Плотина Советский патент 1984 года по МПК E02B7/06 

2.Плотина по п. 1, отличающаяся тем, что каналы винтообразной формы выполнены различной формы в поперечном сечении.

3.Плотина по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности работы в различных эксплуатационных режимах, каналы винтообразной формы снабжены устройством для срыва вакуума.

4.Плотина по п. 2, отличающаяся тем, что поперечное сечение каналов винтообразной формы с увеличением угла закрутки уменьшается в их осевой части и увеличивается в торцовой в стороны действия центробежной силы потока.

5. Плотина по п. 3, отличаю аася тем, что устройство для срыва вакуума выполнено в виде полостей, проходящих в теле плотины, верхний конец которых выведен в разделительных бычках выше уровня верхнего бьефа, а нижний расположен выше носков-рассеивателей в осевой части каналов винтообразной формы.

1. ПЛОТИНА по авт. св. № IOG&578, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности дробления потока на водобое, каналы винтообразной формы имеют возрастаюший угол закрутки, увеличиваюш,ийся по их длине сверху вниз. в kO ю а О) сд со

Изобретение относится к гидротехническим сооружениям, в частности к бетонным плотинам. По основному авт. св. № 1006578 известна плотина, включающая водосливную часть, расположенную в теле ее и выполненную в виде продольных, по отношению направления движения потока, каналов винтообразной формы, имеющих на выходе носки-рассеиватели потока и связанные с водобоем 1. Указанная конструкция позволяет производить эффективное гашение энергии сбросных потоков, однако при этом не полностью достигается оптимальный и безопасный режим работы ее в различных условиях эксплуатации. Выполнение каналов винтообразной формы с одинаковым углом закрутки, линейно увеличивающимся по высоте, обеспечивает лишь равновозрастающее распределение давления потока на торцовые стенки каналов. При этом центробежные силы разрывающе действующие на поток, незначительно увеличивают свою величину при падении потока, что уменьшает эффективность разброса его при выходе в водобой. Вследствие этого, каналы необходимо выполнять достаточно длинными, а в поперечном сечении обеспечивающими пропуск мощных частей потока. Устройство каналов с одинаковым очертанием водопропускных отверстий не позволяет достигать компактного выполнения их на водосливе и производить регулировку ими сбросных расходов по фронту водосливной части. Кроме того, такое выполнение каналов винтообразной формы не позволяет производить эффективное гашение энергии сбросных потоков с одновременным использованием их для многоцелевого назначения в случае прохождения по ним неоднородных потоков, например с наличием в воде плавающих тел (льдин, щуги) или большой мутности потока. Такая конструкция плотины ограничена в использовании ее при подтоплении уровнем нижнего бьефа водобойной части выше верхней отметки его, т. е. при случае, когда воздушное пространство между уровнем воды в водобое и выходом каналов водослива отсутствует. При этом каналы вин тообразной формы работают в вакууметрическом режиме и составляют по существу сифонное устройство. Это приводит к тому, что изменяются расходные характеристики сбросных потоков, а на носках-рассеивателях интенсивно происходит кавитационная эрозия, что в конечном итоге влияет на работу самого гидроузла. Цель изобр етения - повышение эффективности дробления потока на водобое. Указанная цель достигается тем, что в платине каналы винтообразной формы имеют возрастающий угол закрутки, увеличивающийся по их длине сверху вниз. При этом каналы винтообразной формы выполнены различной формы в поперечном сечении. Кроме того, с целью повышения надежности работы в различных эксплуатацион ных режимах каналы винтообразной формы снабжены устройством для срыва вакуума.. . Поперечное сечение каналов винтообразной формы с увеличением угла закрутки уменьшается в их осевой части и увеличивается в торцовой в стороны действия центробежной силы потока. Устройство для срыва вакуума выполнено в виде полостей, проходящих в теле плотины, верхний конец которых выведен в разделительных бычках выше уровня верхнего бьефа, а нижний расположен выше носков-рассеивателей в осевой части каналов винтообразной формы.

На фиг. 1 изображен канал винтообразной формы с возрастающим углом закрутки по высоте, общий вид; на фиг. 2 - поперечное сечение каналов, имеющих различную форму поперечного сечения, вид сверху; на фиг. 3 - то же, с увеличением сечения в торцовой их части и уменьщением в осевой, вид сверху; на фиг. 4 - секция плотины с устройством для срыва вакуума, продольный разрез по оси плотины.

