ВОДОСБРОСНОЕ СООРУЖЕНИЕ Российский патент 2003 года по МПК E02B8/06 

Изобретение относится к области гидротехники и может быть использовано при устройстве преимущественно малопролетного водосбросного сооружения.

Известно водосбросное сооружение, включающее размещенные на дренажном слое водослив и водобой с дренажными колодцами [1].

Однако в известном водосбросном сооружении интенсивные волны давления (пульсация давления) из области гидравлического прыжка по дренажным колодцам в виде ударов передаются на подошву водобоя, а через водонасыщенные грунты основания и на подошву водослива, что обуславливает массивность сооружения.

Широко известно водосбросное сооружение, включающее водослив с дренажем в основании, водобой, разделенный на плиты швами, перекрытыми уплотняющим устройством, и боковые стенки [2, 3 и др.].

Недостатками известного водосбросного сооружения являются недостаточная надежность его при работе и высокая материалоемкость при создании. Эти недостатки обуславливаются высокими рабочими нагрузками, действующими на подошву водобоя, которые являются следствием высоких осредненного гидромеханического давления, недостаточно уменьшенного дренажем водослива, и его пульсационной добавки, передающейся в виде удара из области гидравлического прыжка в основание водобоя по швам при малейшем нарушении водонепроницаемости уплотняющего устройства и вызывающей разрушающую крепление вибрацию.

Наиболее близким к предлагаемому является водосбросное сооружение, включающее водослив, водобой с дренажным слоем и дренажными каналами в основании, боковые стенки, элемент с уступом, обрывистая поверхность которого обращена в сторону нижнего бьефа и образует в потоке воды разреженную подструйную полость, и отсасывающей дренажную воду трубу, выходное отверстие которой расположено на обрывистой поверхности уступа [4].

Основными недостатками известного водосбросного сооружения (прототипа) являются также недостаточная надежность его при работе и высокая материалоемкость при создании. Эти недостатки обуславливаются тем, что такое сооружение может надежно работать только в случае выполнения его водобоя и боковых стенок в виде единой неразрезной конструкции как в поперечном сечении, так и по его длине, что возможно только при малорасходном водосбросе на низконапорном гидроузле. В случае же выполнения водобоя разделенным на плиты швами, перекрытыми уплотняющими устройствами, и/или отделенным такими швами от боковых стенок, при малейшем нарушении водонепроницаемости шва из области гидравлического прыжка в основание водобоя по шву передается пульсация давления, что в существенной мере повышает массивность сооружения и снижает надежность его работы.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение надежности водосбросного сооружения и снижение его материалоемкости. Технический же результат от использования изобретения заключается в предотвращении передачи пульсации давления по шву из области гидравлического прыжка под водобой путем нарушения сплошности водной среды непосредственно в основании шва.

Указанная задача решается, а технический результат достигается тем, что в водосбросном сооружении, включающем водослив, водобой с дренажными слоем и дренажными каналами в основании, боковые стенки, элемент с уступом, обрывистая поверхность которого обращена в сторону нижнего бьефа и образует в потоке воды разреженную подструйную полость, и отсасывающей дренажную воду трубу, выходное отверстие которой расположено на обрывистой поверхности уступа, согласно изобретению водобой выполнен разделенным на плиты швами, перекрытыми уплотняющим устройством, и/или отделенным такими швами от боковых стенок, дренажные каналы расположены по одному в основании шва и вдоль его, гидравлически сообщены между собою, а по длине - с частью полости шва, расположенной ниже уплотняющего устройства, и образуют в основании водобоя самотечную дренажную канальную систему. Посредством самотечного сливного канала эта канальная система сообщена с водоприемным колодцем, в котором ниже уровня порога сливного канала расположено входное отверстие отсасывающей дренажную воду трубы. Уровень же выходного отверстия этой трубы превышает уровень порога сливного канала не более чем на расчетную величину разрежения в подструйной области, выраженную высотой водяного столба.

Водоприемный колодец снабжен герметичной крышкой, что позволяет создать разряжение в канальной системе и таким образом снизить противодавление воды на подошву водобоя до его отрицательной величины - вакуума.

Сущность технического решения заключается в том, что выполненная по особым правилам в основании водобоя самотечная дренажная канальная система с безнапорным режимом воды, удаляемой из системы в подструйную полость потока естественным путем, посредством своей каналообразной воздушной полости создает в основании каждого шва нарушение сплошности водной среды, чем полностью предотвращается передача через швы под водобой пульсационной составляющей давления.

