ВОДОВЫПУСК ИЗ КАНАЛА С БОЛЬШИМ УКЛОНОМ Российский патент 2016 года по МПК E02B13/00 

Изобретение относится к гидротехнике, а именно к устройствам для отбора воды из каналов с большим уклоном.

Известен донный водовыпуск быстротечного канала, включающий выполненную в дне канала траншею, отводящий канал, подключенный к траншее, решетку, выполненную в виде продольных стержней, шарнирно закрепленных одним концом к передней кромке траншеи и опирающихся свободным концом на дно транзитной части канала, и стабилизатор положения стержней. Кроме того, он снабжен ограничителем верхнего положения стержней, а стабилизатор положения стержней выполнен в виде прикрепленных к свободному концу каждого стержня двух пластин, верхняя из которых прикреплена плоскостью к верхней кромке стержня, а другая пластина прикреплена к стержню с образованием тупого угла между нижней его кромкой и плоскостью пластины (Авторское свидетельство SU №1303655, кл. E02B 5/08; E02B 13/00 от 15.04.1987).

Недостатком известного донного водовыпуска является его сложность, обусловленная наличием пластин и гибких тяг, размещенных внутри траншеи. Поток, поступая в траншею такого геометрического размера, частично гасится и приобретает вращательное движение, что создает сложную эпюру скоростей на повороте, а это в свою очередь создает сложность в эксплуатации сооружения, в отводящем канале приводит к размыву дна и откосов его, а также приводит к большой длине крепления канала и увеличивает расходы на ремонт сооружения. Кроме того, отсутствуют местные сопротивления по длине траншеи; известные элементы не обеспечивают в достаточной степени эффективного гашения энергии отводящего потока в переходных процессах, при которых расход меняется от одного до другого установившегося значения.

Известен водовыпуск из канала с бурным течением, содержащий подводящий и транзитный каналы, регулирующий затвор и донную водоприемную галерею, имеющую в верховой части водоприемное отверстие, перекрытое решеткой, а в низовой части разделительную стенку, сопряженную с дном транзитного канала, причем донная водоприемная галерея соединена с отводящей трубой посредством водовыпускного отверстия, донная водоприемная галерея выполнена в виде расширяющегося по направлению движения потока водовода, при этом регулирующий затвор установлен на выходе из отводящей трубы, а отношение площади водоприемного отверстия донной водоприемной галереи к площади ее водовыпускного отверстия составляет не более 1,5 (патент RU №2054085, кл. E02B 13/00 от 10.02.1996).

Однако данная конструкция обеспечивает лишь частичное гашение энергии по длине галереи за счет имеющегося поворота и не обеспечивает гашение турбулентных струй в самой галереи, которые продолжают движение и в отводящем канале, что требует большой длины отводящих труб, а это увеличивает стоимость сооружения. Для предотвращения винтообразного движения воды необходимо применение противоводоворотных устройств, а это в свою очередь также приводит к уменьшению отводимого расхода воды и ухудшению гидравлического режима работы сооружения.

Известен также водовыпуск - стабилизатор расхода воды из каналов с бурным режимом течения, включающий подводящий и транзитный каналы, регулирующий затвор и донную водоприемную галерею, имеющую в верховой части водоприемное отверстие, перекрытое решеткой, а в низовой части разделительную стенку, сопряженную с дном транзитного канала, причем донная водоприемная галерея соединена с отводящей трубой посредством водовыпускного отверстия. Кроме того, он снабжен струенаправляющей системой в виде разделительных криволинейных в поперечном сечении пластин, установленных напротив подводящего канала в галереи в ряд, ориентированных последовательно по длине отверстия галереи, причем верхние кромки пластин прикреплены снизу к решетке, концы ее стержней отогнуты вниз и оперты на разделительную стенку, сопряженную с дном транзитного канала с возможностью создания автоколебаний решетки, при этом галерея выполнена с постоянной по всей ее длине высотой и днищем, выполненным наклонным, и разделена по длине на секции поперечным выступом и плоской пластиной, прикрепленными основанием выступа и кромкой пластины снизу к разделительной стенке с частичным перекрытием по высоте проходного сечения галереи с зазорами к днищу галереи, причем днище ее снабжено вогнутой поперечной пластиной между выступом и плоской пластиной в виде сужающегося по длине галереи зигзагообразного водовода в сторону концевой ее части (патент RU №2484203, кл. E02B 13/00 от 03.02.2012).

Однако известный водовыпуск - стабилизатор требует прочности крепления поперечного выступа и пластин по длине галереи по пути нестационарного турбулентного потока, если даже встречаются местные сопротивления. При этом поток имеет восходящие струи с накоплением энергии, а в конце галереи образуется винтовое вращение. Такое осевое вращение объясняется компенсирующей циркуляцией на реакцию стенки и пластин местного сопротивления. При этом такое обстоятельство сопровождается размывам и увеличению расхода на увеличение длины отводящей трубы. Кроме того, приводит к недостаточности улучшения гидравлического режима истечения воды.

