1. DOLUSAVAK VE ENERJĠ KIRICI HAVUZ EĞĠTĠM NOTLARI - 2
ÖZGÜR SEVER 30.10.2014

2. EKH Ne ĠĢe Yarar Dolusavak yapısının tabanında akımın kazanmıĢ olduğu kinetik enerjiyi mümkün olduğunca kısa bir mesafede sönümlemek amacıyla tasarlanır. Enerji kırıcı havuzlar sadece nehir yatağını korumak amacıyla değil, proje tesislerini ve çevredeki diğer yapıları da korumak amacıyla tasarlanır.

3. EKH Sınıflandırma EKH’lar 5 farklı sınıfta toplanabilir. Hidrolik sıçrama tipi Serbest jet ve sıçratma eĢiği YuvarlatılmıĢ eĢik Üç boyutlu hidrolik sıçrama (spatial hydraulic jump) Çarpma tipi

4. Üç Boyutlu Hidrolik Sıçrama Üç boyutlu hidrolik sıçrama kanal geniĢliğinin ani ya da düzenli bir Ģekilde artması sonucu oluĢur. En önemli avantajı eĢlenik derinlik yüksekliğinin daha düĢük olmasıdır.

5. Üç Boyutlu Hidrolik Sıçrama En etkin sıçrama tam geniĢlemenin olduğu yerde oluĢan sıçramadır. Bu noktanın mansabındaki sıçramaya «repelled jump» yani püskürtülmüĢ sıçrama ismi verilir. Bu sıçrama kuyruksuyu seviyesinin eĢlenik derinlikten az olmasından kaynaklanır. Eğer sıçrama geniĢlemenin membasında oluĢuyorsa «broken jump» yani kırılmıĢ sıçrama ismi verilir. Bu sıçrama yüksek kuyruksuyu su seviyesinden kaynaklanır. ġaft ve tünel dolusavaklarda tercih edilebilir.

6. Hidrolik Sıçrama Kritik üstü akımlarda, akımın enerjisi kanal boyunca oluĢacak sürtünme direnciyle nedeniyle azalır. Bu da akımın hızını düĢürerek akım derinliğini arttırır. Hidrolik sıçrama öncesi ve sonrası akım rejimleri arasında yanda verilen bağıntı bulunmaktadır.
Yatay – Dikdörtgen Kanallarda
*Chow, Sf 394

7. Hidrolik Sıçrama Tipleri
F1=1.0-1.7 : Su yüzeyinde dalgalanmalar gözlenir, dalgalanmalı sıçrama oluĢur.
USBR Tarafından Yapılan ÇalıĢmaların Sonuçları

8. Hidrolik Sıçrama Tipleri
USBR Tarafından Yapılan ÇalıĢmaların Sonuçları
F1=1.7-2.5 : Su yüzeyinde küçük çalkantılar oluĢur ancak akıĢ aĢağısı su yüzeyi düzgün kalır, zayıf sıçrama oluĢur.

9. Hidrolik Sıçrama Tipleri
USBR Tarafından Yapılan ÇalıĢmaların Sonuçları
F1=2.5-4.5 : Salınımlı bir su jeti tabandan yüzeye ve tekrar tabana doğru düzensiz bir Ģekilde hareket eder. Her salınım yüzeyde büyük ve düzensiz dalagalar oluĢturur. Bu dalgalar uzun mesafeler boyunca devam eder ve Ģevlere önemli zararlar verebilir. Salınımlı sıçrama oluĢur.

10. Hidrolik Sıçrama Tipleri
USBR Tarafından Yapılan ÇalıĢmaların Sonuçları
F1=4.5-9.0 : Yüksek hızlı su jeti sürekli aynı yolu izler. Bu sıçrama tipi mansap etkilerinden en az etkilenen tiptir. Sönümlenen enerji %45-70 mertebesindedir. Kararlı sıçrama oluĢur.

11. Hidrolik Sıçrama Tipleri
USBR Tarafından Yapılan ÇalıĢmaların Sonuçları
F1>9.0 : Yüksek hızlı jet sıçramanın ön yüzünde aralıklı darbe etkileri yaratır ve akıĢ aĢağısında dalgalı bir yüzey oluĢturur. Sönümlenen enerji %85 mertebesindedir. Kuvvetli sıçrama oluĢur.

12. Hidrolik Sıçramanın Temel Karakteristikleri Enerji Kaybı Δ퐸=퐸1−퐸2= 푦2−푦134푦1푦2 Verim 퐸2 퐸1= 8퐹12+132 −4퐹12+18퐹122+퐹12 Sıçrama Yüksekliği (hj = y2-y1) ℎ푗 퐸1= 푦2 퐸1− 푦1 퐸1 ℎ푗 퐸1= 1+8퐹12−3 퐹12+2

13. Sıçrama Uzunluğu Sıçramanın oluĢtuğu nokta ile yüzey çalkantılarının bittiği yer arasındaki mesafe sıçrama uzunluğu olarak adlandırılabilir.

