ДВУХСТОРОННИЙ ВОДОДЕЛИТЕЛЬ ДЛЯ КАНАЛОВ С БОЛЬШИМ УКЛОНОМ Российский патент 2018 года по МПК E02B13/00 E02B8/02 

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для забора воды из канала с большими уклонами, для которых характерно значительное колебание уровней воды, а также в условиях обильных донных наносов.

Известен водовыпуск-стабилизатор расхода воды из каналов с бурным режимом течения, включающий подводящий и транзитный каналы, регулирующий затвор и донную водоприемную галерею, имеющую в верхней 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 водопропускного отверстия, причем за счет изменения гидравлических сопротивлений галерея снабжена струенаправляющей системы в виде разделительных криволинейных стенок, а также снабжена по длине галереи выступом и плоской пластиной, образующих отдельные секции, и галерея выполнена в виде зигзагообразного водовода (Патент RU №2484203, Е02В 13/00 от 10.06.2013).

Недостатком известного водовыпуска-стабилизатора является его сложность, обусловленная наличием выступов и пластин, размещенных внутри полости галереи и т.д. Эти устройства создают сложную эпюру скоростей на повороте, создают сложность в эксплуатации. При этом ведут к большим потерям энергии из-за трения по длине галереи.

Наиболее близким техническим решением является водовыпуск из канала с большим уклоном, содержащий подводящий и транзитный каналы, регулирующий затвор, водоприемную галерею, имеющую в верхней части водоприемное отверстие, перекрытое решеткой, галерея выполнена входным оголовком в виде трубы, верхняя часть корпуса которой с косым срезом расположена выше щелевого отверстия галереи, при этом перед щелевым отверстием дополнительно расположен V-образный порог, а боковые стенки подводящего канала снабжены струенаправляющими элементами с возможностью перемещения в сторону порога, причем струенаправляющие элементы выполнены Г-образными вертикальными стенами с полками, размещенными над дном подводящего канала, а нижние торцы вертикальных стенок установлены относительно дна подводящего канала (Патент RU №2550421, Е02В 13/00, Е02В 8/02 от 10.05.2015).

Недостатком известного водовыпуска из канала с большим уклоном является необходимость порога и необходимость входной оголовок трубы располагать выше щелевого отверстия галереи, что вызывает наличие сосредоточенного потока в центральной части подводящего канала, его поднятие вверх, далее поступающего в щелевое отверстие галереи, а это является источником повышенной пульсации скорости и нарушение на изменение гидравлических параметров потока над щелевым отверстием галереи и имеет ограниченный диапазон забираемых расходов в щелевое отверстие; при этом это будет способствовать быстрому износу порога при интенсивном движении наносов в канале, т.е. камень может ударить о порог.

Техническим результатом, достигаемым настоящим изобретением является повышение эффективности работы путем улучшения условий входа воды и уменьшения подпора перед водоприемным отверстием перекрытое решеткой.

Указанный технический результат достигается тем, что двухсторонний вододелитель для каналов с большим уклоном, содержащий подводящий и транзитный каналы, регулирующий затвор, водоприемную галерею, имеющей в верхней части водоприемное отверстие, перекрытое решеткой, галерея выполнена входным оголовком, вододелитель выполнен расщепителем в виде плоскости плиты, наложенной на движение потока тракта труб и имеющей в передней части прорези, а входы в прорези ниже перекрытия решетки снабжены регулятором в виде отдельных секций из клапанов, закрепленных на оси вращения, ось, которая соединена с приводом их вертикального перемещения с возможностью размещения в нише стены канала, при этом задняя часть плоскости плиты сверху снабжена растекателями с полуконусами, ориентированы вершинами в сторону подводящего канала.

Кроме того, трубы уложены по откосу дна в сторону водоприемной галереи.

Кроме того, задняя часть водоприемной галереи транзитного канала выполнена в плане криволинейного очертания выпуклостью в сторону транзитного канала порогом.

