SU1613533A1 - Водобойное устройство водосброса плотины - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к гидротехнике и может быть использовано дл  гашени  энергии водного потока на водосбросах плотин. Цель изобретени  - повышение эффективности гашени  энергии сбросного потока и уменьшение кавитационных разрушений. В пролетах водосливной плотины 1 между бычками 2 перед водобойной плитой 5 установлены пирсы 3, выполненные с продольными сужающимис  по направлению течени  потока водопровод щими каналами 4, имеющими на выходе развилку. Пирсы 3 выполнены расшир ющимис  в плане по направлению течени  потока высотой и суммарной максимальной шириной, составл ющими от 0,3 до 0,6 ширины пролета. Эффективность гашени  энергии потока обеспечиваетс  за счет быстрой потери устойчивости транзитной струи с повышенной глубиной при выходе ее на водобойную плиту 5. За низовыми гран ми пирсов 3 и бычков 2 транзитна  стру  начинает активно деформироватьс , растека сь в зоне свободного пространства. Интенсивному массообмену способствуют струи, стекающие с верхних граней пирсов 3, струи поступающие из водопровод щих каналов 4, а также обратные потоки-водовороты, возникающие равномерно по фронту в нижнем бьефе от транзитных струй. Предотвращение кавитационных разрушений достигаетс  благодар  повышению гидродинамических давлений на обтекаемых гран х пирсов 3 и за счет создани  водопровод щих каналов 4, обеспечивающих повышение давлени  в придонной зоне за пирсами 3 при соударении струй, выход щих из каналов 4, с транзитными стру ми. Повышение гидродинамического давлени  способствует устранению кавитационного факела, возникающего в нижней части боковых кромок пирсов 3 и разрушающего плиту 5. 2 ил.

Description

Фиг. 2

Изобретение относитс  к гидротехнике и может быть использовано дл  гашени  энер- I ИИ водного потока на водосбросах плотин.

Цель изобретени  - повышение эффективности гашени  энергии сбросного потока и уменьшение кавитационных разрушений.

На фиг. 1 показан водосброс, вертикальный продольный разрез; на фиг. 2 - план одного пролета водосброса.

Водобойное устройство включает водосливную плотину 1, разделенную на пролеты бычками 2, между которыми установлены пирсы 3, выполненные с продольными сужающимис  по направлению течени  потока водопровод шими каналами 4, имеюшими на

достаточной глубины и эффективное гашение энергии на первом этапе. В этом случае поток обтекает пирсы 3 с незначительным повышением свободной поверхности, подобно тому, как обтекаютс  мелкие привод ные преграды без активного массообмена и заметного снижени  средней скорости.

В случа х, когда указанные соотношени  (1) и (2) будут превышать значение 0,6/, глубина в промежуточном бьефе будет

10 неоправданно возрастать и стремитьс  к глубине верхнего бьефа, что нецелесообразно .

Второй этап гашени  кинетической энергии сбросного потока осушествл етс  на

ГыГдГ а воТобой;;;-.;;;;-5 ; на ,, водобойной плите 5. вода из промежуточDMAVJ по J,.1i,j . „а.„ „ .,„„.,.,,,,i,/-v nr i clltl(uunU UUUPдва рукава, направленные под углом к продольной оси пролета. При этом пирсы 3 выполнены в плане рас1пир юшимис  по направлению течени  потока и с размерами, которые удовлетвор ют услови м:

ного бьефа с частично погашенной кинетической энергией выходит на водобойную плиту 5 рассредоточенным потоком. Основна  масса воды при этом проходит в виде транзитной струи между боковыми 20 стенками пирсов 3 и бычков 2. Остальна  часть сбросного расхода проходит над верхней гранью пирсов 3 и по их водопрово- ДЯШ.ИМ каналам 4

0,,6/7; 0.,6ft.

