Основи гідротехніки і гідроенергетики (стр. 3 из 5)

В якості підйомних механізмів для затворів застосовують рухомі крани або стаціонарні підйомники. На них можуть бути змонтовані звичайні лебідки та гідравлічні підйомники.

5. Гідросистеми та їх елементи

Гідросистеми, як і гідровузли, можуть бути комплексними і спеціалізованими. В Україні функціонує велика кількість гідросистем різного призначення: гідроенергетичного (Київська ГЕС – ГАЕС), гідромеліоративного (Північно-Кримський та Каховський канали), для водопостачання (Дніпро – Донбас) та інші [1, 2].

Гідросистеми, займаючи значні за площею території, вирішують комплекс завдань і впливають на екологічну обстановку в регіоні.

Однією з основних складових гідросистеми є канали. Канал – це відкрите штучне русло, що транспортує воду. [1, с.30…36]. Канали поділяються за призначенням, способом подачі води, за умовами використання, капітальністю, формою поперечного перерізу, станом потоку тощо.

Поперечний переріз каналу визначається його підводною і надводною частинами. Найчастіше канали проектують у виїмках з укосами, що відповідають характеру грунтів, в яких він розміщується. Для захисту каналів від розмиву течією, від механічного та хвильового впливу, зменшення фільтраційних втрат влаштовуються різні облицювання та покриття (кам'яний накид, бетонні та залізобетонні плити, асфальтобетонні покриття, екрани з полімерних плівок чи з глинистих ґрунтів.

Рис.6. Водопровідний канал:

а) поздовжній переріз; б) поперечний переріз каналу у виїмці; в) поперечний переріз каналу в напіввиїмці-напівнасипу; г) поперечний переріз каналу в насипу

При розміщенні каналу на косогорі для зменшення об'єму робіт можливе його розташування в напіввиїмці-напівнасипу, а на окремих ділянках траси допускається влаштування його в повному насипу.

Гідравлічні розрахунки каналів для рівномірного і нерівномірного руху води в них визначають форму і розміри поперечного перерізу каналу, його уклон.

По трасі каналу можуть розміщуватись різні гідротехнічні споруди: регулюючі, водопровідні, спрягаючи та інші.

При експлуатації систем виникає необхідність в регулюванні кількості води, що подається в систему чи на окремі її ділянки, регулювання рівнів води, аварійного скидання лишків води, або спорожнення окремих ділянок каналу. Споруди, що влаштовуються для виконання вказаних функцій, називають регулюючими або регуляторами [1, с.36…43]. За призначенням вони поділяються на регулятори-водовипуски, підпірні або перегороджуючи, водоскидні, промивні, вододільники.

За конструктивними ознаками регулятори можуть бути відкритими, закритими (трубчатими), діафрагмовими (з забральною балкою). Відкриті регулятори складаються з флютбету, поздовжніх стінок (берегових стоянів), затворів, підйомних механізмів та мостів. Підпірні регулятори можуть бути різних конструкцій, основним призначенням яких є підтриманні в старшому каналі певних горизонтів води з метою забезпечення нормальної роботи молодших каналів (відводів).

Вододільники це відкритті регулятори, що забезпечують поділ води в певних співвідношеннях між двома і більше каналами. Розміщуються вони поперек відвідного каналу фронтально до потоку, як і підпірні регулятори.

Розподільні вузли (вузли регуляторів) на каналах розміщуються на його розгалуженнях. До їх складу входить підпірна споруда та один або декілька бічних регуляторів водовипусків, що живлять відповідні канали.

Трубчаті закриті регулятори складаються з труб, що розміщені на деякій глибині від поверхні землі, вхідного та вихідного оголовків, затворів з підйомниками та гасителів енергії в нижньому б'єфі. Труби можуть бути круглого, прямокутного та полігонального поперечного перерізу. Число ниток визначається гідравлічними та техніко-економічними розрахунками.

Діафрагмові регулятори відрізняються від відкритих тим, що верхня частина отвору на вході перекрита поперечною стінкою (діафрагмою або забральною балкою), що дозволяє зменшити висоту затворів та потужність підйомників.

Водопровідні споруди влаштовуються на трасі каналу, де зустрічаються природні (долини, балки, яри, косогори) та штучні (дороги, канали) перешкоди. До них відносять акведуки, селепроводи, дюкери, тунелі тощо [1, с.44…51].

Акведуки – це водоводи у вигляді моста для пропуску води через дороги, балки, яри, ріки. По суті це мости, прогінною будовою яких є лотік, розміщений на балковій, рамній або арковій конструкції, вода в якому рухається з рівномірним режимом.

Селепроводи за конструкцією схожі на акведуки і призначені для пропуску через канали, ріки, дороги селевих (грязекам'яних) потоків.

