Su Yapıları II Su Alma Yapıları

Transkript

1 Su Yapıları II Su Alma Yapıları Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü Yozgat Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 1 Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü

2 Su Alma Yapıları Akarsu ve baraj gölü gibi su kaynaklarından suyu alıp iletim sistemlerine veren yapılara su alma yapıları ve bu yapıların giriş kısmına su alma ağzı yada priz denir. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 3 Su Alma Yapıları Görevleri Suyu düzenlemek Kontrol etmek Yer seçimi Topografya Jeoloji Ekonomi Ana yapının tipi Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 4

3 Su Alma Yapıları Bir su alma yapısının tasarımında dikkate alınacak kriterler: İhtiyaç duyulan su miktarı her zaman alınmalı Taşkınların gerek iletim sistemine, gerekse diğer yapılara zarar vermesi önlenmeli Yüzen cisimlerin iletim sistemine girişi önlenmeli Katı maddelerin iletim sistemine girişi önlenmelidir Balıkların iletim sistemine girişi engellenmelidir Su alma yapısındaki yük kayıpları az olmalıdır Gerektiğinde alınacak su miktarı denetlenebilmeli ve ölçülebilmelidir Su alma yapısının işletme ve bakımı kolay olmalıdır Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 5 Sınıflandırma Yapı durumuna göre, Akım durumuna göre, Yapı durumuna göre Akarsu yatağından doğrudan su alma, yerçekimi (cazibe) pompalı Akarsudan bir kabartma tesisi ile su alma Bağlama Baraj Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 6

4 Akarsuyun akış rejimi düzgün, yatağı kararlı, su seviyesi değişmiyorsa ve ayrıca alınacak su miktarı akarsu debisine göre çok küçük ise bir kabartma tesisi yapılmaksızın akarsudan doğrudan su alınabilir. Bu durumda suyu alıp istenen yere yerçekimi ile götürmek mümkün değilse suyun pompalı bir sistemle alınması yoluna gidilir. Pompalı sistemlerde emme başlığı genellikle akarsu ile bağlantılı olan bir kuyuya yerleştirilir Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 7 Akarsudan doğrudan su alma sistemleri taşkınlar ve katı maddeler açısından tam güvenli değildir. Fakat ucuz olabildikleri için bazı durumlarda kullanılırlar. Akarsularda su seviyesi genellikle sabit değildir. Bu bakımdan elektrik üretimi ve sulama gibi büyük tesislerde belirli bir debiyi her zaman güvenle alabilmek için genellikle bir kabartma tesisi yapılması gerekir. Eğer her mevsim yeterli suyu alabiliyorsa, bağlama ile su alınır. Su ihtiyacını karşılamak için ise biriktirme yapmak şart ise baraj yaparak su alınır. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 8

5 Sınıflandırma Akım durumuna göre Serbest yüzeyli su almalar Yandan su alma Tabandan su alma Karşıdan su alma. Basınçlı su almalar, Yapı gövdesinden su alma Yamaçtan su alma Tabandan su alma Kuleli su alma Kuyulu su alma. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü Q a Q u 1. Dalgıç Perde. Kaba Izgara 3. Giriş Eşiği 4. Çökeltim Havuzu 5. Yıkama Kanalı 6. İnce Izgara 7. Izgara Temizleme Platformu 8. Yedek Kapak. bağlama Q a Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 10

6 Serbest Yüzeyli Su Almalar Giriş Eşiği: Su alma ağzını akarsu tabanından yüksekte tutarak sürüntü maddesi girişini engelleyen 0.50 m yüksekliğinde bir eşiktir. Dalgıç perde: Sudaki yüzen maddelerin su alma ağzından girişini engelleyen bir elemandır. Ayrıca büyük taşkınlarda fazla suyun su alma yapısına girişini önler. Dalgıç perde en az 0.40 m suya batırılır. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 11 Serbest Yüzeyli Su Almalar Giriş Izgaralar: Su içinde taşınan maddelerin iletim sistemine girişini engellemek için konurlar. Lama demirlerinin kaynak edilmesi ile yapılabilecekleri gibi, borulardan veya profil demirlerinden de yapılabilirler. Alınacak suya ve çökeltim havuzu özelliklerine göre iri ve ince ızgaralar konur, Ayrıca balık girişlerini engellemek için ızgaralar gereklidir. Kaba ızgaralar 10 ile 30 cm aralıklı, ince ızgaralar 3-4 cm aralıklı düzenlenir. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 1

