Водобой водосбросного сооружения
Владельцы патента RU 2478751:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет" (RU)
Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано при сопряжении водосбросов с нижним бьефом гидротехнических сооружений. Водобой включает донную плиту (3) и расположенный на выходе из водобоя водобойный элемент (2) в виде уступа-стенки. Напорная поверхность уступа-стенки выполнена с образованием последовательно чередующихся по длине водобойного элемента впадин (4) и выступов (5). Впадины выполнены вогнутыми, криволинейного очертания. Водобойный элемент (2) выполнен ступенчатым в виде как минимум двухъярусного уступа-стенки с напорной поверхностью по высоте ступеней водобойного элемента. Впадины верхнего яруса выполнены больших размеров по отношению к впадинам нижнего яруса. Повышается эффективность гашения энергии потока на коротком участке водобоя водосбросного сооружения, что способствует предотвращению размывов и разрушений ниже по течению. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано при сопряжении водосбросов с нижним бьефом гидротехнических сооружений.
Известен водобой водосбросного сооружения, включающий донную плиту и водобойный элемент, выполненный в виде уступа или стенки и расположенный поперек на выходе из водобоя на расстоянии формирования гидравлического прыжка (Рекомендации по гидравлическому расчету водобойных стенок и колодцев, «ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева», Санкт-Петербург, 1995 г., стр.47).
Недостатком известной конструкции является большая расчетная длина водобоя и недостаточная эффективность гашения при переменных условиях.
Известен водобой водосбросного сооружения, принятый в качестве прототипа, включающий донную плиту и водобойный элемент, выполненный в виде поперечно расположенного уступа или стенки, напорная поверхность которого выполнена с образованием последовательно чередующихся по длине водобойного элемента впадин и выступов, при этом напорная поверхность между вершинами двух соседних выступов выполнена цилиндрической, а также может быть пилообразного или волнообразного очертания (патент РФ №2071525 С1, дата приоритета 17.09.1993, дата публикации 10.01.1997, авторы Похабов В.И. и др., RU, прототип).
Недостатком прототипа является малоэффективное гашение потока, сопровождающееся увеличением участка гашения, и соответственно возможно образование отброшенного гидравлического прыжка, что характерно для водотоков с большими скоростями на участке сжатой глубины.
Задачей изобретения является повышение эффективности гашения энергии водного потока на коротком участке водобоя водосбросного сооружения.
Для решения поставленной задачи в водобое водосбросного сооружения, включающем донную плиту и расположенный на выходе из водобоя водобойный элемент в виде уступа-стенки, напорная поверхность которого выполнена с образованием последовательно чередующихся по длине водобойного элемента впадин и выступов, при этом впадины выполнены вогнутыми, криволинейного очертания, согласно изобретению, водобойный элемент выполнен ступенчатым в виде как минимум двухъярусного уступа-стенки с напорной поверхностью по высоте ступеней водобойного элемента, при этом впадины верхнего яруса выполнены больших размеров по отношению к впадинам нижнего яруса.
Согласно изобретению, впадины водобойного элемента выполнены в виде полуокружности, или полуэллипса, или параболы, или гиперболы, трапецеидального или треугольного профиля, или сочетания профилей.
Согласно изобретению, напорная поверхность по длине водобойного элемента может быть выполнена отклоненной от поперечного и прямолинейного расположения.
На фиг.1 схематично изображен водобой водосбросного сооружения, общий вид; на фиг.2 - то же, продольный разрез; на фиг.3 - то же, в плане; на фиг.4 - то же, вариант выполнения водобойного элемента при неравномерном движении основного потока.
Водобой водосбросного сооружения содержит разделительный бык 1, водобойный элемент 2 и донную плиту 3. Водобойный элемент 2 расположен на выходе из водобоя поперек потока и выполнен ступенчатым в виде двухъярусного уступа-стенки с напорной поверхностью по высоте ступеней водобойного элемента (h1 и h2, фиг.1, фиг.2). Напорная поверхность каждой ступени водобойного элемента выполнена вертикальной и образована последовательно чередующимися по длине водобойного элемента вогнутыми впадинами 4 и выступами 5. Впадины 4 водобойного элемента для эффективного гашения скоростного потока (V) могут быть выполнены в виде полуокружности, полуэллипса, параболы, гиперболы, трапецеидального или треугольного профиля, или сочетания профилей (условно не показано). При этом для повышения эффективности гашения потока на каждом ярусе и более рационального выполнения конструкции с целью ее упрощения, впадины верхнего яруса выполнены с большим радиусом по отношению к впадинам нижнего яруса (R2>R1), а выступы 5, образованные, например, вогнутыми цилиндрическими поверхностями соседних впадин, выполнены в меньшем количестве и соответственно смещены (фиг.3). Выполнение верхнего яруса с меньшим количеством выступов и впадин, образующих напорную поверхность второй ступени, упрощает конструкцию и обусловлено тем, что отраженная от первого яруса волна обладает меньшей энергией. Вершины 6 выступов 5 обращены навстречу потоку 7 и выполнены из высокопрочных, кавитационностойких материалов. Кроме того, с целью учета неравномерности движения основного потока напорная поверхность по длине водобойного элемента может быть выполнена отклоненной от поперечного расположения, как показано на фиг.4, или иметь криволинейное расположение с образованием выпуклого или вогнутого фронта, что также способствует повышению эффективности гашения потока.
Водобой водосбросного сооружения работает следующим образом. Высокоскоростной поток 7 набегает на водобойный элемент 2 в части нижнего яруса и отбрасывается от вогнутых цилиндрических поверхностей первой ступени. В результате формируются волны, отраженные нижним ярусом (Vот). Отраженная волна при движении по потоку отражается от вогнутых цилиндрических поверхностей второй ступени водобойного элемента, образуя волну излива из водобоя водосбросного сооружения. Такой многоярусный характер волновых крупномасштабных флуктуации способствует гашению энергии потока 7 на более коротком участке по сравнению с гашением потока с использованием классической теории гидравлического прыжка и классических водобойных сооружений (водобойные стенки, колодцы и т.п.).
Преимущество заявленного водобоя водосбросного сооружения заключается в более эффективном гашении энергии потока на сравнительно коротком участке за счет ступенчатого выполнения водобойного элемента, обеспечивающего эффективное гашение в связи с образованием многоярусных волновых флуктуации.
Технический результат заключается в повышении эффективности гашения энергии потока на коротком участке водобоя водосбросного сооружения при сокращении более чем в 2 раза его длины, что способствует предотвращению размывов и разрушений ниже по течению.
1. Водобой водосбросного сооружения, включающий донную плиту и расположенный на выходе из водобоя водобойный элемент в виде уступа-стенки, напорная поверхность которого выполнена с образованием последовательно чередующихся по длине водобойного элемента впадин и выступов, при этом впадины выполнены вогнутыми, криволинейного очертания, отличающийся тем, что водобойный элемент выполнен ступенчатым в виде, как минимум, двухъярусного уступа-стенки с напорной поверхностью по высоте ступеней водобойного элемента, при этом впадины верхнего яруса выполнены больших размеров по отношению к впадинам нижнего яруса.
2. Водобой водосбросного сооружения по п.1, отличающийся тем, что впадины водобойного элемента выполнены в виде полуокружности или полуэллипса, или параболы, или гиперболы, трапецеидального или треугольного профиля, или сочетания профилей.
3. Водобой водосбросного сооружения по п.1, отличающийся тем, что напорная поверхность по длине водобойного элемента выполнена отклоненной от поперечного и прямолинейного расположения.
