Sifn Spillways

7,1 INTRODUCCIN

La descarga sobre un desbordamiento spillway es una funcin de la cabeza medida sobre su cresta. Incluyendo la cresta y la fabricacin de la lata del flujo del conducto que resulta por completo aumento substancialmente esta cabeza eficaz. La cabeza en el spillway es entonces diferencia en la elevacin entre la superficie del depsito y el enchufe spillway. Sin embargo, el flujo cerca de la cresta del spillway entonces estara bajo negativa presin. Es decir el conducto se convierte en un sifn. Todas las precauciones necesarias debe ser tomado para asegurarse de que el vaco est mantenido y de que no se convierte tan excesivo en cuanto a la cavitacin de la causa. La presin negativa mxima en el derramamiento la cresta de la manera es tericamente 10 m de agua en el nivel del mar. El tener en cuenta el vapor presin del agua, prdida debido a la turbulencia, etc., la cabeza eficaz neta mxima est raramente ms que el m. cerca de 7,5 esto corresponde a una velocidad de 2 9,81 7,5 12 m / s Cul significa que la velocidad inicial en ningn sifn no puede excederse alrededor 12 m/s en la entrada. La esencia del diseo hidrulico de los spillways del sifn, por lo tanto, mentiras en asegurar capacidad mxima de la descarga sin negativa daosa presiones.

7,2 TIPOS DE SIFN

Los sifones se pueden clasificar de varias maneras (Govind Rao 1956). I. segn la configuracin A. sifn de la capilla o de la silla de montar (segn lo demostrado en el cuadro 1) B. sifn volute (segn lo demostrado en el cuadro 2)

II. segn la cabeza de funcionamiento A. sifn principal bajo, funcionando el al frente neto (diferencia entre niveles del agua por aguas arriba y enes sentido descendiente) menos que atmosfricos presin, es decir, m. cerca de 10 B. sifn principal alto que excede el valor antedicho

Cuadro 1 Sifn tpico de la silla de montar.

SiphonSpillways

Cuadro 2 volute tpico del sifn.III. segn el arreglo del oscurecimiento A. tipo del sello de agua B. enchufe inclinado C. sifn del beb D. Tudel o tipo caminado, etc. IV. segn la regulacin A. No regulado B. Aire-Regulado

Captulo 7

Algunas desventajas son: se inhibe o se reduce la descarga si est obstruida por la ruina o hielo y el aumento repentino de la descarga en el oscurecimiento pudo causar fluctuaciones en las inundaciones principales del nivel y del flash del agua ro abajo. En un sifn de la capilla o de la silla de montar (la fig. 1) la cresta se fija en el FRL (depsito lleno Nivel). Tiene una entrada y una salida acampanada, y un sello de agua para prevenir el aire de el entrar del en sentido descendiente. Cuando el agua se levanta sobre FRL, es decir, sobre la cresta, la descarga pasada abajo a travs del miembro ms bajo lleva el aire en garganta. Esta accin es similar al desbordamiento del vertedero. Con aumento en la cabeza y ms y ms el aire de la descarga, se arrastra hacia fuera dando por resultado cada en la presin. diferencia entre la presin atmosfrica en el exterior y la presin reducida en el sifn crea ms flujo y una gota de presin ms alta hasta la garganta entera comienza a fluir por completo, cuando se dice para haber preparado. Para parar la accin siphonic, hay una pipa de entrada de aire con su boca en FRL o una elevacin ms alta. Como pronto mientras que el agua en el depsito va debajo de la elevacin deseada, el aire acomete a travs esta pipa en el sifn y las roturas el vaco, parando el flujo. La entrada de aire la pipa se llama un deprimer. Los varios dispositivos se utilizan para inducir el oscurecimiento temprano del sifn. dos usados lo ms comnmente posible son el paso o la desviacin (fig. 3) y el sifn del beb (fig. 4).

Cuadro 3 Sifn con paso.

SiphonSpillways

Cuadro 4 Sifn con un sifn del beb.

En un sifn volute, (Ganesh Iyer 1950) demostrado en el cuadro 2, el labio del el embudo se guarda en FRL y un nmero de volutes (como las lminas de bombas o las turbinas) se colocan en el embudo para inducir un movimiento espiral de pasar del agua a lo largo de ellas. Cuando el agua se levanta sobre FRL, se derrama, sobre la circunferencia del labio del embudo y de los flujos a lo largo de los volutes con un movimiento espiral, formando un vrtice en la pipa vertical. Esto induce una piscina fuerte de la succin que crea un de gran alcance vaco, que fija el sifn en la accin. Parar la accin siphonic, el aire es dej en las pipas pequeas directas que sacan de la corona de la bveda con su entrada abierto en FRL.