7 Serbest Yüzeyli Su Almalar Kapaklar ve ayaklar: Giriş ağzını tamamı ile kapatmak için kapaklar öngörülür. Giriş ağzı geniş ise kapak sayısı birden çok yapılabilir. Bu durumda kapakların aralarına köprü ayağı seklinde ayaklar konur. Ayrıca karşıdan karşıya geçişleri sağlamak için ayakların üstüne bir servis köprüsü yerleştirilir. Düz ve radyal kapak türleri en çok kullanılan kapaklardır. Kapakların elektrikle çalıştırılması işletme açısından uygun olmaktadır. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 13 Serbest Yüzeyli Su Almalar Çökeltim havuzu: Giriş ağzından girebilen askı halindeki maddeleri tutmaya yarayan bir havuzdur. Yıkama kanalı: Çökeltim havuzunun temizlenmesini sağlayan kanaldır. Ön kısmında bir kapak bulunur. İçindeki akım hızı en az m/s olabilecek şekilde bir eğim seçilir. Açık kanal şeklinde yapılabildiği gibi kutu menfez veya büz şeklinde de düşünülebilir. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 14

8 Serbest Yüzeyli Su Almalar Çökeltim havuzu eşiği: Çökeltim havuzu sonuna yüksekliği 0.7 m den az olmayan bir eşik konarak havuzda çökelen maddelerin iletim sistemine girmesi önlenir. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 15 Serbest Yüzeyli Su Almalar Geçiş Kanalı ve Dönüşler: Geçiş kanalı (rakortman) dikdörtgen kesitli bir çökeltim havuzundan yamuk kesitli bir iletim ana kanalına geçişi sağlar. Geçiş kanalı şekli planda düz bir çizgi veya eğri şeklinde olabilir. Öte yandan su alma yapısında doğrultu değişiklikleri uygun yarıçaplı dönüşlerle (kurplarla) sağlanır. a b V 1 V a Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 16 b

9 Ölçüm Savağı: İletim sistemine giren su miktarını ölçmek için geçiş kanalından sonra yamuk kesitin başladığı yerde bir ölçüm savağı konur ve bu amaçla genellikle Parshall (Parşal) Savağı adı verilen bir savak kullanılır. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 17 Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 18

10 Parshall Savağı Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 19 Parshall Savağı Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 0

11 Parshall Savağı Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 1 Çevre Duvarları: Bütün bu su alma yapılarını çevreleyen ve istinat duvarı şeklinde çalışan çevre duvarları, su seviyesinden biraz daha yüksek yapılarak ilgili yapılar korunur. Yük Kayıpları: Serbest yüzeyli su almaların yük kayıpları, akım nehir rejiminde olduğu için kontrol kesiti iletim kanalının sonu alınarak mansaptan membaya doğru hesaplanır. Bu yük kayıplarının hassas olarak hesaplanması ile su alma ağzında gerekli olan kabartma kotu bulunur. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü

12 Sürekli yük kayıpları, akışın hidrolik eğimi ile kanal uzunluğu çarpılarak bulunabilir. Burada hidrolik eğim yerine çoğu zaman kanalın taban eğimi alınabilmektedir. Su alma kanalındaki bütün kesitlerde Q=A.V bağıntısı geçerlidir. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 3 Yersel yük kayıplarının hesabı aşağıda gösterilmiştir. Bütün bu kayıplar o kesitteki hız yüksekliğinin bir katsayı ile çarpımı şeklinde ifade edilebilir. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 4

13 Parshall Savağı Yük Kaybı: Parshall savağı, yük kaybı büyük değerlere ulaşabilmektedir. Q su alma debisine bağlı olarak B savağın boğaz genişliği seçilerek önce savak boyutlandırılır. Yük kayıpları bu boyutlara göre: H c Vc V h1 0. Hc 0.4 g : kritik akım durumu için enerji yüksekliği, V : Q debisi için ana kanaldaki hız V c g : kritik durumdaki hız, : yerçekimi ivmesi H c = 1.5 h c h c : kritik akım derinliği Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 5 Geçiş Kanalı Yük Kaybı Düz çizgi şeklindeki geçiş kanalında yük kaybı: h K g V1 V g V 1 ve V : geçiş kanalı başında ve sonundaki hızlar, K g : kayıp katsayısı (daralma için 0.3 ve genişleme için 0.5 alınabilir), Geçiş çizgisinin kanal ekseni ile yaptığı açı 15 ile 7 arasında alınabilir. Buna göre geçiş kanalının uzunluğu hesaplanır. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 6

14 Dönüş Yük Kaybı Dönüşlerde kesit değişimi varsa: h 3 V1 V 0. g Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 7 Çökeltim Havuzu Eşiği Yük Kaybı Q.88 B h 3/ 4 h h 3 1/ 4 h : çökeltim havuzu sonundaki su derinliği B : çökeltim havuzu sonundaki genişlik Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 8

15 Kapak Yuvaları Yük Kaybı h 5 V 1. (1 ) g b h b h1 y h 0.eb 1 a a 3 a V :akım hızı B : girişteki akım genişliği h : girişteki su derinliği e b V Eğer d> 0. e ise y = 0. e d< 0. e ise y = d Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 9 d Dalgıç Perde Yük Kaybı Q : Dalgıç perde altından geçen debi a ve b : Dalgıç perde altında kalan akım alan Q h6 ab 1 g b Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 30