14. Sıçrama – Enerji Sönümleyici Olarak Enerji kırıcı havuzlarda, havuzu kısaltabilmek ve sıçramayı kontrol etmek amacıyla kontrol yapıları kullanılır. Kontrol yapıları ile, sönümleme kapasitesi arttırılır, sıçrama düzenlenir ve bazı durumlarda güvenlik faktörü arttırılır.

15. Sıçrama – Enerji Sönümleyici Olarak Sıçrama sonrası derinlik ile havuz çıkıĢı su derinliğinin aynı olması durumu: Havuz taban kotu dere yatağı ile aynı olacağı için sıçramanın oluĢtuğu bölge düzdür. Oyulma açısından ideal durumdur. En önemli sorun, kabul edilen değerler ile gerçek değerler arasındaki ufak farklılıklar nedeniyle sıçrama mansaba kayabilir.
Tasarım Ġçin Kontrol Edilmesi Gereken Etmenler – Sıçrama Durumu

16. Sıçrama – Enerji Sönümleyici Olarak Sıçrama sonrası derinliği, havuz çıkıĢı su derinliğinden fazla olması durumu: Sıçrama akıĢ aĢağıya kayar. Bu durumdan kaçınılmalıdır, aksi takdirde dere yatağında oyulmaya yol açar.
Tasarım Ġçin Kontrol Edilmesi Gereken Etmenler – Sıçrama Durumu

17. Sıçrama – Enerji Sönümleyici Olarak Sıçrama sonrası derinliği, havuz çıkıĢı su derinliğinden az olması durumu: Sıçrama akıĢ yukarıya kayar ve sonunda sıçramayı boğabilir. Bu durumda batık sıçrama oluĢur. Tasarım anlamında en güvenli durumdur, ancak verimi düĢüktür.
Tasarım Ġçin Kontrol Edilmesi Gereken Etmenler – Sıçrama Durumu

18. Enerji Kırıcı Havuzlar EĢlenik sıçrama derinliği giriĢ derinliğinin 2 katı mertebesindedir, ya da kritik derinlikten %40 civarında daha fazladır. ÇıkıĢ hızı giriĢ hızının yarısı ya da kritik hızın %30 daha azı mertebesindedir. Bu durumda, kanal kaplaması uzunluğu derinliğin değiĢmeye baĢladığı noktadan itibaren 4 d2’den kısa değilse ayrıca bir düĢü havuzu ya da sönümleyici bloklara ihtiyaç yoktur.
F1 < 1.7

19. Enerji Kırıcı Havuzlar Akım sıçrama öncesi (zayıf sıçrama) karakterindedir. EĢik ve sönümleyici bloklara ihtiyaç bulunmamaktadır. Havuz boyu sıçrama uzunluğuna göre belirlenmelidir.
1.7 < F1 < 2.5 (USBR Type I)

20. Enerji Kırıcı Havuzlar Akım geçiĢ akımı (salınımlı sıçrama) karakterindedir. Bu akım tipi için tasarlanan enerji kırıcı havuzlar, dalga etkisini tam olarak kontrol edemediği için en az etkin olanlardır. Dalga hareketinin tam anlamıyla sönümlenebilmesi için ek çözümlere ihtiyaç duyulmaktadır. Sıçramanın havuz dıĢına kaymasını önlemek ve dalga etkisini azaltabilmek amacıyla, eĢlenik derinlik hesaplanandan %10 fazla olmalıdır.
2.5 < F1 < 4.5 (USBR Type IV)

21. Enerji Kırıcı Havuzlar
2.5 < F1 < 4.5 (USBR Type IV)

22. Enerji Kırıcı Havuzlar Akım kararlı sıçrama karakterindedir. ġüt blokları, sönümleme blokları ve eĢikler sıçrama uzunluğu kısaltılmasına, ayrıca sıçramanın mansaba kaymasına karĢı da ek bir güvence sağlanmasına yarar. Enerjinin kırılması, sönümleme bloklarına ve sıçrama ile oluĢan türbülansın etkinliğine bağlıdır. Bu tip havuz, sönümleme bloklarının üzerine gelecek çarpma kuvvetinin büyüklüğü ve havuz tabanı ile bloklar arasında oluĢabilecek kavitasyon nedeniyle 15 m/s ile sınırlanmıĢtır.
F1 > 4.5 ve V1 < 15 m/s (USBR Type III)

23. Enerji Kırıcı Havuzlar
F1 > 4.5 ve V1 < 15 m/s (USBR Type III)

24. Enerji Kırıcı Havuzlar Akım kararlı sıçrama karakterindedir. GiriĢ hızının 15 m/s’yi aĢtığı durumlarda ya da sönümleyici blokların kullanılmadığı durumlarda yapılabilir. Enerji sönümlenmesi aslen hidrolik sıçrama ile oluĢacağından USBR Type III’den daha uzundur. Sıçramanın havuz dıĢına kaymasını önlemek amacıyla, eĢlenik derinlik hesaplanandan %5 fazla olmalıdır.
F1 > 4.5 ve V1 > 15 m/s (USBR Type II)

