ДВУХСТОРОННИЙ ВОДОДЕЛИТЕЛЬ ДЛЯ КАНАЛОВ С БОЛЬШИМ УКЛОНОМ
TWO-WAY WATER SEPARATOR FOR CHANNELS WITH A LARGE SLOPE

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для одностороннего и двухстороннего стабилизированного расхода воды как в ирригационные, так деривационные каналы микро ГЭС из каналов с бурным режимом и сверхбурным (волновым) режимом течения.
Известен водовыпуск-стабилизатор расхода воды из каналов с бурным режимом течения, включающий подводящий и транзитный каналы, регулирующий затвор и донную водоприемную галерею, имеющую в верхней части водоприемное отверстие перекрытое решеткой, а в низовой части разделительную стенку, сопряженную с дном транзитного канала, причем донная водоприемная галерея соединена с отводящей трубой посредством водовыпускного отверстия, причем за счет изменения гидравлических сопротивлений галерея снабжена струенаправляющей системы в виде разделительных криволинейных стенок, а также снабжена по длине галереи выступом и плоской пластиной, образующих отдельные секции, и галерея выполнена в виде зигзагообразного водовода (Патент RU №2484203, Е02В 13/00 от 03.02.2013).
Недостаток известного водовыпуска-стабилизатора является его сложность, обусловленная наличием выступов и пластин, размещенных внутри устройства, создают сложную эпюру скоростей на повороте, создает сложность эксплуатации. Ведут к большим потерям энергии из-за трения по длине галереи.
Известно из литературных источников, что вододелители (водовыпуски) работают лучше при «закругленной» эпюре скоростей или по возможности ровной, а скошенная эпюра скоростей потока, выходящего из изогнутого трубопровода, приводит к неэффективной пропускной способности и вызывает сбойность в отводящем канале. Для гашения такого потока строят гасительные колодцы и другие гасительные сооружения на прямом участке, что также удорожает общую длину крепления отводящего канала - это все приводит к большим потерям энергии.
Наиболее близким к предложенному по назначению, технической сущности и достигаемому результату к заявленному изобретению является водовыпуск из канала с большим уклоном, содержащий подводящий, отводящий и транзитный каналы, регулирующий затвор, водоприемную галерею, имеющей в верхней части водоприемное отверстие, перекрытое решеткой, галерея выполнена входным оголовком в виде трубы, верхняя часть корпуса которой с косым срезом расположена выше щелевого отверстия галереи, при этом перед щелевым отверстием дополнительно расположен V-образный порог, а боковые стенки подводящего канала снабжены струенаправляющими элементами с возможностью перемещения в сторону порога, причем струенаправляющие элементы выполнены Г-образными вертикальными стенками, с полками, размещенными над дном подводящего канала, а нижние торцы вертикальных стенок установлены относительно дна подводящего канала с зазором. Кроме того, галерея, выполненная в виде трубы, содержит отводящий напорный трубопровод, трубчатая часть которого изогнута в трех измерениях и имеет по существу постоянную площадь сечения по всей длине (Патент №2550421, Е02В 13/00, Е02В 8/02 от 10.05.2015).
Недостаток известного водовыпуска из канала с большим уклоном является необходимость порога и необходимость входной оголовки трубы располагают выше щелевого отверстия галереи, однако данная конструкция напорного оголовка вызывает наличие сосредоточенного потока в центральной части подводящего канала, его поднятие вверх, далее поступающего в щелевое отверстие галереи, а это вызывает с боков обход струй потока и нарушение на изменение гидравлических параметров потока, галерея имеет ограниченный диапазон забираемых расходов в щелевое отверстие, в части при заборе воды одновременно в двухсторонний вододелитель потребителю. Кроме того, сложность трубчатой части, которая имеет изогнутую в трех измерениях сечение по всей длине.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание двухстороннего вододелителя траншейного типа галереи и повышение эффективности работы путем улучшения контакта с отводящим каналом с сохранением возможности обеспечения повышенной точности стабилизации расхода в отводящих каналах и улучшение гидравлического режима работы сооружения.