16 Giriş Eşiği Yük Kaybı h 7 1 V V g 1 = 0.75 alınabilir Bu kayıp çok küçük olduğundan pratikte ihmal edilebilir. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 31 Izgara Kaybı 4/3 s V h8 sin b g : şekil katsayısıdır (ızgarada kullanılan malzemenin şekline bağlıdır). b : ızgara çubuk aralığı, s : ızgara çubuk kalınlığı, : ızgara eğim açısıdır. Yukarıda yazılanlardan başka elemanlar kullanılmışsa onların da Yük kayıpları benzer bağıntılar ile bulunur. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 3

17 Izgara Kaybı h V x x S S S b b x x Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 33 Yandan Su Alma Klasik su alma da denilen su alma en yaygın kullanılan türüdür. Yapılan serbest yüzeyli su almaların %95 i bu tiptir. Akarsuyun yalnız bir noktasından su alınacaksa bir kıvrımın dış tarafından su alınır. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 34

18 Yandan Su Alma B A J y T 1 T B Kesit C Merkezkaç kuvvetin etkisi ile: r : kıvrımın yarıçapıdır. J y V r g Bu eğimden dolayı üstten dışa doğru sekonder bir akım oluşur. Bu durum tabandaki katı maddelerin kıvrımın içine doğru sürüklenmesine sebep olur. Kıvrımın dışından su alarak sürüntü maddelerinin girişi engellenir. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 35 Yandan Su Alma Yandan su almada giriş ağzı kesiti Q=VA süreklilik denklemine göre boyutlandırılır. Dalgıç perdeli su almalarda giriş hızı orifis denklemi ile belirlenir. Burada hız genellikle m/s arasında seçilir. Suyun su alma ağzına girişini kolaylaştırmak (suyu yönlendirmek) için ayırma duvarı yapılır. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 36

19 Yandan Su Alma Ayrıca daha önce sözü edilen eşik, ızgara, çökeltim havuzu ve bunun gibi tesisler de eklenir. Su alma ağzının ekseni ile akarsu ekseni arasındaki açı dar açı şeklinde düzenlenerek akışa uygun hale getirilir. Bu açı genellikle 0-60 arasında seçilir. Su alma ağzının girişinde yan duvarların ve varsa orta ayakların çevrintilere ve yük kayıplarına sebep olmaması için akıma uygun biçimde köşelerinin yuvarlatılması gerekir. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 37 Tabandan Su Alma Akarsu yatağı eğiminin büyük olduğu (% 5 den fazla) durumlarda özellikle vahşi dere kesimlerinde tabandan su alınır. Tabandan su alma bağlamanın üstüne konan bir sistemdir. İlk defa Tirol'da kullanıldığı için buna Tirol tipi su alma da denir. Bu tür sayesinde katı madde girişi daha iyi kontrol edilebilmektedir. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 38

20 YSS OSS ASS Izgara 0.5 t Qa t L Toplama Kanalı Q o Q u Q a Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 39 Bağlama üzerindeki ızgaralar yatayla lik açı yapacak şekilde konarak büyük parçaların ızgara aralarında kalması önlenir. Alınan debi, Q= c B L gh 3 a 3/ c 0.6 (Cos ) d a B L c a d : ızgaranın akımı büzme katsayısı (biçim katsayısı), : ızgaraların yatayla yaptığı açı, : ızgaralı kesitin genişliği, : ızgaralı kesitin uzunluğudur. : ızgara katsayısıdır; : ızgara aralığı, : ızgara kalınlığıdır Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 40

21 Izgara biçim katsayısı dikdörtgen şeklindeki enkesiti olan ızgaralarda = Üst tarafları yuvarlaklaştırılmış dikdörtgen kesitlilerde , Üst tarafları top seklinde daha geniş tutulmuş biçimlilerde alınır. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 41 Izgara kesitinin başlangıcındaki su yüksekliği: h Kho 3 h o : bağlama başlangıcındaki enerji yüksekliğidir. 3 h o = h k q h k = g Bu değer yaklaşık olarak su napına eşit alınabilir. 1/ K Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 4

22 Bu su alma türünde su alma kanalının derinliği, en büyük su derinliğinden % 5 daha fazla tutulur. Kanal genişliği ise su derinliği kadar seçilir. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 43 Karşıdan Su Alma Tabandan su almada küçük çaplı parçacıklar su alma ağzına girebilmektedir. Bunu önlemek için çakıl geçidinin üstünde bir kiriş şeklinde su alma yapısı düzenlenir. Böylece ince maddelerin girişi de azaltılmış olur. Girişteki ızgaralar eğimli konarak temizlenmeleri kolaylaştırılır. Su alma kirişinden alınan debi, kirişin altındaki kapağın şekline ve diğer bir takım özelliklerine bağlıdır. Buradaki kapaklar düz veya radyal kapak biçiminde olabilirler. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 44

