4.5 Маневрирование затворами

В эксплуатационных условиях стремятся сбрасывать расход по возможности равномерно по всему фронту. Гидравлические и гидродинамические характеристики потока, а также его размывающая способность во время сброса расхода не должны превышать их расчетных значений. При пропуске даже небольшого расхода через часть отверстий на водобое могут возникнуть допустимые сбойные течения с повышенными гидродина­мическими нагрузками и значительной размывающей способ­ностью. Однако в зоне рисбермы и тем более в месте располо­жения концевого крепления нельзя допускать не только сбой­ные течения, но и значительные неравномерные распределения скоростей и удельных расходов.

Практически равномерно удельные расходы распределяются по ширине водотока только при сбросе воды через водослив, устроенный без разделительных быков. На водосбросах с про­межуточными быками, толщина которых обычно составляет 0,2 ..0,25 ширины пролета в свету и более, три одинаковом от­крытии пролетов коэффициент неравномерности распределения удельных расходов в плане составляет К_п= 1,2...1,5, где К_п — отношение максимального удельного расхода к осредненному. При неравномерном открытии пролетов этот коэффициент значительно увеличивается, о чем будет сказано ниже.

Порядок маневрирования затворами водосбросной плотины зависит от ряда факторов: расходов, сбрасываемых в нижний бьеф; конструкции затворов; специфики работы гидротехнических сооружений, примыкающих к водосбросной плотине, задач, решаемых путем пропуска воды через пролеты; конструктивных особенностей плотины и ее нижнего бьефа; состояния крепления нижнего бьефа; конфигурации отводящего русла и т. д. Ниже рассматривается специфика маневрирования затворами в завимости от этих факторов. При сбросе в нижний бьеф небольших расходов открывают один или несколько пролетов. Желательно в первую очередь приоткрывать средние пролеты. Однако возможен режим, при котором открывают и другие пролеты, если это допустимо схемой маневрирования затворами. При сбросе сравнительно большиx расходов открывают большее число отверстий, рассредоточенных равномерно по всей ширине водосливного фронта.

Схема маневрирования затворами существенно зависит от гидравлических условий работы сооружений, примыкающих к водосбросной плотине. Пролеты, расположенные у водозаборного сооружения, при наличии значительного количества наносов в реке, стремятся держать в закрытом состоянии, с тем чтобы скорости потока у входа в водозаборное сооружение были сравнительно небольшими и не взмучивали наносы, движущиеся в придонной области. При смыве наносов, отложившихся перед водозабором, наоборот, открывают пролеты, примыкающие к во­дозабору. У рыбопропускного сооружения пролеты плотины открывают так, чтобы на входе в рыбоход обеспечивался шлейф с привлекающими скоростями. Вместе с тем обращают внимание и на недопустимость возникновения в зоне судового хода скоростей, имеющих сравнительно большие поперечные составляющие (обычно не более 0,25 м/с). Пролеты, примыкающие к раздельной стенке, устроенной между водосбросной плотиной и ГЭС, открывают с учетом режима работы ГЭС, не допуская появления сбойных течений в нижнем бьефе в результате разности скоростей потока за ГЭС и водосбросной плотиной.

Конструктивные особенности устройств нижнего бьефа и водослива также влияют на схему маневрирования затворами. Так, если устройства нижнего бьефа разработаны из условия равномерного режима открытия пролетов, то не следует пропускать расход с резкой неравномерностью открытых пролетом. При толщине раздельного быка, соизмеримой с шириной пролета, требуется особо осторожно относиться к выбору схемы маневрирования затворами и степени их открытия.

На схему маневрирования затворами влияет наличие в нижнем бьефе оставшихся после строительства или ремонта круп негабаритных предметов, неразобранных перемычек и т. д. Так, на Сурском гидроузле была оставлена перемычка, возведенная для ограждения котлована во время ремонта концевого крепления, которую разобрали лишь у правого берега. Это привело к смещению струй потока к правому берегу и усиленной его переработке.