Задача, на решение которой направлено данное изобретение - улучшение гидравлического режима работы сооружения.

Технический результат, достигаемый при реализации данного изобретения, заключается в расширении области применения водовыпуска из канала с большим уклоном и в определении формы галереи по длине в зависимости от конкретной задачи, определяющей его геометрические размеры в качестве местных сопротивлений, при этом обеспечить заданный расход воды в отводе без выплесков и размыва берега.

Технический результат достигается тем, что водовыпуск из канала с большим уклоном, содержащий подводящий, транзитный и отводящий каналы, регулирующий затвор, водоприемную галерею, имеющей в верхней части водоприемное отверстие, перекрытое решеткой, водоприемное отверстие выполнено донной прорезью прямоугольного сечения поперек транзитного канала, под дном которого расположена галерея, сопряженная на входе и выходе камерами с уменьшающими линейными размерами в плане в виде усеченных конусов от первого к последующему ряду, установленных малым основанием в начале галерее и большим основанием в конце галерее, расположенных по длине и выполненной с переходным участком в виде закругленного в плане колена с суженной переходной частью, связанной с концевым участком в виде диффузора соединенного с отводящим трубопроводом.

Кроме того, переходные узкие участки усеченных конусов соединены между собой разгрузочными трубками и с полостью колена со стороны выпуклой грани.

В отличие от известных конструкций, формируемых по длине галереи зоны винтовых движений воды при установившемся движении, оказывающие доминирующее вращение в плоскости, перпендикулярной направления течения, где внутри образуется воздух, который может оказывать на появление в галереи кавитацию, в предложенной конструкции разрушаются эти вихри нестационарности потока. Разрушая эти вихри, накопленный в них воздух можно перевести в поток прямолинейно, в напорный. Поэтому последовательно размещенные камеры в виде усеченных конусов устанавливаются на некотором расстоянии вниз по потоку, сначала участок сужения, затем расширения с выходом узкого участка в зону закругленного в плане колена, связанного с концевым участком в виде диффузора, соединенного с отводящим трубопроводом.

Таким образом, все пространство по длине галереи заполняется сплошным напорным движением воды, что улучшает перепад давления в отводящем трубопроводе (канале), соответственно обеспечивает увеличение пропускной способности воды, проходящей по галереи, а также сокращает общую длину участка отводящей трубы, соединенного с открытым каналом (не требуется колодца-гасителя), для сопряжения с открытой частью отводящего канала; улучшает гидравлический режим работы сооружения.

Проведенный анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить отсутствие технического решения в источниках, характеризующихся признаками, тождественными признаками предложенного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов, наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволило установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому техническому результату отличительных признаков в заявленном водовыпуске из канала с большим уклоном, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «новизна».

Результаты проведенного поиска известных решений показали, что заявленное изобретение не содержит признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного водовыпуска.

Следовательно, заявленное изобретение не вытекает для специалистов явным образом из известного уровня техники, является результатом творческого труда авторов изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «изобретательский уровень».

Заявленное изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен водовыпуск из канала с большим уклоном, план; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Водовыпуск из канала с большим уклоном состоит из подводящего канала 1, начальное сечение которого совпадает с донной прорезью 2 в дне транзитного канала 3, перекрываемой виброрешеткой 4 с наклонном навстречу потоку, входная часть донной прорези 2 имеет первую камеру 5 с уменьшающимися линейными размерами в плане в сторону галереи 6, которая выполнена в виде усеченного конуса, причем малое основание с выходным сечением сопрягается с расширением со стенками галереи 6, а выходное сечение галереи сопрягается прямолинейно с большим основанием усеченного конуса второй камеры 7, выход которой с малым основанием сопрягается расширением стенок с переходным участком в виде закругленного в плане колена 8, причем радиус закругления колена 8 подбирается из условия обеспечения плавного перехода от вертикальной ориентации колена 8, к ориентации близкой к горизонтальной с выходом узкого поперечного сечения, но с уклоном, обеспечивающим транспорт промывного потока воды со всеми посторонними включениями, проходящими между стержнями виброрешетки 4, при этом колено 8 в конце своего переходного участка связано с диффузором 9 соединенного с отводящей трубой 10 с затвором 11.

Суженные части камер 5 и 7, полости которых через отверстия в стенках камер 5 и 7, соединены с трубопроводом 12 и с полостью закругленного в плане колена 8 со стороны выпуклой грани для подсоса воды и заполнения ею до полного объема поперечного сечения колена 8.

Водовыпуск из канала с большим уклоном работает следующим образом.

