SOLUII DE MBUNTIRE A SIGURANEI N EXPLOATARE A STAVILELOR SEGMENT ALE UNUI BARAJ DE PRIZ

SOLUTIONS TO IMPROVE THE SAFETY OF THE HYDRAULIC

GATES (TAINTER GATES) USED IN DAM OUTLET

ADRIAN PRODESCU1, DANIEL BTC2

Rezumat: Sigurana n exploatare a stavilelor ce echipeaz un baraj este foarte important n sigurana barajului. Scoaterea din funciune a uneia sau mai multor stavile echivaleaz de cele mai multe ori cu incapacitatea barajului de a-i mai ndeplini rolul sau chiar cu cedarea ntregului baraj. Stavilele segment sunt frecvent folosite n cadrul barajelor de priz iar griparea articulaiilor acestor stavile afecteaz grav sigurana manevrrii stavilelor segment. Articolul analizeaz stavilele segment ale barajului de priz Rovinari. Articulaiile stavilelor sunt parial gripate; articolul trece n revist cauzele acestui fenomen i propune un set de soluii de remediere. Articolul cuprinde i rezultatele msurtorilor de vibraii efectuate in timpul unei manevre de prob a stavilei.

Cuvinte cheie: stavil segment, griparea articulaiei, vibratii, curgerea apei Abstract: The safety of the operation of the gates is very important within the safety of a dam. The collapse of one or more gates is often similar to the malfunction or even to the collapse of the whole dam. Tainter gates are often used for the intake dams and the sticking of the pivot severely affects the safety of the manoeuvring of these gates. The paper presents the analysis of the Rovinari intake dam. The joints of the gates are partly stuck; the paper reviews the causes of these phenomena and frames a set of retrieval solutions. The paper also presents the results of the vibration tests made during a test manoeuvre of a gate.

Keywords: Tainter gate, pivot sticking, vibrations, water flow.

1. Introducere

Date generale privind barajul i stavilele Barajul Rovinari este amplasat pe rul Jiu, n apropierea localitii Rovinari, n judeul Gorj. Principalul rol al barajului este acela de a furniza apa de rcire necesar termocentralei din imediata vecintate. Barajul, de tip stvilar, are cinci deschideri de 16,00 m i una de 6,00 m, separate ntre ele prin pile i culei (dou drepte i una curb). Deschiderile barajului sunt numerotate de la 1 la 5, ncepnd de la pila curb (mal drept), la care se adaug deschiderea 6, cu rol de splare. Fiecare deschidere a barajului este echipat cu stavile, i anume : - deschiderile 1, 3 i 5 cu stavile segment cu clapet de 16 x 4 m2; - deschiderile 2 i 4 cu stavile segment simple de 16 x 4 m2; - deschiderea 6 cu stavil plan cu clapet. 1 Conf.dr.ing. Universitatea Tehnic de Construcii Bucureti (Asociate Professor, PhD. Eng., Technical University of Civil Engineering), Facultatea de Hidrotehnica (Faculty of Hydrotechnics) e-mail: adrianprodescu@gmail.com

2 ef lucri.dr.ing. Universitatea Tehnic de Construcii Bucureti (Lecturer, PhD. Eng., Technical University of Civil Engineering), Facultatea de Constructii Civile, Industriale si Agricole (Faculty of Civil Engineering), e-mail: bitca@utcb.ro

Figura 1. Barajul Rovinari seciune transversal prin barajul deversor

Figura 2. Barajul Rovinari - vedere din aval a cmpurilor deversante; numerotare.

Obiectul prezentului articol l constituie studiul comportrii stavilelor segment ale barajului. Principalele elemente ale structurii de rezisten ale stavilelor segment sunt: - Tabla de retenie (tblia) stavilei segment, care are o raz de curbur de R=7000 mm. - Lonjeronii (nervurile orizontale) sunt alctuii din profile laminate sudate pe faa aval a

tablei de retenie. - Antretoazele sunt realizate din profile dublu T (cu inim plin), dispuse vertical. Acestea au

goluri n inimile profilelor, pentru reducerea greutii structurii. Talpa aval a antretoazelor este racordat la talpa aval a grinzilor principale.

Mal drept Mal stng

1 2 3 4 5 Sp

- Cele dou grinzi principale au n alctuire profile cu inim plin (dispuse fiecare n dreptul ramurilor superioare, respectiv inferioare ale braelor de sprijin) i cte o talp aval. Inimile grinzilor au goluri pentru evitarea stagnrii apei.