Дюкери – напірні трубопроводи, що влаштовуються для подолання перешкод на трасі каналу чи водоводу (балки, долини, ріки, дороги тощо), коли будівництво акведуків технічно неможливе. Дюкери за конструкцією поділяються на шахтні або колодязні. До них ставляться вимоги: доступність огляду, ремонту і очищення, водонепроникність швів, незамулюванність тощо. Складові частини дюкеру це вхідний і вихідний колодязі або оголовки, напірна труба. Поперечні перерізи труб круглі або прямокутні.

Гідравлічний тунель являє собою закритий водовід, прокладений в земній корі. Тунелі частіше всього будують в гірських умовах, коли на трасі водоводу зустрічаються підвищені місцевості та вододіли, також при будівництві тимчасових та постійних водоскидів високогірних гребель. За призначенням вони можуть бути: енергетичні, водопровідні та каналізаційні, суднопропускні, водоскидні, комбіновані; за гідравлічним режимом – напірні та безнапірні. Форма поперечного перерізу приймається в залежності від характеру порід, способу проведення робіт та гідравлічного режиму (найчастіше – кругла, рідше – прямокутна, яйцевидна чи підковоподібна). Для недопущення обвалення покрівлі та стінок виробки більшість тунелів влаштовується з бетонним або залізобетонним лицюванням.

Спрягаючі споруди застосовують коли на трасі каналу зустрічаються ділянки з крутими схилами, де швидкості руху значно перевищують нерозмивну для неукріплених каналів [1, с.51…59]. За умовами руху води спрягаючі споруди поділяються швидкотоки і перепади.

Швидкотік - це лотік (найчастіше прямокутної форми поперечного перерізу), що переводить воду з верхнього каналу в нижній. Крім лотока є ще вхідна і вихідна частини і гаситель енергії у вигляді водобійного колодязя. Гідравлічними розрахунками ширина окремих частин споруди, положення поверхні води в лотоку, параметри водобійного колодязя.

Швидкотоки можуть бути зі штучною шорсткістю, криволінійні в плані, змінної ширини.

Перепадами називаються спрягаючі споруди, як правило, у вигляді східців, що об'єднують безнапірні ділянки, розміщені на різних рівнях. Вони влаштовуються при великих уклонах місцевості, коли влаштування швидко токів неможливе. В перепадах вода на окремих ділянках рухається по споруді, в інших – в повітрі. Перепади можуть бути односхідчаті та багатосхідчаті, а за конструктивними ознаками – колодязні, гребінчасті, напівнапірні, шахтні, трубчасті.

Найбільш поширеною конструкцією є багатосхідчатий перепад колодязного типу. Такі перепади розраховують з умови утворення донного гідравлічного стрибка на кожному східці.

Консольні перепади в конструктивному відношенні складаються з вхідної частини і швидкотоку, кінцева частина якого розташована над укосом на високих опорах і виконана у вигляді консолі. Гасіння енергії проходить в ямі розмиву.

Водозабірні споруди влаштовуються з метою забору води з джерела живлення і подачі її в канал або водоводи для транспортування в зрошувальну, обводнювальну, гідросилову та інші системи. Оскільки ці споруди розташовуються в голові гідросистеми, то їх часто називають головними [1, с.219…236]. В залежності від виду джерела живлення водозабори бувають річковими, озерними, морськими та каптажними. Вода з них може подаватись самопливом або з механічною перекачкою. Водозабір з річок може бути безгребельним або гребельним.

Найбільш вигідним місцем для будівництва водозабірного вузла є стійка ділянка річки, без рукавів, мілин і острові, де береги і дно складені з ґрунтів, що погано розмиваються. Тип водозабірного вузла вибирається в залежності від прийнятої схеми використання річки, її гідрологічного і руслового режиму, характеру ділянки річки тощо.

У загальному випадку до складу водозабірного гідровузла входять: гребля, руслорегулюючі споруди, головні споруди (водоприймачі), водоскидні споруди, промивні пристрої для наносів тощо. При комплексному використанні річки до складу вузла споруд можуть входити будівля ГЕС, судноплавні та рибопропускні споруди.

Безгребельні водозабори з відкритим каналом прості за конструкцією, але мають ряд недоліків. Це обмежена величина і регулювання витрати води, що забирається, забір в канал великої кількості наносів.

Гребельні водозабори можуть бути боковими, фронтальними, донними решітчастими. Вони мають спеціальні пристрої, що обмежують попадання донних наносів в канал (промивні галереї, пороги тощо).

При водозаборі з річок, разом з водою в канали попадає велика кількість донних і завислих наносів, що викликає їх замулення, стирання поверхні бетонних споруд, проточних трактів гідросилового обладнання. Для боротьби з наносами влаштовуються відстійники, пісколовки, гравієловки тощо [1, с.238…255]. При нормальній роботі відстійників повинно бути забезпечено осідання в них визначених фракцій наносів і регулярне їх видалення при мінімальних втратах води і енергії.

Відстійники – це розширені і поглиблені (у порівнянні з каналом) басейни, в яких забезпечується рух води з малими і рівномірно розподіленими швидкостями, внаслідок чого відбувається осідання донних і завислих наносів. За конструкцією відстійники бувають з періодичним або безперервним промивом наносів.