Указанный технический результат достигается тем, что в двухстороннем вододелителе для каналов с большим уклоном, содержащий подводящий, отводящий и транзитный каналы, регулирующий затвор, водоприемную галерею, имеющую в верхней части водоприемное отверстие перекрытое решеткой, галерея выполнена входным оголовком, согласно изобретения, вододелитель выполнен П-образной плитой перекрытия, наложенной над водоприемным отверстием водоприемной галереи и имеющей в передней части над дном подводящего канала прорезь, а вход прорези в сторону водоприемной галереи частично перекрыт фиксирующей вертикальной перегородкой, закрепленной верхним концом к плоскости П-образной плиты перекрытия, при этом над порогом задней стенки галереи закреплен вертикальный уступ, в котором выполнен направляющий паз для установки конца штока с клапаном, шток который подпружинен в продольном направлении, а продольная ось штока перпендикулярна оси фиксирующей вертикальной перегородки, при этом задняя стенка П-образной плиты перекрытия с отверстием для выхода конца штока прикреплена к дну транзитного канала по течению воды к горизонтальной оси с возможностью вертикального перемещения на некотором расстоянии от порога галереи.
Кроме того, передняя стенка П-образной плиты перекрытия имеет уклон с козырьком-отсекателем в сторону дна подводящего канала навстречу течения воды.
Кроме того с целью повышения эффективности регулирования путем уменьшения поступления наносов и мусора в П-образную полость плиты перекрытия со стороны подводящего канала установлена под углом на шарнире защитная решетка.
Кроме того, низовая часть дна галереи от поперечной оси выполнена с уклоном в сторону каждого отводящего канала.
Сопоставительный анализ заявленного устройства с прототипом показывает, что заявленное устройство отличается тем, что расщепитель с козырьком в виде П-образной плиты перекрытия устанавливается над галереей наложенной несколько выше дна подводящего канала и по всей ширине последнего, таким образом, чтобы забирать минимальный расход воды из подводящего канала. При этом поток поступает из подводящего канала в прорезь между дном подводящего канала, затем под напором в камеру перед фиксирующей вертикальной перегородкой, закрепленной верхним концом к плоскости П-образной плиты перекрытия, поток давит на плоскость клапана со штоком, подпружиненном в продольном направлении. При большом скоростном давлении потока воды под плитой перекрытия на клапан со штоком с надетой пружиной сжатия, шток помещен в закрепленный в направляющий вертикальный уступ, в котором имеет место паз для движения штока, конец которого при своем перемещении проходит свободно через отверстие, выполненное в задней стенке плиты перекрытия. На шток надета пружина сжатия, опирающаяся на торец вертикального уступа, закрепленного над порогом задней стенки галереи. Фиксирующая вертикальная перегородка делит камеру П-образной плиты перекрытия на две части, где поток, поступая во вторую часть камеры, соударяется с задней стенкой плиты перекрытия и направляется частично погашенным под статическим напором в водоприемное отверстие галереи с повышенной пропускной способностью. Также низовая часть (дна) галереи выполнена с уклоном в сторону каждого отводящего канала. При этом передняя наклонная часть плиты перекрытия с козырьком над дном подводящего канала выдвинута вперед навстречу движению потока, на которую упирается установленная под углом на шарнире защитная решетка, а задняя закреплена стенка П-образной плиты перекрытия, закреплена к оси вращения на дне транзитного канала, ось, которая расположена в углублении дна транзитного канала.
Следует отметить, что созданная, таким образом, вторая часть закрытой камеры под плитой перекрытия не создает накопление воздуха, выделяющегося из воды, так как он с небольшой частью воды выходит через отверстие в задней стенке плиты перекрытия в сторону транзитного канала, а значит, закрытая камера полным сечением заполняется поступившей водой из первой части камеры через прорезь с перекрытой фиксирующей вертикальной перегородки над дном подводящего канала.
