ВОДОВЫПУСК ИЗ ЛОТКОВЫХ КАНАЛОВ С БУРНЫМ РЕЖИМОМ ТЕЧЕНИЯ
WATER DISCHARGE FROM FLUMES WITH RAPID FLOW MODE

Изобретение относится к гидротехнике, а именно для стабилизации отвода воды из лотковых каналов с уклонами больше критических, преимущественно внутрихозяйственных, распределительной сети.
Известен вододелитель для канала с большим уклоном, включающий подводящий и отводящие каналы, сопряженные траншеей, расположенный над прорезью жестко закрепленный отсекатель. Дно прорези очерчено по траектории свободнопадающей струи. Правильным расположением отсекателя достигается забор нужного расхода воды в отводящие каналы независимо от колебаний расхода в распределительном канале. Для достижения постоянства отвода воды используется принцип деления потока по вертикали (Авторское свидетельство СССР №120454, кл. Е02В 13/00, 1958).
Недостатком данного устройства является то, что не обеспечивается защита прорези и отводных труб от заиления и попадания случайных наносов при работе распределительного канала с отключенными боковых каналов. Кроме того, невозможность регулирования забираемого расхода в условиях переменного уровня воды в канале, так как напор в распределительном канале падает до минимального. Сложность изменения прорези в зависимости от уклона и расхода основного канала, а в трубах с обратным уклоном возникают большие гидравлические сопротивления (потери энергии воды), что резко сокращает расход отвода и высоту подъема, для чего требуется достаточная масса воды и сила гидростатического давления потока при движении. Стоимость сооружения возрастает.
Известен также вододелитель для каналов с большим уклоном, включающий расположенный между подводящим и транзитным каналами траншею, боковой отводящий водовод, решетку и направляющую пластину (щит с приводом) (Авторское свидетельство СССР №351968, кл. Е02В 13/00, 1970).
3
Поскольку пластина расположена наклонно, то набегающий на нее поток воды вызывает вибрацию пластины, что приводит к нарушению гидравлики потока и к выплеску воды из канала. Устройство также обладает низкой стабилизирующей способностью расхода воды в отводящем водоводе. Вследствие установки нижнего конца решетки в горизонтальных направляющих в зазор между нижним концом решетки и дном канала могут попадать влекомые наносы, что может повлечь заклинивание решетки, это приводит к частичному прекращению водоподачи в отвод. Нарушение кинематики бурного потока ведет к перегрузкам давления на пластину, вследствие этого работа устройства возможна только в малом диапазоне открытия над траншеей, что также уменьшает пропускную способность отвода, в траншее могут возникать винтовые течения, оказывающие также давление на пластину (щит) снизу. Стоимость сооружения достаточно большая на расход 1 м/с.
Цель изобретения - повышение эффективности и надежности работы в условиях переменного уровня воды в канале.
Указанная цель достигается путем уменьшения мощности привода, струенаправляющий элемент установлен на дне траншеи и выполняют его по форме поперечного сечения подводящего канала в виде лотка и устанавливают на горизонтальной оси в начальной части стенки траншеи, а верхний конец сопряжен снизу с рычажным механизмом с возможностью поворота в сторону подводящего канала и относительно отводящего водовода, размещенного на бортах канала.
Кроме того, отводящий водовод имеет на нижней плоскости дугообразную пластину, установленную по контуру с возможностью сопряжения с входным отверстием, выпуклостью вверх, причем начальный конец ее закреплен шарнирно с возможностью поворота в сторону транзитного канала и с образованием направляющего движения потока тракта, полотно которого перекрывает проем зазора относительно перемещения свободного края подвижного струенаправляющего элемента.
Предложенное устройство устраняет фонтанирующий гидравлический прыжок, перегрузки и отказы в работе подъемника, повышает объем водоподачи и сокращает затраты на эксплуатацию за счет увеличения межремонтных периодов по сравнению с известным устройством на строительство.
Если для определенного открытия отвода обеспечивается забор воды, а излишки идут на сброс и промыв заданной мутности, соответствующий заданным нормам, то вся система находится в стационарном состоянии. Расширение зоны влияния струенаправляющего элемента относительно работы выпуклой криволинейной пластины, закрепленной в нижней части отводящего водовода, и возможность забирать заданный расход воды по высоте расположения по центру подводящего канала от минимального до максимального уровня и частично сбрасываемого расхода воды в транзитный канал на промыв позволяют уменьшить размеры сооружения по ширине канала, формирующих гидравлическую структуру потока, и стоимость при улучшении качества их работы.
Выполнение струенаправляющего элемента по форме поперечного сечения лотка в траншее по оси канала, установленного с возможностью рычажного механизма вертикального перемещения с шарниром относительно крепления у передней стенки траншеи, позволяет использовать гидравлическую структуру бурного потока (волнового и безволнового), изменение в совокупности углов наклона как струенаправляющего элемента, так и плоской выпуклой пластины с возможностью сопряжения в верхней части с криволинейной поверхностью входного отверстия отводящего водовода, обеспечивая надежную работу сооружения в целом. При этом нижняя часть струенаправляющего элемента в виде лотка, понижаясь в сторону дна транзитного канала, предохраняет шарнирное соединение, как и соединение рычажного механизма с верхней подвижной частью от заклинивания проходивших наносов и обеспечивает полный ход от вертикального до горизонтального положений. Расчленение верхней части отводящего водовода от траншеи на секции расширяет диапазон возможности регулирования структуры бурного потока в подводящем канале (наибольшие скорости воды по центу лотка) за счет различного наклона двух щитов, отличающихся конструктивно по назначению к горизонту: поднят поток на высоту, а затем забран расчетный стабильный расход воды в отвод. При этом излишки пропускаются в транзитный канал без гашения кинетической энергии потока.
