Патент на изобретение №2265695

(54) ТРУБЧАТЫЙ ВОДОСБРОС

(57) Реферат:

Изобретение относится к гидротехнике, а именно к закрытым водосбросам, и может быть использовано для сброса паводковых вод. Водосброс содержит основную трубу с входным и выходным оголовками, причем основная труба, входной и выходной оголовки выполнены из труб одинакового диаметра. Основная труба снабжена эластичными шарнирами-компенсаторами на границах смены уклона и внешних нагрузок, узлом сопряжения трубы водосброса с противофильтрационным элементом плотины, а входной и выходной оголовки с торцов закрыты заглушками и имеют щелевые отверстия водоприема и водовыпуска, причем труба выходного оголовка водосброса уложена выше меженного уровня воды в нижнем бьефе. Изобретение увеличивает удобство эксплуатации и снижает строительные и эксплуатационные затраты. 2 ил.

Изобретение относится к гидротехнике, а именно к закрытым водосбросам, и может быть использовано для сброса паводковых вод.

Известны трубчатые водосбросы (Справочник проектировщика гидротехнических сооружений. – М.: Стройиздат, 1983 г., с.362), содержащие головную часть в виде водослива на уровне НПУ (нормально-подпорного уровня), донную трубу, укладываемую в грунт основания, и выходной оголовок с устройством для гашения энергии в виде водобойного колодца или другого типа.

Строительство такого водосброса связано с выполнением сложных железобетонных работ, тщательной подготовкой основания, кроме того, при эксплуатации труба водосброса недоступна для ремонта.

Наиболее близким техническим решением является трубчатый водосброс, содержащий основную трубу с входным и выходным оголовками, причем основная труба, входной и выходной оголовки выполнены из труб одинакового диаметра, а входной и выходной оголовки имеют, соответственно, отверстия водоприема и водовыпуска (а.с. №1571123 А1, МПК Е 02 В 7/18. Сифонный водосброс / Московский институт инженеров землеустройства и Трест «Челябводстрой»; заявлено 24.12.1987; опубл. 15.06.1990 – 3 с).

Недостатком данного водосброса является трудоемкость выполнения эксплутационных работ и недоступность для ремонта трубы водосброса при ее эксплуатации.

Технической задачей, решаемой предполагаемым изобретением, является обеспечение удобства эксплуатации и доступа для проведения ремонтных работ при упрощении и удешевлении производства строительных работ по возведению гидротехнических сооружений.

Указанный технический результат достигается тем, что в трубчатом водосбросе, включающем основную трубу с входным и выходным оголовками, причем основная труба, входной и выходной оголовки выполнены из труб одинакового диаметра, основная труба снабжена эластичными шарнирами-компенсаторами на границах смены уклона и внешних нагрузок и узлом сопряжения трубы водосброса с противофильтрационным элементом плотины. Входной и выходной оголовки с торцов закрыты заглушками и имеют щелевые отверстия водоприема и водовыпуска. Труба выходного оголовка водосброса уложена выше меженного уровня воды в нижнем бьефе.

Новизной данного решения является то, что основная труба снабжена эластичными шарнирами-компенсаторами на границах смены уклона и внешних нагрузок и узлом сопряжения трубы водосброса с противофильтрационным элементом плотины. Новым также является наличие у входного и выходного оголовков, с торцов закрытых заглушками, щелевых отверстий водоприема и водовыпуска. Кроме того, труба выходного оголовка водосброса уложена выше меженного уровня воды в нижнем бьефе.

Наличие у входного и выходного оголовков водоприема и водовыпуска, с торцов закрытых заглушками, щелевых отверстий на развитом фронте позволяет назначить минимальное превышение форсированного уровня (ФПУ) над нормально-подпорным уровнем (НПУ) воды в верхнем бьефе и обеспечить рассеивание потока на выпуске в нижнем бьефе вместо устройства водобойного колодца или иного гасителя энергии, что ведет к удешевлению и упрощению производства работ по возведению водосброса.

Оборудование водосброса эластичными шарнирами-компенсаторами на границах смены уклона и внешних нагрузок узлом сопряжения трубы водосброса с противофильтрационным элементом плотины, а также укладывание трубы выходного оголовка водосброса выше меженного уровня воды в нижнем бьефе обеспечивает компенсацию неравномерных деформаций частей водосброса, гашение вибрации, возникающей в трубах при переходных режимах потока и возможность рихтовки отдельных частей водосброса без его демонтажа, т.е. обеспечивает удобство эксплуатации водосброса и доступа к его отдельным частям при проведении ремонтных работ.

Совокупность признаков данного технического решения не выявлена из патентной документации и научно-технической информации, что свидетельствует об изобретательском уровне заявляемого технического решения.

На фиг.1 представлен план водосброса гидротехнического сооружения с фронтальными (А) и боковыми (Б) водоприемом и выпуском. На фиг.2 – разрез 1-1 по водосбросу с фронтальными водоприемом и выпуском, где 1 – плотина; 2 – входной оголовок с щелевыми отверстиями и сороудерживающей решеткой, закрытый заглушкой (не указана); 3 – основная труба; 4 – выходной оголовок с щелевыми отверстиями, закрытый заглушкой (не указаны); 5 – эластичные шарниры-компенсаторы; 6 – узел сопряжения трубы водосброса с противофильтрационным элементом плотины; 7 – берма на верховом откосе плотины под головной участок водосброса; 8 – насыпь под выходной оголовок.

