Hidrológiai Közlöny 1959 (39. évfolyam)

1. szám - Kozák Miklós: A Rakaca-völgyi tározó árapasztó szifonjának modellkísérlete

Kozák M.: A Rakaca-völgyi tározó árapasztó modellkísérlete Hidrológiai Közlöny 1959. 1. sz. 19 légvezetékeken keresztül nem jöhet többé levegő a szifonba. A buborékképződés által történő levegőelszállítás pedig egyre rohamosabban fokozódik, mert a Boyle-Mariott törvény értelmében az aknába zárt levegő nyomása (p) állandóan csökken és így p < p

0 értelmében a bukó vízszintje gyorsan emelkedik a tározási szint fölé, ami növekvő vízhozamot és ez még nagyobb arányú légeiragadást eredményez. (A szifon üzembelendülésének folyamatát az 1—3. kép tünteti fel.) Az itt ismertetett folyamatnak számtalan részletkérdése van még, de azokat most nem ismertetjük. Mint fogalmat jegyezzük meg még az alábbiakat: ha a szifon csak vizet szállít, akkor üzemét tökéletes szifon üzemnek, ha levegőt is szállít, akkor vegyes üzemnek nevezzük. Mivel a levegőszállítás mértéke általában nem egyenletes, ezt az üzemet az állandó lüktetés jellemzi, mely ingadozó mértékű légszállítás esetén azt is eredményezheti, hogy a szifonüzem leáll és azt újból bukóüzem váltja fel. Ezt a működést periodikus üzemnek fogjuk nevezni. 4. A tározási szint további — 154,50 mA. f.-i szintre történő emelkedésével a külső szifonok egyre növekvő vízhozamszállítása mellett, azok légvezető nyílásai is lezárulnak és itt is elkezdődik előbb az aknák légtelenítési folyamata, majd az ezt követő szifonüzem, kb. 20 m

3/sec vízszállítással. Ekkor mind a 4 szifonnak tökéletes szifonüzemmel kb. 40 m

3 vízhozamot kell szállítani. Mivel a max. tározási szint 154,60 mA. f. van és az elképzelés szerint a szifonok már a 154,50 mA. f.-i szinten szállítják az árvizet, e két szint közötti 10 cm-es nívókülönbség lényegében a biztonságot szolgálja. 5. fia a tározási szint a továbbiakban sülylyedni kezd, akkor előbb a külső szifonpár légvezető nyílásai válnak szabaddá, miközben a szifon mind több és több levegőt szállít (vegyes üzem), míg végül a szifonüzem abban a pillanatban megszakad, amikor a szabaddá vált légvezető nyílásokon beszívott levegő mennyiség annyira befolyásolja a külső szifonpárban uralkodó nyomásviszonyokat, hogy az képtelen lesz tovább szifonként működni. 6. Ha a külső szifonpár bukóüzemre történő átváltása után a vízgyűjtő területről a tározómedencébe érkező vízhozam kisebb, mint a belső szifonpár által szállított vízhozam (20 m

3/sec), akkor a tározó szintje tovább süllyed, míg végül a 154,40 mA. f.-i szint alatt a belső szifonpárnál is bekövetkezik a bukóüzem. Hangsúlyozni kell, hogy a szifonok állandó vagy periodikus üzeme, a hullámzástól eltekintve, főleg attól függ, hogy a tározóba érkező vízhozam mekkora és hogy milyen tározási szintre és milyen fázisú pillanatnyi üzemállapotra fut rá. Ilyen szempontból számtalan üzemi állapot lehetséges. A szifon működésének sematikus ismertetése után könnyen érthető, hogy itt egy olyan bonyolult, sokoldalú és összetett hidraulikai jelenséggel állunk szemben, melynek jelentős része a hidraulika gyakorlati módszereivel nem számítható. Az itt felmerülő fontos hidraulikai kérdések jelentős részére csak modellkísérlet alapján lehetett választ adni. Ezért a Vízügyi Tervező Iroda (továbbiakban VIZITERV) megbízta a II. Vízépítéstani tanszéket (továbbiakban Tanszék) fenti műtárgy modellkísérletének elvégzésével. C) Modellkísérlettel megvizsgálandó kérdések Megbízó a fenti műtárggyal kapcsolatban az alábbi vizsgálatok elvégzését kérte : 1. A szifonfej beáramlási keresztszelvényének milyen távolságra kell lenni a gát rézsűjétől? 2. A szifonfejek beáramlási keresztszelvényének felső éle megfelelő mélységben van-e a normális tározási szint alatt? 3. A 4 szifon le tudja-e vezetni a Qmax = 40 m

3 árvízhozamot anélkül, hogy a tározó medence vízszintje túllépné a 154,60 mA. f.-i szintet. Ennél a kérdésnél külön és részletesen ki kell térni a szifon belső nyomásviszonyainak, továbbá a szifon automatikus üzemét biztosító légvezető nyílásoknak a vizsgálatára is. Ha a szifon nem tud eleget tenni az előírt üzemi követelményeknek, javaslatot kell adni az egyes szerkezeti elemek megfelelő kialakítására. 4. A szifonok tervezett elrendezése egyenletes vízhozamnövekedést, vagy csökkenést tud-e biztosítani az alvízi meder számára, a 0—40 m

3 vízhozam-intervallumon belül? Megállapítandó a szifon légtelenítésének időtartama. Meg kell vizsgálni, hogy a tervezett utófenékhossz elegendő-e. Ennél a kérdésnél ki kell térni az utófenékhez kapcsolódó levezető csatorna burkolásának problémájára is. * 5. Megállapítandó a szifon hatásfoka, oc) ha az üzemvíz-kivételi zsilip is szállít vizet, ha a vízkivételi zsilip le van zárva. 6. Megállapítandó, hogy a vízkivételi zsilip mennyi vizet képes levezetni, különböző tározási szintek és különböző mértékű tolózár nyitások esetén. 7. A szifon uszadékfogó rácsának elhelyezése megfelelő-e. * Megjegyezzük, hogy a szifonok elméletének csak azokat a kérdéseit elemezzük, melyek az adott szifonnal kapcsolatosak és fontosak, de ezeket is csak olyan terjedelemben, amilyet a modellkísérlet ismertetése megkíván. Végül megjegyezzük, hogy a Tanszék feladata az adott műtárgy modellkísérlettel való ellenőrzése volt és nem pedig új műtárgy tervezése az adott üzemi követelményekre. II. A modell Ismeretes, hogy a hidraulikai jelenségek tökéletes mechanikai hasonlóságának az a feltétele, hogy a geometriai hasonlóság mellett a kinematikai és a dinamikai hasonlóság is fennálljon. A tökéletes dinamikai hasonlóság feltétele modellben nem elégíthető ki és ezért meg kell elégednünk a részleges dinamikai hasonlósággal, amikor is a jelenséget vizsgálva kiválasztjuk azt a két erőt, melynek hatása uralkodó a jelenség kialakulásában és erre a két uralkodó erőre nézve követeljük meg a dinamikai hasonlóság feltételének kielégítését. A szifonban lejátszódó hidraulikai jelenségek nagy részénél a két uralkodó erőhatás a súlyerő és a tehetetlenségi erő. Ebben az esetben a modellben észlelt értékekből a Froude-féle modelltörvény alapján tudjuk átszámítani a hidraulikai jellemzők valóságban várható értékeit. Nem kétséges, hogy a szifonnal kapcsolatos legdöntőbb kérdésekre (nyomás, szívás, vízhozam stb.) a modell-