Кроме того, изогнутая пластина (щит), прикрепленная к нижней части отводящего водовода и изогнутая в сторону входного оголовка отвода, сглаживает структуру потока воды (направляет вниз), проходящего через прорезь (зазор) и направляет на дно транзитного канала. Такой подход к конструкции обеспечивает защиту от ударных нагрузок на щит и плавность входа воды в отводящий водовод в каналах - быстротоках с достаточной точностью качества стабилизированного забора воды, а крепление шарниров предохраняются от разрушения.
Исходя из вышесказанного авторы считают, что предлагаемое техническое решение отвечает критерию «существенные отличия».
На фиг.1 изображен водовыпуск из лотковых каналов с бурным режимом движения; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - вариант выполнения водовыпуска с рычажным механизмом, продольный разрез; на фиг.4 - то же, водовыпуск на фиг.3, поперечный разрез.
Водовыпуск состоит из подводящего 1 и транзитного 2 каналов, сочлененных траншеей 3, в которой на дне помещен струенаправляющий элемент 4 с шарниром 5 у передней стенки траншеи 3 в одной плоскости с дном подводящего канала 1. Отводящий водовод 6 смонтирован на бортах транзитного канала 2. Струенаправляющий элемент 4 выполнен в форме поперечного сечения подводящего лотка. Верхний свободный конец его сопряжен снизу с рычажным механизмом 7 с уплотнением 8 и с приводом 9 с возможностью вертикального перемещения относительно отводящего водовода 6, размещенного на бортах транзитного канала 2. Верхний конец стенки этого водовода жестко прикреплен к перекрытию 10. Кроме того, верхняя часть траншеи 3 также перекрыта плитой 10.
Со стороны тока воды после струенаправляющего элемента 4 плоская выпуклая пластина 11 (криволинейной формы) имеет регулируемый угол наклона за счет подъемного механизма 13 и шарнирного соединения 12 с дном отводящего водовода 6. Отводящий водовод соединен с гибким шлангом 14 с оросителем. Для регулирования подачи заданного расхода воды в отводящий водовод 6 во всем диапазоне изменения уклона подводящего канала 1 совокупность работы струенаправляющего элемента 4 и вогнутой пластины 11, выпуклостью вверх, с указанными выше элементами обеспечивает надежность в работе всего сооружения.
Вариант выполнения устройства на фиг.3 и 4 предусматривает установку рычажного механизма 7 с приводом 9 непосредственно вблизи подъемного механизма 13, соединенного с плоской вогнутой пластиной 11 с шарниром 12, совокупность которого с указанными выше элементами обеспечивает надежность в работе всего сооружения в целом.
Водовыпуск из лотковых каналов работает следующим образом.
Подходящий по каналу 1 поток воды поступает в струенаправляющий элемент 4 в виде лотка, который установлен рычажным механизмом 7 с приводом 9 на плановую водоподачу по тракту выпуклой пластины 11 с шарниром 12 во внутреннюю полость отводящего водовода 6 с гибким шлангом 14 в ороситель. При этом поток, поступая на выпуклую пластину 11, взаимодействует с перекрытием 10, что обеспечивает работу водовода 6 полным сечением на входе. Выпуклая пластина 11 отсекает поднятый поток воды при заданном угле подъема струенаправляющего элемента 4, а излишки ее направляются в зазор между концами элементов 4 и 11 и поступают вниз по течению транзитного канала 2. В транзитном канале 2 происходит соединение с потоком воды, поступившим между боковыми стенками траншеи 3 и элементом 4, и приобретают прямолинейно-поступательный характер движения для различных условий прохождения бурного потока с наносами. Расположение выпуклой пластины 11 позволяет делить поток, находящийся в при поднятом состоянии над траншеей 3 и способствуя продвижению его в водовод 6, в заранее заданных соотношениях расходов воды.
Верхняя часть отсекаемого пластиной 11 потока воды изолирована от гидравлических возмущений над траншеей 3 и в транзитном канале 2 и поэтому движется компактным потоком без фонтанирования. Расход воды в водоводе 6 регулируют изменением вертикального перемещения струенаправляющего элемента 4 совместно с образованием тракта - полотна выпуклой пластины 11.
В случае необходимости изменения отбираемого расхода необходимо посредством подъемного механизма 9 с рычагом 7 - струенаправляющий элемент 4 переместить в соответствующее требуемой величине расхода, при этом изогнутая пластина 11 открыта со стороны входного отверстия отводящего водовода 4 для оптимального забора воды. При опускании элемента 4 вплоть до полного он заподлицо размещается в траншее 3, т.е. весь расход воды с наносами транспортируется в транзитный канал 2. При этом необходимо иметь виду, что устойчивость переходных процессов гидравлического режима, возникающих при работе этих сооружений, обеспечивается рациональной компоновкой и технически грамотным конструктивным решением водовыпуска. Такая взаимосвязь и взаимозависимость основных элементов водовыпуска обеспечивает эксплуатационную надежность и точность стабильного забора воды при изменении уровня воды и оптимальную пропускную способность в условиях прохождения бурного потока в канале.
Устранение фонтанирующего гидравлического прыжка, перегрузок и отказов вышеуказанных элементов повышает объем водоподачи не менее чем на 1-2% и сокращает затраты на эксплуатацию в размере 5-6% за счет увеличения межремонтных периодов по сравнению с известным устройством при тех же расходах на строительство.