7,4 CONSIDERACIONES HIDRULICAS DEL DISEO

Las caractersticas siguientes son relevantes en el diseo hidrulico del derramamiento del sifn maneras: Descargar capacidad Profundidad del oscurecimiento Flujo de regulacin Funcin que se estabiliza Efecto de ondas en el depsito Cavitacin Vibracin

7,5 DESCARGAR CAPACIDAD El flujo en la seccin de la garganta de un sifn de la silla de montar se puede idealizar como vrtice libre, de modo que R =V1 R1 =V2 R2 =constantdonde V =velocidad del flujo R =RadioEl subndice 1refiere a las cantidades en la cresta y el subndice 2 refiere a la corona de el sifn. V=V1 Refiriendo al cuadro 1, la descarga con un rea elemental dA form por una tira dR y la anchura b de la garganta esQA=V1 dA = V1 b dR

y por lo tantoQ= b dR =V1R1b=V1R1b [ ]Puesto que, el valor mximo de V 1 es 12 m/s,Qmax= 12R1b [ ]y la velocidad media seraVA=[ ]=[ ]Esta velocidad debe ser igual en todas las secciones a lo largo del barril del sifn a menos que hay extensin o contraccin de la seccin. Sin embargo, cuando es el sifn lleno corriente, la velocidad es dado por la cabeza total H (de nivel del depsito para arriba al nivel del agua de la cola o a la corona de la seccin del enchufe, de acuerdo con las circunstancias),V =uu =contabilidad del sifn-coeficiente para las varias prdidas tales como entrada, friccin, curva, etc. Si el barril del sifn est de seccin transversal constante sin la constriccin o extensin, u =Donde est coeficientes k i etc. de la prdida para la entrada, la friccin, la curva y el enchufe. Puede ser necesario limitar la cabeza de una cierta manera para prevenir V de excediendo el valor especificado en la ecuacin 5. Esto puede ser hecha cualquiera aumentando la prdida del enchufe constricting la seccin del enchufe o disminuyendo la cabeza total levantando la elevacin del enchufe. Cuando la seccin del enchufe es estrecha, la velocidad V 0 de la salida se da cercaH=

Donde V a se obtiene de la ecuacin 5. El rea requerida A o del enchufe puede entonces estar calculado de V 0 El procedimiento antedicho se puede tambin representar por un solo relacinA0=La descarga en el sifn volute se puede tambin calcular de la misma manera cerca si se asume que el flujo que entra en el embudo en el labio (la fig. 5) toma una trayectoria circular (Govind Rao 1956).

Clculo de la descarga en un sifn volute. Q=Cd.a.donde Cd=Coeficiente d de la descarga 0,7 a= rea del espacio anular

Si el rea en la seccin del enchufe es A o y H est el disponible principal de funcionamiento, Q=Cd.A0

C d se puede asumir para ser 0,70, sin embargo, las observaciones modelo han demostrado esto a sea tan alto como 0,85. Ackers y otros. (1975) han resumido las caractersticas de la descarga en un nondimensional forme segn lo demostrado en el cuadro 6, aplicable para todos los sifones aire-regulados. Inicialmente, la descarga se levanta lentamente como concerniente a la cabeza por aguas arriba. Al preparar ocurre, la curva aplana, representando una amplia gama de la descarga para un pequeo diferencia en cabeza. sta es la gama dentro de la cual el sifn funcionar fluir por completo del airwater mezcla, hasta las cadas llanas por aguas arriba debajo de la cabeza depriming. Para evitar caza es deseable que la curva en el rango de operacin se levante suavemente con

Las caractersticas de la descarga de un aire regularon el sifn. (Ackers et al. 1975 SiphonSpillways 137 aumente de la descarga. Si el nivel por aguas arriba se levanta ms all de este rango de operacin, el sifn funcionar para ennegrecer el agua (un trmino defina flujo sin aire), cuando la descarga aumentar en proporcin con solamente Generalmente, el sifn debe disese tales que la condicin negra del agua no est alcanzada. Prettyjohns et el al. (1989) han divulgado experimentos con la regulacin del aire a travs de dos pipas, que sumergen en la superficie de la cabecera. Uno de estos inmersin las pipas admiten que el aire a la corona del paso del sifn y del otro admite el aire en la cresta. Esta forma de admisin del aire produce la buena dispersin del aire en flujo. Esto da lugar a cabeza-descarga la caracterstica que es considerablemente plana, demostrando el cambio grande en la descarga para el cambio muy pequeo en nivel de la cabecera como demostrado en el cuadro 7.

