Паводковый водосброс для плотин и других водоподпорных сооружений

Изобретение относится к объектам гидротехнического строительства, а именно к закрытым трубчатым водосбросам, и предназначено для безопасного сброса вод при чрезвычайных паводках. Устройство содержит трубопровод, состоящий из водоприемного 3, наклонного 4 и водовыпускного 5 участков. Водоприемный участок 3 уложен на береговом склоне врезки плотины, а водовыпускной 5 – в нижнем бьефе. На наклонном участке 4 трубопровода образована горизонтальная площадка 8 для формирования песчаной вставки 10. Над площадкой 8 выполнено загрузочное отверстие 9 с крышкой 11, нижняя поверхность которой плотно прилегает к песчаной вставке 10. Водовыпускной участок 5 трубопровода смонтирован по отношению к горизонтальной площадке 8 с подъемом вверх, в свою очередь, площадка 8 снабжена решеткой с геотекстилем и сообщается через дренажный канал 13 с водобойным колодцем 14. Изобретение повышает пропускную способность водосброса и обеспечивает срабатывание только при достижении критического уровня. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к объектам гидротехнического строительства, а именно к закрытым трубчатым водосбросам для плотин и сооружений подобного типа, и предназначено для безопасного сброса вод при чрезвычайных паводках.

Известны паводковые водосбросы, содержащие трубопровод, входной оголовок которой уложен в верхнем бьефе, а выходной - в нижнем, при этом с торцов оголовки закрыты затворами, имеющими щелевые отверстия водоприема и водовыпуска (см. «Сифонный водосброс» по а.с. USSR №1571123 А1, МПК E02B 7/18, опубл. 15.06.1990.).

Недостатком устройств является срабатывание затворов в отсутствие чрезвычайных паводков, при незначительном превышении уровня воды относительно нормального подпорного уровня (НПУ).

Известны устройства, в которых расход сброса воды в зависимости от уровня воды регулируется с помощью перемычек с песком или других размываемых вставок («Резервный водосброс» по пат. RU №2050433, МПК E02B 8/06, опубл. 10.12.2005; «Паводковый водосброс для плотин» по пат. RU №2049195, МПК E02B 8/06, опубл. 10.12.1995). Указанный водосброс, как правило, срабатывает в условиях угрозы перелива воды через гребень плотины. В паре с ним работает водослив, обеспечивающий сброс воды небольших или средних паводков при уровне воды, незначительно превышающем НПУ («Резервный водосброс грунтовой плотины» по пат. RU №2498007, МПК E02B 8/06, опубл. 10.11.2013; «Резервный водосброс» по пат. RU №2573328, МПК E02B 8/06, опубл. 20.01.2016).

Недостатком устройств является низкая пропускная способность данного водопропускного сооружения из-за небольшого напора на гребне сооружения.

Из известных устройств наиболее близким аналогом предлагаемого решения по технической сущности и назначению является паводковый водосброс по пат. RU №2265695, МПК E02B 8/06, опубл. 10.12.2005.

Устройство включает сифонный водосброс, входной оголовок которого уложен в верхнем бьефе, а выходной - в нижнем бьефе выше меженного уровня воды, при этом с торцов оголовки закрыты неплотными затворами, имеющими щелевые отверстия водоприема и водовыпуска. Наличие щелевых отверстий на входе и выходе трубопровода позволяет обеспечить минимальное превышение форсированного уровня (ФПУ) над нормально-подпорным уровнем (НПУ) воды в верхнем бьефе и обеспечить рассеивание потока на выпуске в нижнем бьефе.

Прототип работает следующим образом. При подъеме уровня воды в верхнем бьефе выше НПУ вода начинает переливаться через щелевые отверстия в входной оголовок и по уложенной с наклоном трубе стекать к выходному оголовку. Водосброс начинает работать в безнапорном режиме при частичном заполнении сечения. В пик паводка при форсированном уровне (ФПУ) воды в верхнем бьефе водосброс будет работать в режиме сифона с максимально открытым сечением.

