ВОДОБОЙ ВОДОСБОРНОГО СООРУЖЕНИЯ
DOWNSTREAM APRON OF WATER COLLECTOR

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано при сопряжении водосброса с отводящим каналом в нижнем бьефе гидротехнического сооружения.
Известен водобой водосбросного сооружения [1], включающий донную плиту и водобойный элемент, расположенный на выходе из водобоя поперек его и выполненный в виде уступа и/или стенки. В этом водобое перед уступом или стенкой образуется водоворот в виде вальца малых размеров и с горизонтальной осью, что ограничивает интенсивность его взаимодействия (смешивания) с транзитным потоком, в результате чего ограничивается эффективность гашения водного потока и, как следствие, увеличиваются размеры водобоя.
Известен [2] водобой водосбросного сооружения, включающий донную плиту и водобойный элемент, расположенный на выходе из водобоя поперек его и выполненный в виде уступа и/или стенки, а напорная поверхность водобойного элемента выполнена с образованием последовательно чередующихся по длине водобойного элемента впадин и выступов, расположенных по всей высоте водобойного элемента.
В этом новом водобое существенно повышена эффективность гашения энергии водного потока, что было подтверждено гидравлическими исследованиями применительно условий контррегулирующей Нижне-Курейской ГЭС. Это позволяет уменьшит длину водобоя и, следовательно, уменьшит средства на его выполнение.
Водобой без отхода от объема изобретения [2] был повторно исследован [3], описан [4] и выполнен на береговом водосбросе Саяно-Шушенской ГЭС. В источнике [3] водобойный элемент водобоя (стенка) СШГЭС назван полигональным, а в источнике [4] - лабиринтным (?). При этом как в источниках [3] и [4], так и в других заявитель не обнаружил ссылку на первоисточник, т.е. патент №2071525.
Недостаток этого ближайшего водобоя заключается в сильном воздействии потока воды на вогнутый борт отводящего канала, примыкающего к рисберме со стороны нижнего бьефа и сопрягающегося под острым углом с рекой. Это обуславливает как снижение надежности отводящего канала, так и высокие затраты на крепление его вогнутого борта, следовательно, и водосбросного сооружения в целом.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности водосбросного сооружения при эксплуатации и экономии средств на его создание. Достигаемый при этом технический результат заключается в направлении потока воды при его выходе из водобоя (то же при его входе через рисберму в отводящий канал) с отклонением от оси водобоя в сторону сопряжения отводящего канала с рекой.
Указанная задача решается, а технический результат достигается тем, что водобой водосбросного сооружения имеет донную плиту и водобойный элемент, расположенный на выходе из водобоя поперек него и выполненный в виде уступа, или стенки, или их комбинации, т.е. и/или. Напорная поверхность водобойного элемента выполнена с образованием последовательно чередующихся по длине водобойного элемента впадин и выступов, расположенных по всей высоте водобойного элемента. К водобою со стороны нижнего бьефа примыкает отводящий канал, продольная ось которого отклонена от продольной оси водобоя в сторону сопряжения отводящего канала с рекой, при этом соблюдается условие
а>b,
где а - длина проекции сливной боковой кромки впадины, обращенной в сторону отклонения продольной оси отводящего канала, на плоскость, перпендикулярную продольной оси водобоя;
b - длина проекции второй сливной боковой кромки впадины на плоскость, перпендикулярную продольной оси водобоя.
При этом как частный случай может выполняться условие b=0.
Именно выполнение по указанным правилам каждой впадины и соответственно каждого выступа без симметрии относительно направления продольной оси водобоя обеспечивает достижение ранее указанного технического результата: направление потока воды при его выходе из водобоя осуществлено с отклонением от оси водобоя в сторону сопряжения отводящего канала с рекой.
На фиг.1 изображено водосбросное сооружение, план; на фиг.2- фрагмент водобойного элемента, план; на фиг.3-разрез по А-А на фиг.1.
Водобой 1 водосбросного сооружения 2 имеет донную плиту 3, водобойный элемент 4 и боковые стенки 5. Водобойный элемент 4 расположен на выходе из водобоя 1 поперек него и выполнен в виде уступа 6, высота которого увеличена стенкой 7. Напорная поверхность водобойного элемента 4 (то же уступа 6 и стенки 7) выполнена вертикальной с образованием последовательно чередующихся по длине водобойного элемента 4 впадин 8 и выступов 9, которые расположены по всей высоте d напорной поверхности водобойного элемента 4 (фиг.3).
