Водобойное устройство водосброса плотины Советский патент 1990 года по МПК E02B8/06 

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для гашения энергии водного потока на водосбросах плотин. Цель изобретения - повышение эффективности гашения энергии сбросного потока и уменьшение кавитационных разрушений. В пролетах водосливной плотины 1 между бычками 2 перед водобойной плитой 5 установлены пирсы 3, выполненные с продольными сужающимися по направлению течения потока водопроводящими каналами 4, имеющими на выходе развилку. Пирсы 3 выполнены расширяющимися в плане по направлению течения потока высотой и суммарной максимальной шириной, составляющими от 0,3 до 0,6 ширины пролета. Эффективность гашения энергии потока обеспечивается за счет быстрой потери устойчивости транзитной струи с повышенной глубиной при выходе ее на водобойную плиту 5. За низовыми гранями пирсов 3 и бычков 2 транзитная струя начинает активно деформироваться, растекаясь в зоне свободного пространства. Интенсивному массообмену способствуют струи, стекающие с верхних граней пирсов 3, струи поступающие из водопроводящих каналов 4, а также обратные потоки-водовороты, возникающие равномерно по фронту в нижнем бьефе от транзитных струй. Предотвращение кавитационных разрушений достигается благодаря повышению гидродинамических давлений на обтекаемых гранях пирсов 3 и за счет создания водопроводящих каналов 4, обеспечивающих повышение давления в придонной зоне за пирсами 3 при соударении струй, выходящих из каналов 4, с транзитными струями. Повышение гидродинамического давления способствует устранению кавитационного факела, возникающего в нижней части боковых кромок пирсов 3 и разрушающего плиту 5. 2 ил.

Фиг. 2

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для гашения энер- I ИИ водного потока на водосбросах плотин.

Цель изобретения - повышение эффективности гашения энергии сбросного потока и уменьшение кавитационных разрушений.

На фиг. 1 показан водосброс, вертикальный продольный разрез; на фиг. 2 - план одного пролета водосброса.

Водобойное устройство включает водосливную плотину 1, разделенную на пролеты бычками 2, между которыми установлены пирсы 3, выполненные с продольными сужающимися по направлению течения потока водопроводяшими каналами 4, имеюшими на

достаточной глубины и эффективное гашение энергии на первом этапе. В этом случае поток обтекает пирсы 3 с незначительным повышением свободной поверхности, подобно тому, как обтекаются мелкие привод ные преграды без активного массообмена и заметного снижения средней скорости.

В случаях, когда указанные соотношения (1) и (2) будут превышать значение 0,6/, глубина в промежуточном бьефе будет

10 неоправданно возрастать и стремиться к глубине верхнего бьефа, что нецелесообразно.

Второй этап гашения кинетической энергии сбросного потока осушествляется на

ГыГдГ а воТобой;;;-.;;;;-5 ; на ,, водобойной плите 5. вода из промежуточDMAVJ по J,.1i,j . „а.„ „ .,„„.,.,,,,i,/-v nr i clltl(uunU UUUPдва рукава, направленные под углом к продольной оси пролета. При этом пирсы 3 выполнены в плане рас1пиряюшимися по направлению течения потока и с размерами, которые удовлетворяют условиям:

ного бьефа с частично погашенной кинетической энергией выходит на водобойную плиту 5 рассредоточенным потоком. Основная масса воды при этом проходит в виде транзитной струи между боковыми 20 стенками пирсов 3 и бычков 2. Остальная часть сбросного расхода проходит над верхней гранью пирсов 3 и по их водопрово- ДЯШ.ИМ каналам 4

0,,6/7; 0.,6ft.

где а - ширина пирса 3 в свету;

(П (2)

ного бьефа с частично погашенной кинетической энергией выходит на водобойную плиту 5 рассредоточенным потоком. Основная масса воды при этом проходит в виде транзитной струи между боковыми 20 стенками пирсов 3 и бычков 2. Остальная часть сбросного расхода проходит над верхней гранью пирсов 3 и по их водопрово- ДЯШ.ИМ каналам 4

При наличии промежуточного бьефа

- HJMlJMritllirif - - - - - :

- ширина водосливного пролета в све- „в транзитная струя, проходящая между пирсаt г о ,.... T Qb lJfcl M/UQI U rPUPHUPM

ту (расстояние между бычками 2); г - высота пирса 3 в свету; п -- количество пирсов 3, установленных

в одном водосливном пролете. Водобойное устройство работает следующим образом

При сбросе воды через плотину 1 поток проходит в водосливном пролете между бычками 2 и в низовой их части соударяется с пирсами 3.

Выполнение условий (1) и (2) позволяет с помопгью пирсов 3 существенно стеснить русло потока в створе бычков 2. Благодаря перед пирсами 3 в водосливном npoj лете создается подпор воды, образующий искуственный промежуточный низконапорный бьеф, расположенный между верхним и нижним бьефами. Данный промежуточный бьеф предназначен для выполнения функций водобойного колодца, применяемого обычно за плотиной, в ука.и)нном «водобойном колодце, созданном в низовой части плотины 1 перед водобойной плитой 5, ocymecTj вляется первый этап гашения кинетической энергии сбросного потока за счет соударения и перемешивания масс воды перед пирсами 3, а также снижения средней скорости потока в промежуточном бьефе, в связи с существенным увеличением глубины воды по сравнению с глубиной свободной струи.

в случаях, когда условия (I) и (2) не удовлетворяются, имеют место следующие явления.