23 Yıkama kanalı Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 45 Basınçlı Su Almalar Elemanlar ve Fonksiyonlar Basınçlı su almalarda katı maddelerin su alma ağzına girmesini önlemek için tabandan bir miktar yukardan su almak gerekir. Basınçlı su almalarda debi QCA gh C : akış katsayısıdır ve sürtünmelere bağlı olarak da ifade edilebilir, A : yapının çıkış kısmındaki enkesit alanı, H : su almadaki memba ve mansap su seviyeleri farkıdır. Barajlarda su alma yapısı projelendirilirken, proje yükü olarak su alma yapısı ile hazne su seviyeleri arasındaki farkın yarısı alınır. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 46

24 Basınçlı su almalarda iletim sistemi bir boru veya bir tüneldir. Su alma sistemindeki elemanlar: Su Alma Ağzı: Giriş de denen bu kısım yapının türüne göre yatay, düşey veya eğimli yapılabilir. Genellikle kare enkesitli betonarme bir yapıdır. Giriş kısmı yük kayıplarını azaltmak için köşeli yapılmaz. En çok çanağzı şeklinde düzeltilmiş giriş biçimleri kullanılır. Barajlarda su alma yapısı, Ölü hacmin üst kotunda yapılır. Izgaralar: Çubuklardan veya lamalardan yapılan ince ve kalın ızgaralar su alma kısmına kati cisimlerin ve balıkların girişini önlemek üzere konurlar. Bu ızgaraların tiplerini ve açıklıklarını suyun kullanılma amacı, suyun taşıdığı kati maddeler, su alma borusu veya tünelinin çapı gibi unsurlar belirler. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 47 Kapaklar ve Vanalar: Girişler genellikle kapak ve vanalarla kontrol edilirler. Su yükü 30 m ye kadar olan durumlarda bu tip kapaklar akımı düzenleyici olarak kullanılırlar. Fakat daha büyük yüklerde girişte yalnız onarım ve kontroller için kapaklar konur ve bunlara yedek kapak denir. Hidrostatik basıncın doğurduğu sürtünme ve kapağın kendi ağırlığı, kapak tipini ve kaldırma mekanizmasını belirler. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 48

25 Küçük yük ve küçük kesitlerde sürgülü kapaklar kullanılır. Bunlar genelde elle çalıştırılır. Orta büyüklükteki kapaklar için motorla çalışan sistemler gerekir. Yüksek su yükleri altında veya alçak yükler ve fakat büyük kesitler için silindir kapaklar kullanılır. Ayrıca bu amaçlarla radyal kapaklar da yaygın olarak kullanılmaktadır. Vana olarak çeşitli türler kullanılmakla birlikte, kelebek ve konik vana çok karşılaşılan tiplerdir. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 49 Borular ve Enkesit Değişmeleri: Yüksek basınç altında çalışan cebri borular veya bu amaçla yapılan tüneller, hidrostatik su basıncına ve dinamik yüklere dayanıklı olmalıdır. Genellikle çelik olan bu borular bazen bir galeri içine yerleştirilir. Su alma ağzı düşey ise, düşey şaftın yatay boruya bir dirsekle uygun bir biçimde bağlanması gerekir. Yük kayıpların azaltmak için basınçlı sistemlerin darlaştırma ve genişlemeleri tedrici yapılır. Darlaştırmada en büyük darlaştırma açısı gd Tg V V ve D darlaşan kısmın baş ve sonundaki ortalama hız ve çap değerleridir. Genişlemelerde yukarıdaki bağıntıdan bulunan açısının yarısına eşit olan açı en büyük açıyı belirler. Başka bir deyim ile genişlemelerde daha küçük açılar kullanılır. Genellikle bu açı 10 yi geçmez. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 50

26 Diğer Elemanlar: Yukarıda sözü edilenlerden başka bir takım dirsek, T parçası, kollara ayrılma, birleşme, kare kesitten daire kesite geçiş gibi elemanlar gerekli olan yerlerde kullanılır. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 51 Yük Kayıpları Basınçlı su almalarda sürekli yük kayıpları: f L V h k = D g f : Darcy-Weisbach sürtünme katsayısı, L : boru boyu, D:boru çapı, V:akım hızı ve g:yerçekimi ivmesidir. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 5

27 Yük Kayıpları Bu amaçla Manning denklemi de kullanılabilir. Yersel yük kayıpları için her bir elemanda ayrı ayrı hesap yapmak gerekir. Bir su alma ağzındaki bütün kayıplar şekilde gösterilmiştir. Yaygın olarak karşılaşılan yersel yük kayıpları şekilden de görüldüğü gibi ızgara, giriş, dirsek, daralma, genişleme, kapak ve çıkış elemanlarından kaynaklanır. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 53 Yaygın olarak karşılaşılan yersel yük kayıpları şekilden de görüldüğü gibi ızgara, giriş, dirsek, daralma, genişleme, kapak ve çıkış elemanlarından kaynaklanır. h L H T Kuyulu Su Alma Ağzı şeması ve Yük Kayıpları Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 54