Водосброс содержит входной оголовок 2 со щелевыми отверстиями и сороудерживающей решеткой, основную трубу 3, снабженную эластичными шарнирами-компенсаторами 5, узел сопряжения трубы водосброса с противофильтрационным элементом плотины 6 и выходной оголовок 4 со щелевыми отверстиями. Входной оголовок 2 и выходной оголовок 4 с торцов закрыты заглушками (не указаны).

Пропускная способность трубчатого водосброса определяется по формуле расхода сифона и зависит от диаметра труб и перепада уровня воды верхнего бьефа и отметки выхода в нижнем бьефе. Зная расчетный паводковый расход и перепад уровней, назначив приемлемый диаметр труб, определяют необходимое количество ниток трубчатого водосброса для пропуска паводкового расхода. Основную трубу водосброса 3 заглубляют в гребень плотины 1 вровень с трубой входного оголовка 2 и выводят ее на низовой откос со спуском к выходному оголовку 4, что исключает застой воды в трубопроводе при отсутствии сброса и обеспечивает доступ для ремонтных работ при сработке уровня воды ниже НПУ в верхнем бьефе. Основную трубу 3 на границах смены уклона и внешних нагрузок оборудуют эластичными шарнирами-компенсаторами, которые крепятся к ней посредством фланцев. Труба входного оголовка водосброса 2 укладывается на берме верхового откоса 7 или на полке вдоль берегового склона верхнего бьефа, чем обеспечивается доступ при проведении ремонтных работ головного участка после сработки уровня ниже НПУ. Труба выходного оголовка водосброса 4 укладывается на насыпи 8 вдоль подошвы низового откоса или вдоль берегового склона выше меженного уровня воды в нижнем бьефе, чем также обеспечивается доступ при проведении ремонтных работ в меженный период с прекращением сброса. Конструктивно назначают размер водозаборного щелевого отверстия и напор над ним, определяют пропускную способность отверстия и необходимое количество отверстий для расчетного расхода одной нити трубопровода. Расположением отверстий по длине водоприемной трубы входного оголовка 2 водосбора в один ряд с перемычками между ними образуют фронт водозабора одной нитки. С торцов труба входного оголовка 2 закрывается заглушками. Входной оголовок 2 для защиты от плавающего мусора (щепы, древесных остатков) по необходимости оборудуют сороудерживающей решеткой, размеры которой назначаются из условия втекания воды со скоростью 0,2-0,6 м/с, рекомендуемой СНиП для незатопленных береговых водоприемников. Поскольку в нижнем бьефе безопасный размыв дна обычно имеет место при удельных расходах потока, не превышающих 1 м³/c, то исходя из этого назначают необходимый фронт рассеивающего выпуска, рассчитывают суммарную площадь щелей выпуска для пропуска расчетного расхода при напоре на выпуске, равном разности отметок уровня воды в верхнем бьефе и выпуска. Для выходного оголовка 4, конструктивно назначив размер одного отверстия, определяют количество отверстий и равномерно распределяют их по фронту выпуска в одну линию. Торцы выходного оголовка 4 закрывают заглушками. Трубчатый водосброс может содержать несколько ниток трубопровода с разными отметками уровня входа в водозабор (от НПУ и выше), которые включаются в работу поочередно с нарастанием притока. Расстояние между осями ниток основных трубопроводов по гребню плотины при фронтальном водоприеме обуславливается длиною водозаборной части головного участка каждого трубопровода. При этом в пик паводка работают все нитки, а в межень только те нитки, у которых вход в водозабор имеет отметку НПУ.

Водосброс работает следующим образом: при подъеме уровня воды в верхнем бьефе выше НПУ вода начнет переливаться через щелевые отверстия в входной оголовок 2 и по трубе 3 стекать к выходному оголовку 4, водосброс начинает работать в безнапорном режиме при частичном заполнении сечения. В пик паводка при форсированном уровне (ФПУ) воды в верхнем бьефе водосброс будет работать в режиме сифона с максимальной производительностью полным сечением. Возможное возникновение вибрации в водосбросе при переходном режиме потока будут гаситься шарнирами-компенсаторами 5, а возникновению продольной фильтрации вдоль трубопровода 3 при высоких уровнях воды в верхнем бьефе препятствует узел сопряжения с противофильтрационным элементом плотины 6. С прекращением сброса излишних вод и сработке уровня воды ниже НПУ трубы водосброса доступны для осмотра и ремонта. При этом входной оголовок 2 и выходной оголовок 4 могут рихтоваться без демонтажа трубы 3 благодаря наличию шарниров-компенсаторов 5 с расположением механизмов на берме 7 и насыпи 8 соответственно.

Выполнение водосброса указанным выше способом обеспечивает удобство эксплуатации и доступ для проведения ремонтных работ при упрощении и удешевлении производства строительных работ по возведению гидротехнических сооружений.

Формула изобретения

Трубчатый водосброс, содержащий основную трубу с входным и выходным оголовками, причем основная труба, входной и выходной оголовки выполнены из труб одинакового диаметра, отличающийся тем, что основная труба снабжена эластичными шарнирами-компенсаторами на границах смены уклона и внешних нагрузок, узлом сопряжения трубы водосброса с противофильтрационным элементом плотины, а входной и выходной оголовки с торцов закрыты заглушками и имеют щелевые отверстия водоприема и водовыпуска, причем труба выходного оголовка водосброса уложена выше меженного уровня воды в нижнем бьефе.

РИСУНКИ