Предлагаемое водосбросное сооружение иллюстрируется чертежами, при этом на фиг. 1 показан план водосбросного сооружения, а на остальных - разрезы, показанные на фиг.1, среди которых:
- на фиг.2 - продольный разрез водосбросного сооружения по А-А;
- на фиг.3 - поперечный разрез водосбросного сооружения по Б-Б;
- на фиг. 4 - поперечный разрез В-В по межплитному шву с дренажным каналом в основании;
- на фиг.5 - тоже, что и на фиг.4 в случае скального основания (вариант).

Водосбросное сооружение размещено на основании 1 и включает водослив 2 и водобойный колодец 3, образованный водобоем (массивное крепление дна) 4 и стенками водобойной 5 и боковыми 6.

Водослив 2 посредством бычков 7 разделен на три водосливных пролета 8. Со стороны среднего пролета 8 на обоих бычках 7 в непосредственной близости к водосливной поверхности 9 и к месту сопряжения водослива 2 с водобоем 4 выполнен элемент в виде выступа 10 и углубления 11, образующих уступ 12, обрывистая поверхность которого обращена в сторону нижнего бьефа и образует в потоке воды разреженную подструйную полость. На такой поверхности уступа 12 расположено выходное отверстие 13 отсасывающей дренажную воду трубы 14, входное отверстие 15 которой расположено в нижней части водоприемного колодца 16 дренажной воды, выполненного у подошвы водослива 2 по всей ширине среднего водосливного пролета 8.

Водобой 4 содержит в основании дренажный слой 17 и разделен на плиты 18 посредством швов 19, перекрытых уплотняющим устройством в виде поярусно расположенных прокладок 20 (фиг.4) и такими же швами 21 по своему периметру отделен от водослива 2 и от стенок 5 и 6. В основании каждого шва 19 и 21 и вдоль его выполнен дренажный канал 22, гидравлически сообщенный с дренажным слоем 17 и с частью 23 полости соответствующего шва 19 или 21, расположенной ниже прокладок 20. Все дренажные каналы 22 пересекаясь гидравлически сообщены между собой и образуют в основании водобоя 4 самотечную дренажную канальную систему, сообщенную с водоприемным колодцем 16 посредством сливного канала 24, порог 25 которого расположен выше входного отверстия 15 отсасывающей дренажную воду трубы 14. Уровень выходного отверстия 13 этой трубы 14 превышает уровень порога 25 сливного канала 24 не более чем на расчетную величину разрежения в подструйной полости, выраженную высотой водяного столба, а геометрические размеры элемента с уступом 12 и отсасывающей дренажную воду трубы 14 и их расположение позволяют при пропуске воды через водосбросное сооружение естественным путем отсасывать воду из водоприемного колодца с интенсивностью, обеспечивающей безнапорный режим воды в самотечной дренажной канальной системе.

Водоприемный колодец 16 сообщен с атмосферой шахтой 26, снабженной герметичной крышкой 27.

Дренажный канал 22 выполнен в верхней части в виде полости в плитах 18 и в виде водопроницаемого лотка 28 (фиг.4) в пределах дренажного слоя 17. В случае скального основания 1 нижняя часть дренажного канала 22 выполняется в виде канавы 29 (фиг.5) в верхнем трещиноватом слое 30, представляющем собой естественный дренаж. При этом плиты 18 посредством анкеров 31 прикреплены к основанию 1.

Дренаж 32 (фиг. 2) водослива 2 посредством соединительного канала 33 сообщен с водоприемным колодцем 16.

Высоту водобойной стенки 5 назначают из гидравлических условий. Целесообразно из условия опорожнения водобойного колодца 3 для его осмотра и ремонта гребень 34 водобойной стенки 5 выполнять выше зимнего уровня 35 воды в нижнем бьефе.

Такая самотечная дренажная канальная система в основании водобоя может быть также выполнена в водосбросе с одно-двухпролетным водосливом. В этом случае элементы с уступом 12 размещаются на боковых устоях 36 (фиг.1), отделяющих водослив 2 от плотины 37. Самотечная дренажная канальная система может быть выполнена только в пределах наиболее нагруженного начального участка водобоя, где наибольшие фильтрационное давление и так называемый дефицит давления.

Водосбросное сооружение работает следующим образом.