28 Giriş Kaybı: 1 V V h1 1 K g c g g Giriş biçimine göre 0.63 ile 0.93 arasında değerler alır. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 55 Izgara Yük Kaybı: V A n A n h =K K g A b A b V ızgaralar arasındaki alanda akımın hızı K 1 katsayısıdır kayıp A n ve A b, sıra ile ızgaralar arasındaki net ve ızgaralarla onları taşıyan kısımların brüt alanıdırlar. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 56

29 Dirsek Yük Kaybı: Dirsek eğrilik yarıçapına daha doğrusu r/d ye, enkesit şekline ve dirsek açısına bağlıdır. Daire kesitli dirsekler için h r g90 Bu denklem KV /(g) şeklinde de yazılabilir. dirsek açısıdır D V Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 57 Kesit daralması yük kaybı: A V h4 Kd1 A 1 g K d : ani daralmalarda 0.4-0,5, geçişli daralmalarda alınır. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 58

30 Kesit genişlemesi yük kaybı: h K A V -1 K (V -V ) 1 5 g g A1 g g K g : ani genişlemede değeri 1, geçişli genişlemede genişleme açısına bağlı olarak alınır Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 59 Kapak ve Vanalar: Kapak ve vanaların çeşitli tipleri vardır. Ayrıca bunların tam açık ve yarı açık olmalarına göre kayıpları değişmektedir. Bununla birlikte genel olarak söz konusu kayıplar genel formda, h V K g 6 k K k : kayıp katsayısı 10 ile.5 arasında değerler alabilmektedir. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 60

31 Çıkış yük kayıpları: h V K g 7 c K c : serbest çıkışlı durumlarda 1 olarak alınır. Bu kayıp katsayısını azaltmak için çıkış tedrici olarak genişletilir. Bu durumda: K c = (A 1 +A )/ bağıntısından bulunur. A 1 ve A genişlemenin başlangıç ve sonundaki enkesit alanlarıdır. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 61 Diğer kayıplar: Diğer kayıplar genel forma uygun olarak h 8 V K g K parçanın türüne göre değişir. Söz gelişi standart bir T için K= 1.8 alınabilir. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 6

32 Yapı Gövdesinden Su Alma Yapı gövdesinden bir boru vasıtasıyla su alınabilir. Köşeli Yabancı cisimlerin girişini önlemek için ızgaralar ve su almayı kontrol etmek için bir kapak konulur. Girişteki yük kayıplarını azaltmak için keskin köşeler düzeltilir. Genellikle çanağzı şeklinde düzeltmeler yapılır. Düzeltme eğrilerinin denklemleri daire ve kare kesitliler için : D 4x 44.4y B x 10.4y D ve B sıra ile daire ve karenin çap ve genişliğidir Çanağızlı Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 63 Köşeli ve çanağzı şeklinde düzeltilmiş giriş biçimleri şekilde verilmiştir. x ve y şekilde gösterilmiştir. Yapı gövdesinden su alma beton barajlarda yaygın olarak kullanılır. Kapak arkasında borunun su ile dolması sırasında içindeki havanın boşalmasını sağlayacak, ve işletme sırasında girişe sürüklenecek hava kabarcıklarını dışarı atacak bir hava borusu bırakılır. Bu hava bacasının alanı çıkış borusu ızgara A-A Makara dizisi alanının 0.1 veya 0. si kadar olmalıdır. A A Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 64

33 YAMAÇTAN SU ALMA Yapı gövdesinden su alma, özellikle dolgu baraj gibi yapılarda istenmez. Çünkü yapıda titreşimler ve oturmalar meydana gelir. Bu tip yapılarda yamaçtan su alma yapısı düzenlenebilir. İnşaat sırasında yapılan derivasyon tünelleri işletme için su alma yapısı olarak kullanılırsa ekonomi sağlanır. Yalnız bu durum projelendirmede dikkate alınarak her iki fonksiyonu yerine getirmesi için gerekli düzenlemeler yapılır. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 65 Tabandan Su Alma Küçük projelerde ucuz oldukları için tabandan su alma sistemleri kullanılır. Bu tipler özellikle içme suyu çok kullanılır. Baraj veya bağlama olmaksızın kullanılabilmeleri ve akarsu ulaşımına engel olmamaları seçimlerinde etkili olur. Bu tipler ister akarsudan doğrudan su alsınlar, ister bir baraj haznesinden su alsınlar, katı maddelerin girişine engel olmaları için yatak tabanından bir miktar yüksekte yapılmalıdırlar. Bu tiplerin en önemli sakıncası kapakların bakım ve onarımının kolay olmamasıdır. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 66

