Плотина Советский патент 1983 года по МПК E02B7/06 

Изобретение относится к гидротехническим сооружениям, в частности к водосливным плотинам из бетона. Известны плотины, включающие тело самой плотины в виде бетонной стены, водослив, сбросные потоки которых проходят по горизонтальным каналам-водоводам, устроенным в теле плотины, а гашение энергии потока производится за ее пределами в нижнем бьефе. Такие конструкции плотин выполнены с пустотными отверстиями в самой бетонной стене, имеющими направление снизу вверх 1. Известна также плотина, включающая размещенную в ее теле водосливную часть, выполненную в виде ряда продольных по отношению направления движения потока каналов, связанных с водобоем 2. Недостатком известных плотин является малая степень гащения энергии сбрасываемого в нижний бьеф потока. Цель изобретения - повышение эффективности гашения энергии сбросного потока. Указанная цель достигается тем, что в плотине, включающей размещенную в ее теле водосливную часть в виде ряда продольных по отношению направления движения потока каналов, связанных с водобоем, каналь водосливной части выпол.нены винтообразной формы, а на выходе из каналов установлены носки-рассеиватели потока. При этом каналы могут быть выполнены переменного сечения, возрастающего по длине сверху вниз. Кроме того, носки-рассеиватели смежных рядов каналов, размещенных по мере удаления от верхнего бьефа к нижнему, попарно направлены навстречу друг другу. Дополнительно носки-рассеиватели каждого из каналов могут быть выполнены из двух частей, размещенных по обе стороны от оси канала и направленных в противоположные стороны. Водобой может быть выполнен в виде волновой поверхности. С целью перераспределения гашения энергии сбросного потока в вертикальной плоскости, носки-рассеиватели потока секций каналов, смежных по фронту водосливной части, размещены на различной высоте. На фиг. 1 дана секция плотины в плане; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1 (в направлении взаимно пересекающихся струй потоков); на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 1; на фиг. 5 - нижняя часть водосливного канала коробчатого вида при наличии двух разнонаправленных носков-рассеивателей; на фиг. 6 - то же, при наличии однонаправленного носка-рассеивателя; на фиг. 7 рассеивание струй потока в канале, снабженном двумя разнонаправленными носками-рассеивателями; на фиг. 8 - то же. в канале, снабженном однонаправленным носком-рассеивателем. Плотина включает секции 1, в которых размещен водослив 2, выполненный в виде каналов 3 винтообразной формы, снабженных с нижней их стороны носками-рассеивателями 4 потока 5, расположенными над водобоем 6, имеющим вид волновой поверхности 7. Гащение энергии сбросного потока происходит следующим образом. Части сбросного потока проходят независимо друг от друга по водосливу 2 в виде свободно падающих струй потока 5. Проходя по каналам 3 водосливной части, струи потока, вследствие выполнения каналов винтообразной формы, приобретают в нижней их части центробежную силу которая прижимает струи к боковым стенкам канала и стремится произвести круговое рассеивание потока при выходе его на водобой 6. Дополнительно в нижней части водосливных каналов размещены носки-рассеиватели 4, которые значительно увеличивают сектор разброса струй, обеспечивая более эффективное рассеивание потока, уменьщая при этом удельную величину его энергии, приходящуюся на единицу площади водобоя, до степени полного гащения. Кроме того, гащение энергии сбросного потока происходит одновременно вследствие соударения рассеянных струй, выходящих в различных плоскостях от рядом размещенных водосливных каналов. С целью улучщения свойства гащения энергии потока и увеличения при этом сбросного расхода, дополнительно каналы водосливной части выполнены переменного сечения, возрастающего по длине сверху вниз (фиг. 2). Для достижения наилучщего гащения энергии сбросных потоков носки-рассеиватели рядом размещенных рядов каналов направлены навстречу друг другу (фиг. 2 и 3). В водосливных каналах поток, выходящий из носков-рассеивателей, приобретает форму сектора рассеивания (фнг. 7 и 8). Распределение мощности потока в таком секторе возрастает от оси поворота канала (фиг. 5 и 6) в направляении центробежной силы и достигает наибольщей величины у противоположной, внешней его стороны. Остаточная энергия сбросного потока 5 с внещней стороны сектора рассеивания (фиг. 7) при соприкосновении его с поверхностью водобоя имеет значение в несколько раз большее, чем энергия потока с внутренней его стороны (фиг. 7 и 8). Вследствие этого происходит неравномерное распределение гащения энергии потока на водобое. Для выполнения наиболее полного равномерного гашения энергии сбросных потоков на водобое носки-рассеиватели, подающие потоки из рядом размещенных каналов, направлены навстречу друг другу. В таких случаях каналы могут быть выполнены либо с «левым направлением винта, либо с «правым, в зависимости от общей компоновки плотиных и достижения наибольшего эффекта гашения. Сбросные потоки, выходя навстречу друг другу (фиг. 2), в месте содарения струй, вследствие динамического- их воздействия между собой, наиболее активно производят гашение своей энергии. Расположение носков-рассеивателей может быть таким, чтобы сбросные потоки перекрывались не по