СТАБИЛИЗАТОР РАСХОДА ВОДЫ Российский патент 1994 года по МПК G05D7/00 E02B13/00 

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для стабилизации расходов воды в каналах оросительных систем с ограниченным диапазоном колебаний уровней воды.

Известен стабилизатор расхода воды [1], содержащий коробчатый секционный затвор со ступенчатой верховой гранью и ступенчатым водосливом, жестко заделанным в устои сооружения. Нижние ребра верховой и низовой граней затвора снабжены соответственно криволинейным и плоским козырьками и расположены на одном уровне.

Недостатки этого стабилизатора - сложность конструкции и значительная металлоемкость, так как число ребер жесткости не менее четырех. Помимо того, применение криволинейного козырька на всю ширину затвора требует дополнительного устройства промежуточных ребер жесткости, ступенчатого водослива и плоского козырька. При применении данного стабилизатора расхода воды в сооружениях с ограниченным диапазоном колебаний уровней воды его конструкция получается достаточно сложной и металлоемкой.

Известен стабилизатор расхода типа телескопический ступенчатый коробчатый щит [2], включающий коробчатый секционный затвор со ступенчатой передней водосливной стенкой. К передней и задней граням затвора прикреплены соответственно криволинейный и плоский горизонтальный козырьки, расположенные на одном уровне. Данный стабилизатор расхода воды также имеет сложную конструкцию и значительную металлоемкость из-за деления двух крайних секций на подсекции, устройства дополнительных ребер жесткости внутри коробчатого щита, передней ступенчатой водосливной стенки и горизонтального козырька на всю ширину затвора.

Цель изобретения - упрощение конструкции и снижение материалоемкости в условиях ограниченного диапазона колебаний уровней воды в водотоке.

Цель достигается тем, что водосливная стенка выполнена П-образной в плане и прикреплена к раме посредством консолей, а короб выполнен П-образным в плане, установлен внутри водосливной стенки и прикреплен к средней части щита боковыми стенками. Криволинейный козырек выполнен в виде средней секции, прикрепленной к нижней кромке короба с напорной его стороны, и крайних секций, прикрепленных к нижней кромке щита с напорной его стороны по обе стороны короба. Плоский козырек выполнен с длиной, равной ширине короба, и расположен под коробом.

Новизна предлагаемого стабилизатора расхода заключается в выполнении водосливной стенки П-образной в плане и прикреплении ее к раме посредством консолей. Короб выполнен П-образным в плане, установлен внутри водосливной стенки и прикреплен к средней части щита боковыми стенками. Криволинейный козырек выполнен в виде средней секции, прикрепленной к нижней кромке короба с напорной его стороны, и крайних секций, прикрепленных к нижней кромке щита с напорной его стороны по обе стороны короба. Плоский козырек выполнен с длиной, равной ширине короба, и расположен под коробом.

Сопоставительный анализ с известными не выявил признаков, совпадающих с отличительными признаками предложенного. Это дает основание считать предлагаемое устройство соответствующим критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 изображен стабилизатор расхода воды, вид со стороны верхнего бьефа; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 3; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 2; на фиг. 5 - график зависимости расхода воды Q, пропускаемой стабилизатором расхода воды, от напора воды в верхнем бьефе H и открытия a водопропускного отверстия, Q=f(H, a).

Стабилизатор расхода воды содержит затвор, выполненный в виде плоского щита 1 с приводом управления 2 и размещенный в боковых стенках сооружения 3 в пазах 4. К раме 5 щита 1 жестко прикреплены консоли 6, к которым также жестко присоединена П-образная водосливная стенка 7, образующая с полотнищем затвора 1 полость 8, внутри которой размещен короб 9, торцовыми гранями соединенный с полотнищем затвора 1 и перемещающийся внутри полости 8. В нижней части короба 9 к передней его стенке присоединена центральная секция криволинейного козырька 10, а две крайние его секции 11 присоединены к полотнищу затвора 1, к которому на уровне нижней грани центральной секции 10 криволинейного козырька прикреплен горизонтальный козырек 12, выполненный на длине внутренней полости короба 9.

Работает стабилизатор расхода в двух режимах: без перелива воды внутрь короба и с переливом.

Первоначально устанавливают стабилизатор расхода воды при помощи привода управления 2 на заданное открытие, соответствующее требуемому расходу воды Qтр, подаваемому в отводящий канал.