34 Tabandan Su Alma Izgaralar Esnek bağlantı kalaslar ızgaralar Kaya dolgu Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 67 Kuleli Su Alma Topoğrafik şartlar nedeni ile yamaçtan su alınamıyorsa veya su seviyesi çok değişkense kuleli su alma sistemi kapak kullanılabilir. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 68

35 Kuyulu Su Alma Gerek yamaçtan su almada ve gerekse baraj gövdesinden su almada su ağzını kıyıdan ve baraj gövdesinden uzak tutmak için şaft girişli (kuyulu) su almalar kullanılır. Bu tiplerde kuyunun ağzı tabandan yeterince yüksek tutulmalıdır. Ayrıca dolgu barajlar içinde kullanılabilirler. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 69 Kuyulu Su Alma Su Alma Yapısı Baraj Kreti Max. SS Min. SS Şaft Tıkaç Tünel Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 70

36 Çökeltim Havuzları Çökeltim Esasları Alınacak suyun içinde bulunan askı maddelerinden arındırılması gerekir. Bu arındırma tabanda çökeltme seklinde yapılır. Çökeltme, çökeltilmesi istenen en küçük dane çapı esas alınarak gerçekleştirilir. Ölçü olarak : o o o o o alçak su kuvveti tesislerinde mm, orta ve yüksek düşümlerde mm den küçük, 100 m den fazla düşümlerde mm den küçük danelerin geçmesine izin verilir. İçme suyu tesislerinde ise 0.0 mm büyüklüğündeki daneler çökeltilir. Sulama sistemlerinde daha toleranslı olunabilir Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 71 Çökeltilecek Dane çapı: RJ D ( ) 0.06 s J : iletim kanalındaki eğim, R : hidrolik yarıçaptır. Hidrolik yarıçap bulunurken eşik ve prizlerin çökeltmeyi kolaylaştırıcı etkileri dikkate alınarak işletme debisinin yarısı ile hesap yapılır. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 7

37 Barajlı su alma sistemlerinde baraj gölü bir çökeltim görevi gördüğünden ayrıca bir çökeltim havuzu düzenlenmez. Bağlama ile su alan sistemlerin hemen hemen hepsinde bir çökeltim havuzu yapmak gerekir. Çökeltilecek dane çapına göre danelerin çökelme hızları katı madde hareketi ile ilgili bağıntı ve grafikler yardımı ile bulunabilir. Yalnız bu şekilde bulunacak çökelme hızı, bazı durumlarda türbülans etkisi dikkate alınarak azaltılmaktadır. Türbülansın çökelme hızını azaltma miktarı w' ile gösterilirse: 0.13 w kv v 0.5 h v : çökeltim havuzundaki akımın yatay hızı, k : ise türbülans katsayısıdır. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 73 Çökeltim havuzundaki akımın hızı belli bir değerden fazla olursa, çökelen daneler akım ile birlikte yeniden harekete geçer. Bu bakımdan belirli bir dane çapı için izin verilen en büyük akım hızı (Camp formülü): 0.5 V=a D o o o V : izin verilen en büyük akım hızı (cm/s), D : çökeltilmesi istenen dane çapı (mm), a : dane çapına bağlı bir katsayıdır. Bu katsayı 0.1 mm den küçük daneler için 51, 0.1 ile 1.0 mm arasındaki çaplar için 44 ve 1 mm den büyük çaplar için 36 alınır. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 74

38 Su içinde askıda bulunan maddelerin çökelebilmesi için yeterli bir havuz uzunluğu gereklidir. Havuzdaki suda bulunan bir parçacık V yatay akım hızı ile w düşey dane çökelme hızının bileşkesinde hareket ederek dibe çökelir. Su içinde en yukarıda bulunan maddeler en geç çökelir. En yukarıdaki bir parçacığın havuz içinde çökelebilmesi için, tabana inme zamanı ile havuzdaki yatay hareket zamanı eşitlenerek havuz uzunluğu belirlenebilir. Buna göre aşağıdaki eşitlik yazılır. h t w L v v L=h w h : havuzdaki suyun derinliğidir. Çökeltim havuzlarındaki yatay hız m/s seçilir. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 75 Boyutlandırma Esasları Alınan debiye ve taban durumuna göre çökeltim havuzlarının derinlikleri m arasında seçilir. Net havuz genişliği ise Q=Vbh bağıntısından bulunur. Genellikle birden çok bölmeli havuzlar kullanılır. Bu durumda net havuz genişliği bölme sayısına bölünerek her bir bölmenin genişliği bulunur. Bölme duvarlarının kalınlığı havuzun yerleştirilmesinde dikkate alınır ve brüt genişlik belirlenir. Çökeltim havuzu uzunluğu; v L h w Emniyet için hesaplanan bu değerler 1.5 ile çarpılır. Türbülans etkisi dikkate alınarak hesap yapılmışsa bu katsayı 1. ye indirilir. Özellikle kesintili havuzlarda bu emniyet faktörü dikkate alınmalıdır. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 76

