Стабилизатор расхода воды

 

Использование: для стабилизации расходов воды в каналах оросительных систем с ограниченным диапазоном колебаний уровней воды. Сущность изобретения: устройство содержит плоский щит с приводом управления, П-образную водосливную стенку, образующую с полотнищем затвора полость, внутри которой размещен короб, центральную секцию криволинейного козырька, соединенную с передней стенкой короба, две крайние секции криволинейного козырька, которые присоединены к полотнищу щита и выполнены герметичными. Горизонтальный козырек устроен на длине внутренней полости короба. Конструкция упрощена, металлоемкость уменьшена за счет сокращения секций короба, уменьшения числа ребер, длины горизонтального козырька. 5 ил.

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для стабилизации расходов воды в каналах оросительных систем с ограниченным диапазоном колебаний уровней воды.

Известен стабилизатор расхода воды [1], содержащий коробчатый секционный затвор со ступенчатой верховой гранью и ступенчатым водосливом, жестко заделанным в устои сооружения. Нижние ребра верховой и низовой граней затвора снабжены соответственно криволинейным и плоским козырьками и расположены на одном уровне.

Недостатки этого стабилизатора - сложность конструкции и значительная металлоемкость, так как число ребер жесткости не менее четырех. Помимо того, применение криволинейного козырька на всю ширину затвора требует дополнительного устройства промежуточных ребер жесткости, ступенчатого водослива и плоского козырька. При применении данного стабилизатора расхода воды в сооружениях с ограниченным диапазоном колебаний уровней воды его конструкция получается достаточно сложной и металлоемкой.

Известен стабилизатор расхода типа телескопический ступенчатый коробчатый щит [2], включающий коробчатый секционный затвор со ступенчатой передней водосливной стенкой. К передней и задней граням затвора прикреплены соответственно криволинейный и плоский горизонтальный козырьки, расположенные на одном уровне. Данный стабилизатор расхода воды также имеет сложную конструкцию и значительную металлоемкость из-за деления двух крайних секций на подсекции, устройства дополнительных ребер жесткости внутри коробчатого щита, передней ступенчатой водосливной стенки и горизонтального козырька на всю ширину затвора.

Цель изобретения - упрощение конструкции и снижение материалоемкости в условиях ограниченного диапазона колебаний уровней воды в водотоке.

Цель достигается тем, что водосливная стенка выполнена П-образной в плане и прикреплена к раме посредством консолей, а короб выполнен П-образным в плане, установлен внутри водосливной стенки и прикреплен к средней части щита боковыми стенками. Криволинейный козырек выполнен в виде средней секции, прикрепленной к нижней кромке короба с напорной его стороны, и крайних секций, прикрепленных к нижней кромке щита с напорной его стороны по обе стороны короба. Плоский козырек выполнен с длиной, равной ширине короба, и расположен под коробом.

Новизна предлагаемого стабилизатора расхода заключается в выполнении водосливной стенки П-образной в плане и прикреплении ее к раме посредством консолей. Короб выполнен П-образным в плане, установлен внутри водосливной стенки и прикреплен к средней части щита боковыми стенками. Криволинейный козырек выполнен в виде средней секции, прикрепленной к нижней кромке короба с напорной его стороны, и крайних секций, прикрепленных к нижней кромке щита с напорной его стороны по обе стороны короба. Плоский козырек выполнен с длиной, равной ширине короба, и расположен под коробом.

Сопоставительный анализ с известными не выявил признаков, совпадающих с отличительными признаками предложенного. Это дает основание считать предлагаемое устройство соответствующим критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 изображен стабилизатор расхода воды, вид со стороны верхнего бьефа; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 3; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 2; на фиг. 5 - график зависимости расхода воды Q, пропускаемой стабилизатором расхода воды, от напора воды в верхнем бьефе H и открытия a водопропускного отверстия, Q=f(H, a).

Стабилизатор расхода воды содержит затвор, выполненный в виде плоского щита 1 с приводом управления 2 и размещенный в боковых стенках сооружения 3 в пазах 4. К раме 5 щита 1 жестко прикреплены консоли 6, к которым также жестко присоединена П-образная водосливная стенка 7, образующая с полотнищем затвора 1 полость 8, внутри которой размещен короб 9, торцовыми гранями соединенный с полотнищем затвора 1 и перемещающийся внутри полости 8. В нижней части короба 9 к передней его стенке присоединена центральная секция криволинейного козырька 10, а две крайние его секции 11 присоединены к полотнищу затвора 1, к которому на уровне нижней грани центральной секции 10 криволинейного козырька прикреплен горизонтальный козырек 12, выполненный на длине внутренней полости короба 9.

