СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ ПОТОКА ВОДЫ У ЦИРКУЛЯЦИОННОГО ПОРОГА В РУСЛЕ ВОДОТОКА С ВОДОЗАБОРНЫМ СООРУЖЕНИЕМ
METHOD OF REGULATION OF HYDRAULIC STRUCTURE OF WATER FLOW NEAR CIRCULATING THRESHOLD IN CHANNEL OF WATER INTAKE WITH DIVERSION FACILITY

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для защиты речных водозаборных сооружений от попадания наносов, мусора и плавающих включений.
Известен способ регулирования гидравлической структуры потока воды у циркуляционного порога речного водозаборного сооружения, содержащий циркуляционный порог речного водозаборного сооружения и вертикальную стенку, установленную с возможностью вертикального перемещения и горизонтально-перпендикулярно циркуляционному порогу (Авторское свидетельство SU №1562395, Е02В 8/02 от 07.05.1990).
Недостатком этого устройства является то, что его устойчивая работа по борьбе с наносами и плавающими включениями в потоке возможна лишь в незначительном диапазоне изменения расходов и соответственно уровня воды в верхнем бьефе сооружения. В остальных случаях или образуется устойчивая воронка или канал между порогом и стенкой настолько велик, что наносы беспрепятственно попадают в водоприемную камеру. Также весьма сложна пневматическая схема устройства, которая должна обеспечить вертикальное и горизонтальное, перпендикулярно циркуляционному порогу перемещению.
Известен способ регулирования гидравлической структуры потока воды у циркуляционного порога водозаборного сооружения, включающий перемещение стенки, установленной над дном вдоль циркуляционного порога в зависимости от изменения уровня воды перед ним, при этом стенку размещают перед порогом с расположением над ней верхней ее кромки, перемещение стенки осуществляют путем поворота ее относительно верхней кромки в сторону порога при превышении уровня воды перед порогом и в обратном направлении при уменьшении уровня воды перед порогом (Патент RU №2005846, Е02В 8/06 от 15.01.1994).
Недостатком данного способа является то, что во всем диапазоне изменения уровней и расходов в верхнем бьефе водозаборного сооружения регулирование изменение параметров возмущения, осуществляется путем нарушения циркуляционного вальца, созданного порогом, посредством стенки; нахождения стенки в зоне наибольшего движения наносов будет способствовать быстрому ее износу и выводу всего устройства из работы. Так низка надежность устройства, т.к. большой камень или топляк может заклинить стенку.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности, устройство для регулирования гидравлической структуры потока воды, включающее установленную у циркуляционного порога с возможностью перемещения относительно оси стенку, верхняя кромка которой и ось вращения находятся выше уровня воды на сооружении, при этом стенка установлена сверху порога под углом к его оси так, что ось вращения и вершина угла, образованного двумя любыми положениями стенки, расположены в верхнем бьефе сооружения, а нижняя кромка стенки - в камере водоприемника, при этом порог имеет срез в верхней части параллельной примыкающей к нему плоскости стенки в закрытом положении (Патент RU №2177524, Е02В 8/02 от 27.12.2001).
Недостатком данного устройства является слабая способность осуществлять функции водозабора, а также создание эффективных гидравлических условий в зоне влияния водозабора, например, предложенного ковшового водозабора открытого типа, для чего необходимы усовершенствования конструкции в связи с наличием поворотной стенки. Кроме того, структура формирования внешними границами гидравлической структуры струи, взаимодействующей перед порогом, при этом недостаточно он эффективен в работе при борьбе на сооружении с наносами и недостаточность турбулентного перемешивания в зоне водоотвода (камеры водоприемника) и отложения наносов, а, следовательно, снижет эксплуатационные расходы.
Целью изобретения является повышение эффективности работы путем создания эффективных гидравлических условий в зоне влияния водозабора, необходимых и достаточных для эффективной защиты от донных и взвешенных наносов от попадания в водозабор при различных режимах работы русла водовода и исключения угловых застойных зон.
