4.1.4. Deversoarele de tip sifon În situaţia în care, datorită condiţiilor locale, lungimea disponibilă a frontului

deversant este insuficientă pentru evacuarea prin deversare liberă a debitelor maxime, se pot utiliza deversoare sifon.

Fig.4.11. Elementele componente ale unui deversor sifon 1. crestă deversantă;

Reducerea frontului de descurgerea făcându-se sub presiune. Soluţiabarajele din materiale locale, pentru a micconstrucţii de evacuare compacte. De constantă a nivelului, ele pot fi utilizate caale canalelor de aducţiune ale centralelor h Deversoarele sifon (figudreptunghiular 1 acoperit cu o capotă etagrătarul rar 3, orificiul de dezamorsare 4, amonte creşte, orificiile de dezamorsare ndeverseze, iar în spaţiul închis prin lamacapotei se formează vid parţial, care facamorseze), funcţionând în plină sarcină datorită evacuării sub cota crestei deversocoloana de apă se rupe şi se produce dezaexcedentare este asigurată printr-o funcţiomenţine aproximativ constant în jurul nivepentru amorsare se mai poate face prin cur Calculul hidraulic al unuievacuat, precum şi a vitezelor şi presiunievita apariţia cavitaţiei. Se scrie relaţia luunul pe cea aval (figura 4.11), ţinând seamviteza în secţiunea de ieşire sub forma

( )ζ

dlλ1

∆hzg2v v

j

1 =+⋅+

+⋅⋅=

∑ϕ

şi debitul evacuat ( ∆hzg2AmQ 1 +⋅⋅⋅⋅=

z

2.capotă; 3.grătar rar; 4.orificiu de

căr cuşorase

desidrra nşnasu m de cca rulumonarlulbar delori Bea d

2

)

A1

dezamorsare; 5. nas aruncător; 6. ieşire.

care se datorează debitelor specifice mai mari, descărcător de tip sifon poate fi folosită şi la

a lungimea zonei de beton, având avantajul unei menea, deoarece asigură menţinerea practic crescătoare de preaplin la camerele de încărcare

oelectrice. 4.11) constau dintr-un deversor frontal

ă din beton armat sau metal 2 şi mai conţin : ul aruncător 5 şi zona de ieşire 6. Când nivelul ai sunt în contact cu atmosfera, apa începe să

e apă dirijată de nasul aruncător şi intradosul a sifonul să se umple complet cu apă (să se o conductă sub presiune. Când nivelul scade i, aerul pătrunde prin orificiile de dezamorsare,

rsarea sifonului. În acest fel evacuarea debitelor e intermitentă a sifonului, iar nivelul amonte se ui crestei deversante. Închiderea spaţiului de aer ea spre amonte a zonei mijlocii a sifonului. versor sifon urmăreşte determinarea debitului în fiecare secţiune a sifonului, cu scopul de a rnoulli între un punct de pe suprafaţa amonte şi

e pierderile de sarcină liniară şi locale. Se obţine

∆h)(zg +⋅⋅ (4.14)

(4.15)

A1 fiind secţiunea de curgere la ieşire, ∆h ridicarea nivelului amonte peste nivelul crestei deversorului, iar z diferenţa între nivelul crestei şi nivelul aval. Coeficientul de debit m are valori cuprinse între 0,65...0,85, funcţie de o serie de elemente constructive ale sifonului. Fig. 4.12. Secţiune transversală printr-un deversor sifon:

1. conductă de golire; 2. conductă de aerare; 3. creasta deversorului; 4. muchia (buza) de intrare în sifon; 5. conducta de aspiraţie (corpul) sifonului;

6. secţiunea critică (gâtul) sifonului; 7. platformă superioară; 8. muchia inferioară a capotei; 9. nasul de amorsare; 10. nivelul de amorsare; 11. perete posterior (capotă); 12. priza de aer; 13. gura de vizitare.