25. Enerji Kırıcı Havuzlar
F1 > 4.5 ve V1 > 15 m/s (USBR Type II)

26. Enerji Kırıcı Havuzlar Havuzlarda salınım, sıçrama ve dalgalanma gibi etkenlerden kaynaklı olarak suyun duvarı aĢmaması için uygun bir hava payı bırakılmalıdır. Suyun yüzeyindeki bozulmalar sıçrama ile kırılan enerji miktarı ve su derinliğine bağlıdır. Enerji kırıcı havuz duvar kotları için gerekli hava payı  0.1*(V1+d2)
Duvar Hava Payı

27. Enerji Kırıcı Havuzlar
AnroĢman Koruma AnroĢman boyutu tabandaki akım hızına göre belirlenir. Tabandaki hız bilinmiyorsa ortalama hız da kullanılabilir. AnroĢman içerisinde belirlenen boyuttaki malzemeler çoğunlukta olmalıdır. AnroĢman tabakası en büyük boyuttaki kayanın en az 1.5 katı olmalıdır. AnroĢman tabakasının altına farklı boyuttaki çakıllardan yatak yapılması faydalı olacaktır. Çakıl boyutunun yukarıya doğru artması gerekmektedir.

28. Düz ve DiĢli Batık YuvarlatılmıĢ EĢik Enerji kırılması yapı nedeniyle oluĢan 2 tip çevrinti (etek çevrintisi ve yer çevrintisi) ile oluĢur. Düz eĢik 1933 yılında geliĢtirilmiĢtir. Ġlk olarak 85 m yüksekliğindeki Grand Coluee Barajı’nda kullanılmıĢtır. DiĢli eĢik ilk olarak 1945 yılında 36 m yüksekliğindeki Angostura Barajı’nda kullanılmıĢtır ve düz eĢiklerin geliĢtirilmiĢ halidir. 1977 yılında USBR tarafından diĢli eĢik yapısının her durumda kullanılmasının uygun olmadığı, belli sınırlar dahilinde kullanılması gerektiği belirlenmiĢtir.
USBR Type VII

29. Düz ve DiĢli Batık YuvarlatılmıĢ EĢik Kuyruksuyu seviyesi iyi bir sıçrama oluĢturmayacak kadar yüksek ise bu tip sistemler kullanılabilir. Düz eĢiklerde (A) akım yukarı doğru yönlendirilir ve yüzeydeki dalgalanmalar fazla olur. Bu durumda eĢik çıkıĢındaki dere yatağı malzemesi eĢik içerisine doğru çekilebilir. DiĢli eĢiklerin (B) çıkıĢındaki su derinliği çok az ise türbülanslı akım akıĢ aĢağı kayabilir, çok fazla ise su jetinin suya dalması nedeniyle dere yatağında oyulma oluĢabilir. Yüksek performans için belirlenen alt ve üst limitlerin aralığı daha dardır.
Performans

30. Düz ve DiĢli Batık YuvarlatılmıĢ EĢik
Performans

31. Düz Batık YuvarlatılmıĢ EĢik EĢik kısmı genelde 45 derece kullanılır ancak 30 dereceye kadar çekilebilir.

32. DiĢli Batık YuvarlatılmıĢ EĢik Akımın bir kısmı diĢlerin arasından geçerek yüzeydeki bozulmaların daha az olmasını sağlar. Bu tipte önemli malzeme taĢınması gözlenmez. DiĢlerin aralıklı olması, eĢiğin içine bir Ģekilde gelen malzemelerin temizlenebilmesini de sağlar. Enerji sönümleme verimliliği düz eĢikten daha yüksektir.

33. DiĢli Batık YuvarlatılmıĢ EĢik
DiĢli EĢik Akım Durumları
A: Akım yukarı doğru B: Normal iĢletme hali
C : Akım yatağı süpürüyor D: C’nin aynısı, yer çevrintisi jeti kaldırıyor ve devre tekrarlanıyor

34. DiĢli Batık YuvarlatılmıĢ EĢik Birçok tasarım mevcut deneyler sonucu oluĢturulan grafikler kullanılarak yapılabilir. Yeni model deneyi gerektiren durumlar: ĠĢletme durumunun sınır Ģartlarda olması Birim debinin yaklaĢık 50-55 m3/s’nin üzerinde olması EĢikteki su hızının 22-23 m/s’nin üzerinde olması Dolusavak çıkıĢında girdapların oluĢma olasılığı söz konusu ise AkıĢ aĢağısında oluĢacak dalgalanmalar problem yaratıyorsa
Tasarım

35. Düz ve DiĢli Batık YuvarlatılmıĢ EĢik
DiĢli EĢik Hesap Örneği
R=0.62*(dt+ht)=1.75m 푅 푑푡+ 푉푡 22푔 =0.62 Max=8.5*dt=4.92m Min=4.5*dt=2.60m Ort=3.76m EĢik=56.60-3.76=52.84m