КОНЦЕВОЙ УЧАСТОК РАСТРУБНОГО ТИПА С НАКЛОННО ЗАКРЕПЛЕННЫМ ОТРАЖАЮЩИМ СЕКТОРОМ НАПОРНОГО ВОДОВОДА С ВЕРТИКАЛЬНЫМ ВЫПУСКОМ ВОДЫ

Предполагаемое изобретение относится к области гидротехники, а именно к конструктивным элементам напорных водопропускных сооружений, и может быть использовано в гидроузлах любого напора в качестве элемента водосброса, водовыпуска или водоспуска.
Известна конструкция концевого участка напорного водопропускного сооружения, включающего вертикальный водовод, примыкающий к транзитной части сооружения, горизонтальный диск, расположенный над выходным отверстием вертикального водовода и опирающийся на радиально расположенные за пределами выходного отверстия бычки обтекаемой формы (Патент №2211279 от 14 октября 1992 г.) (Аналог)
Недостатком этого решения является ограниченность его применения в стесненных условиях, например в узких долинах горных рек. При этом площадь растекания ограничивается за счет близкого расположения крутых склонов долины реки, что, в свою очередь, вызывает изменение характера гашения энергии и появление сбойных течений в нижнем бьефе.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является решение концевого участка раструбного типа напорного водопропускного сооружения с вертикальным выпуском воды, включающего вертикальный напорный водовод цилиндрической формы, примыкающий к напорному водоводу транзитной части сооружения, сектор, расположенный горизонтально над выходным отверстием вертикального напорного водовода и опирающийся на ограничивающую стенку, и примыкающие к ней вертикальные направляющие стенки, при этом ось концевого участка расположена под произвольным углом к оси напорного водовода (патент RU 2341616 С2 заявка 2006147134/03(051491) прототип).
Недостатком этого варианта является возможность возникновения размывающих придонных скоростей при малых глубинах в нижнем бьефе в случае недостаточного.
Целью предполагаемого изобретения является снижение риска размывов, в точке соприкосновения транзитной струи с дном нижнего бьефа, в широком диапазоне глубин, а так же обеспечение поверхностного режима сопряжения потока выходящего из напорного трубопровода непосредственно за концевым участком и надежной работы водопропускного сооружения.
Суть изобретения заключается в том, что концевой участок раструбного типа с наклонно закрепленным отражающим сектором напорного водовода с вертикальным выпуском воды, включающий вертикальный напорный водовод цилиндрической формы, примыкающий к транзитной части сооружения, сектор выполненный с соблюдением размеров R/r=2.0÷5.0, R/t=1.5÷4.0, где R - радиус сектора, r - радиус выходного отверстия вертикального напорного водовода, t - расстояние между сектором и выходным отверстием вертикального напорного, расположенный под углом к горизонту над выходным отверстием вертикального напорного водовода и опирающийся на ограничивающую стенку, повторяющую в плане часть упомянутого выходного отверстия, и примыкающие к ней вертикальные направляющие стенки, угол между направляющими стенками и осью концевого участка α>0°, угол установки отражающего сектора для обеспечения надежной работы при малых глубинах в нижнем бьефе может устанавливаться в пределах 0°<φ<30°, при этом ось концевого участка расположена под произвольным углом к оси напорного водовода.
Конструкция концевого участка раструбного типа с наклонно закрепленным отражающим сектором напорного водовода с вертикальным выпуском воды поясняется чертежом (фиг.1).
Устройство концевого участка раструбного типа с наклонно закрепленным отражающим сектором напорного водовода с вертикальным выпуском воды, выполнено следующим образом: вертикальный напорный водовод цилиндрической формы 1, примыкает к транзитной части сооружения, сектор 2, расположенный под углом к горизонту над выходным отверстием вертикального напорного водовода, опирается на ограничивающую стенку 5, повторяющую в плане часть упомянутого выходного отверстия, и примыкающие к ней вертикальные направляющие стенки 3. Сектор выполнен и закреплен с соблюдением размеров и углов:
α>0°, 0°<φ<30°, R/r=2.0÷5.0, R/t=1.5÷4.0,
где α - угол между направляющей стенкой и продольной осью концевого участка;
φ - угол установки отражающего сектора к горизонту;
R - радиус сектора
r - радиус выходного отверстия вертикального напорного водовода;
t - расстояние между сектором и выходным отверстием вертикального напорного водовода.
Устройство работает следующим образом. Поток, с расходом Q, выходя из выходного отверстия вертикального напорного водовода, радиусом r, и встречаясь с закрепленным под углом φ сектором, радиусом R, на расстоянии t над выходным отверстием, и вертикально расположенными направляющими стенками растекается и выходит в нижний бьеф с заданным углом наклона к горизонту.
Эффект, получаемый от изобретения, состоит в том, что при выпуске воды из напорного водовода обеспечивается устойчивый поверхностный режим непосредственно за концевым участком, при соблюдении соотношения размеров R/r=2.0÷5.0, R/t=1.5÷4.0, удаление точки соприкосновения транзитной струи с дном нижнего бьефа от концевого участка при 0°<φ<30°, и уменьшение удельных расходов и размывов в этой точке при α>0°. Что позволяет избежать опасных размывов дна в непосредственной близости от концевого участка. При этом возможно произвольное расположение оси концевого участка относительно оси водовода, что может обеспечить более удобную компоновку сооружения.
Эффективность работы предлагаемого технического решения подтверждена результатами экспериментов авторов на модели водовода диаметром 4.5 м и напором около 150 м, выполненной в масштабе 1:50 натуральной величины.
В результате проведенных опытов при указанных выше соотношениях и углах были получены придонные скорости, которые не представляют опасности для скальных пород нижнего бьефа гидротехнических сооружений даже при условии отсутствия крепления.