อาคารสลายพลงงาน เปนอาคารชลศาสตรทไดรบการออกแบบขนเพอใหทาหนาทสลายพลงงานจลน (Kinetic Energy) จากการ

ไหลของนาดวยความเรวสง เชน การไหลลงจากฝายทดนาหรอทางนาลนของเขอน การไหลของนาผานรางเท การไหลลอดผานประตนา จะทา

การออกแบบใหอาคารสลายพลงงาน อยดานทายนาของอาคารดงกลาวเสมออาคารสลายพลงงานทดจะตองสามารถทาใหการไหลของนาทเรวน นชาลง หรอทาใหพลงงานเนองจากความเรวลดลง โดยไมทาใหอาคารหรอ

สวนใดสวนหนงของอาคารหรอคลองสงนาเสยหาย

แบบอางนานง (Stilling Basin) * ควบคมใหเกด ไฮดรอลคจ มในอาง

แบบกระแทก (Impact Type) * นาไหลพงกระทบสงกดขวาง เชน กาแพง * การไหลพงไปปะทะมวลของนาในอาง

แบบ (Bucket) * เปลยนทศทางการไหลใหพงสอากาศหรอไหลมวนตว

แบงตามลกษณะการสลายพลงงาน

ปรากฎการณทางชลศาสตร เมอการไหลเปลยนจากสภาวะการไหลทมความลกนอยแตความเรวสง (Super- critical Flow) ไปสสภาวะการไหลทมความลกมากแตความเรวนอย (Supercritical Flow)

2d

1d

jL

การไหลลงจากฝายทดนา หรอ Spillway ลงสทางนา

ธรรมชาต การไหลลอดประตควบคมนาในคลองชลประทาน

การไหลลงจาก Chute สทางนาธรรมชาต

1d

2d

1F

11 gd/V

เมอ = ความลกกอนเกดจ ม

= ความลกหลงเกดจ ม

= Froude Number ของการไหลกอนเกดจ ม

1

2

dd ( )1F81

21 2

1 −+ =

=

ผททาการศกษา สตรทเสนอ

Bakhmeteff Smetana Wu Page Chertoussov Posey

โดยประมาณ

( )12j dd5L −=

( )12j dd6L −=

( ) 16.0112j Fdd10L −=

2j d6.5L =

( ) 81.011j 1Fd3.10L −=

( )12j dd75.4L −−=

การสญเสยพลงงานของการเกด ไฮดรอลคจ มบนพนราบ

สามารถหาไดจากสมการตอไปน

เมอ = พลงงานทสญเสยไปเมอเกดจ ม

LE ( )21

312

dd4dd − =

LE

1d1V 2d1d

จ มในรป 2 (B) จะมปญหาเรองคลนยากทจะแก ปกตจะพบในการออกแบบอาคารในคลอง อาคารทดนา ทางระบายนาลนของเขอนเตย และ Outlet Works Baffle Pier หรออปกรณชวยอน ๆ ใชไมไดผลมากนก

แนวทางการแกไขทอาจทาได คอการเปลยนมตของอาคารเพอเลยงการเกดจ มในชวง Froude Number มคา 2.5 – 4.5

ถา Froude Number เพมมากขน จ มจะออนไหว (Sensitive) ตอความลกทายนา (Tailwater Depth)

มากขน เชน ถา Froude Number เทากบ 8

หรอมากกวา แนะนาวาใหใชความลกทายนามากกวา Conjugate depth มากขน เพอใหแนใจวาจ มอยในอาง

ถา Froude Number มากกวา 10 ความลก หลงเกดจ ม (Conjugate depth) จะมคามากจงตองการอางนานงทมระดบพนตา และกาแพงขางสง สาหรบทางระบายนาลนทมความสงมาก ๆ จะทาใหราคาอางนานงสงเกนไป กรณเชนน อาคารสลายพลงงาน

แบบ Bucket จะประหยดกวา

1. หาความลก (d1) และความเรวของหนาตดดานทายอาคาร เชน - หนาตดทตนฝาย - หนาตดดานทายประต

2. หาความลก (d2) จากสมการ Conjugate depth

3. เปลยนคาตางๆ ของ Q แลวหาคา d1 , V1 และ d2 ตามข นตอนท 2

4. สรางโคงความสมพนธระหวาง Q และ d2

กรณตางๆ ของโคงความลกดานทายนาเทยบกบโคงความลกหลงเกดจ ม

1d

2d

2d1d

TW

นเกดจมความลกกอ =งเกดจมความลกหล =นทายนาความลกดา =

TW

ในทางปฏบตไมนาจะมโอกาสเกดขน อาคารสลายพลงงานเปนคอนกรตเสรมเหลกธรรมดา แตตองมความยาวเพยงพอ