Плотина 1 содержит каналы 2 винтообразной формы с возрастающим углом закрутки, имеющие различную форму 3 поперечного сечения водопропускных отверстий и устройство ,4 ДЛЯсрыва вакуума.

Плотина работает следующим образом.

Сбросной поток попадает в каналы 2 винтообразной формы (фиг. 4) и начинает проходить по ним в виде винтового движения сверху вниз. При этом возникающие центробежные силы потока прижимают его к торцовым стенкам 5 (фиг. 1) каналов 2 и при выходе на водобой 6 (фиг. 4) разбрасывают его на мелкие порционные струи.

С целью повыщения эффективности дробления потока на водобое 6 каналы винтообразной формы имеют возрастающий угол закрутки, увеличивающийся по их длине сверху вниз (фиг. 1) Возрастание угла закрутки может составлять от О-3° во входной части каналов .7 до 50-55° в выходной части 8 на единицу падения их высоты, причем возрастание угла закрутки происходит по нелинейному, квадратическому распределению, например в виде степенной логарифмической или другой функциональной зависимости. Возникающая .при таком выполнении каналов значительная величина центробежной силы, действующая на поток в. выходной их части, производить интенсивное дробление и разбрасывание его по водобою. .

С целью улучщения пропуска сбросных расходов по водосливу, увеличения щироты ее. использования, а также выполнения водосливной части более компактной каналы 2 винтообразной формы в поперечном сечении имеют различную форму 3 водопропускных отверстий (фиг. 2), При таком выполнении конструкции улучщаются сбросные характеристики потока: путем уменьщения потерь на входе в водосливную часть и входе в каналы винтообразной формы; путем увеличения сбросных расходов - от более рационального подхода струй во входную часть водопропускных отверстий; вследствие пропуска неоднородного потока путем послойного разброса его по отдельным каналам. Кроме этого, такое выполнение водосливной части плотины позволяет более уплотнить количество каналов на единицу площади водослива, при достижении при этом больщей эффективности работы гидроузла, что позволяет увеличить объемы сбросов потока с меньщими затратами, при этом стоимость строительства таких водосбросов уменьщается.

Для улучшения условий работы плотины путем повыщения коэффициента полезного действия каналов винтообразной формы поперечное сечение их с увеличением угла закрутки уменьшается в осевой их части 9 и увеличивается в торцовой 10 в стороны действия центробежной силы потока (фиг. 3). Такое выполнение каналов значительно улучшает энергогасительный процесс, так как при падении потока по высоте происходит перераспределение кинетической энергии его в плоскости разброса с увеличением мощности струй на периферийной части каналов и уменьшением в осевой. При этом смещение центра тяжести частей потока от оси их вращения в сторону действия центробежных сил дополнительно улучшает расходные характеристики его, так как уменьщенное давление в осевой части потока еще и «подсасывает определенный объем воды из вышерасполеженных слоев на водосливе.

С целью повышения надежности и безопасности работы плотины каналы винтообразной формы выполнены с устройством 4 для срыва вакуума (фиг. 4); причем устройство выполнено в виде полостей 11, проходящих в теле плотины, с верхним концом 12, выведенным в разделительных бачках выще уровня верхнего бьефа и нижним 13, расположенным выше носков-рассеивателей, в осевой части каналов.

Такое выполнение плотины позволяет производить безопасную работу гидроузла независимо от уровней колебаний нижнего бьефа. В случае подтопления со стороны нижнего бьефа водобоя не изменяется режим работы его и не увеличиваются расходные характеристики потока. Одновременно с этим улучшаются кавитационные условия в самих каналах, что увеличивает их долговечность и уменьшает эксплуатационные затраты. Подача воздуха на выходную часть каналов улучшает аэрационную способность потока, его кислородный обмен, а также способствует лучшему его разбрызгиванию по водобое.

Кроме того, применение предлагаемой конструкции позволяет по сравнению с известной сократить объем бетонных работ на 15-18%, уменьшить стоимость строительства на 10-12%, уменьшить эксплуатационные издержки в 1,2-1,5 раз, а также увеличить КПД водослива на 15- 25%.