К водобою 1 со стороны нижнего бьефа примыкает сначала рисберма 10, а затем отводящий канал 11, продольная ось 12 которого отклонена от продольной оси 13 водобоя 1 в сторону сопряжения 14 отводящего канала 11 с рекой 15.
В плане впадины 8 и выступы 9 как частный случай имеют вид равных по площади неравнобочных трапеций со скругленными углами. При этом сливная боковая кромка 16 впадины 8 обращена в сторону отклонения продольной оси 12 отводящего канала 11, а вторая сливная боковая кромка 17 обращена в противоположную сторону При этом соблюдается условие
а>b,
где а - длина проекции сливной боковой кромки 16 впадины 8, обращенной в сторону отклонения продольной оси 12 отводящего канала 11, на плоскость N (N-N на фиг.2), которая перпендикулярна продольной оси 13 водобоя 1, а b - длина проекции второй сливной боковой кромки 17 впадины 8 на ту же плоскость N. В рассматриваемом примере как частный случай b=0.
На чертежах обозначены и другие элементы водосбросного сооружения и среды, а именно:
18 - высокоскоростной поток;
19 - поверхностная водоворотная зона;
20 - донная водоворотная зона;
21 - результирующий вектор потока;
22 - вогнутый борт канала;
23 - каменная наброска;
24 - дренаж;
25 - продольная ось реки.
В настоящее изобретение могут быть внесены различные модификации и изменения без отхода от объема изобретения. Например, впадины 8 могут иметь волнистую поверхность, а сам водобой 1 дополнительно может содержать шашечные гасители.
Водобой работает следующим образом.
Высокоскоростной поток 18 набегает на водобойный элемент 4 и в результате взаимодействия с ним резко отклоняется вверх с образованием гидравлического прыжка с турбулентными водоворотными зонами: поверхностной 19 и непосредственно перед уступом 6 сложной и не четко выраженной донной 20. Выступы 9 рассекают высокоскоростной поток 18 и водоворотные зоны 19 и 20. В результате повышается пульсация поперечных составляющих скоростей в турбулентном потоке с одновременным повышением интенсивности взаимодействия транзитного высокоскоростного потока 18 с водоворотными зонами 19 и 20.
0
Одновременно с этим большая часть турбулентного потока из впадин 8 переливается через их боковые кромки 16, которые обращены в сторону отклонения продольной оси 12 отводящего канала 11, т.е в сторону поворота отводящего канала 11. Именно эта большая часть потока отклоняется в сторону поворота отводящего канала 11. В результате чего весь поток, т.е. его результирующий вектор 21 количества движения уже на рисберме 10 отклоняется под углом α от продольной оси 13 водобоя 1 в сторону поворота отводящего канала 11, что уменьшает силовое воздействие потока воды на вогнутый борт 22 отводящего канала 11, закрепленного каменной наброской 23.
р
За рисбермой 10 сбросной поток воды в относительно спокойном состоянии движется по изогнутому отводящему каналу 11, который под углам α сливается с потоком реки 15.
0
Эффективность работы заявляемого водобоя 1 в целом в конкретных условиях может быть определена, прежде всего, гидравлическими исследованиями. При заданных размерах и конфигурации водобойного элемента 4 исследованием определяется угол α отклонения потока на рисберме 10 от продольной оси 13 водобоя 1, который по оценке заявителя может достигать 7-8 градусов.
Источники
1. Чугаев Р. Гидравлика. - Л., 1971, с.371-372.
2. Патент Российской Федерации №2071525 С1 (Проектно-изыскательский институт «Красноярскгидропроект», Сибирский филиал Всероссийского научно-исследовательского института гидротехники им. Б.Е.Веденеева), 10.01.1997.
3. Родионов В.Б., Куприянов В.П., Толошинов А.В. Исследование и обоснование конструкций берегового водосброса Саяно-Шушинской ГЭС. // Гидротехническое строительство. 2006. №7.
4. Фирсов С.Ю. Строительство дополнительного берегового водосброса Саяно-Шушенская ГЭС. // Гидротехническое строительство. 2008. №11.