Недостатками прототипа является низкая пропускная способность водопропускного сооружения, срабатывание при некритических уровнях воды, а также невозможность расположить такой водосброс на существующих высоконапорных сооружениях.

Технический результат от использования изобретения заключается в увеличении пропускной способности водосброса и срабатывании устройства только при достижении критического уровня.

Для достижения указанного технического результата используется следующая совокупность существенных признаков: в паводковом водосбросе для плотин и других водоподпорных сооружений, содержащем, так же как и прототип, трубопровод, состоящий из водоприемного, наклонного и водовыпускного участков, в отличие от прототипа, на наклонном участке трубопровода образована горизонтальная площадка для формирования песчаной вставки, причем над площадкой выполнено загрузочное отверстие с крышкой, нижняя поверхность которой плотно прилегает к песчаной вставке, при этом водовыпускной участок трубопровода смонтирован по отношению к площадке с подъемом вверх, в свою очередь, площадка снабжена решеткой с геотекстилем и сообщается через дренажный канал с водобойным колодцем. Для исключения фильтрации в верхней зоне песчаной вставки, на нижней кромке загрузочного отверстия со стороны наклонного участка трубопровода установлена поворотная заслонка. Для использования устройства в низконапорных сооружениях, горизонтальная площадка смонтирована на конце наклонного участка трубопровода. Для использования устройства в высоконапорных сооружениях, горизонтальная площадка смонтирована в разрыве наклонного участка трубопровода и ограничена выступом, расположенным перед концевой частью указанного участка.

Сущность предложенного технического решения заключается в создании водосброса, обладающего высокой пропускной способностью и срабатывающего только при чрезвычайных паводках, за счет установления в трубопроводе на пути следования потока воды песчаной вставки, размываемой при достижении критических значений параметров потока.

Сопоставление предлагаемого изобретения и прототипа показало, что поставленная задача решается в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие изобретения критерию патентоспособности «новизна».

В свою очередь проведенный информационный поиск в области гидротехнического строительства не выявил отдельных отличительных признаков заявляемого изобретения, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию «изобретательский уровень».

Сущность изобретения поясняется чертежом, где

на фиг. 1 представлен план гидроузла с водосбросом по п. 3,

на фиг. 2 продольный разрез по оси водосброса по п. 3,

на фиг. 3 представлен план гидроузла с водосбросом по п. 4,

на фиг. 4 продольный разрез по оси водосброса по п. 4,

на фиг. 5, 6 приведены рисунки, поясняющие выбор размеров песчаной вставки в зависимости от критического значения уровня паводковой воды.

Предлагаемое устройство сооружается (фиг. 1) на береговом участке врезки плотины 1 и включает (фиг. 2) трубопровод 2 с водоприемным 3, наклонным 4 и водовыпускным 5 участками. В оголовке водоприемного участка установлена сороудерживающая решетка 6 или щелевой водозабор. Наклонный участок 4 может проходить через тоннель 7, вырубленный в береговом скальном массиве. Между наклонным 4 и водовыпускным 5 отрезками трубопровода смонтирована горизонтальная площадка 8. Устройство с указанным расположением горизонтальной площадки предназначено для использования в низконапорных сооружениях. Над площадкой 8 выполнено загрузочное отверстие 9 для загрузки песчаной вставки 10, закрываемое после окончания операции крышкой 11. Нижняя поверхность крышки 11 вплотную прилегает к песчаной вставке 10, что создает надежную пробку для некритических напоров воды. На нижней кромке загрузочного отверстия 9 со стороны наклонного участка 4 трубопровода размещена поворотная заслонка 12. В центре площадки 8 установлена решетка с геотекстилем, через которую трубопровод 2 сообщается с дренажным каналом 13, отводящим воду в водобойный колодец 14. Для обеспечения возможности устойчивого положения песчаной вставки водовыпускной участок 5 трубопровода смонтирован по отношению к площадке 8 с подъемом вверх. Такое конструктивное решение позволяет образовать вокруг площадки 8 воронку, боковые стенки которой удерживают вставку 10 от размыва при некритических уровнях воды. Кроме того, указанное положение отрезка 5 трубопровода обеспечивает рассеивание струи в нижнем бьефе, что позволяет избежать опасных размывов дна в непосредственной близости от водовыпуска. В устройствах, предназначенных для использования в высоконапорных сооружениях, площадка 8 смонтирована в разрыве наклонного участка 4 трубопровода (фиг. 3, 4) и ограничена выступом 15, расположенным перед концевой частью указанного участка и удерживающим вставку 10 от размыва при напорах воды, не достигших критического значения.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Перед наступлением паводка в трубопровод через отверстие 9 загружают песок, после чего его утрамбовывают и закрывают крышкой 11. В результате на пути водного потока образуется плотная песчаная вставка 10 конусообразной формы. При небольших паводках уровень воды в водохранилище поднимается выше НПУ, но не достигает критического значения. По мере подъема уровня воды водосброс заполняется водой. При достижении критического уровня вода, под напором поступающая в трубопровод, производит интенсивный размыв песчаного материала, освобождая устройство от песчаной вставки. Поворотная заслонка 12 поворачивается по течению потока, не препятствуя пропуску паводкового расхода. Интенсивный сброс происходит до проектного уровня водохранилища, после чего устройство прекращает работу.