Кроме того, концы прорезей плоскости плиты соединены с входными оголовками труб с помощью гибкой муфты-вставки.

Кроме того, задняя часть плоскости плиты снабжена растекателями, которые оборудованы водоприемными отверстиями с порогом, размещенными под полуконусами в плоскости их основания.

Сопоставительный анализ заявляемого устройства с прототипом показывает, заявляемое устройство отличается тем, что расщепитель в виде плоскости плиты устанавливается над галереей в одной плоскости с дном подводящего канала таким образом, чтобы поток, распластанный по ширине подводящего канала поступал в напорные трубы, перекрытые сверху плоскостью плиты с прорезями в передней своей части, где напорные трубы уложены непосредственно по откосу дна в сторону водоприемной галереи. Ниже решетки прорези снабжены регулятором в виде поворотных клапанов, закрепленных на оси вращения, что за счет отсутствия угловых зон создает благоприятные гидравлические условия, при которых забор воды происходит при отсутствии прыжковых явлений, потери напора при этом наименьшие при перемещении поворотных клапанов для перекрытия прорезей расщепителя в виде плоскости плиты. При этом описанное расположение донной галереи в виде криволинейного очертания порога, где поток, выходя из напорных труб, закручивается, и поворачивается навстречу друг к другу, соударяются между собой и, затем направляются в отводящие каналы с повышенной пропускной способностью. Количество напорных труб, связанных с прорезями расщепителя устанавливают расчетом на стадии проектирования, которое зависит от ширины и расходных характеристик подводящего канала. Также расположение растекателей над водоприемными отверстиями с порогом в задней части плоскости плиты, формирует частичный плавный подпор уровня воды и, соответственно, образует кривую спада с повышенными скоростями течения над растекателями с порогом, транспортируют придонные слои водотока с наносами вниз по течению в транзитный канал беспрепятственно, соответственно, это позволяет отбирать часть расхода чистой воды в галерею, а, следовательно, расход галереи увеличивается дополнительно формируемой конструкции расщепителем в виде плоскости плиты в целом. В свою очередь, описанные явления, а также то, что предлагаемое устройство не нарушает в целом устойчивую работу вододелителя и не требует специальных преград. Позволяет повысить качество забираемой воды за чет реагирования устройством на изменение внешних условий.

На фиг. 1 изображен двухсторонний вододелитель для каналов с большим уклоном, план; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 изображен фрагмент конструкции растекателя в виде полуконуса задней части плоскости плиты над водоприемной галереи; фиг. 4 изображен фрагмент конструкции растекателя с перегородкой, поперечный разрез.

Двухсторонний вододелитель для каналов с большим уклоном содержит расположенную между подводящим 1 и транзитным 2 каналами водоприемную галерею 3. Водоприемная галерея 3 выполнена откосом 4 в сторону дна 5 галереи 3. Задняя часть внутри водоприемной галереи выполнена криволинейными порогами 6, 7, выход из галереи 3 соединен с отводящими каналами 8, 9, во входном сечении которых установлены затворы 10, 11 с подъемным механизмом.

Водоприемная галерея 3 перекрыта в одной плоскости дна подводящего 1 и транзитного 2 каналов, расщепителем в виде плоскости плиты 12, коротких напорных труб 13, уложенных на откос 4 водоприемной галереи 3, прорезей 14 расщепителя, и соединенных прорезей 14 гибкой муфты-вставки 15 с напорными трубами 13. Под решеткой 16, перекрывающей прорези 14, на откосе 4 для регулирования забора воды через прорези 14, закреплены поворотные секции клапана 17 на оси 18 вращения, ось, которая соединена с приводом 19 их вертикального перемещения. Привод 19 устроен в нише стены подводящего канала 1.