В период отсутствия сброса воды по водосбросному сооружению уровень воды в водобойном колодце 3 и в нижнем бьефе одинаковые, а фильтрующая с верхнего бьефа вода собирается в дренажных слоях 32 и 17 и по каналам соединительному 33, дренажным 22 и сливному 24 отводится в водоприемный колодец 16, гидравлически сообщенный посредством отсасывающей дренажную воду трубы 14 с нижним бьефом - водобойным колодцем. Поэтому элементы водобойного колодца в этот период не подвергаются значительным рабочим нагрузкам.

В период сброса воды на все элементы водобойного колодца действуют высокие гидродинамические нагрузки, в том числе наиболее опасные их пульсационные составляющие. Поэтому первым задействуют средний водосливной пролет 8, в результате чего за уступами 12 в потоке воды образуются разряженные подструйные полости - величина разряжения до 6-7 и более метров высоты водяного столба. В эти подструйные области по отсасывающим дренажную воду трубам 14 из водоприемного колодца 16 естественным путем всасывается вода, что обеспечивает под водобоем 4 безнапорный режим воды в дренажных каналах 22 дренажной канальной системы. В результате этого в основании швов 19 и 21 образуются каналообразные воздушные полости с атмосферным давлением, нарушающие сплошность водной среды под водобоем 4. Это предотвращает взвешивание водой со стороны нижнего бьефа водобоя 4 и стенок 5 и 6, а в случае нарушения водонепроницаемости уплотняющего устройства предотвращает передачу пульсации давления по швам 19 и 21 из области гидравлического прыжка под водобой и стенки.

Закрытие водоприемного колодца 26 герметичной крышкой 27 позволяет создать в самотечной дренажной канальной системе, а следовательно и в дренажном слое 17, разрежение, что еще в большей мере повышает устойчивость конструкций водобойного колодца, а следовательно и повышает их надежность и/или снижает их материалоемкость.

ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ
1. Гришин М.М. Гидротехнические сооружения. - М.: Госстройиздат. - 1962. - C. 130.

2. Ефименко А. И. и др. Разрушение крепления дна водобойного колодца и его ремонт. Сборник научных трудов Гидропроекта. - М.: - 1988. - Вып. 125. С. 88-105.

3. Брызгалов В. И. Из опыта создания и освоения Красноярской и Саяно-Шушенской гидроэлектростанций. Производственное издание. - Красноярск: Сиб. изд. дом "Суриков", 1999. - С. 145-177.

4. Патент России 2131494, кл. Е 02 В 8/06, опубл.10.06.99.

Изобретение относится к области гидротехники и может быть использовано при создании малопролетного водосбросного сооружения. Водосбросное сооружение включает водослив с боковыми стенками и водобой с дренажным слоем. Элемент с уступом у водосбросного сооружения имеет обращенную в сторону нижнего бьефа обрывистую поверхность, которая образует в потоке воды разреженную подструйную полость. Водобой разделен на плиты перекрытия швами. Дренажные каналы в основании водобоя гидравлически соединены между собой и образуют самотечную дренажную канальную систему, сообщенную самотечным сливным каналом с водоприемным колодцем. Дренажные каналы расположены по одному в основании шва и вдоль него. Дренажная система создает в основании каждого шва разрыв сплошности водной среды, что снижает гидростатическое давление воды на подошву водобоя и прекращает передачу через швы под водобой пульсационной составляющей давления. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Водосбросное сооружение, включающее водослив, водобой с дренажным слоем и дренажными каналами в основании, боковые стенки, элемент с уступом, обрывистая поверхность которого обращена в сторону нижнего бьефа и образует в потоке воды разреженную подструйную полость, и отсасывающую дренажную воду трубу, выходное отверстие которой расположено на обрывистой поверхности уступа, отличающееся тем, что водобой выполнен разделенным на плиты швами, перекрытыми уплотняющим устройством, и/или отделенным такими швами от боковых стенок, дренажные каналы расположены по одному в основании шва и вдоль него, гидравлически сообщены между собой, а по длине с частью полости шва, расположенной ниже уплотняющего устройства, и образуют в основании водобоя самотечную дренажную канальную систему, сообщенную посредством самотечного сливного канала с водоприемным колодцем, в котором ниже уровня порога сливного канала расположено входное отверстие отсасывающей дренажную воду трубы, при этом уровень выходного отверстия этой трубы превышает уровень порога сливного канала не более чем на расчетную величину разрежения в подструйной полости, выраженную высотой водяного столба. 2. Водосбросное сооружение по п. 1, отличающееся тем, что водоприемный колодец снабжен герметичной крышкой.