Пропускная способность водосброса рассчитывается по формуле:

,

где μ - коэффициент расхода;

ω - площадь сечения трубчатого водосброса, м2;

g=9,81 м/с2 - ускорение свободного падения;

H - напор воды на водосбросе, измеряемый от критического уровня воды до центра выходного отверстия водосброса.

Ниже приводится расчет Hкрит. (см. также фиг. 5, 6), при котором начинается размыв песчаной вставки с шириной гребня (bгр.) 4,0 м; высотой (hвст.) 4,0 м, длиной (L) 21,3 м и углом откоса (α) 20°. Вставка рассчитана для использования в устройстве водосброса высоконапорного сооружения. С помощью метода электрогидродинамических аналогий (метод ЭГДА) для множества профилей песчаных вставок с различными геометрическими характеристиками определяется положение линий равных напоров: 0,8h…0,2h, где h - единичный расчетный напор, приложенный к боковой поверхности песчаной вставки.

По линиям тока строится эпюра выходных фильтрационных градиентов для данной вставки. Выходные градиенты определяются по формуле:

где l - длина участка линии тока между линией равного напора 0,2h и внешним откосом песчаной вставки. Необходимый напор Hкрит. зависит от критического выходного градиента фильтрации Jкр., следовательно, в формуле единичный расчетный напор h можно заменить на критический напор Hкрит., а выходной градиент фильтрации J - на критический выходной градиент фильтрации Jкр..

Согласно СП 39.13330.2012 «Плотины из грунтовых материалов», значение критических средних градиентов напора для мелкого песка составляет 0,75, для среднего песка - 1,0. Таким образом, для вставки из среднего песка с шириной гребня 4,0 м; высотой 4,0 м и углом откоса 20° величина Нкрит.=9,5 м.

Описанное устройство разработано специалистами кафедры Гидротехнических сооружений, конструкций и гидравлики ФГБОУ ВО «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова» в составе научно-исследовательской работы. Были произведены расчеты, показавшие возможность использования устройства по п. 3 на низконапорных судоходных гидроузлах Волго-Балтийского, Волго-Донского водных путей; а по п. 4 на высоконапорных гидроузлах: Зейской ГЭС, Бурейской ГЭС, Красноярской ГЭС.

Изложенное позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «промышленная применимость».

1. Паводковый водосброс для плотин и других водоподпорных сооружений, содержащий трубопровод, состоящий из водоприемного, наклонного и водовыпускного участков, причем водоприемный участок уложен на береговом склоне врезки плотины, а водовыпускной - в нижнем бьефе, отличающийся тем, что на наклонном участке трубопровода образована горизонтальная площадка для формирования песчаной вставки, причем над площадкой выполнено загрузочное отверстие с крышкой, нижняя поверхность которой плотно прилегает к песчаной вставке, при этом водовыпускной участок трубопровода смонтирован по отношению к горизонтальной площадке с подъемом вверх, в свою очередь, горизонтальная площадка снабжена решеткой с геотекстилем и сообщается через дренажный канал с водобойным колодцем.