- Cele dou brae de sprijin ale stavilei sunt dispuse oblic i au fiecare cte dou ramuri (superioar i inferioar) care converg spre articulaie; ramurile superioar i inferioar ale braelor au fiecare seciune dublu T. n plan vertical, cele dou ramuri ale unui bra sunt solidarizate cu zbrele.

- Articulaiile cilindrice ale stavilelor segment. Aceste articulaii sunt alctuite din piesa de reazem, suport, inel, buc, bol, plci de siguran i dispozitiv de ungere.

Figura 3 Stavil segment: alctuire general

2. Probleme aprute n exploatare; cauze O problem frecvent ntlnit pe parcursul exploatrii este desprinderea plcilor metalice ale articulaiilor de butonii de beton armat pe care reazem. Aceast desprindere apare n timpul manevrelor, la aproape toate stavilele segment care echipeaz barajul din cauza griprii articulaiilor i are drept cauz griparea parial a articulaiilor stavilelor. Soluia aplicat pentru remedierea rapid a desprinderilor plcilor a fost njugarea plcii de rezemare de butonul de beton armat (figura 4).

Figura 4 Remedierea desprinderii plcii prin njugarea acesteia de butonul de rezemare din beton armat

Aceast soluie de remediere rapid a rezolvat parial problema desprinderii plcilor, dar nu a eliminat eforturile suplimentare ce apar n zonele adiacente articulaiilor ca urmare a griprii acestora. Braele sde sprijin, solicitate n mod normal la compresiune centric, au fost solicitate suplimentar cu un moment ncovoietor provenit din griparea articulaiei*. Astfel au aprut fisuri n partea aval a braelor de sprijin, zonele cu fisuri fiind consolidate prin sudarea pe seciunea iniial a unor platbande i rigidizri.

Factorii favorizani ai apariiei griprii articulaiilor sunt: - lipsa dispozitivelor de gresare; - prezena pasarelei cu band transportoare de crbune deasupra barajului care favorizeaz

existena materialului granular (praf, nisip, pietri) n zona articulaiilor; - conformarea articulaiilor cu un luft foarte mic ntre buca solidar cu braul i rigidizarea

fix; lufturile rein particule de pietri care, n timpul manevrei de ridicare, se pot mpna ntre buc i rigidizare ngreunnd manevra;

- conformarea structurii stavilei cu o nclinare pronunat a braelor de sprijin. Unghiul mare al nclinrii conduce la o component relativ mare a reaciunii n lungul bolului articulaiei. Astfel exist posibilitatea apariiei unor fore de frecare semnificative nu numai pe suprafaa bucei, ci i pe suprafaa aibei care mrginete buca nspre exterior (spre pil).

3. Msurtori Suplimentar studiilor i msurtorilor efectuate pn n prezent, autorii au efectuat msurtori de vibraii ale structurii stavilei. Vibraiile au fost nregistrate pe trei direcii, n timpul unei manevre de prob. Msurarea vibraiilor stavilelor n situ (figura 5) pe stavile n exploatare n timpul efecturii manevrelor (ridicare a stavilelor segment de pe prag) este dificil, n primul rnd din cauza accesului limitat la acestea, mai ales n timpul manevrelor. Elementele de conectare a senzorilor (accelerometrelor) de placa de achiziie i de unitatea de stocare a datelor pot fi antrenate de curgerea apei, fapt care pune n pericol calitatea nregistrrilor (pot induce vibraii false la nivelul senzorilor) sau chiar pot distruge senzorii.

Pentru msurarea vibraiilor a fost utilizat un dispozitiv produs de compania O-Navi [8] pentru centrul de nregistrare i prelucrare a informaiilor despre cutremure, din Stanford University - California (Quake-Catcher Network) care utilizeaz un accelerometru analogic, cu scala de 2g i rezoluia de 60g. (figura 5). Acesta este un montaj compact, proiectat n scopul msurrii i nregistrrii acceleraiilor terenului i a construciilor, pe 3 directii ortogonale, n timpul micrilor seismice. Software-ul utilizat la citirea i nregistrarea datelor este QCN Live, produs de catre Stanford University California USA [9].

Scopul msuratorilor nu a fost acela de a se determina caracteristicile dinamice proprii ale stavilei, ci de a se verifica dac i cnd apar ocuri la manevrarea stavilei. naintea realizrii msurtorilor de vibraii n corpul stavilei, s-au masurat eventualele vibraii ale dispozitivelor de manevrare a stavilei. Aceste msuratori nu au pus n eviden vibraii exagerate, nesincronitti sau apariia ocurilor n timpul manevrelor de ridicare coborre a stavilei.

