КОНЦЕВОЙ УЧАСТОК НАПОРНОГО ВОДОПРОПУСКНОГО СООРУЖЕНИЯ Российский патент 2003 года по МПК E02B8/06 

Изобретение относится к области гидротехники и может быть использовано в гидроузлах любого напора в качестве элемента водосброса или водоспуска.

Известны конструкции напорных водоводов, имеющие концевые участки, обеспечивающие напорный режим работы сооружения за счет заглубления водопропускного тракта относительно дна в нижнем бьефе, например донный водоспуск [1, 2].

В первом сопряжение потока с нижним бьефом осуществляется затопленным гидравлическим прыжком в напорном подземном водобойном колодце с сосредоточенным выходом потока в русло под острым углом к горизонту.

Во втором поток выходит в нижний бьеф под наклоном к горизонту, имея остаточный напор либо с отбросом струи, либо с ее растеканием в толще воды бьефа.

Недостатками первого решения являются значительные динамические нагрузки на конструкции колодца, возможность возникновения вакуума и связанных с ним кавитационных явлений на потолке колодца, а также сосредоточенный выход потока в русло, требующий серьезного крепления за выходным участком для предотвращения подмыва последнего.

Существенным недостатком второго решения является неопределенность гидравлических режимов в нижнем бьефе при изменении уровней воды и колебаниях пропускаемых расходов.

Наиболее близким к предлагаемой конструкции является решение [3] концевого участка напорного водопропускного сооружения, включающее водобойный колодец цилиндрической формы, в центре которого имеется вертикальная стойка, на которой закреплена горизонтальная крышка с зазором между ней и стенками колодца, сообщающими полость водобойного колодца с нижним бьефом.

Недостатками этого решения является большое гидравлическое сопротивление концевого участка, вызывающее необходимость увеличения поперечных размеров водовода и сложность конструкции, что ведет к удорожанию сооружения.

Целью предлагаемого изобретения является упрощение и удешевление конструкции, а также обеспечение надежности работы водопропускного сооружения.

Указанная цель достигается в предлагаемом концевом участке напорного водопропускного сооружения, расположенном в конце транзитной части сооружения и включающем вертикальный водовод, горизонтальный диск, расположенный над выходным сечением вертикального водовода, отличающемся тем, что вертикальный водовод выполнен с сечением, равным сечению транзитной части сооружения, а за пределами выходного сечения вертикального водовода радиально расположены бычки обтекаемой формы, на которых расположен горизонтальный диск, причем соотношения диаметра D диска к диаметру d выходного сечения вертикального водовода и к высоте t расположения диска над ним составляют, соответственно, D/d=2,5...5 и D/t=1,5...4 для обеспечения сопряжения потока с нижним бьефом по типу волнистого прыжка.

На фиг.1а, б изображена конструкция выходного участка напорного водопропускного сооружения.

Концевой участок содержит вертикальный водовод цилиндрической формы 1, примыкающий к транзитной части сооружения 5, горизонтальный диск 2, расположенный над выходным сечением вертикального водовода 4, за пределами выходного сечения вертикального водовода радиально расположены бычки обтекаемой формы 3. Устройство работает следующим образом. Поток с расходом Q, выходя из выходного сечения 4 водовода 1 и встречаясь с горизонтально расположенным над ним диском 2, распластывается и выходит в нижний бьеф в виде радиально растекающегося потока с удельным расходом q=Q/ттD в сечении, совпадающем с периметром диска. Такое рассредоточение расхода позволяет уменьшить опасность размыва дна нижнего бьефа и удешевить конструкцию крепления за концевым участком. Наиболее эффективно это достигается при соотношениях диаметров диска D и выходного сечения d, D/d=2,5...5 и диаметра диска D с высотой расположения последнего над дном нижнего бьефа t, D/t=1,5...4; при которых сопряжение потока с нижним бьефом осуществляется в виде волнистого гидравлического прыжка при малых придонных скоростях, и струя, выходящая из-под диска, опускается к дну нижнего бьефа на значительном удалении от выходного сечения водовода с малым удельным расходом, что позволяет избежать размывов дна у концевого участка сооружения. Эффективность предлагаемого технического решения иллюстрируется фиг.2, где приведены результаты экспериментов авторов на модели сооружения с диаметром водовода 4,5 м и напором около 150 м, выполненной в масштабе 1:50 н.в.

Ha фиг.2а, б пoкaзaны зависимости относительной длины участка l/d с безопасными донными скоростями (в соотношении с диаметром выходного сечения) от относительного диаметра диска D/d при разной высоте его расположения t/d на длине в опытах.

Были зарегистрированы донные скорости, направленные к центру выходного сечения, имеющие величины не более 2 м/с (в пересчете на натуру), не представляющие опасности для скальных пород нижнего бьефа даже при отсутствии какого-либо крепления дна.

Источники информации.

1. Патент 226156, кл. 84 3/60, Австрия-аналог.

2. Патент DE 3208055 А1, кл. Е 02 В 8/06, ФРГ - аналог.

3. Авторское свидетельство 1786222 А1, кл. Е 02 В 8/06 от 19.05.93 г. - прототип.

Изобретение относится к области гидротехники и может быть использовано в гидроузлах в качестве элемента водосброса. Концевой участок напорного водопропускного сооружения включает примыкающий к транзитной части сооружения вертикальный водовод цилиндрической формы. Над выходным сечением вертикального водовода за пределами его выходного сечения радиально расположены бычки обтекаемой формы. На бычках установлен горизонтальный диск. Приведены соотношения размеров диаметра диска к диаметру выходного сечения вертикального водовода и к высоте расположения диска над ним, позволяющие избежать размывов дна у концевого участка сооружения. 2 ил.

Концевой участок напорного водопропускного сооружения, включающий вертикальный водовод цилиндрической формы, примыкающий к транзитной части сооружения, и горизонтальный диск, расположенный над выходным сечением вертикального водовода, отличающийся тем, что вертикальный водовод выполнен с сечением, равным сечению транзитной части сооружения, а за пределами выходного сечения вертикального водовода радиально расположены бычки обтекаемой формы, на которых установлен горизонтальный диск, причем соотношения диаметра D диска к диаметру d выходного сечения вертикального водовода и высоте t расположения диска над ним составляют, соответственно, D/d= 2,5. . . 5 и D/t= 1,5. . . 4 для обеспечения сопряжения потока с нижним бьефом по типу волнистого прыжка.