Технический результат решения упомянутой задачи достигается тем, что в способе регулирования гидравлической структуры потока воды у циркуляционного порога в русле водотока с водозаборным сооружением, включающий установленную у циркуляционного порога с возможностью перемещения относительно оси стенку, верхняя кромка которой находится выше уровня воды на сооружении, отличающийся тем, что гидравлическую структуру формируют выше по течению относительно водозабора, а забор расхода воды осуществляют непосредственно ковшовым водозабором открытого типа с горизонтальной полкой и с выпуклой стороны перед порогом Г-образной стенки ломаного очертания на дне водотока, при этом одну стенку порога Г-образной стенки располагают под углом к оси водотока в сторону его течения, выполняют над ней струеформирующий элемент с возможностью поворота в горизонтальной плоскости в виде секторной пластины и прикрепленной к ее дугообразной кромке вертикальной дугообразной пластины, обращенной к ковшовому водозабору, а вторую стенку порога Г-образной стенки на дне водотока размещают на некотором расстоянии в сторону от выпуклой стенки ковшового водозабора, образуя между ними окно.
Кроме того, примыкающее к выпуклой стенки ковшового водозабора, дно ковшового водозабора открытого типа имеет уклон в сторону порога Г-образной стенки.
Кроме того, выход ковшового водозабора открытого типа на нужды водопотребления осуществляют непосредственно из водоворотной зоны потока образуемого вогнутой стенки с горизонтальной полкой ковшового водозабора открытого типа, выход которого оборудуют водосливом широкого порога и затвором.
Таким образом, в предложенном способе происходит перераспределение удельных расходов вдоль фронта криволинейной очертания стенки с горизонтальной полкой ковшового водозабора открытого типа, вовлекаясь во вращательное движение потока по всей глубине ковшового водозабора, т.е. приобретает вееобразный характер движения в пределах наклонного его дна в сторону Г-образной стенки ломаного очертания, а также ударяясь о стенку водослива с широким порогом и с затвором, мелкие наносы и частично попавший мусор, поступившие через порог Г-образной стенки ломаного очертания поступают вновь в обратном направлении через окно в русло водотока. Таким образом, создаются благоприятные условия для забора воды из средних слоев на нужды водопотребления, а, следовательно, повысить эффективность работы ковшового водозабора открытого типа.
Решение поставленной задачи достигается путем осуществления нового способа и создания новой конструкции водозаборного устройства. Графический материал, иллюстрирующий предлагаемый способ, представлен на следующих чертежах:
Фиг. 1 - представлена принципиальная схема способа управления водозаборного сооружения, вид сверху.
Фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.
Способ осуществляется в следующей последовательности. В русле водотока 1, устанавливают на дно циркуляционный порог Г-образной стенки ломаного очертания, который образует подпорное сооружение на водотоке 1, состоящее из двух угловых соединенных между собой вертикальных стенок 2 и 3, ломаное очертание одной из стенок 2 располагают под углом к оси водотока 1 в сторону его течения, а другую стенку 3 устанавливают параллельно оси водотока 1. На пороге стенки 2 устанавливают с возможностью поворота в горизонтальной плоскости на оси 4 струеформирующий элемент 5, выполненный в виде горизонтальной секторной пластины 6 и прикрепленной к дугообразной кромке вертикальной дугообразной пластины 7. Элемент 5 обращен дугообразной пластиной 7 к ковшовому водозабору 8 открытого типа, верхнюю кромку которого снабжают горизонтальной полкой 9 и прикрепленной к выпуклой стороне стенки 10 ковшового водозабора 8. Боковую стенку русла между стенкой 2 и ковшовым водозабором 8 сверху снабжают козырьком 11 в сторону течения воды. Дно 12 ковшового водозабора 8 имеет уклон в сторону порога Г-образной стенки ломаного очертания, состоящей из двух стенок 2 и 3, соединенных между собой под тупым углом. Ковшовый водозабор имеет такое плановое расположение, которое образует меду стенкой 3 порога Г-образной стенки, окно 13 для обеспечения выхода донного режима воды вместе с мелкими наносами и возможно частично поступившего мусора. На выходе ковшовый водозабор 8 оборудован водосливом 14 с широким порогом и с затвором 15, отводящим трубопроводом 16 на водопотребление чистой воды. Таким образом, водоотбор осуществляется из образуемой подпертой водоворотной зоны ковшового водозабора открытого типа. Для управления режимом водоотбора, водослив 14 с широким порогом имеет затвор 15, который может перемещаться вертикально, например, в ручную и т.д. При этом на эффективность формирования всего потока в ковшовом водозаборе оказывает размещение вблизи его порога Г-образной стенки ломаного очертания со струеформирующим элементом 5. В режиме полной промывки дна ковшового водозабора закрывается затвор 15 на водосливе 14 с широким порогом, при этом струенаправляющий элемент 5, закрепленный на горизонтальной оси 4 стенки 3 - открыт, после чего при отсутствии рабочего режима водоотвода через водослив 14 с широким порогом, далее с возможностью поворота элемент 5 путем вращения на оси 4 или приводом вдвигается в сторону ковшового водозабора 8 ступенчатый в последнем, или выдвигается в сторону боковой стенки русла берега (см. пунктирное перемещение на чертеже 1), создавая циркуляционный порог по высоте со струенаправляющим элементом 5 в сторону течения русла водотока 1.
