СОПРЯГАЮЩЕЕ СООРУЖЕНИЕ
CONJUGATION STRUCTURE

Изобретение относится к гидротехническому строительству, а именно к сооружениям для соединения бурных потоков в каналах.
Известны сооружения для соединения бурного потока верхнего бьефа с нижним, выполненные в виде лотка быстротока, в месте соединения которого с нижним бьефом выполнен щит, шарнирно прикрепленный к лотку быстротока при помощи поплавка, а также известно устройство, когда подводящий канал под углом подключен к отводящему каналу, и имеет на подходе к нему участок быстротока (Авторские свидетельства SU №537162, Ε02В 8/00 от 30.11.1976 и №453469, Ε02В 9/00 от 15.12.1974).
Общими недостатками таких сооружений является то, что соударение потоков сопровождается сбойными и волновыми явлениями, ухудшающими условия работы сооружения и ведущими к их разрушению, а также то, что надежность щита ненадежна, связанная с нежестким его креплением к поплавку. Кроме того, не обеспечивается возможность отвода предельного (расчетного) расхода в подводящем канале в автоматическом режиме регулирования величины открытия выходного отверстия подводящего канала.
Известны также узлы сопряжения водоводов водосбросов гидротехнических сооружений (Авторские свидетельства SU №844669, Ε02В 9/06 от 07.07.1981, №950853, E02В 9/06 от 15.08.1982, №1168658, Ε02В 9/06 от 23.07.1985).
Однако, поскольку они также имеют соединение потоков подводящих водоводов под острым углом происходит соударение двух потоков, которое сопровождается сбойными и волновыми течениями, ухудшающими условия работы сооружения. Кроме того, отсутствует возможность в автоматическом режиме регулировать величину отвода предельного расхода в подводящем водоводе.
Известно также сопрягающее сооружение, включающее отводящий канал и подводящие каналы, один из которых расположен в плане под углом к отводящему каналу и соединен с ним участком быстротока и донной галереей, расположенной под разделительной полкой, сопряженной с дном другого подводящего канала и установленной параллельно дну отводящего канала, при этом оно снабжено направляющим щитом, шарнирно прикрепленным к нижней поверхности разделительной полки в ее концевой части, и поперечным порогом, установленным на дне отводящего канала перед выходным отверстием донной галереи и выполненным с наклонной в сторону донной галереи верхней гранью, при этом боковые стенки отводящего канала выполнены с выступами, расположенными под направляющим щитом с наклоном в сторону порога, и направляющий щит выполнен из двух шарнирно соединенных между собой звеньев, верхнее из которых имеет длину большую, чем нижнее звено, и шарнирно прикреплено верхней кромкой к разделительной полке с возможностью взаимодействия боковыми кромками с выступами на стенках отводящего канала, а нижнее короткое звено шарнирно присоединено верхней кромкой к нижней поверхности верхнего звена в его концевой части с возможностью взаимодействия нижней кромки с порогом на дне отводящего канала (Авторское свидетельство SU №1359406, Ε02В 13/00 от 15.12.1987).
Поскольку наклонный щит верхним концом прикреплен снизу к разделительной полке, а нижний конец его расположен консольно с наклоном к дну отводящего канала, то это приводит к его вибрации в потоке, оказывающей волнения при соударении потоков под полкой. Устройство также при дальнейшем увеличении расхода в подводящем канале, а следовательно его наполнении (слоя), под весом своим давит на щит и он прикрывает выходное отверстие, ложится на поперечные выступы на стенках отводящего канала и тем самым создает подпор в одном из подводящих каналов. Вследствие установки таким образом щита выпускное отверстие для соединения двух потоков уменьшает соударение двух потоков в своей массе, которое может сопровождаться сбойностью потока в отводящем канале, т.е. надежность работы уменьшается, при этом подпорный горизонт воды в нижнем подводящем канале, прикрытый подвижным щитом по высоте из-за большого давления сверху потоком (весом) воды из поводящего канала, следовательно, и расход в нем не может обеспечить отвод предельного расхода (расчетного), что вызывает его переполнение в режиме высокоскоростного потока воды непосредственно над щитом и способствует разрушению подводящей части отводящего канала.
В то же время увеличение напора в верхнем подводящем канале ведет к перегрузкам давления на щит сверху, вследствие этого работа устройства будет ограничена только в малом диапазоне открытия щита, так как сверху возможно большое давление на щит воды, в результате и возникнет подпор воды в нижнем подводящем канале из-за возможности отсутствия сброса излишнего слоя воды и его предельного расхода в верхнем поводящем канале.
Таким образом, существует связь между расходами в подводящих каналах между собой и отводящим каналом, соответственно и давления воды на щит - все эти связи в известных сооружениях влияют на стоимость сооружения в целом.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышения надежности работы путем уменьшения подпора в подводящем канале и уменьшения сбойности потока в отводящем канале.