Работает стабилизатор расхода в двух режимах: без перелива воды внутрь короба и с переливом.

Первоначально устанавливают стабилизатор расхода воды при помощи привода управления 2 на заданное открытие, соответствующее требуемому расходу воды Qтр, подаваемому в отводящий канал.

При работе стабилизатора расхода в режиме без перелива внутрь короба 9 и уровня в верхнем бьефе H меньше расчетного H_p вся вода, поступающая из верхнего бьефа, пропускается через водопропускное отверстие в отводящий канал. В этом режиме поступающие расходы Q_к меньше требуемого Q_тр, т. е. Q_к< Q_тр, а стабилизатор расхода работает как обычный плоский щит, но обладает повышенной пропускной способностью.

Расчленение криволинейного козырька на секции и рассредоточение их в профиле и плане (центральная секция 10 криволинейного козырька прикреплена к коробу 9 и выдвинута в сторону верхнего бьефа, а две крайние секции 11 прикреплены к полотнищу затвора 1 и отстоят от центральной секции 10 на ширину короба) не влияют на пропускную способность стабилизатора, обеспечивая высокий коэффициент расхода , равного 0,92...0,95.

При увеличении расходов воды в верхнем бьефе повышаются и напоры перед стабилизатором расхода (H_p< HH_pmax ) начинается перелив воды через П-образную переливную стенку 7 внутрь короба 9. С увеличением напора в верхнем бьефе расход воды под крайними секциями 11 криволинейного козырька возрастает, а под центральной секцией уменьшается. Уменьшение расхода воды под центральной секцией 10 происходит потому, что горизонтальный козырек 12 направляет струю воды, переливающую внутрь короба, навстречу потоку, проходящую под ней. Коэффициент расхода уменьшается, что приводит к уменьшению расхода воды под секцией короба 9. Вместе с тем суммарный расход воды, проходящий под стабилизатором расхода, остается практически постоянным, так как увеличение расхода воды под крайними секциями 11 компенсируется уменьшением под центральной секцией 10.

Графическая зависимость Q=f(H, a) подтверждает постоянство расходов воды в заданном диапазоне изменения напоров в верхнем бьефе при различных открытиях a водопропускного отверстия. Исследованиями также установлено, что диапазон колебаний уровней воды в верхнем бьефе H (фиг. 2) со стабилизацией расходов воды составляет H = , где H_p - расчетный напор воды перед стабилизатором, при котором обеспечивается пропуск расчетного расхода Q_p в отводящий канал, проходящий под стабилизатором; H_pmax - максимальный расчетный напор воды перед стабилизатором, при котором обеспечивается подача постоянных расходов Q_p воды с требуемой точностью при условии работы трех секций стабилизатора, как в прототипе.

Предлагаемая конструкция стабилизатора расхода по сравнению с прототипом имеет более простую конструкцию и меньшую металлоемкость, за счет сокращения секций короба, уменьшения числа ребер, размеров водосливной стенки, длины горизонтального козырька.

Расчеты, выполненные для расчетного напора H_p=2,0 м при ширине водопропускного отверстия b=1,52 м, показывают, что металлоемкость у предложенной конструкции стабилизатора меньше на 30-40%, чем у прототипа.

Формула изобретения

СТАБИЛИЗАТОР РАСХОДА ВОДЫ, включающий размещенную в водотоке раму с приводом и неподвижной водосливной стенкой, щит, установленный в раме с возможностью вертикального перемещения и соединенный с приводом, короб, прикрепленный к напорной грани щита, криволинейный козырек и плоский козырек, прикрепленный к нижней кромке щита с напорной его стороны, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и снижения материалоемкости в условиях ограниченного диапазона колебания уровней воды в водотоке, водосливная стенка выполнена П-образной в плане и прикреплена к раме посредством консолей, а короб выполнен П-образным в плане, установлен внутри водосливной стенки и прикреплен к средней части щита боковыми стенками, причем криволинейный козырек выполнен в виде средней секции, прикрепленной к нижней кромке короба с напорной его стороны, и крайних секций, прикрепленных к нижней кромке щита с напорной его стороны по обе стороны короба, а плоский козырек выполнен с длиной, равной ширине короба, и расположен под коробом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5