39 Çökeltim Havuzu Tipleri Yıkama şekline göre Kesintili yıkanan çökeltim havuzları Sürekli yıkanan çökeltim havuzları. Plan şekline göre Dikdörtgen veya yamuk planlı çökeltim havuzları Daire planlı çökeltim havuzları. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 77 Kesintili Yıkanan Çökeltim Havuzları Bu tür havuzlar klasik tip veya Schoklitsch tipi olarak da anılırlar. Çökeltim havuzuna girişte düşük akım hızı sağlamak için su alma ağzı geniş tutulur. Havuz tabanı % 1- mertebesinde eğimli yapılır. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 78

40 Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 79 Sürekli Yıkanan Çökeltim Havuzları Dufour tipi de denen bu havuzlar sürekli yıkanabilmektedir. Bu sistem ile daha dar bir çökeltim havuzu elde edilirken, sürekli yıkama sırasında %10 kadar su kaybedilir. Girişte akımın bütün bölümlere girişini sağlamak için yönlendiriciler, ayrıca istenen yavaş akım hızını elde etmek için sakinleştiriciler kullanılır. Birkaç bölmeli olabilen bu havuzlar her bir bölmeden 4-6 m³/s geçecek şekilde boyutlandırılır. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 80

41 Sürekli Yıkanan Çökeltim Havuzları Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 81 Daire Planlı Çökeltim Havuzları Dairesel çökeltim havuzlarında planda daire şeklinde olan havuza giren su döndükten sonra başka bir yerden çıkış yapar. Bu dönüş sırasında tabanda merkezde toplanan katı maddeler, tabandaki bir delik vasıtası ile akarsuya dönerler. Sürekli yıkama yapılmakta olan bu sistemde %3 kadar su yıkama dolayısıyla kayıp olur. Daire planlı çökeltim havuzlarında taban çıkış vanası kapatıldığı zaman havuz kısa sürede kumla dolabilmektedir Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 8

42 Daire Planlı Çökeltim Havuzları Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 83 Örnek Dikdörtgen kesitten yamuğa geçişi kırık düzlem şeklinde yapılan geçiş kanalının (rakordman) boyunu ve yük kaybını bulunuz. Yapının derinliği 1.8 m, hava payı 0.4 m, dikdörtgenin genişliği 4m, yamuğun taban genişliği 3m, şev eğimi 1/1.5, geçen debi 7.5 m³/s dir. Genişlemede en küçük açı 15 alınacaktır. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 84

43 md b md d 1 m d B b Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 85 Çözüm BbmdLtg bmdb L 8.15m tg 0.7 Su derinliği : = 1.4 m Alan: A 1 = 1.4 x 4 = 5.6 m² V 1 Q m/s A Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 86

44 Çözüm Yamuk kesitte alan: A = (b + m x h) x h = ( x 1.4) x 1.4 = 7.14 m² V Q m/s A 7.14 V g = Q / A = 7.5 / 7.14 = 1.05 m/s Geçiş kanalı yük kaybı (k = 0.5 alınarak) V1 V hk k m g 19.6 Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 87 Örnek Debi 5.6 m³/s, çökeltim havuzundan sonraki su derinliği 1. m ve genişlik 6molduğuna göre çökeltim havuzu sonundaki eşik kaybını hesaplayınız. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 88

45 Çözüm QQ Q 1 Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 89 Çözüm Batmış savak denklemi: 3/ QQ1Q 1 gbhk ghk hb g.88 3/ Q.88B hk hk h 3 3/ B hk hk 1. 3 hk 0.07 m Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 90

46 Örnek Çökeltim havuzunda yatay hız 0.4 m/s, su derinliği.0 m ve genişlik 15 m olduğuna göre uzunluğu 6 m olan çökeltim havuzundaki sürekli yük kaybını hesaplayınız (betonda Manning pürüzlülük katsayısı 0.016). Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 91 Çözüm A bh m P b h m R A m P 19 1 V R J n /3 1/ => 4/3 Jn R V 4/3 4/3 4 hk JL (n R V ) L ( ) m Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 9

47 Örnek Serbest yüzeyli su almada ızgara kalınlıkları 0.0 m, aralıkları 0.10 m dir. Izgaraların yatayla yaptığı açı 75º dir. 4m³/s lik debide dalgıç perdenin altındaki akış kesiti.5.0 m² dir. Izgara ve dalgıç perdedeki yük kayıplarını bulunuz. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 93 Çözüm Qab g h k (orifis denklemi) = 0.75 h k m h k Q ab g Yaklaşım hızı: Q 4.0 V 1.06 m/s ab h 8 4/3 s V sin b g Izgaralar yuvarlak demirden olduğuna göre = / hk 1.79 sin m Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 94