2. Паводковый водосброс по п.1, отличающийся тем, что на нижней кромке загрузочного отверстия со стороны наклонного участка трубопровода установлена поворотная заслонка.

3. Паводковый водосброс по п.2, отличающийся тем, что горизонтальная площадка смонтирована на конце наклонного участка.

4. Паводковый водосброс по п.2, отличающийся тем, что горизонтальная площадка смонтирована в разрыве наклонного участка трубопровода и ограничена выступом, расположенным перед концевой частью указанного участка.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к гидротехническому строительству, а именно к водозаборным сооружениям для горных рек. Бесплотинный водозабор на горной реке 1 состоит из устройства для забора воды 2 с оголовком 3, прямолинейного участка дамбы 4 с замурованной гильзой 5, в которой проходит короткий конец устройства для забора 2, с проемом для сброса лишней воды 6, задвижкой 7 для смыва наносов, участка 8 дамбы для берегозащиты, участка 9 дамбы, переходящего в берег канала 10, кармана 11 водоприемного устройства, образованного перегородкой 12 и переходящего в другой берег 14 канала 10, порога 13 кармана, опорного щитка 15 и механизма подъема 16.

Изобретение относится к гидротехнике и предназначено для забора воды для систем промышленного, сельскохозяйственного, хозяйственно-питьевого водоснабжения на предгорных и горных участках рек, транспортирующих в паводок значительное количество взвешенных и донных наносов.

Изобретение относится к водоснабжению из подземных источников и касается сооружений для забора воды и транспортировки подземных вод в зонах их разгрузки. Гидротехническое сооружение для приема воды из родника содержит установленный в водоносном пласту 2 резервуар, выполненный в виде успокоительной камеры 1 с обратным фильтром 3 и водоприемным отверстием 4.

Изобретение относится к области водозабора из поверхностных источников и может быть использовано в системах оборотного водоснабжения обогатительных фабрик, горнорудной промышленности, расположенных в районах с суровыми климатическими условиями.

Изобретение относится к области мелиоративных систем и сооружений и может быть использовано при осуществлении водозабора для нужд орошения земель из горных и предгорных участков рек, которые характеризуются высокими скоростями течения воды и наличием большого количества взвешенных и донных наносов.

Изобретение относится к области гидротехники, а именно к устройствам, обеспечивающим механическую и химическую очистку воды. Водоприемно-очистное устройство содержит цилиндрический корпус, разделенный перфорированными перегородками на фильтрующие секции, загрузку, перфорированную трубу.

Изобретение относится к водоснабжению и может быть использовано в системах водоснабжения из поверхностных источников, где наблюдаются колебания уровней воды в течение времени, например в период паводков, межени.

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для забора жидкости из источника, преимущественно воды, из водохранилища, рек, каналов, лотков, бассейнов, цистерн и т.п.

Водозабор // 2592414
Изобретение относится к области гидротехнического строительства и может быть использовано для удаления наносов на водозаборных сооружениях при заборе из нижних слоев воды для сельскохозяйственного водоснабжения.

Изобретение относится к гидротехнике, в частности к рыбозащитным устройствам, и может быть использовано для водозаборов энергетических, промышленных, коммунальных и ирригационных объектов.

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для гашения водного потока в концевых устройствах закрытых трубопроводов и туннельных водопропускных сооружений.

Изобретение относится к гидротехническим сооружениям, предназначенным для гашения энергии после водоводов в приемной камере. Гаситель энергии водного потока включает подводящий канал 1, водобойный колодец 3 с обтекателем 8 с разделительной перегородкой 7, которая расположена в подводящем канале 1.

Изобретение относится к гидротехнике и предназначено для выпуска (накопления) очищенных животноводческих стоков в пруды-накопители при внесении в системе дождевания из распределительных трубопроводов для утилизации на осушительно-увлажнительных системах.

