Принцип работы шлюзов со сберегательными бассейнами

Шлюзы со сберегательными бассейнами

Как отмечалось ранее (п. 5.2), в составе гидроузлов, где имеется значительный недостаток воды, для пропуска судов возводятся шлюзы, оборудованные дополнительными сберегающими устройствами. Чаще всего, для сокращения объемов воды, забираемых из верхнего бьефа и сбрасываемых в нижний бьеф, устраиваются сберегательные бассейны (см. рис. 5.3, г). Отличительной особенностью таких шлюзов является то, что только некоторая часть воды сбрасывается в нижний бьеф, а остальное количество отводится в специальные бассейны, из которых она повторно поступает в камеру при следующем шлюзовании.

Кроме того, строительство шлюзов со сберегательными бассейнами оправдано при больших напорах, когда расходы воды, поступающие в камеру и сбрасываемые из нее, ограничены условиями стоянки шлюзуемых и ожидающих шлюзования судов.

Таким образом, применение шлюзов со сберегательными бассейнами может быть целесообразно:

· при сооружении искусственных водных путей (каналов);

· на каналах с раздельным (разъездным) бьефом, когда естественная подача воды ограничена и приходится прибегать к специальным мероприятиям для питания этого бьефа, вплоть до перекачки воды насосами с нижних участков канала;

· для высоконапорных однокамерных шлюзов со значительными плановыми размерами;

· для случаев, когда расходы воды, поступающие в камеру и сбрасываемые из нее, ограничены условиями стоянки шлюзуемых судов в подходных каналах.

В шлюзах со сберегательными бассейнами, вследствие разбиения общего напора на отдельные части, уменьшаются неблагоприятные явления при наполнении и опорожнении камеры шлюза. При этом, снижение напоров и, как следствие, уменьшение расходов может компенсироваться увеличением площадей водопроводных галерей.

В то же время, благодаря более равномерному распределению расходов воды во время опорожнения камеры уменьшается опасность размыва водобойной части у нижней головы.

Проиллюстрируем принцип работы данного судопропускного сооружения работы на примере шлюза с двумя сберегательными бассейнами.

Рис. 5.13. Принцип работы шлюза со сберегательными бассейнами

При опорожнении камеры шлюза (рис. 5.13) часть сливной призмы — верхний первый слой высотой а₂ самотеком поступает во второй бассейн. При этом объем воды в камере уменьшается на величину V₂. Следующий слой высотой а₁ переливается в первый бассейн, уменьшая объем воды в камере на величину V₁. оставшаяся часть сливной призмы высотой а₀ и объемом V₀ сбрасывается в нижний бьеф.

При наполнении камеры шлюза (рис. 5.13) вода сливается из бассейнов в обратном порядке. В первую очередь в камеру переливается объем воды V₁ из первого сберегательного бассейна, приводя к подъему уровня воды в ней на величину а₁. Дальнейший подъем уровня воды в камере на высоту а₂ происходит за счет поступления в нее объема воды V₂ из второго сберегательного бассейна. Донаполнение осуществляется посредством забора воды из верхнего бьефа. При этом в камеру поступает объем воды V₀, который занимает слой высотой a₀.

Рассмотрим работу шлюза со сберегательными бассейнами при вертикальных стенах камеры и бассейнов. В целях упрощения вывода примем одинаковые габаритные размеры для всех бассейнов, количество которых п =2. Равные по высоте а_i и объему V_i слои призмы из наполненной камеры сливают в бассейны, а затем из бассейнов в ту же опорожненную камеру (рис. 5.13). Высота слоя в прямоугольном бассейне равна z_i.

Из расчетных схем на рис. 5.13 видно, что

.

(5.1)

Тогда объем сберегаемой воды определится как сумма объемов бассейнов

.

(5.2)

Полный объем воды в камере (необходимый для шлюзования) может быть определен по зависимости

.

(5.3)

Отношение этих объемов дает одну из основных характеристик шлюза со сберегательными бассейнами – коэффициент сбережения воды

.

(5.4)

Из рис. 5.13 видно, что объем воды сбрасываемый в нижний бьеф будет равен удвоенному объему сберегательного бассейна

.

(5.5)

Тогда выражение для определения коэффициента сбережения воды для шлюза, оборудованного сберегательными бассейнами с площадью зеркала воды, равной площади зеркала воды в камере, и опорожнением (наполнением) камеры до выравнивания уровней с бассейнами (без остаточных напоров) примет следующий вид

.

(5.6)

В общем случае выражение для определения коэффициента сбережения записывается следующим образом

,

(5.7)

где ; – площадь зеркала воды в сберегательном бассейне; – площадь зеркала воды в камере шлюза.

Данное выражение может использоваться в случае отсутствия остаточных напоров при наполнении и опорожнении камеры шлюза со сберегательными бассейнами.

На рис. 5.14 приведены изменения коэффициента сбережения воды, построенные по зависимости 5.7.

Рис. 5.14. Графики зависимости

Как видно из графиков на рис. 5.14, увеличение отношения площади зеркала бассейна к площади зеркала камеры не всегда приводит к значительному увеличению β. Так, при количестве бассейнов более пяти не следует принимать ν более 1. То же самое можно сказать и о количестве бассейнов. Приращение коэффициента сбережения уменьшается с увеличением числа бассейнов.

Для сокращения времени перелив воды из камеры в бассейны и обратно заканчивают при некотором остаточном напоре d (рис. 5.15).

В этом случае зависимости 5.2 – 5.4 остаются неизменными, а величина слоя a₀ должна определяться с учетом остаточного напора. Для схемы на рис. рис. 5.15 она может быть определена по зависимости

,

(5.8)

Выражение для определения коэффициента сбережения у шлюза, оборудованного сберегательными бассейнами с площадями зеркал равными площади зеркала камеры, примет вид

.

(5.9)

В общем случае коэффициент сбережения следует определять по зависимости

,

(5.10)

где .

При проектировании приходится решать задачу по определению количества сберегательных бассейнов с заданным коэффициентом сбережения воды. При этом следует учитывать, что рост числа бассейнов приводит к удорожанию конструкции шлюза и увеличению продолжительности процесса шлюзования.

Рис. 5.15. Схема работы шлюза со сберегательными бассейнами при остаточных напорах

Дата добавления: 2014-01-06