боковых стен по нормали к водосливной поверхности водосброса должна быть не менее 15.0м.