ТРАНШЕЙНЫЙ ВОДОСБРОС Российский патент 2003 года по МПК E02B8/06 

Изобретение относится к гидротехническому строительству, в частности к водосбросным сооружениям, и может быть использовано на гидроузлах.

Под водосбросами при плотинах понимают комплекс сооружений, задача которых обеспечить беспрепятственный пропуск расчетных максимальных расходов воды из верхнего бьефа в нижний. После заполнения водохранилища до отметки НПГ излишек воды сбрасывается в нижний бьеф плотин с помощью поверхностных сооружений.

Одним из основных вопросов проектирования поверхностного водосброса является рациональное решение задачи увеличения пропускной способности водосливной части с наиболее полным использованием отводящего тракта.

Этому вопросу посвящено много исследований и предложено большое количество конструкций. Из них можно выбрать следующие аналоги:
1. А.с. 1113461.

2. А.с. 1118095.

3. А.с. 1189933.

4. А.с. 1062336.

5. А.с. 1137149.

6. А.с. 866039.

7. А.с. 947266.

8. А.с. 1420104.

9. А.с. 1434024.

10. Гидравлические расчеты высоконапорных гидротехнических сооружений. С.М. Слисский, М., 1986, с. 24, рис. 1.17.

11. К вопросу гидравлики траншейных боковых водобросов водохранилищных плотин. Н.Б. Кереселидзе и др. Изд. ТНИСГЭИ, N 4, 1962.

12. А. С. Кожевников. Общие уравнения установившегося движения потока с переменным расходом и их решения. М., 1949.

К недостаткам всех вышеуказанных работ следует отнести нерациональное использование водосливного фронта и отводящего тракта для увеличения пропускной способности водосброса.

Пропускная способность водосброса снижается образующимися в траншейном канале винтовыми течениями. При больших значениях сбрасываемых расходов потери напора внутри траншейного канала увеличиваются и его начальный участок затапливается и соответственно снижается его пропускная способность. Все эти недостатки требуют разработки более рациональной конструкции водосбросного сооружения, позволяющего снизить винтовые течения. В качестве борьбы с винтовым движением воды применяется устройство в виде водослива с носками [10], с пирсами-гасителями [11] или устройством на гребне водослива направляющих стенок [10].

Исследования свободной поверхности внутри траншейного канала показали, что в зависимости от гидравлических параметров кривые свободной поверхности имеют выпуклый характер. Глубина потока, начиная с критических глубин, увеличивается в сторону начала водосбросного сооружения и на определенном расстоянии глубина достигает своего максимального значения и далее уменьшается.

Теоретические исследования [12] показали, что максимальная глубина внутри траншейного канала в основном находится на расстоянии более (0,3-0,5)L от начала сооружения.

Из перечисленных аналогов прототипом можно выбрать [10]. Основным недостатком этого известного сооружения является то, что оно не позволяет полностью ликвидировать винтовое течение внутри траншейного канала, увеличить сбрасываемый расход. Так как с помощью носков получаются противоположные вращающиеся моменты и они гасят друг друга. Однако при таком гашении винтового течения процесс сопровождается большими потерями напора по длине траншейного канала и соответственно уменьшается его пропускная способность и увеличивается глубина потока.

Цель настоящей работы заключается в следующем:
- увеличение пропускной способности водосбросного сооружения;
- уменьшение в отводящем тракте водосброса за счет разрушения структуры винтового течения и увеличения скорости на начальном участке;
- максимальное использование конструктивных возможностей водосбросного оголовка для уменьшения потери напоров внутри него;
- снижение объема строительных работ.

Поставленная цель достигается тем, что в начальном участке дна водосбросное сооружение выполняется в ступенчатом виде. При этом в конце каждой ступени должна образоваться критическая глубина и ступени должны сообщаться друг с другом с помощью наклонных стенок падения. Такая компоновка позволяет в начальном участке траншейного канала значительно поднять дно и создать благоприятный скоростной режим течения. Таким образом, при такой компоновке начальный участок траншейного канала не затапливается и в отличие от обычных траншейных каналов начальная скорость потока увеличивается в несколько раз. При переходе из одной ступени на другую глубина потока доходит до критического значения и образующееся винтовое течение переходит через наклонную стенку падения и разрушается, не развиваясь дальше.

Предложенная конструкция водосбросного сооружения позволяет полностью использовать габаритные размеры траншейного канала и при этом значительно сократить его глубину. Так как при применении обычных конструкций при больших расходах в начальной части водосбросного оголовка его глубина получается большой и при этом требуются большие строительные работы.

Таким образом, для полного использования геометрических размеров оголовка нами разработана конструкция, позволяющая использовать внутреннее пространство траншейного канала для ликвидации винтового течения и увеличения поступательной скорости потока.

Водосброс состоит из следующих элементов (см. чертеж): 1 - ступенки; 2 - наклонная стенка падения; 3 - траншейный канал; 4 - отводящий водовод.

Водосбросное сооружение в статистическом состоянии включает в себя следующие элементы.

Траншейный канал выполняется в виде расширяющейся или прямолинейной формы с положительным уклоном дна в сторону отводящего водовода 4, и дно обеспечено ступеньками 1. Ступеньки сообщаются друг с другом с помощью наклонных стенок падения 2.

Конструкция работает следующим образом. Вода в водохранилище поднимается до уровня НПГ и далее переливается внутрь траншейного канала и транспортируется к входной части отводящего водовода 4. Двигаясь от начала траншейного канала к входной части отводящего водовода, вода проходит по отдельным ступеням, образует на них отдельные течения с критической глубиной на конце каждой ступени. Переход от одной ступени к другой по наклонной стенке падения приводит к разрушению образующего винтового движения потока и не дает ему возможности дальнейшего развития. Это приводит к снижению общей потери напора внутри траншейного канала и улучшению гидравлического режима. Размеры ступенек и стенок падения определяются для конкретного объекта гидравлическими расчетами и модельными исследованиями.

Таким образом, с применением данной конструкции при профилирующем напоре воды в водохранилище начальный участок водосброса не затапливается и уменьшается винтовое течение потока, значительно снижаются высотные размеры сооружения в начальном участке водосброса.

Водосброс включает траншейный канал с уклоном дна в сторону отводящего водовода. Начальный участок канала на расстоянии 0,3-0,5 его длины выполнен в виде ступеней. Ступени сообщаются друг с другом посредством наклонных стенок падения. Ступенчатое дно позволяет увеличить скорость в траншейном канале и значительно снизить стоимость всего сооружения. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Траншейное водосбросное сооружение, включающее траншейный канал с уклоном дна в сторону отводящего водовода, отличающееся тем, что начальный участок траншейного канала на расстоянии 0,3-0,5 его длины выполнен в ступенчатом виде, при этом длина ступеней увеличивается по направлению течения воды в траншейном канале. 2. Сооружение по п.1, отличающееся тем, что ступени сообщены между собой с помощью наклонных стенок падения. 3. Сооружение по п.2, отличающееся тем, что высота стенок падения увеличивается по направлению течения воды в траншейном канале.