Указанный технический результат достигается тем, что в сопрягающем сооружении, содержащем подводящий и отводящий каналы и расположенную между ними донную галерею, закрытую сверху щитом, донная галерея снабжена отводящей трубой, расположенной ниже дна галереи, и выполнена с вертикальным водоводом и вертикальной поперечной стенкой, делящей донную галерею на две неравные части, щит выполнен в форме лотка с возможностью поворота в сторону подводящего канала, при этом нижний конец лотка шарнирно прикреплен к верхнему торцу вертикальной поперечной стенки, а верхний конец лотка сопряжен через проем просвета с торцом подводящего канала, на котором расположены ограничительные упоры, при этом верхний конец лотка с механизмом положения пружины закреплен в корпусе с возможностью ее перемещения при изменении положения лотка между упорами, размещенными после выходного отверстия подводящего канала, причем верхний конец лотка, сопряженный с механизмом положения, размещен с возможностью вертикального перемещения относительно подводящего канала.
Кроме того, механизм положения пружины с регулировочным винтом размещен в корпусе, который жестко закреплен к стенке галереи со стороны подводящего канала.
Кроме того, торец отводящего канала снабжен струенаправляющей наклонной стенкой, ориентированной в сторону дна галереи.
На фиг. 1 изображено сопрягающее сооружение, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез Α-A на фиг. 1.
Сопрягающее сооружение состоит из подводящего 1 и отводящего 2 каналов, соединенных между собой донной галереей 3, разделенной на две неравные части 4 и 5 отделяющей вертикальной поперечной стенкой 6. Первая часть 4 донной галереи 3 сверху закрыта щитом в форме лотка 7 с отводящей трубой 8 с вертикальным водоводом 9. За отделяющей вертикальной поперечной стенкой 6 вторая часть 5 донной галереи 3 соединена с отводящим каналом 2, входной торец которого снабжен струенаправляющей наклонной стенкой 10, ориентированной в сторону дна 11 галереи 3. Отводящая труба 8 расположена ниже дна 11 галереи 3 для работы в безнапорном режиме. Щит в форме лотка 7 нижним концом шарниром 12 прикреплен к верхнему торцу вертикальной поперечной стенки 6, а другим - верхним - концом сопряжен через проем просвета с торцом подводящего канала 1 между ограничительными упорами 13 и 14. При этом верхний конец лотка 7 соединен с чувствительным элементом в виде пружины 15 с регулирующим винтом 16. Пружина 15 и регулирующий винт 16 размещены в корпусе 17, жестко закрепленном к стенке донной галереи 3 со стороны подводящего канала 1. Пружина 15, прикрепленная одним концом к щиту в форме лотка 7, имеет возможность свободного перемещения хода лотка 7 между ограничительными упорами 13 и 14 лотка 7, нижний конец которого шарниром 12 прикреплен к верхнему торцу вертикальной поперечной стенки 6. При этом пружина 15 крепится и настраивается регулирующим винтом 16 к лотку 7 на заранее заданном расстоянии в зависимости от предельного уровня воды в подводящем канале 1 с целью опускания на ограничительный упор 13 при сбросе излишков воды в вертикальный водовод 9, далее в отводящую трубу 8, до предельного установившегося уровня в подводящем канале 1, т.е. щит в форме лотка 7 занимает такое положение, при котором происходит сброс излишков слоя воды во вторую часть 5 донной галереи 3, где поток гасится, падая на струенаправляющую наклонную стенку 10. Пружина 15 не только выполняет роль удерживающего конструктивного элемента, но может менять механизм изменения положения лотка 7 в виде регулировочного регулирующего винта 16, жестко закрепленного к крышке корпуса 17.
Сопрягающее сооружение работает следующим образом.
Из подводящего канала 1 с расходом меньшим или равным предельному поток воды поступает в разделительную донную галерею 3 соответственно под днище щита, выполненного в форме лотка 7, меняет движение и поступает в вертикальный водовод 9, далее в отводящую трубу 8 и к потребителю. Верхний торец лотка 7 прижат к упору 14 подводящего канала 1 через проем просвета между ними за счет отрегулированной усилием пружины 15, т.е. под действием регулируемого винта 16, размещенного в корпусе 17. При этом этот поступающий расход воды в вертикальный водовод 9, сопряженный с отводящей трубой 8, отделен вертикальной поперечной стенкой 6 от второй части 5 донной галерей 3 вследствие положения отводящей трубы 8 ниже дна 11 галереи 3.