แบงออกไดเปน 5 กรณ

กรณท 1

เกด Drowned Jump การสลายพลงงานไมม

ประสทธภาพ

อาคารสลายพลงงานควรเปนแบบพนเอยง หรอ

แบบ Roller Bucket

แบงออกไดเปน 5 กรณ

กรณท 2

จ มจะเกดหางมากจากทายอาคารหลก

วธแกไข - กดระดบพนอาคารสลายพลงงาน

- ใชอางนานงแบบพนเอยง และทา Sill หรอสนเตยดานทาย - ใชอาคารแบบ Bucket เพอใหการไหลพงขนสอากาศ แตทองนาและตลงตองมความมนคงแขงแรง

แบงออกไดเปน 5 กรณ

กรณท 3

ใชอางนานงแบบพนเอยง และทา Sill หรอสนเตยดานทาย

ถาความเรวไมมากเกน สราง Baffle Piers และ

Dentated Sill ทพนดานทาย

แบงออกไดเปน 5 กรณ

กรณท 4

กดพนอางใหตาลง และสราง sill และสนเตยดานทาย

ในชวงปรมาณการไหลมคานอยจะเกด Drowned Jump

และสรางพนเอยงไปดานทายนาควบคกนดวย

แบงออกไดเปน 5 กรณ

กรณท 5

1. ความถของการเกด และขนาดของปรมาณนา

2. ชนดของอาคารหลก

3. ลกษณะของฐานรากและลานาดานทาย

4. ความเรวและพฤตกรรมการไหล

5. ความลก Tailwater ของปรมาณการไหลตางๆ

6. ความเสยหายและความปลอดภยของอาคารดานทาย

จากรปกราฟ จากสมการ Free board = 0.1(V1 + d1)------ฟต

Free Board

กรณนาไหลเขา Basin มความเรวสง

ออกแบบ Basin ใหกวางมากกวาทางเขา เพอ - ลด Discharge Concentration

- ลดคลนและการปนปวนดานทายของจ ม

ความกวางของ Basin

การเลอกความกวางของอางนานง จะตองพจารณาควบคไปกบ

การเลอกความยาว เพอใหไดอาคารทเหมาะสมในเชงเศรษฐศาสตร

ซง US. Corps of Engineers ไดเสนอแนะการเลอกความกวาง ไวดงน 1. จะตองไมใหเกดแรงดนยกตว (Uplift) ใตพนของอาง

มากเกนไป 2. ระดบของอางจะตองไมตาเกนไปเพอหลกเลยงการขดดน บรเวณฐานรากลกมากเกนไป 3. ความเรวของนาทไหลออกจากอางจะตองไมมากเกนไปจน กอใหเกดการกดเซาะ

ความกวางของ Basin

เมอ = 1.0 สาหรบ Basin รบนาจาก Chute

หรอ Spillway

W QK81.1 = ....... เมตร

K

= 1.3 สาหรบอาคารในคลอง

คา จะมคาอยระหวาง 4 ถง 5 ถาม Floor Block และ End sill คา เทากบ 3.0

ตาราง และ กราฟ

ความยาวของ Basin

2dL

2dL

TW มากกวา d2 ทาใหเกด Drowned Jump

d2 มากกวา TW จ มเคลอนตวออกนอก Basin

ควรมการเปรยบเทยบโคง TW และ d2

เพอใหโคง d2 ในชวง Qmin ถง Qd ไมอยเหนอโคง TW ในชวง Q เดยวกน

การใชความกวางของ Basin ทเหมาะสม จะทา d2 มคานอยลง จงไมตองลดระดบพนตาเกนไป

ปรมาณการไหลออกแบบสงสด อาจจะไมใชปจจยทใช กาหนดระดบพนอางนานงเสมอไป ซงขนอยกบปรมาณการไหล

ททาใหเกดความตางมากสด ระหวางโคง d2 และโคง TW ในชวงคาของปรมาณการไหลออกแบบ

ไมม Chute Block และ Baffle Block

ควบคมการเกดจ ม การไหลเปลยนตาแหนงเกดจ มจะเปลยนไปดวย

อางจะมความยาวมาก

ความยาวจ มหาไดจากรป ความยาวของ Basin รวมระยะกอนเกดจ มดวย เหมาะสาหรบการไหลทมฟรดนมเบอรไมเกน 2.5

