УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ВОДОЗАБОРА ОТ НАНОСОВ Российский патент 1998 года по МПК E02B8/02 E02B9/04 

Изобретение относится к гидротехнике, а именно к устройствам для защиты водозаборов гидротехнических сооружений от наносов.

Проблема предотвращения попадания наносов в водозаборы из наносонесущих рек является одной из основных в гидротехнике. Защита водозаборов от наносов важна как для ирригации и водоснабжения (предотвращение заиления ирригационных и водопроводных систем), так и для гидроэнергетики (защита турбин от гидроабразивных повреждений).

Известны способы защиты водозаборов, среди которых основными являются возбуждение в потоке тем или иным путем поперечной циркуляции, обеспечивающей направление донных течений, несущих основную часть относительно крупных наносов, в сторону холостых водосбросов, и устройство отстойников перед водозаборами (см., например, Хачатрян А.Г. и др. Заиление и промыв ирригационных отстойников и водохранилищ, М.: Колос, 1966; Garde R.J., Randa Raju K. G. Mechanics of Sediment Transportation and Alluvial Streems Prablems.-Willey Eestern Ltd, New-Delhi, 1977, p.p. 380-402).

Однако эти способы защиты водозаборов от наносов не всегда применим или экономически целесообразны. Возбуждение необходимой поперечной циркуляции требует обычно использования определенной компановки сооружений, что часто вступает в противоречие с другими требованиями к гидротехническим сооружениям.

Устройство отстойников является весьма дорогостоящим мероприятием и для крупных водозаборов, особенно энергетических, экономически нецелесообразно. Кроме того, имеются определенные трудности эксплуатации отстойников.

Одним из способом защиты водозаборов является размещение под водоприемными отверстиями промывных галерей (см., например, Прудовский А.М. Гидравлические исследования промывного тракта и условий промывки верхнего бьефа ГЭС Мерове, М.: Научно-технический отсчет НПП "Аквариус", 1995).

При использовании такого решения перед напорной гранью водоприемника в отложениях наносов образуется яма с верховым откосом, равным естественному, по которому основная часть донных наносов сползает в промывные галереи, благодаря чему содержание наносов (особенно их крупных фракций) в части потока, поступающей в водоприемники, существенно снижается.

Недостатками такого решения является следующее: вследствие близости расположения фронта тела отложений наносов от водозабора и большой крутизны откосов ямы перед напорной гранью часть относительно крупных наносов переходит во взвешенное состояние и попадает в водозабор. Откосы ямы находятся в предельно устойчивом состоянии, что может при любом возмущении (особенно сейсмических толчках) привести к их оползанию и забивке как промывных галлерей, так и защищаемых водозаборов. Пропуск большого количества наносов приводит к регулярным гидроабразивным повреждениям поверхностей промывных галлерей, что требует проведения систематических ремонтов облицовок галлерей, затрудненных при обычных конструктивных решениях. Пазы затворов промывных галлерей подвержены забивке наносами, что осложняет эксплуатацию сооружений.

Устранение некоторых из отмеченных недостатков способа защиты водозаборов за счет отвода наносов в донные отверстия достигается использованием труб, пересекающих напорный фронт, входы в которые (сосуны) удалены от напорной грани водозаборного сооружения. При этом фронт отложений наносов отодвигается от водозабора, что уменьшает вероятность завала при оползании откосов и появляется принципиальная возможность замены труб при их абразивном износе.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому техническому решению является устройство типа "саксофон" для защиты водозабора от наносов в виде трубы, пересекающей водозаборное сооружение и выходящей в его нижний бьеф, верхний участок которой выдвинут в сторону верхнего бьефа (см: Lysne D.K. et al Sediment Control: Recent Development for Heandworks, - The Int. Gournal on Hydropower and Dam, March, 1995).

К числу наиболее существенных недостатков данного устройства относится следующее: не исключается попадание в водозабор части относительно крупных наносов, перешедших во взвешенное состояние на фронте тела отложений перед сосунами и прошедших мимо них. Чрезвычайно затруднен доступ к трубам для их ревизии, ремонта и замены.

Предлагаемое техническое решение позволяет защитить водозабор от попадания в него донных и относительно крупных фракций взвешенных наносов при отводе их основной части без затраты дополнительной энергии по серийно изготовляемым трубам, легко поддающимся ревизии, ремонту и замене. Данное решение позволяет устранить опасность неконтролируемого завала промывных сооружений и водозабора при обрушении откосов тела отложений. Устройство обеспечивает возможность его автоматического включения и выключения без запорных приспособлений на трубах.

Достигается это тем, что в устройстве для защиты водозабора от наносов, включающем соединяющее верхний и нижний бьефы наносоотводящее приспособление, последнее выполнено в виде ряда горизонтальных в верхнем бьефе труб, расположенных выше уровня ежегодной сработки водохранилища, с сосунами, установленными с возможностью перемещения на перкрывающей подход к водозабору эстакаде, заглубленными ниже уровня отложений наносов и удаленными от водозабора на расстояние, достаточное для перехода крупных взвешенных наносов в донную форму влечения, и размещенного ниже створа сосунов порога с вертикальной верховой гранью, причем под водоприемниками водозабора выполнены промывные отверстия.

На фиг. 1 показан продольный разрез устройства: на фиг. 2 - его план.