Ejemplos Ilustrativos 1. Un depsito requiere un spillway al exceso una descarga mxima del cumec 450 con su FRL 20 m sobre la cola riegan la elevacin. a. Si un desbordamiento spillway con un perfil de la cresta de WES se utiliza con elevacin de la cresta 5 m debajo del FRL, qu debe ser la longitud de tal spillway? b. Si un sifn spillway se utiliza, con una seccin transversal constante 5 m en profundidad y formado por los radios de 5 m y de 10 m, qu debe ser la anchura de tal sifn? c. Si la prdida de la cabeza total a travs del sifn (excepto la cabeza de la velocidad en el enchufe) est 10 m, sobre cmo lejos o debajo del nivel del agua de la cola debe la descarga del sifn para evitar la cavitacin?

a. Para el desbordamiento spillway, el coeficiente de la descarga se puede tomar como 2,20.

L==18.3

b. Con R 1 = 5 m y R 2 = 10 m, la velocidad media permiti a travs el sifn es dado por la ecuacion 5,

VA=[ ]=[ ]VA=[ ]=8.32

y por lo tanto la anchura requerida de la cresta est

=10.8 m

Los experimentos del cuadro 7 con el arreglo de la novela del aire regularon el sifn: b=64mm , d=27mm, H=522mm, Ha=4-77mm, Ho=0-80mm

As, usar un sifn spillway afecta una reduccin de la anchura cerca alrededor 40

c. Aplicacin de la ecuacin de la energa de la superficie del depsito al sifn el extremo del enchufe, la cabeza de funcionamiento H ser

H=H=

El enchufe del sifn se debe poner (20 -13,53) = 6,47 m sobre el agua de la cola elevacin.

2. Un sifn spillway de la seccin transversal rectangular constante 4mwide $$!001 los 2.5m el colmo tiene configuracin segn lo demostrado en el cuadro 8. La longitud total del sifn es 80 m. Los varios coeficientes de la prdida son:

entrada 0,12 enchufe 1,0 (coeficiente de la prdida de la curva) 0,75 factor de la friccin 0,018

Determine (a) la descarga mxima, (b) para si la cavitacin ocurrira esa descarga, y si es as la descarga segura para evitar la cavitacin, y (c) constriccin requerida de la seccin del enchufe para restringir esa descarga.

Ejemplo ilustrativo de la configuracin spillway del sifn.

PAG 140

7,6 PROFUNDIDAD DEL OSCURECIMIENTO La accin del oscurecimiento de un sifn depende de la energa de su evacuacin del aire. En el lado de la entrada, esto es hecha fcilmente guardando el labio de la capilla debajo del nivel del depsito. Para prevenir la entrada del aire de ro abajo y asegurar liso el preparar, es necesario proporcionar un sello de agua en la pierna en sentido descendiente segn lo demostrado

SiphonSpillways 141 en el cuadro 1. En un sifn de la silla de montar, otros factores que facilitan el oscurecimiento bajo son a garganta estrecha, un radio grande en la cresta, y una profundidad crtica del submergence en la salida del enchufe. Ervine et el al. (1975) expresan el arrastre del aire por caer nappe dentro del barril del sifn en trminos de la profundidad de la cada libre H 1 velocidad del aguaV,geometra (b), (p), (t), y descarga Q W

..(12)

donde Q = una descarga del aire Q W= Descarga del agua T=grueso de del jet rectangular b=anchura de del jet rectangular H1=Profundidad de la cada del jet rectangular p =el permetro del jet expuso a la atmsfera V =Velocidad mnima para arrastrar el aire (appx 1,1 m/s)

La ecuacin 12 indica la influencia relativa de varios parmetros en el ndice de ventile el arrastre dentro del barril del sifn y as, en la rapidez del oscurecimiento. Bollrich (1994) indica que la profundidad que prepara es aproximadamente 0,16 a 0,20 mide el tiempo de la dimensin vertical del canal en la cresta, es decir, H p $$!002 0,16 0,20 d. En un sifn volute, la profundidad que prepara disminuye con el aumento en el nmero y altura de volutes, una disminucin del ngulo de su despegue del labio, a disminuya en la subida de la bveda y en la cuesta del embudo, y un aumento en la altura del embudo. Sin embargo, se observa que la mayora de los factores que favorecen un oscurecimiento bajo la profundidad afecta al contrario el coeficiente de la descarga.