где а - ширина пирса 3 в свету;

(П (2)

ного бьефа с частично погашенной кинетической энергией выходит на водобойную плиту 5 рассредоточенным потоком. Основна  масса воды при этом проходит в виде транзитной струи между боковыми 20 стенками пирсов 3 и бычков 2. Остальна  часть сбросного расхода проходит над верхней гранью пирсов 3 и по их водопрово- ДЯШ.ИМ каналам 4

При наличии промежуточного бьефа

- HJMlJMritllirif - - - - - :

- ширина водосливного пролета в све- „в транзитна  стру , проход ща  между пирсаt г о ,.... T Qb lJfcl M/UQI U rPUPHUPM

ту (рассто ние между бычками 2); г - высота пирса 3 в свету; п -- количество пирсов 3, установленных

в одном водосливном пролете. Водобойное устройство работает следующим образом

При сбросе воды через плотину 1 поток проходит в водосливном пролете между бычками 2 и в низовой их части соудар етс  с пирсами 3.

Выполнение условий (1) и (2) позвол ет с помопгью пирсов 3 существенно стеснить русло потока в створе бычков 2. Благодар  перед пирсами 3 в водосливном npoj лете создаетс  подпор воды, образующий искуственный промежуточный низконапорный бьеф, расположенный между верхним и нижним бьефами. Данный промежуточный бьеф предназначен дл  выполнени  функций водобойного колодца, примен емого обычно за плотиной, в ука.и)нном «водобойном колодце , созданном в низовой части плотины 1 перед водобойной плитой 5, ocymecTj вл етс  первый этап гашени  кинетической энергии сбросного потока за счет соударени  и перемешивани  масс воды перед пирсами 3, а также снижени  средней скорости потока в промежуточном бьефе, в св зи с существенным увеличением глубины воды по сравнению с глубиной свободной струи.

в случа х, когда услови  (I) и (2) не удовлетвор ютс , имеют место следующие  влени .

При уменьшении соотношений между размерами пирсов 3 и шириной водосливного пролета ниже значени  0,3/ не обеспечиваетс  создание промежуточного бьефа

ми 3, формируетс  с таким живым сечением, у которого высота (глубина) существенно превышает ширину. Выход этой струи на водобойную плиту 5 сопровождаетс  быстрой потерей устойчивости, что вызываетс 

3Q внезапным ее боковым рас1иирением, а также торможением нижних слоев, создаваемым донными стру ми, направленными под углом к продольной оси транзитной струи и выход щими из водопровод щих каналов 4. Внезапное расширение и активное боковое

35 растекание транзитной приводит к возникновению поперечной составл ющей скорости , взаимному соударению соседних растекающихс  струй, снижению продольной скорости и эффективному гашению обшей кинетической энергии потока.

Повышение эффективности гашени  энер гии потока на водосбойной плите 5 достигаетс  и соударением масс воды, переливающихс  через верхнюю грань пирсов 3, с растекающимис  в пл-ане транзитными стру 45

Совокупность меропри тий, направленных на интенсивный массообмен жидкости и потерю их продольной скорости на первом и втором указанных этапах гашени  энергии, обеспечивает в данном устройст50 ве степень гашени  кинетической энергии пор дка 50-60% при сокращении длины водобойной плиты 5, располагаемой на одной отметке с низовой частью водосливной плотины 1, т. е. без ее заглублени  по отношению к плотине 1.

Предотвращение кавитационных разрушений в данном водобойном устройстве достигаетс  благодар  повышению гидродинамических давлений в опасных зонах, где

55

достаточной глубины и эффективное гашение энергии на первом этапе. В этом случае поток обтекает пирсы 3 с незначительным повышением свободной поверхности, подобно тому, как обтекаютс  мелкие приводные преграды без активного массообмена и заметного снижени  средней скорости.

В случа х, когда указанные соотношени  (1) и (2) будут превышать значение 0,6/, глубина в промежуточном бьефе будет

неоправданно возрастать и стремитьс  к глубине верхнего бьефа, что нецелесообразно .