Faţă de un deversor obişnuit, deversorul sifon are avantajul unei eficienţe hidraulice mai ridicate, deoarece debitele specifice evacuate sunt funcţie de căderea z şi nu de înălţimea lamei deversante ∆h, care se menţine foarte mică. Astfel, în mod curent debitele specifice sunt de ordinul a 5 - 10 m3/s⋅m, dar putând ajunge şi la 20 - 30 m3/s.m. Căderea z, sub care lucrează sifonul, este însă limitată de depresiunea maximă admisibilă, pentru a evita apariţia cavitaţiei. Uzual această cădere nu trebuie să depăşească 8,5………9 m. Când este absolut necesar ca această valoare să fie mai mare, se adoptă măsuri speciale ca introducerea unor rezistenţe hidraulice în lungul sifonului, prevederea unor strangulări la ieşire sau a unei îngustări continue pentru a asigura umplerea completă a secţiunii şi a evita dezamorsarea din aval. De asemenea deversoarele sifon prezintă avantajul că nu utilizează părţi mobile, ceea ce permite o funcţionare automată din punct de vedere hidraulic. Funcţionarea lor este foarte sensibilă la variaţiile nivelului amonte.

Câteva elemente constructive ale deversorului sifon: secţiunea de intrare în sifon trebuie să fie de 2 -3 ori mai mare decât cea din dreptul crestei deversorului şi trebuie bine profilată hidraulic pentru a reduce pierderile de sarcină la intrare. Forma secţiunii de intrare este recomandabil să fie apropiată de un pătrat. În amonte capota se prelungeşte sub cota crestei pentru a nu permite accesul plutitorilor sau pătrunderea aerului în sifon. În cele mai multe cazuri debuşarea se face sub nivelul aval, adoptând soluţii constructive pentru ridicarea acestui nivel. Alte elemente constructive ale unui deversor sifon se pot observa în figura 4.12. Deversoarele sifon prezintă şi o serie de dezavantaje. Astfel, repetatele amorsări şi dezamorsări care se produc în timpul unei deversări provoacă vibraţii şi şocuri dăunătoare construcţiei. De asemenea deversorul sifon poate îngheţa în timpul iernii, când debitele sunt mici şi deci sifonul nu funcţionează perioade mai lungi, sau se poate bloca cu plutitori. Un alt dezavantaj este acela că sifonul evacuează debite aproximativ constante cu valori mari, ceea ce dăunează albiei aval, unde se produc eroziuni însemnate. Aceasta impune construcţii costisitoare de disipare a energiei. În acelaşi timp evacuarea nu poate urmări creşterea şi descreşterea continuă a debitului viiturii sau a undei de umplere la camerele de încărcare. Inconvenientul se elimină parţial prin fragmentarea descărcătorului într-o baterie de sifoane de capacitate mai mică, eşalonate pe înălţime, care să se amorseze la cote diferite (figura 4.13). În plus, amorsarea fiecărui sifon este mai rapidă, iar la blocarea unuia, celelalte nu sunt afectate. În ţara noastră primul deversor sifon a fost realizat în parcul Herăstrău din Bucureşti, care evacuează Q = 40 m3/s, la o cădere de z = 4 m. În amenajarea Bistriţa aval funcţionează patru sifoane, ca descărcători laterali pe derivaţia în cascadă (la UHE Roznov I, Roznov II, Zăneşti şi Costişa). Fiecare evacuează Q = 50 m3/s la z = 6,8 m. La barajul Sadu funcţionează patru baterii de sifoane evacuând în total Q = 205 m3/s , cu q = 12 m3/s şi z = 9,2 m.

Fig.4.13. Eşalonarea pe verticală a sifoanelor unei baterii

4.1.5 Deversoarele frontale canal Deversoarele frontale canal sunt deversoare situate în afara corpului barajului şi au creasta normală pe axa canalului de evacuare. Ele se folosesc la baraje la care nu este posibilă evacuarea debitelor peste corpul barajului, în mod frecvent la barajele din materiale

locale. Amplasarea se face la racordul barajului cu malul sau pe unul din versanţi, în funcţie de configuraţia terenului. Uneori se prevăd deversoare pe ambele maluri, dacă executarea unui singur descărcător de dimensiuni mai mari necesită volume prea mari de lucrări. Folosirea unui deversor canal este uneori indicată şi în

Fig.

