Введение к работе
Актуальность проблемы.- Одной из серьезных проблем, возникающих при строительстве высоконапорных гидротехнических сооружений, является проблема гашения энергии в нижнем бьефе. Традиционные формы сопряжения потока в нижнем бьефе либо приводят к неэкономичным решениям (в частности, донный режим сопряжения в виде надвинутого прыжка), либо к решениям, неприемлемым по экологическим условиям (режим отброшенной струи). Известный способ сброса потока на водяную подушку, как показывает опыт саяно-шушенского и ряда зарубежных водосбросов, является ненадежным и дорогостоящим.
Обеспечить весьма эффективное гашение энергии сбрасываемого потока воды в пределах глубинного водосбросного тракта (и достигнуть существенной,экономии средств) позволяют водосбросные сооружения, использующие закрутку потока. Применение таких водосбросов способствует сохранению более благоприятных, близких к естественным гидрометеорологических условий в нижнем бьефе. Одной из таких конструкций является разработанная в ЫИСИ с участием автора в соответствии с заданием Программы работ на 1986 - 1990 годы по решению научно-технической проблемы 0.01.05 Госкомитета СССР по науке и технике и действующей в настоящее время Отраслевой Программой "Экологически чистая энергетика" (задание 5,7. этап б КОНТПО.04) принципиально новая схема высоконапорной контрвихревой водосбросной системы, которая может применяться как в строительный, так и в эксплуатационный периоды работы гидротехнического сооружения. Гашение избыточной энергии в этой системе основано на взаимодействии центрального осевого потока и двух закрученных потоков, вращающихся в противоположных направлениях.. При этом осуществляется преобразование кинетической энергии потока в тепловую. Значительные гидравлические потери, обусловленные таким взаимодействием, позволяют снизить скорости в отводящем водоводе до 15-20 м/с.
Одной из проблем, затрудняющих использование конструкций с закруткой потока, является недостаточная изученность кавитации. Игнорировать эту проблему невозможно. Поэтому изучение
кавитационных условий работы гасителей с закруткой потока является актуальной задачей, имеющей существенное' значение для строительства крупных высоконапорных гидроузлов. '
Цель и задачи диссертационной работы. Основной целью . диссертации является исследование кавитационных 'условий работы конструктивных элементов водосбросных систем с закруткой потока
Для достижения згой цели были поставлены следующие задачи:
проанализировать современное состояние проблемы кавитации в цилиндрических водоводах при пропуске закрученных потоков;
оценить кавитационные условия работы водосбросов с закруткой потока в зависимости от геометрических характеристик закручивающего устройства, физических свойств жидкости (возду-хосодерзкание) и размеров возбудителя кавитации*.
- выработать рекомендации по прогнозированию кавитационной эрозии для сооружений с закруткой потока;
- разработать конструктивные схемы и рекомендации, по
улучшению условий работы контрвихревого гасителя;
Научная новизна работы состоит в том, что разработан метод прогнозирования кавитационной эрозии в конструкциях с закруткой потока.
На защиту выносятся:
результаты гидравлических и кавитационных исследований моделей вбЪсбросов с закруткой потока;
методика прогнозирования кавитационной эрозии в конструкциях с закруткой потока;
практические рекомендации по улучшению условий работы водосброса с закруткой потока.
Практическая ценность работы заключается в том, что ре
зультаты экспериментальных исследований моделей, в том числе
крупномасштабных. '. а также выве-
денные в процессе аналитического рассмотрения зависимости позволяют: обосновать с учетом кавитации и кавитационной эрозии возможность использования предложенного контрвихревого^водосб-роса на высоконапорных гидроузлах, обосновать выборуоотёкаемых
элементов их конструкции. Полученные результаты могут быть использованы для совершенствования контрвихревых аппаратов применительно к другим отраслям народного хозяйства
Внедрение результатов работы. Результаты исследований были использованы на стадии проекта контрвихревого гасителя Тельмамской гидроэлектростанции, разработанного Ленгидропрек-том в соответствии о заключением ГЭК Госплана СССР от 18.05.90 и приказом N 102 ГО министерства Энергетики и Электрификации СССР от 15.10.90, а также при написании главы 16 "Водосбросы с закруткой потока" справочного пособия "Гидравлические расчеты водосбросных гидротехнических сооружений" - М., "Энергоатомиз-дат". 1988.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсулдены на научно-технических конференциях МИСИ.