Резкое искривление отводящего русла, сопрягающегося с другим водотоком, также может в определенных условиях создать сбойные течения потока; в месте расположения устройств нижнего бьефа, что обусловливает повышенные гидравлические нагрузки на крепление, разрушение их и недопустимые размывы. Чтобы обеспечить равномерность сброса воды по фронт у плотины в условиях нарастания паводка, затворы необходимо открывать последовательно, равномерно, ступенями, начиная от средних пролетов плотины, передвигаясь к берегам. Причем ни один из затворов не должен подниматься на очередную ступень до тех пор, пока не будут подняты все затворы на предыдущую ступень, за исключением пролетов, открываемых с учетом им вышеизложенных условий, определенных спецификой работы других сооружений, конструктивных особенностей нижнего бьефа и т. д. Высоту каждой ступени поднятия затвора назначают в каждых конкретных условиях. Для крупных водосбросных и м» тин ее принимают до 0,5... 1 м, а для более мелких сооружении 0,2...0.5 м. На спаде паводка затворы закрывают в обратном порядке. В условиях сброса большого количества плавающих тел или льдин, когда необходимо полностью открывать пролеты плотины, принятый режим маневрирования затворами нару­шается.

Степень поднятия затворов определяется в основном двумя условиями. На основе лабораторных и натурных наблюдений установлено, что при частичном открытии затвора на (0,25. 0,35) Н, где Н — напор перед затвором, возможно подныривание под него льда и других плавающих тел. При этом они могут застревать в отверстии, повреждать уплотнения затворов или вызывать повышенные динамические нагрузки. Поэтому при ледоходе затворы поднимают до (0,2...0,3) Н, а затем при необходимости отверстие пролета открывают полностью.

В условиях, когда до открытия всех пролетов на (0,2...0,3) Н лед в водохранилище успевает растаять или находится в рыхлом состоянии, то есть движение его через отверстия приоткрытого затвора не представляет опасности, продолжают приоткрывать отверстия до (0,4 .0,5) Н, реже на 0,6 Н. При больших открытияx может возникать неустойчивый режим потока с периодиче­ской сменой истечения то из-под затвора, то свободно через водослив, когда верхние струи потока не касаются нижней кромки затвора. Неустойчивые режимы сопровождаются повышенными динамическими нагрузками и вибрацией затворов, поэтому их стараются не допускать. При необходимости полного открытия пролетов их чередуют через смежный пролет, открытый частично. Коэффициент неравномерности распределения удельных рас­падов в этом случае достигает величин K_n =q_n/q_0.4= 1,5... 1,8, где q_n и q_0.4— удельные расходы в нижнем бьефе при пролете, открытом соответственно полностью и на 0,4 Н.

В отдельных случаях, когда обшивка затвора и его нижний брус изготовлены из стали или прочность затвора проверена на удары плавающих тел, допускают пропуск их путем подсасывания под частично поднятый затвор. Имеется мнение, что при пропуске большого количества плавающих тел допускается кратковременное (на 10...15 мин) )поочередное поднятие затво­ра на полную высоту, несмотря на значительную неравномерность потока в нижнем бьефе. Однако при этом нужно очень внимательно следить за режимами потока в нижнем бьефе, не допуская появление сбойных течений

Для водосбросной плотины разрабатывают специальную инструкцию, в которой рассматриваются расчетные эксплуатационные режимы, характеризующиеся особенностями пропуска основного расчетного и поверочного расхода; возникновения наибольших неравномерностей распределения удельных расходов по ширине водосливного фронта; минимальных уровней в ниж­и бьефе при прочих равных условиях и др.

В соответствии со СНиП 2.06.01—81 при пропуске поверочного расхода через все водопропускные сооружения допускаются отклонения от нормальной работы любого другого водо­пропускного сооружения, входящего в состав гидроузла. Расхо­ды разрешается пропускать через все отверстия напорного фронта. При этом могут возникать сбойные течения, большие размывы на нижнем бьефе водосбросных сооружений, не угро­жающие разрушением основным сооружениям.