Способ регулирования гидравлической структуры потока воды у циркуляционного порога в русле водотока с водозаборным сооружением осуществляется следующим образом.
Поток воды в русле водотока 1 вначале взаимодействует с циркуляционным порогом Г-образной стенки ломаного очертания, состоящего из двух вертикальных стенок 2 и 3 (в виде углового соединения), связанных между собой под тупым углом в сторону течения потока в русле водотока 1. Струенаправляющий элемент 5 открыт, что создает поступление расхода воды в ковшовый водозабор 8 открытого типа, дно которого имеет обратный уклон в сторону порога Г-образной стенки ломаного очертания. Поток образует в ковшовом водозаборе 8 вращательное движение по всей глубине до перекрытия горизонтальной полки 8 и козырьком 11 ковшового водозабора 8, занимая площадь, соответствующую величине расхода отклоняемой пластиной 7, а одновременно усиленное при этом донное винтовое движение перед водосливом 14 с широким порогом и с затвором 15, где винтовое движение потока способствует отбрасыванию мелких попавших в него наносов к окну 13, далее оттеснению от выпуклой стенки 10 ковшового водозабора 8 к центральной оси русла водотока 1 в нижний бьеф.
При паводковых расходах, когда резко увеличиваются расход и транспорт наносов и плавающего мусора по руслу водотока, порог 3 сверху полностью открыт сверху, струефомирующим элементом 5, затвор 15 закрыт на водосливе 14 с широким порогом. Таким образом, элемент 5 путем вращения вокруг оси 4 приводом, например, выдвигается в сторону боковой стенки берега русла, затвор 15 закрыт, обеспечивая беспрепятственный пропуск больших расходов наносов, и позволяет предохранить ковшовый водозабор 8 от завала наносами. Следовательно, с выполнением устройства для регулирования гидравлической структуры потока воды с оптимальным ломаным очертанием порога Г-образной стенки, выполненным составными стенками 2 и 3 и струеформирующим элементом 5, осуществляется комплексная компоновка процесса работы управления режимом потока в ковшовом водозаборе 8, водосливом 14 с широким порогом и с затвором 15, и это позволяет также регулировать пропускную способность чистой воды для нужд водопотребления. Тем самым существенно увеличивается эффективность управления потоком в целом на конструкции сооружения и увеличивается его производительность с обеспечением уменьшения размыва сооружения, и вместе расположения по высоте над порогом горизонтального вращения вокруг оси приводом струеформирующего элемента в заданном положении, наносы начинают ступенчато сбрасываться в водоток вниз по течению.
Предлагаемый способ индустриально, имеет значительный больший допустимый диапазон ступенчато по содержанию наносов в русле водотока в исходной воде, позволяет осуществить весь технологический цикл от забора воды до очистки ее в едином водоочистном комплексе.
Таким образом, осуществление предлагаемого способа предусматривает выполнение последовательных операций: установка на пути русла водотока порога Г-образной стенки ломаного очертания со струенаправляющим элементом для надежной защиты ковшового водозабора с его элементами от наносов и плавающего мусора, а в конечном итоге получения очищенной воды водопользователю в отводящем трубопроводе. В целом изобретение существенно упростит компоновку устройства ковшового водозабора для регулирования потока воды и повысит надежность его работы от попадания наносов и мусора в водозабор за счет двухстадийной очистки в месте забора воды из русла водотока.