S6300297 (2)

Przy przekraczaniu rozpadliny skalnej wąskiej, lecz głębokiej, dobrym rozwiązaniem jest rurociąg stalowy samonośny lub wsparty albo zawieszony na konstrukcji nośnej.

3.5.3. Zasady wymiarowania przekroju poprzecznego sztolni

Podstawy wymiarowania profilu sztolni w dostosowaniu do projektowanego przepływu zostały omówione w rozdz. 3.1.3. Jeśli siłownia wodna pracuje na zmiennych przepływach wody, to przekrój sztolni dobiera się dla największego przepływu, zaś przy mniejszych przepływach następuje redukcja prędkości i strat hydraulicznych.

Wymiarując profil sztolni w zasadzie dla warunków ruchu ustalonego jednostajnego należy jednak każdorazowo sprawdzić warunki pracy sztolni dla mogącego występować w praktyce ruchu ustalonego zmiennego, a także ruchu nieustalonego.

W szczególności w przypadku sztolni bezciśnieniowej należy wyznaczyć:

—    krzywe piętrzenia lub depresji,

—    maksymalną i minimalną wysokość fal oraz maksymalną i minimalną linię poziomu wód w ruchu nieustalonym, wywołanym manewrami turbin.

Natomiast dla sztolni ciśnieniowej należy wyznaczyć:

—    linie ekstremalnych poziomów piezometrycznych w ruchu ustalonym zmiennym przy różnych możliwych zmianach obciążeń turbin,

—    linie ekstremalnych ciśnień hydrodynamicznych wywołanych dodatnim i ujemnym uderzeniem hydraulicznym (ruch nieustalony) powodowanym przez nagłe otwieranie i zamykanie turbin siłowni.

Sposoby powyższych obliczeń, niezbędnych do prawidłowego wymiarowania hydrotechnicznego i wytrzymałościowego, są podane w literaturze z zakresu hydrauliki i hydromechaniki koryt otwartych i zamkniętych [7, 19, 20, 44. 93].

Dobierając przekrój sztolni, nie można pominąć ekonomicznej strony zagadnienia. Polega ona na takim dobraniu rozmiarów przekroju poprzecznego, aby suma całkowitych rocznych odpisów na amortyzację i nakładów na koszty eksploatacji sztolni oraz wartości rocznej straty energii spowodowanej przez opory ruchu w sztolni była minimalna. Roczne odpisy inwestycyjne i wydatki na eksploatację są tym mniejsze, im mniejszy jest przekrój poprzeczny sztolni, a zatem im większa jest prędkość wody w sztolni. Natomiast straty hydrauliczne, które bezpośrednio powodują straty mocy i produkcji energii elektrycznej są tym mniejsze, im większe są rozmiary sztolni i mniejsza prędkość wody; ponadto są one tym mniejsze, im gładsze są ściany sztolni. Przekrój dla którego spełniony jest warunek wymieniony we wstępie nazywa się przekrojem ekonomicznie optymalnymi.

Wyznaczenie tego przekroju odbywa się na drodze graficznej analizy rocznych odpisów z tytułu nakładów inwestycyjnych i kosztów eksploatacyjnych oraz wartości rocznych strat energetycznych, analogicznie jak dla kanałów (p. 3.43.3).

W przypadku jednakowych warunków wykonania sztolni na całej jej długości, jeżeli sztolnia ma przekrój kołowy, można posłużyć się specjalnymi wzorami wyznaczającymi optymalną ekonomicznie średnicę sztolni [45]. Wzory te zostały wyprowadzone przy użyciu wyżej podanej metody, opisanej następującym równaniem różniczkowym

^dKl ^dK$ _    (3-120)

dP ⁺'dF

W przypadku sztolni ciśnieniowej, w której uwzględnia się tylko straty na tarcie, jej średnica może być obliczona za pomocą wzoru

-/.fr + ed + P)]

- 0,786|ri + 4ł4c, + e,l ! 4e«**)

(3-122)

gdzie: y — współczynnik do wzoru Pawłowskiego na prędkość wody, n — współczynnik sprawności siłowni, e — cena energii elektrycznej za 1 kWh. c_t — pełna cena wyłomu I m' skały,

Cf — cena obudowy 1 m' sztolni, r — wskaźnik odpisów na reprodukcję rozszerzoną, c — wskaźnik wydatków na utrzymanie sztolni, p — wskaźnik odpisów na cele ogólnopa ństwo wc\

n — współczynnik szorstkości obudowy sztolni — — (tabl. 3-4),

Qt — średni roczny przepływ przez sztolnię, mVsek,

8 ■ - - (gdzie d — grubość obudowy sztolni, O —■ średnica sztolni).

Przepływ Q„ powinien być wyznaczony ze wzoru

(3-123)

gdzie: Q; — przepływ w czasie pracy siłowni trwającym t; godzin w roku, m — liczba przedziałów, w których przepływ Q, ma wartość stałą.

Współczynnik y ze wzoru Pawłowskiego na prędkość wody wynosi:

13-124)

y—1,5 n

Współczynnik 5 powinien być każdorazowo przyjęty z góry. Dla sztolni o średnicy ok. 4,0 m może być on określony za pomocą wykresu podanego na rys. 3-152, gdzie jest podany w zależności od ciśnienia wewnętrznego p i jednostkowego współczynnika podatności sprężystej górotworu łc„.

0,20

■*>!<=>

4

0,10

W

Rys. 3-152. Wykresy współczynników S w lale/nośd od ciśnlenl/i wody p i jednostkowego współczynnika podatności sprężystej fc_a dla sztolni o średnicy 0-4,0 m [45J

k₀,i6/cm3

02S

Gdy istnieją duże straty lokalne, średnica sztolni D„ może być określona następującym wzorem

gdzie: D — ekonomiczna średnica sztolni obliczona wzorem (3-121) bez uwzględ-

nienia strat lokalnych, m,

— suma współczynników strat lokalnych, L — całkowita długość sztolni, m.

441