Водосброс гидротехнического сооружения Советский патент 1979 года по МПК E02B7/18 

,1

Изобретение относится к гидротехнике, а именно к водосбросам сифонного типа.

Известен водосброс гидротехпического сооружения, включающий сифон с капором, воздухоподводящее. устройство к водослив с трамплином {1.

Недостатком известного устройства, является низкая надежность эксплуатации в зимний период из-за возможности закупоривания сифона льдом.

Цель изобретения - повышение надежности эксплуатации Б зимиий период .путем обеспече ния циркуляции воздуха под калором сифона с предотвращением утечки теплого воздуха.. .

Это достигается тем, что воздухоподводящее устройство имеет а-ванкамеру, сообщенную окном с атмосферой п соединенную посредством трубопровода с нисходящей ветвью .сифона под трамплином, а окноимеет завесу.

На фиг. 1 показан предлагаемый водосброс в разрезе; на фиг. 2 - вьшускной наконечник, продольный разрез; на фиг. 3 - вариант воздуховьгпускного устройства .с выпуском воздуха в верхнюю часть, полости сифона..

Сифон водосброса имеет воздухоподводящее устройство в виде наклонного канала 1, расположенное в пере.дней стенке капора 2.

Вход в канал 1 защищен -решеткой 3. Верхняя кромка 4 выхода канала находится несколько ниже нижней кромки 5 на входе в канал. Возможны идругие виды воздухозабора, например (фиг. 3) с воздухозаборной камерой 6. Воздуховыпускное устройство состоит из воздуховодной трубы 7, уложенной в бычок или устой сифона, и из выпускного наконечника S с выходным сечением, расположенным .горизонтально. При необходимости иметь более значительную площадь на выходе могут применяться и другие виды наконечника, на1пример в виде горизонтальной трубы 9 с продольной прорезью снизу. В систему .входят также окно 10, завеса И или покрывало 12, водослиб 13, трамплин 14, верхняя ;полость.15 под капором сифона, нижняя.полость 16 под. трамплином 14, аванкамера 17 и крупная решетка. 18. Проем 19 служит для впуска воздуха.

Описанная система работает следующим образом.

Излишки воды из водохранилища переливаются через водослив 13 и трамплин 14 и образуют водяную завесу, отделяющую верхнюю полость 15 сифона от нижней полости 16. Струя воды при ударении о стенку захватывает воздух из полости 15 и переносит его в полость 16. При этом давление воздуха под струей становится выше чем над ней.

, Зимою, проходя водяную струю, воздух нагревается до температуры воды. Нагретый воздух по трубе 7 возвращается в аванкамеру 17 и олять засасывается в сифон через воздухоподводящее устройство. Такой круговорот воздуха происходит при малых расходах воды, какие и бывают во время морозов. Они недостаточны для того, чтобы уносить воздух из шахты в отводящий трубопровод, и весь расход воздуха, захватываемый струей, возвращается обратно по трубе 7. Соприкасаясь с полостью 15 и аванкамерой 17, воздух охлаждается, а при прохождении через водяную струю опять нагревается. При этом в полости 15 и аванкамере 17 поддерживается положительная температура и лед на поверхности воды не образуется. Необходимо, чтобы расход циркулирующего воздуха был по возможности больше. Как показали опыты, при заданных величинах расхода воды и наклона трамплина расход воздуха зависит от гидравлических сопротивлений воздухозаборного и воздуховыпускного устройств. Пользуясь данными лабораторных исследований, расход можно рассчитать.

Для пропуска воздуха в передней стенке аванкамеры имеется окно 10 и проем 19 в перекрытии, устраиваемом для удобства обслуживания. Через эти отверстия нагретый воздух мог бы выходить наружу. Поэтому необходимы защитные меры, в качестве которых могли бы служить завеса над окном из резины или другого материала, выполняющая роль обратного клапана, или покрывало из гибкого материала над проемом в полу, закрытом решеткой и т. п.

В особенно холодные зимы, дри температурах ниже расчетной в аванкамере 17 всетаки может образоваться немного льда. Чтобы при потеплении он не закупоривал воздушный канал 1, предусмотрена мелкая решетка 3. Имеется также крутная решетка 18, расположенная в отверстии, необходимом для впуска воды в аванкамеру 17.

Описанный процесс будет продолжаться до тех пор, пока не наступит оттепель и с увеличением переливающегося расхода воды не начнется унос воздуха из нижней лолости 16 сифона, или до тех пор, пока поднимаюшийся уровень воды в водохранилище не затопит выходное отверстие воздуховыпуска. Если выходное отверстие воздуховыпуска расположить ниже верхней кромки 4 воздушного канала 1, то оно закроется, и круговорот воздуха прекратится еще до зарядки сифона. В этом случае труба 7 будет служить только обогреву. Закрытие отверстия водой является обязательным, иначе сифон не сможет .полностью зарядиться.

Трубу 7 можно использовать и для регулирования сбрасываемого расхода. Для этого надо расположить выпускное отвер4

стие воздуховыпуска .несколько выше (примерно на 2-3 см) верхней кромки 4 воздушного канала 1. Зарядка сифона (после затоюления кромки 4) будет происходить с

выпуском воздуха через трубу 7. Поэтому он сможет зарядиться раньше, то есть при такой отметке водохранилища, при которой воздух из шахты еще не выносится. При этом понижается уровень воды при пропуске максимального расхода. После зарядки сифона с отводом воздуха через трубу 7 расход воды, переливающийся через водослив, увеличивается, начинает уносить воздух также и из нижней полости 16 сифона,

причем становится возможным дальнейшее увеличение пропускной способности сифона. Исследования показали, что скачок сбрасываемого расхода при такой зарядке сифона бывает незначительным и к нежелательным

явлениям в нижнем бьефе не приводит.

Плавность дальнейшего увеличения сбрасываемого расхода зависит от того, в какой момент будет затопляться воздуховыпускное Отверстие трубы 7. Кромку 4 и выпускное отверстие следует расположить на такой высоте над гребнем водослива 13, при которой в момент затопления воздуховыпуска через водослив переливался бы такой слой воды, чтобы расход воздуха, уносимого из шахты в отводящий трубопровод, сравнялся с расходом воздуха, влекомого падающей струей. Некоторую погрешность расчетов, можно исправить на действующем водосбросе путем изменения отметки выходного сечения воздуховьгауска приваркой или срезкой его наконечника. Затопление выпуска в то время, когда излишки воздуха еще уходят из него, является недопустимым, так как это помешало бы процессу зарядки, а слишком позднее затопление, когда воздух уже засасывается также и через трубу 7, .приводит к образованию скачка увеличения сбрасываемого расхода воды, к тем большему, чем больше засасывается

воздуха.

Наиболее эффективен этот способ улучшения регулирования расхода в стабильных уславиях изменения затопления водосброса со стороны нижнего бьефа, например, при

большом уклоне отводяшего трубопровода, при стабильном русле в нижнем бьефе и т. п.

Предлагае.мое сооружение позволяет сифонным водосбросам успешно конкурировать с шахтными водосбросами и водосливными плотинами. При замене водосливных плотин на сифонный водосброс его стоимость уменьшается в 2-3 раза. При замене же шахтных водосбросов их стоимость почти не меняется, но экономия получается за счет снижения величины форсирования верхнего бьефа, которая в шахтных водосбросах достигается 1 -1,5 м и более. При применении сифонного водосброса призму

форсирования -можно использовать для уве