всей их ширине в секторе рассеивания, а только частично - в полосе наличия наибольшей остаточной их мошности. Улучшение гашения энергии сбросного поюка достигается также путем увеличения Эффективности его рассеивания. Это достигается тем, что нижняя сторона каналов водосливной части снабжена двумя разнонаправленными носками-рассеивателями (фиг. 5), которые расположены отдельно по обе стороны от оси канала. Сбросный поток 5 при этом делится на две части и направляется в противоположные стороны (фиг. 7). Такая компоновка носков-рассеивателей позволяет значительно улучшить эффект рассеивания потока, причем одновременно уменьшается мощность потока, выходящего из одного носка-рассеивателя. При правильном подборе параметров носков-рассеивателей можно достичь рассеивания сбросного потока с наибольшей шириной сектора рассеивания, вплоть до кругового. Такое расположение носков-рассеивателей позволяет выполнять с наибольшим показателем дробление потока, при котором удельная величина его энергии в секторе рассеивания, приходящаяся на единицу площади водобоя, будет стремиться к нулю. Эффективное гашение энергии сбросного потока в таких конструкциях плотин происходит в водобое вследствие рассеивания 0 самого потока и соударения взаимно пересекающихся его струй. Однако в ряде ел учаев, например при больших значениях мощности сбросных потоков, незначительная часть остаточной его энергии будет 45 оставаться и гаситься непосредственно на поверхности водобоя. Для этого с целью наилучшего выполнения процесса гашения водобойная часть выполнена в виде волновой поверхности (фиг. 2 и 4). Части струй потоков, попадая на такую поверхность, 50 движутся навстречу друг другу с гребней соседних волн во впадину и взаимно гасят свою энергию. При повышении уровня затопления водобоя остаточная энергия таких частей струй гасится в самой толше воды. Конструкция предлагаемой плотины позволяет выполнить эффективное гашение энергии сбросного потока независимо и отдельно в каждом канале или во всех каналах одновременно. Целесообразно размеры каналов водосливной части варьировать, в зависимости от назначения частей гидроузла. Так, например, для сброса значительного количества воды из верхнего бьефа в нижний будет рациональным выполнить каналы больших размеров, а для забора воды с целью подачи водопотребителям или для расчленения сбросного потока на части, с целью пропуска его через фильтруюшие элементы, каналы можно выполнить меньших размеров. В связи с этим в каждой секции плотины (фиг. 4) водосливные каналы имеют свое, определенное сечение, а,.-носки-рассеиватели потока расположены на различной высоте. Такое расположение носков-рассеивателей позволяет одновременно выполнять перераспределение напряжения в теле плотины, возникающего в каналах водосливной части в местах выхода водослива на водобой. Применение изобретения позволяет обеспечить эффективное гашение энергии сбросного потока, независимо от величины и очередности, пропуская его по каналам водосливной части плотины; возводить плотину многоцелевого назначения, независимо от расположения водосливной части в компоновке гидроузла; устраивать каналы водосливной части из сборных элементов, например при выполнении их коробчатыми и возводить плотину секционно. 35 независимо от других ее компонентов; производить замену разрушенных или поврежденных элементов водосливной части плотины без изменения режима работы гидроузла в целом; заметно улучшить качество воды на выходе ее в водобой, вследствие достижения значительной аэрации сбросного потока; сократить сроки возведения гидроузла в 2,5-3 раза при увеличении объема монтажных работ и достигнуть при этом улучшения качества элементов водослив й части, например, использовав для этого пропарочные камеры, - предварительное напряжение арматуры в элементах и т. п.; производить типовые конструкции элементов водосливной части и применять их в зависимости от общего назначения и параметров гидроузла; уменьшить материалоемкость плотины в 1,5-2 раза и сократить стоимость строительно-монтажных работ при ее возведении ,в 2-2,5 раза.

1. ПЛОТИНА, содержащая размещенную в ее теле водосливную часть, выполненную в виде ряда продольных по отнощению направления движения потока каналов, связанных с водобоем, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности гащения энергии сбросного потока, каналы водосливной части выполнены винтообразной формы, а на выходе из каналов установлены носки-рассеиватеЛЬ потока. 2.Плотина по п. 1, отличающаяся тем, что каналы водосливной части выполнены переменного сечения, возрастающего по длине сверху вниз. 3.Плотина по п. 1, отличающаяся тем, что носки-рассеиватели смежных рядов каналов, размещенных по мере удаления от верхнего бьефа к нижнему, попарно направлены навстречу друг другу. 4.Плотина по пп. I и 2, отличающаяся тем, что носки-рассеиватели каждого из каналов выполнены из двух частей, размещенных по обе стороны от оси канала и направленных в противоположные стороны. 5.Плотина по п. 1, отличающаяся тем, что водобой выполнен в виде волновой поверхности. 6.Плотина по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью перераспределения гашения энергии сбросного потока в вертикальной плоскости, носки-рассеиватели-Потока секций каналов, смежных по фронту водосливной части, размешены на различной высоте.