2d

1d

jLL

fFLOW

ความยาว Basin jLL +=

เหมาะสาหรบเขอนขนาดสง และอาคารในคลองขนาดใหญ

เหมาะสาหรบการไหลทมฟรดนมเบอรมากกวา 4.50

ควรเผอคาความปลอดภยอยางนอย 5% ของ d2

ไมเหมาะสาหรบการไหลทมฟรดนมเบอรนอยกวา 4.0

ความยาวของ Basin หาไดจากรป

ความกวางและระยะหางของ Dentated Sill ตองเทากน และมขนาดมากสดไมเกน 0.15d2

พนรางเท หรอ Channel ของทางเขาส Basin ตองม ความลาดเทไมเกน 45 องศา

ถาความลาดเทมากกวา 45 องศา ตรงจดเชอมตอตรง

ทางเขา Basin ออกแบบพนใหโคงลงดวยรศม 4d1

เหมาะสาหรบอาคารในคลองชลประทาน และทางนาลนขนาดเลก

ส นกวาอางนานงแบบท II

ความเรวเขาส Basin ตองไมมากกวา 18 เมตร/วนาท

q ไมเกน 18.6 ม3/วนาท/เมตร

เหมาะสาหรบการไหลทมฟรดนมเบอร มากกวา 4.50

ความยาวของ Basin หาไดจากรป

ความสง ความกวาง และระยะหางของ Chute Block

ควรเทากบ d1

Chute Block ตองสงไมนอยกวา 8 นว

ความสง Baffle Block ขนอยกบฟรดนมเบอร หาไดจากรป

ความกวางและระยะหางของ Baffle Block ควรเทากบ 0.75 เทาของความสง

Baffle Block ตองอยหางจาก Chute Block

เปนระยะทาง 0.8d2

ขนาดของ End Sill หาไดจากรป

ถาพนของ Chute หรอ Channel เขาส Basin ชนกวา 45 องศา ตรงจดเชอมตอตรงทางเขา Basin ออกแบบพน ใหโคงลงดวยรศม 4d1

Chute Block ไมควรสงกวา d1 เพอไมใหยกกระแสนา ขนเหนอ Baffle Blocks

ไมจาเปนตองจดเรยง Baffle Blocks ใหเหลอมกบ

Chute Block เพราะไมกอใหเกดผลดในทางชลศาสตรมากนก

ตาแหนง ความสง และระยะหางของ Baffle Block

มความสาคญมากตอการสลายพลงงาน

ตองไมทาการลบมมตามขอบของ Chute Block , Baffle Block

และ End sill เพราะจะทาใหลดประสทธภาพการสลายพลงงาน

ลงครงหนง

เหมาะสาหรบอาคารในคลอง Outlet Work และเขอนทดนา

เหมาะสาหรบการไหลทมคาฟรดนมเบอร ระหวาง 2.5 ถง 4.0 จ มจะไมม นคง และจะเกดคลน อาจจะทาใหเกดความเสยหายแก

หนเรยงและคลองดน

ในกรณ Outlet ถาเฮดเทากบหรอมากกวา 15 เมตร ควรจะทาการศกษาจากแบบจาลอง

ความลกของ TW ควรมากกวา d2 เทากบ 5 ถง 10% เผอไมใหเกดจ มนอก Basin

ความยาวของ Basin ใชเทากบความยาวของ Natural Jump

หรอหาไดจากรป

ขนาดของ End Sill หาไดจากรป

เหมาะสาหรบการไหลทมฟรดนมเบอรระหวาง 2.5 ถง 4.5

ใชทดแทนอางนานงแบบท I และ IV

ม Chute Block , Baffle Block และ Dentated Sill

ขนาดและระยะตางๆ เปนไปตามรป

0.2h3 0.2d1

ความกวางและระยะหางของ Chute Block , Baffle

Block และซ Dentated Sill สามารถปรบไดเพอให เหมาะสมกบความกวางของอาง

ความยาวของอางท งหมด หาไดจากรป ซงเปนคานอยทสด

ฉะน นสามารถปรบเพมความยาวของอางได

เหมาะสาหรบ Pipe outlet , Pipe drop , Pipe chute

ดดแปลงไปใชกบ Open channel outlet ได

ระดบนาดานทายไมมอทธพลตอการไหล

สลายพลงงานไดดกวา Jump-type basin.