4.14

: Dev

erso

r fr

onta

l can

al

1. b

araj

anr

ocam

ente

; 2.

pra

g de

intr

are;

3.

pod;

4.

exca

vaţie

de

acce

s;

5. tr

onso

n de

rac

ord;

6.

can

al r

apid

; . 7.

tram

bulină

cazul barajelor de beton. Dacă la piciorul aval al barajului este centrala (de exemplu Tarniţa pe Someş), deversarea peste baraj nu este indicată şi se foloseşte un deversor frontal canal la legătura barajului cu unul din versanţi. Deversoarele frontale canal (figura 4.14) sunt alcătuite din următoarele elemente: zona de acces 4, pragul deversant 2, canalul de evacuare 5-6, debuşarea sau racordul cu râul 7. Accesul constă dintr-o excavaţie protejată cu beton, cu rolul de a colecta apa şi a o dirija către pragul deversant. Pragul poate fi un deversor cu prag lat sau un deversor cu profil practic. În plan, pragul poate fi rectiliniu sau curbiliniu. Creasta deversantă este

prevăzută uneori cu stavile. Canalul de evacuare este un canal din beton având un tronson iniţial 5, lung de 15 -20 m, cu pantă mică şi secţiune variabilă, în care se realizează accelerarea scurgerii, şi un al doilea tronson 6, cu pantă foarte mare (5-12 % şi mai mari) în care curgerea se face în regim rapid, de secţiune dreptunghiulară constantă. Racordul cu râul se realizează, fie printr-un disipator de energie care îneacă saltul hidraulic, fie cu ajutorul unei trambuline aruncătoare, dacă patul râului este stâncos, iar debuşarea se face suficient de departe de piciorul aval al barajului. Dimensionarea pragului deversor se face ca pentru un deversor cu profil practic sau cu prag lat. Canalul de evacuare se dimensionează presupunând curgerea în regim uniform, utilizând deci relaţia lui Chezy. Traseul canalului se alege astfel încât să se folosească depresiunile terenului sau porţiunile cu pante uniforme. Ţinând seama că în canal scurgerea se face în regim rapid (v > vcr), apa atinge viteze foarte mari de 20 - 40 m/s şi în consecinţă este bine ca traseul să fie rectiliniu şi să evite porţiunile curbe. De asemenea, pereţii de beton trebuie executaţi cu multă îngrijire, fără macrorugozităţi, pentru a nu favoriza desprinderi, vârtejuri, supraînălţări importante ale nivelului. În ţara noastră s-au realizat deversoare frontale canal la barajul de anrocamente Leşu pe râul Iad (290 m3/s, i = 44,7 %), la barajul în arc Tarniţa pe Someş (500 m3/s, i = 60 %) şi la barajul Vidra pe Lotru, care însă foloseşte în locul canalului de evacuare o galerie cu nivel liber cu pantă rapidă.

4.1.6. Deversoarele cu canal lateral Deversoarele cu canal lateral sunt deversoare izolate de baraj, la care creasta deversorului este paralelă cu axa canalului sau galeriei de

Fig.4.15. Deversor cu canal lateral 1. Lac; 2.Coronamentul barajului; 3.Paramentul aval;

4. Cresta deversorului; 5. Canal colector;6. Canal cu panta rapidă; 7. Deflectori; 8. Bazin disipator; 9. Prag şicanat;

10. Dig lateral; 11. Pasarelă.

Fig. 4.16. Vedere în plan şi secţiuni caracteristice printr-un deversor cu canal lateral.

C-C

B-B

A-

evacuare. Astfel de evacuatori se folosesc în cazul barajelor din materiale locale atunci când configuraţia terenului nu permite realizarea unui deversor frontal canal. Acest lucru se întâmplă în general dacă barajele respective sunt situate în văi cu versanţi abrupţi mult peste cota coronamentului. În figura 4.15 sunt prezentate dispunerea în plan şi elementele componente ale unui astfel de deversor, iar în figura 4.16 vederea în plan şi mai multe secţiuni caracteristice. La un deversor cu canal lateral se disting trei principale elemente componente: pragul deversor, canalul colector şi canalul sau galeria de evacuare. Pragul deversant este un prag din beton masiv, fundat foarte atent pe roca sănătoasă, care are forma unui deversor cu profil practic şi este aşezat paralel cu curbele de nivel. Frontul de deversare se dispune la racordul barajului cu versantul, spre amonte pe o lungime corespunzătoare debitelor evacuate. La lungimi mari, frontul poate fi fragmentat prin pile intermediare. Când este cazul poate fi echipat cu stavile, ceea ce permite evacuarea debitelor maxime fără supraînălţări importante ale nivelului apei în lac.