48 Örnek Ortalama genişlik ve derinliği sırayla 40 m ve 0.8 m olan bir akarsuda 30 m eksen eğrilik yarıçaplı bir kıvrım bulunmaktadır. Kesitten geçen debi 40 m³/s olduğuna göre kıvrımın iki kıyısı arasında oluşacak su seviyesi farkını, kıvrımın iç ve dış tabanlarındaki hidrostatik basınçları belirleyiniz. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 95 Çözüm J y V V Q 40 r g 1.5 m/s A Jy İki kıyı arasındaki su seviyesi farkı: m d 0.1 hd m (Dış kıyıda) 0.1 hi m p h t / m² d p (iç kıyıda) h p h t / m² i i Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 96

49 Örnek Tabandan su alma sisteminde ızgara açıklığı 0.05 m, ızgara kalınlığı 0.08 m dir. Izgaralı kesitin uzunluğu 80 m, genişliği 1.5 m olduğuna göre sistemden alınacak debiyi belirleyiniz. Bağlamanın membasında su napı 1.6 m dir. (k = 0.910) Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 97 Çözüm Q cbl gh 3 = 0.75 a 0.05 d a / 3/ c 0.6 (Cos ) 0.6 (Cos10) 0.14 h k ho m 3 3 Q c BL gh m 3 3 Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 98

50 Örnek Çelik bir boruda uzunluk 500 m, hız 5 m/s ve sürekli yük kayıpları 6 m dır. Borunun çapını bulunuz. Kesit darlaştırılarak çap 0.8 m ye indirilecektir. Darlaştırma açısını belirleyiniz. (n = 0.01) Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 99 D R 4 Çözüm 1 V R J n /3 1/ 4/3 4/3 Jn R V h JL (n R V ) L 3/4 3/4 n V L D m hk 6.0 D 1.6 Q V A V m³ / s 4 4 Q Q 10.0 V 19.9 m / s A D 0.8 D D Ortalama çap: D 1.0 m Ortalama hız: V1 V V 1.45 m / s gd tg V 1.45 k Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 100

51 Örnek İletim kanalındaki taban eğimi , alınan debi 5 m³/s dir. Yamuk kesitli kanalın şev eğimi 1/, taban genişliği 1.4 m olduğuna göre beton kaplamalı kanalda çökeltilecek dane çapını bulunuz. ( s =.6t/m³, n = 0.016) Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 101 Çözüm A h (bmh) Ph 1m² b R A P A Q R J n /3 1/ /3 /3 1/ 1/ A h (b mh) h (b mh) Q R J J n n h 1m² b h (1.4h) h (1.4h) h 51.4 /3 1/ h = 1.0 m (deneme yanılma ile) h (b mh) 1.0 ( ) R 0.58 m h 1m² b RJ D m ( ) 0.06 ( ) 0.06 s Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 10

52 Örnek Çökeltilecek dane çapı 0.5 mm ve danenin çökelme hızı 100 m/saat olduğuna göre 8 m³/s lik debiyi geçiren ve genişliği 15 m olan çökeltim havuzunun uzunluğunu akımın türbülans etkisini ihmal ederek bulunuz. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 103 Çözüm D ye bağlı olarak ( 0.1 < 0.5 < 1.0) a = 44 alınabilir Q Vhb V a D cm / s Q 8 h 1.7 m V b V L h m w w 100 m / saat m / s 3600 Türbülans ihmal edildiğinden uzunluk %50 artırılabilir. L m Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 104

53 Örnek Çökeltilecek dane çapı 0.09 mm ve danenin çökelme hızı cm/s olduğuna göre 6m³/s lik debiyi geçiren üç bölmeli bir çökeltim havuzunu boyutlandırınız. Kesintili çalışacak havuzda ortalama derinlik.0 m dir. Bölme duvarı kalınlığı 0.35 m olacak ve akımın türbülans etkisi dikkate alınacaktır. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 105 Çözüm D ye bağlı olarak (0.09 < 0.1) a = 51 alınabilir V ad cm / s Q 6.0 Her bölmeden geçecek debi: Q1 Q1 Q3.0 m³/s 3 3 Her bölmenin ortalama net genişliği: Q Vhb Q b 6.54 m V h (türbülanstan dolayı çökeltme hızını azaltma miktarı) 0.13 w k V m / s V L h m w w Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 106

54 Türbülanslı akımda emniyet katsayısı 1.0 alınabilir. L m J = 0.01 seçilirse (havuz başlangıcındaki derinlik) (havuz sonundaki derinlik) L 64 h1 h m L 64 h1 h m Q VA V (bh) Q b V h (havuz başlangıcındaki genişlik) (havuz sonundaki genişlik) b b m m Brüt genişlik: B m Hava payı 0.50 m alınabilir. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü 108