При уменьшении соотношений между размерами пирсов 3 и шириной водосливного пролета ниже значения 0,3/ не обеспечивается создание промежуточного бьефа

ми 3, формируется с таким живым сечением, у которого высота (глубина) существенно превышает ширину. Выход этой струи на водобойную плиту 5 сопровождается быстрой потерей устойчивости, что вызывается

3Q внезапным ее боковым рас1иирением, а также торможением нижних слоев, создаваемым донными струями, направленными под углом к продольной оси транзитной струи и выходящими из водопроводящих каналов 4. Внезапное расширение и активное боковое

35 растекание транзитной приводит к возникновению поперечной составляющей скорости, взаимному соударению соседних растекающихся струй, снижению продольной скорости и эффективному гашению обшей кинетической энергии потока.

Повышение эффективности гашения энер гии потока на водосбойной плите 5 достигается и соударением масс воды, переливающихся через верхнюю грань пирсов 3, с растекающимися в пл-ане транзитными струя45

Совокупность мероприятий, направленных на интенсивный массообмен жидкости и потерю их продольной скорости на первом и втором указанных этапах гашения энергии, обеспечивает в данном устройст50 ве степень гашения кинетической энергии порядка 50-60% при сокращении длины водобойной плиты 5, располагаемой на одной отметке с низовой частью водосливной плотины 1, т. е. без ее заглубления по отношению к плотине 1.

Предотвращение кавитационных разрушений в данном водобойном устройстве достигается благодаря повышению гидродинамических давлений в опасных зонах, где

55

достаточной глубины и эффективное гашение энергии на первом этапе. В этом случае поток обтекает пирсы 3 с незначительным повышением свободной поверхности, подобно тому, как обтекаются мелкие приводные преграды без активного массообмена и заметного снижения средней скорости.

В случаях, когда указанные соотношения (1) и (2) будут превышать значение 0,6/, глубина в промежуточном бьефе будет

неоправданно возрастать и стремиться к глубине верхнего бьефа, что нецелесообразно.

Второй этап гашения кинетической энергии сбросного потока осушествляется на

водобойной плите 5. вода из промежуточ,, водобойной плите 5. вода из промежуточi,j . „а.„ „ .,„„.,.,,,,i,/-v nr i clltl(uunU UUUPного бьефа с частично погашенной кинетической энергией выходит на водобойную плиту 5 рассредоточенным потоком. Основная масса воды при этом проходит в виде транзитной струи между боковыми 20 стенками пирсов 3 и бычков 2. Остальная часть сбросного расхода проходит над верхней гранью пирсов 3 и по их водопрово- ДЯШ.ИМ каналам 4

При наличии промежуточного бьефа

в транзитная струя, проходящая между пирса о ,.... T Qb lJfcl M/UQI U rPUPHUPM

ми 3, формируется с таким живым сечением, у которого высота (глубина) существенно превышает ширину. Выход этой струи на водобойную плиту 5 сопровождается быстрой потерей устойчивости, что вызывается

Q внезапным ее боковым рас1иирением, а также торможением нижних слоев, создаваемым донными струями, направленными под углом к продольной оси транзитной струи и выходящими из водопроводящих каналов 4. Внезапное расширение и активное боковое

5 растекание транзитной приводит к возникновению поперечной составляющей скорости, взаимному соударению соседних растекающихся струй, снижению продольной скорости и эффективному гашению обшей кинетической энергии потока.

Повышение эффективности гашения энергии потока на водосбойной плите 5 достигается и соударением масс воды, переливающихся через верхнюю грань пирсов 3, с растекающимися в пл-ане транзитными струя5

Совокупность мероприятий, направленных на интенсивный массообмен жидкости и потерю их продольной скорости на первом и втором указанных этапах гашения энергии, обеспечивает в данном устройст50 ве степень гашения кинетической энергии порядка 50-60% при сокращении длины водобойной плиты 5, располагаемой на одной отметке с низовой частью водосливной плотины 1, т. е. без ее заглубления по отношению к плотине 1.

Предотвращение кавитационных разрушений в данном водобойном устройстве достигается благодаря повышению гидродинамических давлений в опасных зонах, где

55

может иметь место возникновение кавитации Такими зонами являются: на пирсах 3 - их обтекаемые поверхности, а на водобойной плите 5 - зоны, примыкающие к пирсам 3, За вертикальными кромками которых могут возникать кавитационные вихри с вертикаль- ной осью вращения.

Повышение гидродинамических давлений на обтекаемых гранях пирсов 3 обеспечи вается соответствующим их очертанием, при котором площадь поперечного сечения пир- са 3 возрастает вниз по течению, а площадь живого сечения потока уменьшается. Э -o позволяет формировать конфузорные потоки с высокими гидродинамическими давлениями в различных точках обтекаемой поверхности сооружения и устранять кавитацию.

Повышение гидродинамических давлений на водобойной плите 5 за низовыми вертикальными кромками пирсов 3 достигается благодаря применению водопроводящих каналов 4, обеспечивающих соударение потоков на поверхности плиты 5. Это позволяет повысить давление в прилегающей области

Фиг.

и снизить придонные скорости транзитной струи, что снижает опасность возникнове ния кавитации.

Формула изобретения

Водобойное устройство водосброса плотины, содержащее поперечный ряд гасителей энергии водного потока, установленных между бычками пролетов водосброса в его концевой части перед водобойной плитой, отличающееся тем, что, с целью пoвыцJe- ния эффективности гашения энергии сбросного потока и уменьшения кавитационных разру|иений, гасители энергии потока выполнены в виде расщиряющихся в плане по направлению течения потока пирсов, имеющих высоту и суммарную максимальную ширину, составляющие от 0,3 до 0,6 ширины пролета водосброса, при этом в теле каждого пирса выполнен продольный сужающийся по направлению течения потока водопроводя- щий канал с развилкой на выходе.

-А

1