Такое расположение устройства в целом, создает в галереи давление напорного режима и тем самым предотвращает винтовое движение в галереи в сторону отводящих каналов, а это приводит к резкому уменьшению гидравлических потерь при отсутствие винтового движения, соответственно, отсутствие в центре его воздуха при отборе чистой воды в галерею - все это в целом улучшает гидравлический режим сооружения. Для эксплуатационного осмотра или ремонта предусмотрено крепление задней стенки П-образной плиты перекрытия посредством горизонтальной оси, закрепленной в углублении дна транзитного канала с возможностью вертикального перемещения вверх на некотором расстоянии от порога галереи с помощью привода, например, вращения вокруг оси поднятием устройства вверх, затем настройки клапана со штоком и пружиной сжатия.
Проведенный анализ уровня техники, включающий поиск по источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить отсутствие технического решения в источниках, характеризующихся тождественными признаками предложенного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов, наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволило установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому техническому результату отличительных признаков в заявленном вододелителе для каналов с большим уклоном, изложенных в формуле изобретения.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «новизна».
Результаты проведенного поиска известных решений показали, что заявленное изобретение не содержит признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого вододелителя.
Следовательно, заявляемое изобретение не вытекает для специалистов явным образом, из известного уровня техники, является результатом творческого труда автора изобретения.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует уровню «изобретательский уровень».
Заявленное изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен двухсторонний вододелитель для каналов с большим уклоном; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1.
Двухсторонний вододелитель для каналов с большим уклоном содержит расположенную между подводящим 1 и транзитном 2 каналами водоприемную галерею 3. Низовая часть 4 (дна) галереи выполнена с уклоном в сторону отводящих каналов 5 и 6, во входном сечении которых установлены затворы 7 и 8 с подъемным механизмом.
Некоторая часть подводящего канала 1, водоприемная галерея 3 и начало транзитного канала 2 наложены сверху П-образной плиты перекрытия 9, этим самым образуются две камеры 10 и 11, причем задняя стенка 12 плиты перекрытия 9 закреплена к оси 13 вращения на дне выемки транзитного канала 2. П-образная плита перекрытия 9 содержит внутри себя фиксирующую вертикальную перегородку 14 с нижним свободным ступенчатым торцом 15, напротив установки порога 16 на дне подводящего канала 1 перед водоприемным отверстием галереи 3. Наложена плита перекрытия 9 над водоприемным отверстие галереи 3, имеет над дном подводящего канала прорезь 17, при этом перегородка 14 верхним концом закреплена к плоскости П-образной плиты перекрытия 9, которая в свою очередь играет роль донного отсечения потока воды (расщепителя). Вертикальная перегородка 14 делит на две камеры 10 и 11. Над порогом 18 задней стенки галереи 3 закреплен вертикальный уступ 19, в котором выполнен направляющий паз 20 для установки конца штока 21 с клапаном 22, перекрывающего прорезь 17 между ступенчатым торцом 15 и порогом 16 в закрытом положении. Задняя стенка 12 плиты перекрытия 9 выполнена отверстием 23 для хода конца штока 21, а нижним торцом клапан 22 входит в контакт с дном подводящего канала 1 и упирается в порог 16. На шток 21 надета пружина сжатия 24, опирающаяся на торец вертикального уступа 19, другим концом пружина сжатия 24 зафиксирована торцом клапана 22. Шток 21 с клапаном 22 расположены перпендикулярно оси вращения 13 на дне выемки транзитного канала 2 и параллельно выше водоприемной галереи 3. Начало входного отверстия 25 совпадает с прорезью 17 над дном подводящего канала 1 в передней части перед порогом 26 галереи 3, при этом входное отверстие 25 перекрывается виброрешеткой 27 с наклоном навстречу потоку, свободный конец, которой уложен на козырек 28 передней наклонной части стенки плиты перекрытия 9 в сторону дна подводящего канала 1 навстречу течению воды.