* La nivel mondial se semnaleaz cedarea unei stavile segment prin suprasolicitarea braului de sprijin ca urmare a griprii articulaiei; cedarea s-a produs prin flambajul braului.

Accesul dificil la corpul stavilei a condus la fixarea accelerometrului pe acesta cu ajutorul unor dispozitive magnetice. Senzorul de acceleraii a fost fixat n imediata apropiere a articulaiilor braelor de sprijin, pe partea lateral a acestora, dupa cum se poate observa n figura 5. Poziia senzorului a fost una oarecare, direcia 2 de masurare fiind orientat pe direcie gravitaional. Masurtorile de vibraie a corpului stavilei au fost realizate pe o perioad de aproximativ 2 minute. Rezultatele msuratorilor sunt aratate n figura 6.

Figura 5 Msurtori n timpul manevrei stavilei, pentru determinarea vibraiilor n corpul stavilei

Figura 6 Vibraii msurate n corpul stavilei la ridicarea i coborrea stavilei de pe / pe prag

n figura de mai sus se pot observa vibraiile stavilei la ridicarea de pe prag (n secunda 21), la aezarea pe prag (secunda ~85) dar i un oc aparut n corpul stavilei pe parcursul manevrei de ridicare a acesteia (n secunda 38).

4. Concluzii; Soluii de remediere. Pe baza analizrii problemelor semnalate, a cauzelor acestora i a rezultatelor msurtorilor efectuate, autorii lucrrii propun o soluie de remediere care const n aplicarea unui set de msuri. Plin aplicarea acestor msuri se dorete eliminarea cauzelor care genereaz problemele actuale din exploatare.

Refacerea prinderii articulaiilor de butonul de beton armat pe care reazem, la toate articulaiile la care se constat desprinderi ale plcii metalice de acesta. Se menioneaz c aceast msur rezolv problema local a desprinderii articulaiei, dar nu rezolv problema eforturilor suplimentare care apar n zona articulaiilor i braelor ca urmare a griprii articulaiilor. Se impune deci ca n paralel s fie aplicat i urmtoarea msur:

Degriparea articulaiilor care sunt gripate la ora actual i montarea buoanelor de ungere la toate articulaiile stavilelor segment. Cu aceast ocazie trebuie verificat starea suprafeelor interioare ale bucelor i a aibelor care flancheaz pe lateral bucele articulaiilor. Sistemul de ungere trebuie s asigure i gresarea aibei dinspre pil (pe suprafaa creia pot apare frecri din cauza nclinrii pronunate a braelor de sprijin).

Construirea unor aprtori metalice deasupra articulaiilor, care s limiteze acumularea n zona articulaiilor a materialului czut de pe banda rulant de deasupra barajului.

Construirea unor ci de acces spre zona articulaiilor, pentru facilitarea unei ntreineri periodice adecvate (curare, gresare, inspectare) a acestor elemente. n concluzie, problema asigurrii unei funcionri n siguran a stavilelor analizate este foarte important, avnd n vedere n special faptul c cedarea unei stavile poate duce la imposibilitatea alimentrii Centralei Electrice Rovinari cu ap de rcire. Msurile propuse de autori completeaz msurile de remediere rapid aplicate pn n prezent i rezolv problemele att din perspectiv imediat, dar i din punctul de vedere al unei exploatri sigure de perspectiv ndelungat n viitor.

Bibliografie [1] Isar, D. - Consideraii asupra siguranei n exploatare a stavilelor - studiu de caz la barajul de priza

Rovinari - Buletinul Stiinific UTCB nr. 4/2010, [2] Bele, I.; Rduic, N. - .Construcii metalice - stavile metalice [3] Levin, J. - Hydraulic Gates and Valves (2001) [4] Bitca, D. - Contribuii la cuantificarea strii de tensiuni i a siguranei construciilor metalice hidrotehnice

de tip stavil - teza de doctorat (2012) [5] Bitca, D. - Determinarea experimental i analitic a caracteristicilor dinamice proprii ale unei stavile

segment Buletinul Stiintific UTCB nr. 4/2012 [6] Diaconescu, D. - Consideraii asupra siguranei n exploatare a stvilarelor. Studiu de caz la barajul de

priz Rovinari. Bucureti : s.n., 2008. [7] Popovici, A., Isar, D., Punescu, C., Ilinca, C. - Consideraii asupra incidentelor aprute n exploatarea

stvilarelor segment de la barajul de priz Rovinari. Hidroelectrica. 2008, Vol. vol. 53, nr. 1-2. [8] www.o-navi.com [9] www.qcn.stanford.edu [10] www.seismosoft.com [11] www.simscience.org