Растекатели 20 формируют частичный подпор уровня воды выше в концевой части плоскости плиты 12, и занимает положение в работе по форме полуконуса, которые расположены в задней части плоскости плиты 12, перекрывающей водоприемную галерею 3. При этом растекатели 20 с перегородками 21 перекрывающие водоприемные отверстия 22 в плите 12, перегородка 21, которая предотвращает попадания в галерею 3 транспортируемых наносов вниз по течению в транзитный канал 2, таким образом, часть воды дополнительно поступает в галерею 3. Количество как коротких напорных труб 13, так и растекателей 20 устанавливают расчетом на стадии проектирования, которое зависит от ширины и расходных характеристик подводящего канала 1. Конструкция растекателя 20 в плане выполнена полуконусами, ориентированы вершинами в сторону подводящего канала 1, позволяет их скоростным потоком сверху, так чтобы приводит поступлению воды через перегородку 21 в водоприемные отверстия 22, далее в галерею 3, где эти потоки смешиваются с основным расходом воды, поступающих из коротких напорных труб 13. Кроме того, перегородки 21 являются одновременно и поперечными ребрами жесткости, которые могут быть выполнены, например из пластин.

Поскольку уровень воды в подводящем канале 1 может меняться, и забор воды в прорези 14 расщепителя, соответственно, уменьшается, с помощью регулятора с приводом 19, с осью 18, перемещают вертикально секции клапанов 17 в сторону откоса 4 галереи 3. Поэтому откос 4 ниже входной части прорези 14 имеет высоту сечения в плане ниже дна подводящего канала 1 (с определенным заданным углом) позволяет увеличить по направлению течения потока забор воды далее в напорные трубы 13.

Двухсторонний вододелитель для каналов с большим уклоном работает следующим образом.

Скоростной поток, насыщенный наносами, по подводящему каналу 1 поступает к прорезям 14 расщепителя в виде плоскости плиты 12 с регулятором в виде поворотных секций клапанов 17 на оси 18 с приводом 19, вследствие чего решетку 16 осветленная вода поступает через прорези 14 в напорные трубы 13, соединенные муфты-вставки 15, которые уложены на откос 4 в сторону дна галереи 3, где в результате наличия в плане криволинейного очертания порога под плоскостью плиты 12 перед транзитным каналом 2 происходит закручивание потоков воды, выходящих из напорных труб 12, соударяются между собой и, затем направляются в отводящие каналы 8, 9 с повышенной пропускной способностью. При этой остановке потока часть кинетической энергии переходит в потенциальную в виде повышенного уровня воды в зоне самой галереи 3. При этом крупные влекомые наносы беспрепятственно проходят через прорези 14 по плоскости плиты 12. Далее забор чистой воды дополнительно в галерею 3 осуществляется растекателями 20 с перегородкой 21, выполнены с водоприемными отверстиями 22 в задней части плоскости плиты 12, откуда вода поступает в галерею 3 и далее смешивается с напорным потоком, поступающим из труб 13. Следует отметить, что забор воды через водоприемные отверстия 22 в основании растекателей 20 осуществляется с малыми скоростями (0,15-0,20 м/с), что приводит к образованию за растекателями зоны разряжения при движении скоростного потока в сторону транзитного канала 2. За счет перегородки 21 наносы также транспортируются вниз по течению в транзитный канал 2, т.е. перегородка 21 не допускает попадание наносов в галерею 3. Вся эта в целом конструкция компоновки сооружения способствует повышению пропускной способности, а также наносотранспортирующей способности.

При отсутствии забора воды секции клапанов 17 на оси 18 занимают горизонтальное свое положение и, соответственно, снизу перекрывают прорези 14 расщепителя. Таким образом, скорость течения воды не нарушается в сторону транзитного канала 2, даже при наличии растекателей 20 с полуконусами, ориентированы вершинами в сторону подводящего канала 1, предохраняя от завала наносами галерею 3. Круглые напорные трубы 13 являются короткими по длине и работают полным сечением, так как уложены на откос 4 в сторону галереи 3, при этом прорези 14 резко уменьшают свое сопротивление потоку энергии при наличии их соединения с оголовками труб с помощью гибкой муфты-вставки 15 в открытом состоянии регулятора выполненным из секций клапанов 17 на оси 18 с приводом 19.