На подходе к защищаемому водозабору 1 по бортам подводящего канала 2 устанавливается ряд горизонтальных наносоотводящих труб 3, расположенных непосредственно выше уровня сработки верхнего бьефа. Трубы проходят сквозь напорную грань водозабора через металлическую диафрагму 4 и крепятся к ней фланцами 5. Далее они опускаются под уровень нижнего бьефа. В подводящем канале трубы переходят на эстакаду 6, в пределах которой к ним присоединены сосуны 7, которые могут перемещаться (в том числе подниматься выше уровня воды) с помощью подъемного устройства 8, установленного на эстакаде. Входы в сосуны нормально расположены ниже уровня поверхности отложений наносов на подходе к эстакаде. Эстакада может использоваться для устройства отдельно стоящего сороудерживающего сооружения с сорозащитными решетками 9.

Непосредственно ниже входов сосунов размещается порог 10 с вертикальной верховой гранью.

Сосуны 7 труб 3 удалены от водоприемников защищаемых водозаборов 1 (или дополнительных промывных отверстий 11) на расстояние, достаточное для перехода необходимой части взвешенных наносов в донную форму влечения, благодаря чему эта часть наносов отводится через дополнительные промывные отверстия 11 в обход защищаемых водозаборов. При достижении призмой отложений створа установки сосунов наносоотводящих труб в паводки, к которым приурочено основное перемещение наносов, когда происходит холостой сброс воды и уровень верхнего бьефа повышается, происходит включение наносоотводящих труб 3 и движение воды в них обеспечивается за счет напора на плотине. При необходимости удаления воздуха из труб, их включение и выключение может обеспечиваться за счет устройства воздушных вантузов или водовоздушных эжекторов 12.

Вместе с водой в наносоотводящие трубы 3 поступают донные наносы, вследствие чего благодаря размещению входов в сосуны ниже уровня поверхности отложения наносов образуются воронки 13, по откосам которых основная часть наиболее крупных донных наносов (обычно около 70-80% от их расхода) сползает к сосунам и отводится в нижний бьеф по трубам в составе пульпы. Сосуны труб размещаются таким образом, чтобы образующиеся за счет отвода через них наносов воронки 13 в теле отложений, пересекаясь между собой, полностью перекрывали полосу подхода наносов к защищаемому водозабору.

Донный порог 10 с вертикальной напорной гранью, расположенный ниже сосунов, обеспечивает за счет образования вихря с горизонтальной осью интенсивный боковой снос наносов к входам в сосуны и уменьшению проноса грунта между сосунами.

Благодаря наличию свободного доступа к наносоотводящим трубам в межпаводковый период возможна из ревизия, ремонт и замена в случае необходимости. Отсутствие запорных приспособлений на трубах исключает участки, обычно наиболее подверженные гидроабразивному разрушению. Срок эксплуатации наносоотводящих труб может быть существенно продлен за счет периодического их поворота относительно продольной оси, как это обычно производится в гидромеханизации.

Вследствие возможности перемещения сосунов и удаления малоустойчивого основного откоса отложений от водозабора исключается блокирование водопропускных отверстий при оползании откоса.

При сходе потока в воронки перед сосунами 7 происходит переход части донных наносов во взвешенное состояние и их перемещение в образующейся свободной струе через створ установки сосунов. Благодаря существенному уменьшению содержания наносов в потоке ниже створа сосунов глубина воды здесь значительно увеличивается и скорости потока падают. Вследствие этого относительно крупные наносы переходят при достаточной длине участка ниже сосунов в донную форму влечения. Наносы, не попавшие в наносоотводяющие трубы и опасные для водозабора, отводятся через промывные отверстия 11, размещенные ниже порога водозабора. Вследствие относительно небольшого расхода наносов через эти отверстия и малой их крупности отверстия могут иметь малые размеры и выполняться, например, в виде небольших стандартных труб, уложенных в галереи, что обеспечивает их ревизию, простоту ремонта и замены.

Изобретение относится к гидротехническим сооружениям и может быть использовано для защиты водозаборов от наносов. Устройство содержит водоприемники водозабора, порог с вертикальной верховой гранью, эстакаду и наносоотводящее приспособление, соединяющее верхний и нижний бьефы. Наносоотводящее приспособление выполнено в виде ряда труб с сосунами. Трубы расположены горизонтально и выше уровня ежегодной сработки водохранилища. Сосуны установлены с возможностью перемещения на эстакаде, заглублены ниже уровня отложений наносов и удалены от водозабора на расстояние, достаточное для перехода крупных взвешенных наносов в донную форму влечения. Эстакада перекрывает подход к водозабору. Порог размещен ниже створа сосунов. Под водоприемниками выполнены промывные отверстия. 2 ил.

Устройство для защиты водозабора от наносов, включающее соединяющее верхний и нижний бьефы наносоотводящее приспособление, отличающееся тем, что наносоотводящее приспособление выполнено в виде ряда горизонтальных в верхнем бьефе труб, расположенных выше уровня ежегодной обработки водохранилища, с сосунами, установленными с возможностью перемещения на перекрывающей подход к водозабору эстакаде, заглубленными ниже уровня отложений наносов и удаленными от водозабора на расстояние, достаточное для перехода крупных взвешенных наносов в донную форму влечения, и размещенного ниже створа сосунов порога с вертикальной верховой гранью, причем под водоприемниками водозабора выполнены дополнительные промывные отверстия.