Canalul colector are o secţiune trapezoidală, este aşezat paralel cu creasta deversorului şi are debit variabil. În general lăţimea la fund este constantă şi are o pantă pozitivă spre aval, existând însă soluţii în care lăţimea este variabilă. Deoarece după deversare peste prag, în canalul colector apa îşi schimbă direcţia de curgere cu 900, este necesar ca să se asigure accelerarea apei, pentru a nu se ajunge la înecarea deversorului. Se adoptă unele soluţii în care canalul colector are, în acest scop, o pantă mare care depăşeşte panta critică, regimul de curgere este foarte mare, diferenţa de nivel între apa din lac şi cea din colector produce de asemenea viteze mari ale lamei deversante, iar amestecul celor doi curenţi se face turbulent, cu vârtejuri, valuri şi vibraţii, ceea ce micşorează capacitatea canalului colector. Din această cauză se preferă menţinerea unui regim lent de curgere în colector. Acest lucru se poate realiza fie printr-un prag în secţiunea aval (figura 4.16), fie printr-o îngustare în aceeaşi secţiune. Această secţiune, de legătură cu canalul de evacuare, în care se realizează înălţimea critică de curgere, este folosită ca o secţiune de control. Cota fundului canalului colector se determină din condiţia ca la debitul maxim deversorul să rămână neînecat. Pentru a realiza o secţiune corespunzătoare unui debit variabil se poate impune la proiectarea canalului colector ca viteza într-o secţiune dată (figura 4.16) să fie de forma vx = a xn , a şi n fiind doi coeficienţi numerici ce se pot determina din condiţia de optimizare ca

y + hx = minim. Canalul sau galeria de evacuare are rolul de a conduce apa din canalul colector în bieful aval. Canalul de evacuare este un canal cu pantă mai mare decât cea critică, in care curgerea se face în regim rapid, cu viteze foarte mari. Secţiunea transversală este dreptunghiulară. Racordul cu albia se face fie cu un disipator de energie clasic (cu salt hidraulic), fie cu o trambulină aruncătoare. În general, în zona de ieşire în albia aval, canalul se evazează în plan, cu scopul de a micşora debitul specific. Se recomandă ca atât trambulina, cât şi pragul disipatorului să fie prevăzute cu deflectori, care împrăştie lama de apă descărcată. Ca şi la deversorul frontal canal, canalul de evacuare cu pantă mare trebuie foarte îngrijit executat, pentru că orice macrorugozitate ar produce desprinderi, vârtejuri, cavitaţie şi deci erodarea căptuşelii canalului. Alegerea soluţiei cu galerie de evacuare este indicată când înscrierea în plan a canalului nu este economică (volume mari de excavaţii şi beton) şi când se poate utiliza parţial fosta galerie de deviere a apelor. După terminarea execuţiei barajului zona amonte a galeriei de deviere se betonează, iar zona de debuşare se amenajează corespunzător noii utilizări. Scurgerea în galerie se poate face cu nivel liber (având şi avantajul evacuării fără dificultăţi a plutitorilor) sau sub presiune. În figura 4.17 sunt prezentate câteva secţiuni caracteristice printr-un deversor cu canal lateral.

4.1.7. Deversoarele puţ (pâlnie, inelare)

Deversoarele puţ (sau pâlnie, sau inelare) sunt deversoare amplasate în afara corpului barajului, frontul lor deversant fiind realizat sub forma unei pâlnii circulare. Debitul evacuat este condus spre aval printr-un puţ vertical sau înclinat, racordat cu o galerie orizontală. Acest tip de deversor se adoptă când deversarea peste corpul barajului nu este admisă, fiind uneori chiar periculoasă (barajele din materiale locale), iar morfologia amplasamentului face dificilă înscrierea unui descărcător canal. Deversorul puţ este format din: pâlnia deversorului, zona de racordare, puţul şi galeria de evacuare (figura 4.18 şi 4.19). Pâlnia deversorului este circulară cu raza R = 8 - 12 m, secţiunea transversală putând fi sub forma unui profil practic sau a unui prag lat, (figura 4.18). În primul caz raza este mai mică cu până la 25 %, dar coeficientul de debit este mai mare, iar în al doilea caz înălţimea este cu 30 - 40 % mai mică. Profilul practic se adoptă de obicei în cazul în care

