ВОДОСБРОСНОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к гидротехнике, а именно, к водосбросам гидротехнических сооружений.
Известен способ гашения энергии потока в концевой части водосброса (патент РФ 1749362), с помощью делителя поток расщепляется на две части (струи), расположенные одна над другой; эти струи направляются под определенным углом друг к другу, и в результате их соударения обеспечивается гашение кинетической энергии воды перед поступлением в водобойный колодец. При практически реализуемых углах соударения струей доля гашения энергии за счет непосредственного соударения от полной кинетической энергии потока невелика. Известен также трамплин-расщепитель консольной части водосбросного сооружения (патент РФ 2266364). Обе указанные конструкции пригодны лишь для низконапорных гидроузлов, так как при большой скорости потока воды как делитель, так и трамплин-расщеплитель будут интенсивно разрушаться вследствие кавитационной эрозии.
Наиболее близким техническим решением является конструкция водосбросного устройства (патент РФ 174 2408). Устройство включает водосливную грань, разделенную раздельными стенками на ряд водосливных лотков, уступ в створе сопряжения водосливной грани с дном нижнего бьефа и раздельные стенки, а также расположенный в нижнем бьефе водобойный колодец, на поверхности которого установлены гасители трапецеидальной в плане формы. Недостатком этой конструкции является наличие острых ребер, обтекаемых высокоскоростным потоком. При напорах на сооружении более 50 м (что соответствует скоростям потока 30 м/с) на этих ребрах неизбежно возникает кавитация, и они будут разрушены кавитационной эрозией.
Задачей предлагаемой полезной модели является устранение опасности разрушения водосбросного устройства вследствие кавитационной эрозии и повышение эксплуатационной надежности сооружения за счет снижения динамической нагрузки на дно водобойного колодца.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в водосбросном устройстве, включающем, как в прототипе, водосливную поверхность, разделенную раздельными стенками на ряд водосливных лотков, уступ в створе сопряжения водосливной стенки с дном нижнего бьефа и расположенный в нижнем бьефе водобойный колодец, на водосливной поверхности в конце каждого водосливного лотка установлен рассеивающий трамплин с поверхностью двоякой кривизны. При этом ширина водосливного лотка равна ширине входной части трамплина. Эти трамплины не имеют острых ребер и безотрывно обтекаются водой, что исключает возникновение кавитации и разрушения устройства вследствие кавитационной эрозии, а также снижается нагрузка на дно водобойного колодца.
Общий вид водосбросного устройства показан на фиг.1. Водосливная поверхность разделена стенками на ряд лотков 1, за каждым водосливным лотком 1, ограниченным упомянутыми раздельными стенками 2, устанавливается рассеивающий трамплин 3, поверхность которого имеет двоякую кривизну. Ширина входной части каждого трамплина 3 равна ширине водосливного лотка 1, за которым он установлен; это обеспечивает независимое расширение потока из лотка 1 в пределах каждого трамплина 3. Выходные кромки соседних трамплинов на уступе 4 в створе сопряжения водосливной стенки с дном нижнего бьефа могут быть отделены друг от друга, либо находятся в контакте между собой в точке 5. Дно водобойного колодца 6 совпадает с дном нижнего бьефа. Модель работает следующим образом: после схода с трамплина 3 потоки с соседних трамплинов на участке уступа 4 между трамплинами, либо в точке контакта 5 имеют горизонтальные составляющие скорости, направленные навстречу друг другу. В результате взаимодействия потоков с соседних трамплинов поперечное сечение струи после схода с уступа 4 приобретает крестообразную форму, при этом струя перестает быть компактной, а ее периметр существенно возрастает. Благодаря этому струя значительно более интенсивно взаимодействует с объемом воды, заполняющей водобойный колодец 6, увеличивает свое поперечное сечение и, не достигая стенки колодца, занимает все поперечное сечение водобойного колодца 6; таким образом, в колодце 6 реализуется поверхностный режим сопряжения струи с затопленным гидравлическим прыжком. Такое конструктивное решение, с одной стороны, исключает возникновение кавитации на поверхности трамплина 3, т.к. поверхность трамплина является плавно обтекаемой (не имеет острых ребер), а с другой стороны, эта поверхность позволяет создать в водобойном колодце 6 устойчивый поверхностный режим сопряжения бьефов и тем самым уменьшить придонные скорости воды. В результате возникает возможность существенно уменьшить нагрузку на плиты крепления водобойного колодца 6, снизить затраты на материалы и производство работ по возведению массивного железобетонного дна колодца и вместе с тем повысить надежность всего сооружения.