Поток воды проходит через полезный просвет виброрешетки 4, донную прорезь 2 в дне транзитного канала 3 (начальное сечение подводящего канала 1), поступает через первую камеру 5 и движется по ней со сжатием потока за счет выполнения ее в виде усеченного конуса в сторону начального расширяющегося участка галереи 6. Здесь поток вновь расширяется в галерее и движется прямолинейно в сторону большого основания второй камеры 7, выполненной в виде усеченного конуса. Затем поток повторно сжимается в поперечном сечении второй камеры 7, проходит через закругленное колено 8 с суженой переходной частью и поступает в диффузор 9. При этом за счет заполнения камер 5 и 7 водой в поперечном сечении, создается увеличения давления потока на поверхность стенок галереи 6, что исключает появления накопления воздуха в галерее 6. Поток воды через закругленный в плане переходной участок колена 8 посредством диффузора 9 восстанавливается в полном объеме и поступает в отводящую трубу 10, перекрываемую затвором 11. При этом зона вакуума со стороны выпуклой грани колена 8 соединена с полостями камер 5 и 7 с выпускными отверстиями в их стенках с применением трубопровода 12, и заполняется с некоторой составляющей скоростью, что повышает заполнение всего объема поперечного сечения колена 8 водой перед началом входа в диффузор 9, устанавливающийся далее в равномерный поток воды через диффузор 9, который соединен с отводящей трубой 10.

Воздух в зоне выпуклой грани колена 8 смешивается с водой, не создает энергетической плотности пульсаций в области вакуума, а разрушает на изгибе и, чем выше давление воды в колене 9, тем эффективнее будет работа отводящей трубы 10, которая дальше сопрягается с открытым каналом (не показано).

Конструктивные элементы камер 5 и 7, размещенных на некотором расстоянии друг от друга по длине галерее 6 с сопряженным закругленным участком в плане коленом 8 с диффузором 9, обеспечивается возможность существенно облегчить конструкцию нижнего бьефа, в конце отводящей трубы, и предохраняет отводящий открытый канал от размыва и выплесков за борта канала, т.е. в непосредственной близости к отводящему трубопроводу. Следует отметить, что камеры 5 и 7 устанавливаются по длине галерее 6 на некотором расстоянии друг от друга вниз по потоку в виде усеченных конусов и заметным их сопротивлением. Вид местного сопротивления, также как и форма всех элементов сооружения выбирается в зависимости от конкретной задачи и определяется его геометрическими размерами.

Таким образом, исходя из взаимосвязи и взаимозависимости основных элементов водовыпуска из канала с большим уклоном, обеспечивает увеличение расхода воды, проходящей по галерее, позволяет упростить конструкцию и повысить напор внутри галерее, что, в свою очередь, приводит к выполнению задачи оптимального водозабора и улучшения гидравлического режима работы сооружения.

Изобретение относится к гидротехнике, а именно к устройствам для отбора воды из каналов с большим уклоном. Водовыпуск включает подводящий канал 1, откуда вода поступает в водоприемную прорезь, а наносы движутся вдоль виброрешетки 4 и сбрасываются в транзитный канал 3. Часть воды поступает через донную прорезь в первую камеру 5 с местным сужением, внутренняя поверхность которой имеет форму усеченного конуса, установленную малым основанием в сторону галереи 6. Галерея 6 выполнена расширенной прямолинейно по направлению движению потока, и конец ее соединен с расширенным основанием второй камеры 7, внутренняя поверхность которой также имеет форму конуса, что обеспечивает в галерее 6 напорный режим и безотрывное движение воды, препятствует вихреобразованию в галерее 6. После камеры 7, выход которой имеет сужение с меньшим основанием, поток воды поступает в промежуточный расширенный участок в виде закругленного в плане колена 8 с суженной переходной частью, связанной с концевым участком в виде диффузора 9, и далее поступает в спокойном состоянии в отводящий трубопровод 10 при открытом затворе 11. Полость колена 8 со стороны выпуклой грани соединена посредством трубопровода 12 с суженными частями камер 5 и 7 для подсоса воды в зону вакуума, что заполняет все поперечное сечение колена 8. Изобретение упрощает конструкцию, уменьшает динамическое воздействие элементов конструкции друг на друга, улучшает динамические свойства движения потока и улучшает гидравлический режим сооружения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Водовыпуск из канала с большим уклоном, содержащий подводящий, транзитный и отводящий каналы, регулирующий затвор, водоприемную галерею, имеющую в верхней части водоприемное отверстие, перекрытое решеткой, отличающийся тем, что водоприемное отверстие выполнено донной прорезью прямоугольного сечения поперек транзитного канала, под дном которого расположена галерея, сопряженная на входе и выходе камерами с уменьшающимися линейными размерами в плане в виде усеченных конусов от первого к последующему ряду, установленных малым основанием в начале галереи и большим основанием в конце галереи, расположенных по ее длине, и выполнен с переходным участком в виде закругленного в плане колена с суженной переходной частью, связанной с концевым участком в виде диффузора, соединенного с отводящим трубопроводом.

2. Водовыпуск по п.1, отличающийся тем, что переходные узкие участки усеченных конусов соединены между собой разгрузочными трубками и с полостью колена со стороны выпуклой грани.