pâlnia se realizează ca o construcţie aeriană (chiar sub formă de turn). Soluţia cu prag lat este mai indicată atunci când pâlnia este îngropată în teren (mai ales când în amplasament există o terasă favorabilă) şi în cazul în care deversorul este prevăzut cu stavile (pot fi realizate pile mai lungi şi amplasate mecanismele de manevrare a stavilelor). La accesul apei în pâlnie, componenta tangenţială a vitezei produce o mişcare elicoidală, care reduce capacitatea de evacuare. Pentru uniformizarea debitului specific şi diminuarea mişcării elicoidale se prevăd în pâlnie nervuri, iar în exterior ziduri de ghidaj sau de legătură cu versanţii.

Zona de racord face trecerea de la diametrul secţiunii finale a pâlniei la diametrul curent al puţului. Forma sa este tronconică, lungimea stabilindu-se funcţie de valorile celor două diametre, evitându-se desprinderea curentului de cămăşuială.

B.

A.

Fig.

4.18

. Ele

men

tele

com

pone

nte

ale

unui

dev

erso

r puţ

A. c

u pr

ofil

prac

tic;

B. c

u pr

ag la

t;

1.pâ

lnia

dev

erso

rulu

i; 2.

zon

a de

rac

ord;

3. p

uţ v

ertic

al; 4

. cot

de

raco

rdar

e; 5

. gal

eria

de

evac

uare

.

Puţul şi galeria de evacuare au o secţiune circulară cu diametrul D, curgerea în ele făcându-se sub presiune. Raza cotului trebuie să fie , pentru a preveni contracţia curentului şi blocarea cu plutitori. Pentru a elimina vibraţiile şi şocurile provocate de accelerarea vitezelor (care provoacă vid parţial şi dăunează cămăşuielii puţului şi

cR D≥ −( )3 5

construcţiei în ansamblu) este necesară aerarea zonelor depresionare prin tubaţii de aeraj. Galeria de evacuare utilizează în foarte multe cazuri fosta galerie de deviere a apelor din perioada construcţiei barajului şi numai în situaţii speciale se realizează o galerie proprie descărcătorului. Calculul hidraulic al unui deversor puţ urmăreşte în primul rând determinarea debitului evacuat. Se foloseşte formula

23

Hg2bmQ ⋅⋅⋅= , în care (4.16) Rπ2b ⋅⋅=iar m = 0,36 pentru deversoare cu profil practic (creastă normală) şi m = 0,46 pentru cele cu prag lat (creastă lată). Din formula (4.16) se pot deduce Q, R sau H când se cunosc celelalte două elemente. În al doilea rând se trasează profilul transversal al pâlniei, care urmăreşte intradosul lamei în cădere liberă de la un deversor cu muchie ascuţită. În sfârşit, este necesar să se calculeze şi diametrul puţului şi galeriei de evacuare. Curgerea în acestea făcându-se sub presiune, din aplicarea relaţiei lui Bernoulli pe suprafeţele libere amonte şi aval se obţine condiţia

∑+= locr

linr

* hhH (4.17)

Fig.4.19. Deversor puţ: profil în lung şi elemente componente 1.Stavilă inelară; 2. Pâlnie; 3. Puţ; 4. Fosta galerie de deviere a apelor; 5. Galeria de evacuare; 6. Portal de debuşare; 7. Excavaţie de profilare; 8. Perete de beton.

în care H* este sarcina galeriei, pierderea de sarcină liniară, iar suma

pierderilor de sarcină locale (zona de racord tronconică, cot, debuşarea în aval). Folosind pentru acestea formulele cunoscute

∑ locrhlin

rh

Fig. 4.20. Deversor puţ: amplasament şi profil în lung. 1. cursul de apă; 2. batardou provizoriu; 3. baraj de pământ; 4. pâlnia

deversorului; 5 . zid de ghidaj; 6. galeria de deviere a apelor în perioada construcţiei barajului; 7. galerie de evacuare.

55

22linr D

AlDQλ0,0826

Dl

g2vλh =⋅⋅⋅=⋅⋅

⋅=

∑ ∑ ∑ =⋅⋅=⋅

⋅= 4j4

22

jlocr D

BζDQ0,0826

g2vζh

(A, B constante) se obţine ecuaţia

45 DB

DAH* += (4.18)

care permite determinarea diametrului D.