Изобретение относится к гидротехническому строительству, а именно к устройствам гашения потока воды для открытых каналов. Способ заключается в формировании гидравлической структуры потока ниже по течению непосредственно между боковыми стенками канала и образовании переходного участка регулятора в виде поворотных щитков со сжатием потока по центру канала.

Изобретение относится к гидротехническому строительству, а именно для гашении энергии после напорных водоводов в приемном колодце. Устройство для гашения энергии водного потока включает водобойный колодец 1, подводящий водовод 2 и отводящий канал 4.

Изобретение относится к гидротехнике, а именно к гидротехническим сооружениям, предназначенным для гашения энергии нестационарных потоков. Гаситель энергии водного потока включает подводящий водовод 1, напорный участок трубопровода 2, отводящий трубопровод 7, снабженный завихрителем потока 8.

Изобретение относится к гидротехнике, гидравлике, гидромеханике, а более конкретно к гидротехническим сооружениям, предназначенным для гашения напорных водоводов в приемной камере и для снижения кинетичности потока при заполнении водой отстойных сооружений.

Изобретение относится к гидротехническому строительству, а именно к сооружениям для соединения бурных потоков в каналах. Сопрягающее сооружение состоит из подводящего 1 и отводящего 2 каналов, между которыми выполнена донная галерея 3, разделенная на две неравные части, с отделяющей вертикальной поперечной стенкой 6.

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для гашения энергии потока воды в нижнем бьефе гидротехнического сооружения. Гаситель энергии потока включает горизонтальный участок водовода 1 и камеру 3 цилиндрической формы.

Изобретение относится к устройствам для отвода сточных вод канализационными сетями, транспортирования гравитационными водоводами и магистральными водопроводными сетями питьевой воды и может быть использовано в системах мелиорации и гидротехнических сооружений.

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для гашения водного потока в концевых устройствах закрытых трубопроводов и туннельных водопропускных сооружений. Гаситель энергии содержит водовод 1, вертикальный патрубок 2, колодец 3, кольцевой трубопровод 4 воздуха с распылительными соплами 5 и 6. Распылительные сопла 5 и 6 установлены наклонными отверстиями в разные стороны, и каждое сопло направлено вверх и вниз под углом к плоскости перпендикулярно оси патрубка 2. Над выходным отверстием патрубка 2 соосно размещен отражательный экран 8 с криволинейным насадком 10 экрана 8. Механизм 9 изменения зазора может быть выполнен в виде винтовой пары для перемещения отражательного экрана 8. Колодец в нижней части снабжен поперечной перегородкой 11 с перепускными окнами 12 с кольцевым наклонным козырьком 13. Кольцевая полость трубопровода 4 имеет патрубок 7 для подвода сжатого воздуха от источника, который поступает под давлением через распылительные сопла 5 и 6 в полость колодца 3, заполняемого водным потоком. Обеспечивается повышение эффективности и равномерности распределения расходов, снижение придонных скоростей в потоке, повышается надежность работы устройства и сокращается стоимость сооружения. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к объектам гидротехнического строительства, а именно к закрытым трубчатым водосбросам, и предназначено для безопасного сброса вод при чрезвычайных паводках. Устройство содержит трубопровод, состоящий из водоприемного 3, наклонного 4 и водовыпускного 5 участков. Водоприемный участок 3 уложен на береговом склоне врезки плотины, а водовыпускной 5 – в нижнем бьефе. На наклонном участке 4 трубопровода образована горизонтальная площадка 8 для формирования песчаной вставки 10. Над площадкой 8 выполнено загрузочное отверстие 9 с крышкой 11, нижняя поверхность которой плотно прилегает к песчаной вставке 10. Водовыпускной участок 5 трубопровода смонтирован по отношению к горизонтальной площадке 8 с подъемом вверх, в свою очередь, площадка 8 снабжена решеткой с геотекстилем и сообщается через дренажный канал 13 с водобойным колодцем 14. Изобретение повышает пропускную способность водосброса и обеспечивает срабатывание только при достижении критического уровня. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

Наверх