При работе стабилизатора расхода в режиме без перелива внутрь короба 9 и уровня в верхнем бьефе H меньше расчетного H_p вся вода, поступающая из верхнего бьефа, пропускается через водопропускное отверстие в отводящий канал. В этом режиме поступающие расходы Q_к меньше требуемого Q_тр, т. е. Q_к< Q_тр, а стабилизатор расхода работает как обычный плоский щит, но обладает повышенной пропускной способностью.

Расчленение криволинейного козырька на секции и рассредоточение их в профиле и плане (центральная секция 10 криволинейного козырька прикреплена к коробу 9 и выдвинута в сторону верхнего бьефа, а две крайние секции 11 прикреплены к полотнищу затвора 1 и отстоят от центральной секции 10 на ширину короба) не влияют на пропускную способность стабилизатора, обеспечивая высокий коэффициент расхода μ, равного 0,92...0,95.

При увеличении расходов воды в верхнем бьефе повышаются и напоры перед стабилизатором расхода (H_p< H≅H_pmax ) начинается перелив воды через П-образную переливную стенку 7 внутрь короба 9. С увеличением напора в верхнем бьефе расход воды под крайними секциями 11 криволинейного козырька возрастает, а под центральной секцией уменьшается. Уменьшение расхода воды под центральной секцией 10 происходит потому, что горизонтальный козырек 12 направляет струю воды, переливающую внутрь короба, навстречу потоку, проходящую под ней. Коэффициент расхода μ уменьшается, что приводит к уменьшению расхода воды под секцией короба 9. Вместе с тем суммарный расход воды, проходящий под стабилизатором расхода, остается практически постоянным, так как увеличение расхода воды под крайними секциями 11 компенсируется уменьшением под центральной секцией 10.

Графическая зависимость Q=f(H, a) подтверждает постоянство расходов воды в заданном диапазоне изменения напоров в верхнем бьефе при различных открытиях a водопропускного отверстия. Исследованиями также установлено, что диапазон колебаний уровней воды в верхнем бьефе ΔH (фиг. 2) со стабилизацией расходов воды составляет
ΔH = , где H_p - расчетный напор воды перед стабилизатором, при котором обеспечивается пропуск расчетного расхода Q_p в отводящий канал, проходящий под стабилизатором;
H_pmax - максимальный расчетный напор воды перед стабилизатором, при котором обеспечивается подача постоянных расходов Q_p воды с требуемой точностью при условии работы трех секций стабилизатора, как в прототипе.

Предлагаемая конструкция стабилизатора расхода по сравнению с прототипом имеет более простую конструкцию и меньшую металлоемкость, за счет сокращения секций короба, уменьшения числа ребер, размеров водосливной стенки, длины горизонтального козырька.

Расчеты, выполненные для расчетного напора H_p=2,0 м при ширине водопропускного отверстия b=1,52 м, показывают, что металлоемкость у предложенной конструкции стабилизатора меньше на 30-40%, чем у прототипа.

Использование: для стабилизации расходов воды в каналах оросительных систем с ограниченным диапазоном колебаний уровней воды. Сущность изобретения: устройство содержит плоский щит с приводом управления, П-образную водосливную стенку, образующую с полотнищем затвора полость, внутри которой размещен короб, центральную секцию криволинейного козырька, соединенную с передней стенкой короба, две крайние секции криволинейного козырька, которые присоединены к полотнищу щита и выполнены герметичными. Горизонтальный козырек устроен на длине внутренней полости короба. Конструкция упрощена, металлоемкость уменьшена за счет сокращения секций короба, уменьшения числа ребер, длины горизонтального козырька. 5 ил.

СТАБИЛИЗАТОР РАСХОДА ВОДЫ, включающий размещенную в водотоке раму с приводом и неподвижной водосливной стенкой, щит, установленный в раме с возможностью вертикального перемещения и соединенный с приводом, короб, прикрепленный к напорной грани щита, криволинейный козырек и плоский козырек, прикрепленный к нижней кромке щита с напорной его стороны, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и снижения материалоемкости в условиях ограниченного диапазона колебания уровней воды в водотоке, водосливная стенка выполнена П-образной в плане и прикреплена к раме посредством консолей, а короб выполнен П-образным в плане, установлен внутри водосливной стенки и прикреплен к средней части щита боковыми стенками, причем криволинейный козырек выполнен в виде средней секции, прикрепленной к нижней кромке короба с напорной его стороны, и крайних секций, прикрепленных к нижней кромке щита с напорной его стороны по обе стороны короба, а плоский козырек выполнен с длиной, равной ширине короба, и расположен под коробом.