Предлагаемая конструкция сооружения индустриально, имеет значительно больший допустимый диапазон осуществлять забор чистой воды и снижает попадание в галерею транспортируемых наносов. При этом необходимо иметь в виду, что устойчивость переходных процессов гидравлического режима, возникающих при работе этих сооружений, обеспечивается рациональной компоновкой и технически грамотным конструктивным решением вододелителя. Такая взаимосвязь и взаимозависимость основных элементов вододелителя обеспечивает эксплуатационную надежность при изменении уровня воды и оптимальную пропускную способность в условиях прохождения бурного потока в канале.

Устранение фонтанирующего гидравлического прыжка перегрузок и отказов вышеуказанных элементов повышает объем водоподачи, сокращают затраты на эксплуатацию за счет уменьшения межремонтных периодов по сравнению с известным устройством при тех же расходах на строительство.

В целом изобретение существенно упростит компоновку сооружения для регулирования скоростного режима в канале при заборе воды потребителю и повысит надежность его работы.

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для забора воды из каналов с большими уклонами, для которых значительное колебание уровней воды, а также в условиях обильных донных наносов. Вододелитель содержит подводящий (1) и транзитный (2) каналы, сопряженные водоприемной галерей 3, перекрытой расщепителем в виде плоскости плиты (12) и расположенной в одной плоскости с дном подводящего канала (1). Галерея 3 имеет откос (4). Расщепитель, выполненный в виде плоскости плиты (12), наложен на трубы (13) и имеет в передней части прорези (14). Короткие напорные трубы (13) уложены на откос (4) в сторону дна (5) галереи (3). Передняя часть расщепителя под решеткой (16) с прорезями (14) выполнена регулятором в виде закрепленных поворотных секций клапанов (17) на оси (18) с приводом (19). Задняя часть расщепителя выполнена с растекателями (20), которые имеют перегородки (21) и перекрывают водоприемные отверстия (22) в плоскости плиты (12), при этом они образуют кривую спада потока, обеспечивающую увлечение наносов вниз по течению в транзитный канал (2). Вода дополнительно через водоприемные отверстия поступает в галерею (3), где смешивается с основным отводящим потоком, поступающим из коротких напорных труб (13), и забирается в отводящие каналы (8, 9). Повышается эффективность работы путем улучшения условий входа воды и уменьшения подпора перед водоприемным отверстием, перекрытым решеткой. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Двухсторонний вододелитель для каналов с большим уклоном, содержащий подводящий и транзитный каналы, регулирующий затвор, водоприемную галерею, имеющую в верхней части водоприемное отверстие, перекрытое решеткой, галерея выполнена входным оголовком, отличающийся тем, что вододелитель выполнен расщепителем в виде плоскости плиты, наложенной на движение потока тракта труб и имеющей в передней части прорези, а входы в прорези ниже перекрытия решетки снабжены регулятором в виде отдельных секций из клапанов, закрепленных на оси вращения, ось соединена с приводом их вертикального перемещения с возможностью размещения в нише стены канала, при этом задняя часть плоскости плиты сверху снабжена растекателями с полуконусами, ориентированными вершинами в сторону подводящего канала.

2. Вододелитель по п.1, отличающийся тем, что трубы уложены по откосу дна в сторону водоприемной камеры.

3. Вододелитель по п.1, отличающийся тем, что задняя часть водоприемной галереи транзитного канала выполнена в плане криволинейного очертания выпуклостью в сторону транзитного канала порогом.

4. Вододелитель по п.1, отличающийся тем, что концы прорезей плоскости плиты соединены с входными оголовками труб с помощью гибкой муфты-вставки.

5. Вододелитель по п.1, отличающийся тем, что задняя часть плоскости плиты снабжена растекателями, которые оборудованы водоприемными отверстиями с порогом, размещенными под полуконусами в плоскости их основания.