При расходах воды в подводящем канале 1, превышающих предельную величину (расчетное наполнение), излишняя часть воды направляется сверху на щит, выполненный в форме лотка 7, происходит его наполнение, а следовательно и вес воды в лотке 7. Под силой тяжести поступившей воды на щит в форме лотка 7 он частично поворачивается вокруг шарнира 12, уменьшая выходное поперечное сечение отводимого расхода воды в вертикальный водовод 9 с отводящей трубой 8 и отделенных вертикальной поперечной стенкой 6, размещенной на дне 11 галереи 3. Достигнув ограничительного упора 13 (нижнего) на торце подводящего канала 1, опускание вниз лотка 7 будет закончено для предельной величины расхода слива в вертикальный водовод 9 с отводящей трубой 8. Отделяющая вертикальная поперечная стенка 6 изолирует первую часть 4 от второй части 5 донной галереи 3, части 4 и 5 выполнены из двух неравных частей между собой. Далее поток с лотка 7 сливается во вторую часть 5 галереи 3, поток встречает сопротивление струенаправляющей наклонной стенки 10, гасится и, изменяя в этот раз направление движения, поступает в отводящий канал 2, например, для следующего накопления водой бассейна суточного регулировании (БСР) водоема или непосредственно к потребителю. Таким образом, поступающий поток воды из подводящего канала 1 разделяется на два потока, т.е. одна его расчетная часть поступает в вертикальный водовод 9 с отводящей трубой 8, а другая излишняя часть расхода через лоток 7 сливается во вторую часть 5 донной галереи 3. Вследствие принципиальной схемы регулирующего органа, обеспечивающего чувствительным элементом в виде пружины 15, размещенной в корпусе 17, с регулировочным винтом 16 в корпусе 17, который жестко закреплен к стенке донной галереи 3 со стороны подводящего канала 1. Слив излишек воды будет происходить без выплесков во вторую часть 5 донной галереи 3, при этом щит в форме лотка 7 располагается параллельно оси подводящего канала 1, чем и обеспечивается отвод излишек расхода воды до предельного уровня в подводящем канале 1. При этом необходимая задержка лотка 7 на упоре 13 (нижнего) во время слива излишней воды из подводящего канала 1, превышающей предельный уровень в нем, регулируется автоматически до тех пор, пока расход уменьшится в подводящем канале 1 за снег наличия чувствительных элементов устройства. Равновесие систем вновь нарушается. В результате щит в форме лотка 7 вновь поворачивается вокруг шарнира 12, увеличивая отверстие поперечного сечения вертикального водовода 9 с отводящей трубой 8, что поддерживается поднятием лотка 9 вверх, в сторону ограничительного уступа 14 (верхнего) торца лотка 7 пружиной 15. На работу пружины не будет влиять прохождение взвешенных и донных наносов при наличии охватывающего ее корпуса 17, жестко прикрепленного к стенке донной галереи 3.
Вследствие соединения пружины 15 с торцом подвижного щита в форме лотка 7 обеспечивается демпфирующее воздействие на лоток 7, и взвешенные наносы смываются с него во вторую часть 5 донной галереи 3, что повышает надежность регулирования устройства.
Таким образом, постоянство изменения веса воды, протекающей через щит в форме лотка 7, и высотного его положения при контактах с ограничительными упорами 13 и 14 очевидно из принципиальной схемы регулирующего щита в форме лотка с пружиной 15, обеспечат надежность работы сопрягающего сооружения в целом. Изменение натяжения пружины, связанной со щитом в форме лотка, можно проводить с помощью регулирующего винта, что приводит к смене крайних положений щита в форме лотка и контакту его с ограничительными упорами. Каждая часть потока, поступающая в донную галерею, изолирована в отношении гидравлических возмущений каждой из частей в траншее, отделяемых друг от друга вертикальной поперечной стенкой, и поэтому движется компактным потоком без фонтанирования, а расходы воды регулируются щитом, выполненным в форме лотка, автоматически. При этом необходимо иметь в виду, что устойчивость переходных процессов гидравлического режима, возникающих при работе сооружения, обеспечивается рациональной компоновкой и технически грамотным конструктивным решением сопрягающего сооружения. Такая взаимосвязь и взаимозависимость основных элементов сооружения обеспечивает эксплуатационную надежность и точность предельного расхода в подводящем канале при изменении в нем уровня воды и оптимальную пропускную способность в условиях накопления излишек воды в БСР или в водоемах для потребителя.
Преимущество по сравнению с прототипом заключается в повышении точности регулирования, устойчивости эксплуатационной надежности за счет отсутствия влияния наносов на конструктивные элементы. Изменение установки чувствительного элемента выполняется изменением растяжения пружины при помощи вывинчивания винта. Это позволяет осуществить регулирование в автоматическом режиме, имея простую систему узлов, а промывка проходит под напором воды.