7,7 REGULACIN DEL FLUJO Una de las desventajas primeras del sifn spillway es el lanzamiento repentino de descarga en el oscurecimiento y la parada repentina de esta descarga en depriming, dejar cualquier esfuerzo de la regulacin del flujo. El aire regul los sifones (similares a sos propuestos por Prettyjohns et el al.) oferta una curva relativamente ms plana de la descarga para asegurar una amplia gama de la descarga para pequeo subida del nivel del agua por aguas arriba. Sin embargo, descarga y nivel del agua en el en sentido descendiente aumento rpidamente. En la caja de spillways con una batera de sifones, por lo menos regulacin parcial de flujo en el en sentido descendiente es posible (es decir, agregando o parando descarga en pasos) manualmente cerrndose o abrindose de las vlvulas de entrada de aire de algunos sifones. Sin embargo,

esto se debe hacer con respeto debido a la afluencia en el depsito. Otro mtodo es para instalar sifones en diversos niveles de la cresta tales que ocurre su priming/depriming en etapas, con de increasing/decreasing los niveles del agua contra la corriente, segn lo descrito por Bollrich (1994) en el caso de la presa de Burgkhammer, Alemania, teniendo tres pares de sifones con su cresta nivela diferenciar por 10 centmetros. Cada sifn con la entrada la dimensin de 3 m 1,8 $$!001 m amplio de profundo, se ha diseado para pasar una descarga segura del cumec 42, con una profundidad del oscurecimiento en el radio de accin de 30 47centmetros. Depriming es contado con en un nivel del agua 5 centmetros sobre el labio relevante de la entrada (en el mismo nivel como la cresta). El cuadro 9 demuestra el ciclo de funcionamiento del sifn spillway. El control parcial de la descarga a travs de un sifn puede tambin ser posible manipulando una salida de aire vlvula-controlada instalada en la corona del sifn. la seccin transversal necesaria de la salida de aire debe ser (Bollrich-1994),

Aair=0.08QDonde:=suma de coeficientes hidrulicos de la prdida en la salida de aire P0=presin en la cumbre del sifn Pamb=presin del ambiente

Cuadro 9 ciclo de funcionamiento del sifn de Burgkhammer spillway gama del oscurecimiento y el romperse de 2 sifones (despus de Bollrich 1994).

SiphonSpillways 143 Esto, sin embargo, se recurre raramente en a la prctica real debido a la aprehensin sobre problemas operacionales serios. 7,8 ESTABILIDAD DEL FUNCIONAMIENTO Una examinacin del cuadro 6 y del cuadro 7 demostrar eso una vez que el sifn prepare, el aumento en la descarga es substancial con respecto al aumento en nivel del agua por aguas arriba. Una etapa se puede alcanzar cuando la salida con el sifn excede la afluencia, en cuyo caso el nivel del agua por aguas arriba puede comenzar agotar conducir a depriming. Esto da lugar a la reduccin de la descarga y del aumento en el nivel y el oscurecimiento por aguas arriba del agua otra vez. Esto se llama caza o inestabilidad de la accin siphonic y es indeseable. Ackers et el al (1975), sin embargo, observaron eso las indicaciones de las pruebas modelo en el control del nivel por aguas arriba por aire-regulado el sifn poda ser engaoso porque en la situacin a gama completa el rea de piscina principal y la capacidad es proporcionalmente mucho mayor. El fenmeno de la caza del sifn se ha estudiado extensivamente encendido modelos hidrulicos de Benfratello (1955), Boreli (1955), y Crump et al. (1961). La caza del sifn es influenciada por la elevacin del labio del sifn capilla de la entrada de la cresta H h referente a la profundidad H p del oscurecimiento Para H h $$!001 H p caza violenta era evidente. Ha sido recomendado por Crump et al.(1961) eso

(Hh - Hp) =0.48d7,9 EFECTO DE ONDAS Perkins et el al. (1975) han descrito las pruebas modelo en las cuales el funcionamiento de a el sifn fue efectuado por las ondas con amplitud hasta variar de 1,83 m y del perodo a partir 3,5 a 7 segundos. Aunque, el sifn no deprime, los niveles del agua malos era hasta 0,46 m ms alto que haba estado previamente y el aire fue visto inscribir el sifn en explosiones. Adems, la accin de ondas era cclica. el arreglo sugerido por ellas incluye la disposicin de una caja que se calma de suprimir el efecto de ondas segn lo demostrado en el cuadro 10. 7,10 CAVITACIN Los sifones que funcionan el alto al frente pueden formar cavidades. Esto era evidente de los experimentos en el modelo de un sifn de la silla de montar as como encendido un a gama completa, sifn de 14 cumec, teniendo barril de 1,5 m de alto en la garganta y funcionando bajo jefe de m. 7,3 eso