Результат интеллектуальной деятельности: Концевой участок раструбного типа напорного водопропускного сооружения с вертикальным выходом потока

Заявленное техническое решение концевого участка относится к области гидротехники, а именно к конструктивным элементам напорных водопропускных сооружений, может быть использовано в качестве гасителя энергии потока напорного закрытого водовода водосброса, водовыпуска или водоспуска на гидроузлах со средними и высокими напорами.

Известна конструкция концевого участка напорного водопропускного сооружения, которая включает в себя примыкающий к транзитной части вертикально восходящий водовод с установленным горизонтально над его выходным отверстием диском-отражателем круглого очертания на радиально расположенных в плане бычках обтекаемой формы; на сходе с диска-отражателя формируется кольцевая струя с углом растекания 360°. Это решение предполагает применение в широких створах (патент на изобретение №2211279 от 27.08.2003 г.).

Недостатком такого решения является ограниченность его применения в стесненных условиях, например в узких долинах горных рек, где близкое расположение крутых береговых склонов делает его нецелесообразным.

Известен «Концевой участок раструбного типа напорного водопропускного сооружения с вертикальным выпуском воды» (патент №2341616 от 20.12.2008 г.), который включает в себя примыкающий к транзитной части, вертикально выходящий вверх водовод с горизонтально установленным над ним плоским сектором-отражателем, опирающимся на ограничивающую стенку, повторяющую в плане часть упомянутого выходного отверстия, и примыкающие к ней вертикальные направляющие стенки; также распространяет поток радиально на угол раструбности и включает гладкие вертикальные стенки.

Недостатком этой конструкции является то, что она имеет небольшую длину отлета струи (расстояние от выходной кромки на нижней грани отражателя концевого участка до точки входа потока под уровень воды нижнего бьефа) и сосредотачивает удельные расходы в местах примыкания сектора к направляющим стенкам, что способствует неравномерному распределению потока по ширине отводящего канала.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является решение концевого участка раструбного типа с наклонно закрепленным отражающим сектором напорного водовода с вертикальным выпуском воды (патент на полезную модель №:103814 от 27.04.2011 г.), который включает в себя примыкающий к транзитной части, вертикально выходящий вверх водовод с установленным наклонно к горизонту над ним и опирающимся на ограничивающую стенку, повторяющую в плане часть упомянутого выходного отверстия, и примыкающие к ней вертикальные направляющие стенки плоским сектором-отражателем; также распространяет поток радиально на угол раструбности и имеет гладкие вертикальные стенки и большую длину отлета струи, но так же как и предыдущие варианты конструкций сосредотачивает удельные расходы в местах примыкания сектора к направляющим стенкам.

Технической проблемой вышеописанных конструкций является: неравномерное распределение удельных расходов по ширине сечения отводящего канала и небольшая длина отлета, что способствует образованию размывов вблизи конструкции.

Для решения указанной проблемы и достижения технического результата в конструкции концевого участка раструбного типа напорного водопропускного сооружения с вертикальным выходом потока, включающим напорный водовод с установленным над его выходным отверстием отражатель потока, который опирается на вертикальную стенку, повторяющую в плане контур отражателя, отражатель потока выполнен в форме части поверхности параболоида вращения, полученной сечением по его оси, очертание которого описывается функцией y=kx², где k - действительное число от 0,05 до 0,15, при этом высота вертикальной стенки t, на которую опирается отражатель, выполнена переменной от 0 у выходного сечения до 0,5d, у вершины параболоида, где d - диаметр напорного водовода, t - высота стенки. Отражатель параболоидного очертания обеспечивает большую длину отлета струи и исключает возникновение сосредоточенных струй в месте сопряжения отражателя с направляющими стенами, что обеспечивает равномерное распределение удельных расходов по ширине отводящего канала и отодвигает падение струи на безопасное расстояние.

Конструкция концевого участка напорного водопропускного сооружения с вертикальным выходом потока и криволинейным отражателем параболоидного очертания поясняется чертежами. На фиг. 1 представлен разрез устройства вид сбоку. На фиг. 2 - разрез устройства вид сверху.

Концевой участок напорного водопропускного сооружения с параболоидным сектором-отражателем представляет включает камеру гашения, имеющую отражатель потока (1), установленный над выходным отверстием (2) вертикального водовода (3) диаметром d и представляющий собой половину параболоида вращения, отсеченную плоскостью по оси в продольном направлении, при этом опирающийся на вертикальную стенку (4), повторяющую в плане контур отражателя. Очертание параболоида описывается функцией y=kx², где k=0,05-0,15. Стенка, на которую опирается отражатель, изменяется по высоте t от 0 до 0,5d у выходного сечения отражателя и в таком же пределе у вершины параболоида. Коэффициент расширения k в заданных диапазонах позволяет обеспечить растекание потока аналогично предшествующим конструкциям с углами раструбности α=30-90°. Транзитная часть водовода (5), так же как и в предыдущих вариантах конструкции, может располагаться под произвольным углом к оси отводящего канала.

Конструкция работает следующим образом: поступающий из выходного сечения вертикального водовода поток соударяется с отражателем и, распределяясь по его внутренней поверхности, направляется в сторону отводящего канала, при этом на сходе с отражателя формируется струя, повторяющая очертания его выходной кромки. Длина отлета струи L_отл зависит от величин расхода Q, напора H, высоты стен отражателя t и коэффициента расширения k параболоидного отражателя.

Изменение удельных расходов в сечении, соответствующем месту выхода потока за пределы камеры гашения, может обеспечиваться посредством увеличения или уменьшения коэффициента расширения и длины конструкции, при изменении которой меняется и площадь сечения на выходе.

Эффект, получаемый от применения данной конструкции, состоит в том, что конструкция имеет большую длину отлета струи; исключает возникновение сосредоточенных струй в местах примыкания отражателя к направляющим стенкам, что обеспечивает более равномерное распределение удельных расходов потока по ширине канала.

В результате проведенных опытов при указанных выше соотношениях и углах раструбности были получены придонные скорости, которые не представляют опасности для скальных пород нижнего бьефа гидротехнических сооружений даже при условии отсутствия крепления. А продольная ось концевого участка может располагаться под произвольным углом к оси напорного водовода.

Разработанная конструкция позволяет обеспечить надежную работу водопропускного сооружения и безопасное сопряжение выходящего из него потока с нижним бьефом в условиях узких створов.