Второй этап гашени  кинетической энергии сбросного потока осушествл етс  на

водобойной плите 5. вода из промежуточ ,, водобойной плите 5. вода из промежуточi ,j . „а.„ „ .,„„.,.,,,,i,/-v nr i clltl(uunU UUUPного бьефа с частично погашенной кинетической энергией выходит на водобойную плиту 5 рассредоточенным потоком. Основна  масса воды при этом проходит в виде транзитной струи между боковыми 20 стенками пирсов 3 и бычков 2. Остальна  часть сбросного расхода проходит над верхней гранью пирсов 3 и по их водопрово- ДЯШ.ИМ каналам 4

При наличии промежуточного бьефа

в транзитна  стру , проход ща  между пирса о ,.... T Qb lJfcl M/UQI U rPUPHUPM

ми 3, формируетс  с таким живым сечением, у которого высота (глубина) существенно превышает ширину. Выход этой струи на водобойную плиту 5 сопровождаетс  быстрой потерей устойчивости, что вызываетс 

Q внезапным ее боковым рас1иирением, а также торможением нижних слоев, создаваемым донными стру ми, направленными под углом к продольной оси транзитной струи и выход щими из водопровод щих каналов 4. Внезапное расширение и активное боковое

5 растекание транзитной приводит к возникновению поперечной составл ющей скорости , взаимному соударению соседних растекающихс  струй, снижению продольной скорости и эффективному гашению обшей кинетической энергии потока.

Повышение эффективности гашени  энергии потока на водосбойной плите 5 достигаетс  и соударением масс воды, переливающихс  через верхнюю грань пирсов 3, с растекающимис  в пл-ане транзитными стру 5

Совокупность меропри тий, направленных на интенсивный массообмен жидкости и потерю их продольной скорости на первом и втором указанных этапах гашени  энергии, обеспечивает в данном устройст50 ве степень гашени  кинетической энергии пор дка 50-60% при сокращении длины водобойной плиты 5, располагаемой на одной отметке с низовой частью водосливной плотины 1, т. е. без ее заглублени  по отношению к плотине 1.

Предотвращение кавитационных разрушений в данном водобойном устройстве достигаетс  благодар  повышению гидродинамических давлений в опасных зонах, где

55

может иметь место возникновение кавитации Такими зонами  вл ютс : на пирсах 3 - их обтекаемые поверхности, а на водобойной плите 5 - зоны, примыкающие к пирсам 3, За вертикальными кромками которых могут возникать кавитационные вихри с вертикаль- ной осью вращени .

Повышение гидродинамических давлений на обтекаемых гран х пирсов 3 обеспечи ваетс  соответствующим их очертанием, при котором площадь поперечного сечени  пир- са 3 возрастает вниз по течению, а площадь живого сечени  потока уменьшаетс . Э -o позвол ет формировать конфузорные потоки с высокими гидродинамическими давлени ми в различных точках обтекаемой поверхности сооружени  и устран ть кавитацию.

Повышение гидродинамических давлений на водобойной плите 5 за низовыми вертикальными кромками пирсов 3 достигаетс  благодар  применению водопровод щих каналов 4, обеспечивающих соударение потоков на поверхности плиты 5. Это позвол ет повысить давление в прилегающей области

Фиг.

и снизить придонные скорости транзитной струи, что снижает опасность возникнове ни  кавитации.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Водобойное устройство водосброса плотины , содержащее поперечный р д гасителей энергии водного потока, установленных между бычками пролетов водосброса в его концевой части перед водобойной плитой , отличающеес  тем, что, с целью пoвыцJe- ни  эффективности гашени  энергии сбросного потока и уменьшени  кавитационных разру|иений, гасители энергии потока выполнены в виде расщир ющихс  в плане по направлению течени  потока пирсов, имеющих высоту и суммарную максимальную ширину, составл ющие от 0,3 до 0,6 ширины пролета водосброса, при этом в теле каждого пирса выполнен продольный сужающийс  по направлению течени  потока водопровод - щий канал с развилкой на выходе.

   -А

   1