Поскольку уровень воды в подводящем канале 1 может меняться, и забор воды через отверстие 25 ниже козырька 28 плиты перекрытия 9, прорезь 17, соответственно, может забирать и минимальный уровень воды, но давление будет достаточно на клапан 22 штока 21, с помощью надетой пружины сжатия 24, в результате чего происходит регулирование открытие прорези 17в сторону водоприемного отверстия галереи 3, где в направляющем пазу 20 уступа 19 имеет место отверстие 23 для выхода конца штока 21.
Это перемещение штока 21 с клапаном 22 обеспечивается за счет изменения давления скоростного напора в подводящем канале 1 перед П-образной плитой перекрытия 9.
Двухсторонний вододелитель для каналов с большим уклоном работает следующим образом.
Поток воды проходит через полезный просвет наклонной виброрешетки 27, козырек 28 на передней наклонной стенке П-образной плиты перекрытия 9, срезает нижний слой навстречу скоростному потоку, поток проходит через входное отверстие 25 и заполняет первую часть камеры 10, которая соединена через прорезь 17, клапан 22 впуска со штоком 21 с пружиной 24 во вторую часть напорной камеры 11, расположенной над водоприемной галереи 3. При этом при регулировании поступления воды в напорную камеру 11, происходит поступление воды одновременно 8 галерею 3, т.е. за счет сжатия пружины клапаном 21 со штоком 22 под давлением скоростного напора потока в подводящем канале 1, где затем шток 22 скользит в пазу 20 уступа 19 в сторону соосного отверстия 23 для входа конца штока 21 в сторону транзитного канала 2, и занимает заданное положение, сжимая пружину 24 и стабилизируется расход воды (зависит от сжатия пружины и ее настройки) над водоприемным отверстием галереи 3, причем часть воды вместе с воздухом выходит через зазор между концом штока 21 и стенкой отверстия 23 и создает утечку в транзитный канал 2, что исключает появления накапливания воздуха в камере 11 под плоскостью П-образной плиты перекрытия 9, т.е. дополнительно отверстие 23 в задней стенке 12 плиты перекрытия 9 служит разгрузочным отверстием (образуется вакуум и подсос стороны транзитного канала), что обеспечивает постоянный отсос части воды с воздухом из закрытой камеры 11 над водоприемным отверстием галереи 3 и тем самым предотвращает образование скопления воздуха при заборе воды в галерею 3, а это также приводит к уменьшению гидравлических потерь в напорной камере 11 плиты перекрытия 9. При этом, благодаря действительному напору, поток в полном объеме поступает в отводящие каналы 5 и 6 с регулирующими затворами 7 и 8, тем самым отсутствует размыв канала. За счет ступа 19 на пороге 18 задней стенки галереи 3 мелкие наносы также транспортируются вниз, где дно галереи выполнено с уклоном в сторону отводящих каналов 5 и 6, предохраняя от завала при работе галереи 3. Все это в целом конструкция компоновки сооружения способствует повышению пропускной способности, а также наносотранспортирующей способности.
При отсутствии в подводящем канале 1 и эксплуатационного осмотра и настройки элементов устройства, размещенных под П-образной плитой перекрытия 9, она может занимать вертикальное положение на оси вращения 3, закрепленной в выемке транзитного канала 1 с подъемным механизмом (не показано). Такая взаимосвязь и взаимозависимость основных элементов вододелителя обеспечивает эксплуатационную надежность и оптимальную пропускную способность в условиях прохождения бурного потока.
Устранение перегрузок и отказов вышеуказанных элементов повышает объем водоподачи, сокращает затраты на эксплуатацию за счет уменьшения межремонтных периодов по сравнению с известным устройством при тех же расходах на строительство. Кроме того, обеспечивает увеличение расхода воды при поступлении под плитой перекрытия, наложенной над водоприемным отверстием водоприемной галереи, что приводит к выполнению задачи оптимального водозабора и улучшения гидравлического режима работы сооружения.