Deversoarele de tip sifon

Deversoarele de tip sifon

In situatia in care, datorita conditiilor locale, lungimea disponibila a frontului deversant este insuficienta pentru evacuarea prin deversare libera a debitelor maxime, se pot utiliza deversoare sifon.

Reducerea frontului de descarcare se datoreaza debitelor specifice mai mari, curgerea facandu-se sub presiune. Solutia cu descarcator de tip sifon poate fi folosita si la barajele din materiale locale, pentru a micsora lungimea zonei de beton, avand avantajul unei constructii de evacuare compacte. De asemenea, deoarece asigura mentinerea practic constanta a nivelului, ele pot fi utilizate ca descrescatoare de preaplin la camerele de incarcare ale canalelor de aductiune ale centralelor hidroelectrice.

Deversoarele sifon (figura 4.11) constau dintr-un deversor frontal dreptunghiular 1 acoperit cu o capota etansa din beton armat sau metal 2 si mai contin : gratarul rar 3, orificiul de dezamorsare 4, nasul aruncator 5 si zona de iesire 6. Cand nivelul amonte creste, orificiile de dezamorsare nu mai sunt in contact cu atmosfera, apa incepe sa deverseze, iar in spatiul inchis prin lama de apa dirijata de nasul aruncator si intradosul capotei se formeaza vid partial, care face ca sifonul sa se umple complet cu apa (sa se amorseze), functionand in plina sarcina ca o conducta sub presiune. Cand nivelul scade datorita evacuarii sub cota crestei deversorului, aerul patrunde prin orificiile de dezamorsare, coloana de apa se rupe si se produce dezamorsarea sifonului. In acest fel evacuarea debitelor excedentare este asigurata printr-o functionare intermitenta a sifonului, iar nivelul amonte se mentine aproximativ constant in jurul nivelului crestei deversante. Inchiderea spatiului de aer pentru amorsare se mai poate face prin curbarea spre amonte a zonei mijlocii a sifonului.

Calculul hidraulic al unui deversor sifon urmareste determinarea debitului evacuat, precum si a vitezelor si presiunilor in fiecare sectiune a sifonului, cu scopul de a evita aparitia cavitatiei. Se scrie relatia lui Bernoulli intre un punct de pe suprafata amonte si unul pe cea aval (figura 4.11), tinand seama de pierderile de sarcina liniara si locale. Se obtine viteza in sectiunea de iesire sub forma

si debitul evacuat:

A₁ fiind sectiunea de curgere la iesire, Δh ridicarea nivelului amonte peste nivelul crestei deversorului, iar z diferenta intre nivelul crestei si nivelul aval. Coeficientul de debit m are valori cuprinse intre 0 0,85, functie de o serie de elemente constructive ale sifonului.

Fata de un deversor obisnuit, deversorul sifon are avantajul unei eficiente hidraulice mai ridicate, deoarece debitele specifice evacuate sunt functie de caderea z si nu de inaltimea lamei deversante Δh, care se mentine foarte mica. Astfel, in mod curent debitele specifice sunt de ordinul a 5 - 10 m³/s m, dar putand ajunge si la 20 - 30 m³/s.m. Caderea z, sub care lucreaza sifonul, este insa limitata de depresiunea maxima admisibila, pentru a evita aparitia cavitatiei. Uzual aceasta cadere nu trebuie sa depaseasca 8,5 . . . 9 m. Cand este absolut necesar ca aceasta valoare sa fie mai mare, se adopta masuri speciale ca introducerea unor rezistente hidraulice in lungul sifonului, prevederea unor strangulari la iesire sau a unei ingustari continue pentru a asigura umplerea completa a sectiunii si a evita dezamorsarea din aval. De asemenea deversoarele sifon prezinta avantajul ca nu utilizeaza parti mobile, ceea ce permite o functionare automata din punct de vedere hidraulic. Functionarea lor este foarte sensibila la variatiile nivelului amonte.

Cateva elemente constructive ale deversorului sifon: sectiunea de intrare in sifon trebuie sa fie de 2 -3 ori mai mare decat cea din dreptul crestei deversorului si trebuie bine profilata hidraulic pentru a reduce pierderile de sarcina la intrare. Forma sectiunii de intrare este recomandabil sa fie apropiata de un patrat. In amonte capota se prelungeste sub cota crestei pentru a nu permite accesul plutitorilor sau patrunderea aerului in sifon. In cele mai multe cazuri debusarea se face sub nivelul aval, adoptand solutii constructive pentru ridicarea acestui nivel. Alte elemente constructive ale unui deversor sifon se pot observa in figura 4.12.

Deversoarele sifon prezinta si o serie de dezavantaje. Astfel, repetatele amorsari si dezamorsari care se produc in timpul unei deversari provoaca vibratii si socuri daunatoare constructiei. De asemenea deversorul sifon poate ingheta in timpul iernii, cand debitele sunt mici si deci sifonul nu functioneaza perioade mai lungi, sau se poate bloca cu plutitori. Un alt dezavantaj este acela ca sifonul evacueaza debite aproximativ constante cu valori mari, ceea ce dauneaza albiei aval, unde se produc eroziuni insemnate. Aceasta impune constructii costisitoare de disipare a energiei. In acelasi timp evacuarea nu poate urmari cresterea si descresterea continua a debitului viiturii sau a undei de umplere la camerele de incarcare. Inconvenientul se elimina partial prin fragmentarea descarcatorului intr-o baterie de sifoane de capacitate mai mica, esalonate pe inaltime, care sa se amorseze la cote diferite (figura 4.13). In plus, amorsarea fiecarui sifon este mai rapida, iar la blocarea unuia, celelalte nu sunt afectate.

In tara noastra primul deversor sifon a fost realizat in parcul Herastrau din Bucuresti, care evacueaza Q = 40 m³/s, la o cadere de z = 4 m. In amenajarea Bistrita aval functioneaza patru sifoane, ca descarcatori laterali pe derivatia in cascada (la UHE Roznov I, Roznov II, Zanesti si Costisa). Fiecare evacueaza Q = 50 m³/s la z = 6 m. La barajul Sadu functioneaza patru baterii de sifoane evacuand in total Q = 205 m³/s , cu q = 12 m³/s si z = 9,2 m