Pipe Chute and Baffled Pipe Drop

ความสงของนาในอางไมควรเกน

เพอปองกนการเกด Cavitaton ความเรวเขาอาง

ไมควรเกน 15 เมตร/วนาท

ฟรดนมเบอรไมควรเกน 9.0 และไมควรนอยกวา 4.0

ความเรวทางทฤษฎของนาทปลายทอขนอยกบความตาง ของระดบนาหนาทอกบระดบนาทปลายทอ

f2b+

แตถาทอมความยาวมาก การหาความเรวควรจะพจารณา

การสญเสยเนองจากแรงเสยดทานดวย

ขนาดอางทกวางเกนไป อาจจะทาใหลานาทพงออกจากทอ

ไหลลอดกาแพงปะทะนา ประสทธภาพการสลายพลงงาน จะลดลง โดยเฉพาะเมอ Q นอยกวา Qd

ทอกอนเขาสอางไมควรลาดชนมากกวา 15 องศา และชวงนควรมความยาวไมนอยกวา 3D

ขอบลางของกาแพงปะทะนา ตองอยระดบเดยวกบ

ระดบทองทอ

ดานทายมการเรยงหนปองกนการกดเซาะ ขนาดหนประมาณ ความหนาของช นหนไมนอยกวา

W201

W61

ขนาดทอทปลอยนาเขาอาง คานวณจากความเรว

3.66 เมตร/วนาท (12 ฟต/วนาท) เมอนาไหลเตมทอ

กรณนาทวมปากทอดานเหนอนาและทายนาควรตดต ง

ทอระบายอากาศ ขนาด

D61

V/QA =

Ad =

เมอ = ตองไมเกน 15 เมตร/วนาท

เมอ = ผลตางของระดบนาหนาทอกบปลายทอ

เมอ = ตองไมเกน 9.0

V

h

F

gh2

gdV

2D4

V/QA π==

เหมาะสาหรบตาแหนงทมการลดระดบพนทางนา เชน

อาคารนาตกแนวเอยง อาคารทงนาปลายคลองสงนา

ตาแหนงทไมทราบการเปลยนแปลงของระดบนาในคลอง

ดานทาย

ขนาด W ทเหมาะสมเปนไปตาม q ในตาราง

ปรมาณการไหลทงหมด Q ลบ.ฟต/วนาท

ปรมาณการไหลตอหนงหนวยความกวางของรางเท q ลบ.ฟต/วนาท/ฟต

0 - 39 5 - 10

40 - 99 10 - 15

100 - 189 15 - 20 190 - 460 20 - 30

ความเรวเขาสอาคาร ตองไมเกนความเรววกฤตเพอไมให นาไหลแรงจนพงขาม Baffle Block

โดยปกต ไมควรเกน

5gqV3

1 −= ระบบองกฤษ

1V cV5.0

ความลาดเอยงของพน ไมควรชนกวา 1:2 (ตง:ราบ)

ถาพนชนนอยกวา 1: 2 ใชจานวนแถวของ Block เทากบจานวนแถวของพนทลาดชน 1:2

ความยาวกอนเขาสอาคารไมควรนอยกวา 2d1

Block แถวแรกไมตากวาสน Sill เกน 1 ฟต

ระยะหางระหวางแถว

แตตองไมเกน 6 ฟต

ผวหนาของ Block ควรต งฉากกบพนเอยง

ระยะระหวาง Block ในแถวไมมากกวา 1.5H

และไมนอยกวา H

ของพ�นความลาดชน

H=

Link

ม Baffle Block อยางนอย 4 แถว โดยม Block

1 แถวเปนอยางนอย อยใตระดบพนทายนา

ดานทายอาคาร เรยงหนขนาด 6-12 นว

ควรเรยงหนบนลาดดนถมขางผนงอาคารทง 2 ดาน โดยมความยาวอยางนอยเทากบความสงของผนง

มกาแพง Cutoff และ Wing wall และทายนาเพอลดการซมของนาผานใตและขางอาคาร

Link

vc1s h5.0EEh ∆−−=

โดย =

=

=

1E

cE

vh∆

g2Vd

21

1 +

g2V

g2V 2

12c −

c

2c

c d5.1g2

Vd =+