Новая облегченная конструкция перепада

Койбаков С.М., Кульжаева Р.А., Сарбасова Г.А

ТарГУ им. М.Х. Дулати, Тараз

Перепад относится к гидротехническим сооружениям, предназначен для сопряжения двух каналов на разных высотных отметках. Они входят в состав открытого водосбросного сооружения при глухой бетонной или грунтовой плотине, и является самостоятельным сооружением на трассе канала в местах сосредоточенного падения местности. Их используют в водном транспорте в качестве бревноспусков и рыбоходов.

Перепады представляют собой сооружения ступенчатой конструкции, в которых вода движется с отрывом от отдельных элементов. Строят их при уклоне местности i ³ 0,2, когда устройство быстротоков экономически невыгодно.

Известен перепад [1], по классической схеме, состоящий из подводящего канала входной части с водосливом, ступеньки падения с водобойным колодцем, выходной части и отводящего канала.

Недостатками данного перепада являются: значительный перерасход бетона на ступеньках падения и водобойных колодцах, а также занятие большой площади на поверхности земли.

Известен также перепад [1] состоящий из подводящего канала входной части с водосливом, ступеньки падения с водобойным колодцем входной части и отводящего канала (1-рисунок). Если в первом случае гашение избыточной энергии потока происходит в водобойном колодце путем затопления гидравлического прыжка, то во втором случае гашение избыточной энергии потока происходит в специальном гасителе в виде горизонтальной решетки установленной непосредственно за каждой ступенькой неподвижно.

1-рисунок. Многоступенчатые перепады

а- с вертикальными стенками; б-полунапорный;

1, 4, 6 – стенки падения: продольная, отбойная; 2- водобой; 3- водобойный колодец; 4-сливное отверстие;

Недостатками данного перепада являются частая забивка решеток плавучими предметами, вибрационные и динамические нагрузки могут вывезти из строя решетку гасителя, в связи с этим такие гасители не нашли широкого применения.

Нами разработана и предлагается новая конструкция перепада (2-рисунок), состоящий из подводящего канала 1, входной части с водосливом 2, ступеньки падения 3 с водобойным колодцем 4, выходной части 5 и отводящего канала 6. При этом гасители 7 в виде отрезков труб фигурной резкой 7 одним концом забетонированы в верхней части ступеньки падения параллельно потоку в два ряда и в шахматном порядке. По длине гасителя в трубе вырезаются продольные прорези различной ширины, например, ширина прорези первой половины гасителя, равна 1/3 диаметра трубы, а во второй половине равна диаметру трубы. Общая длина ее принимается равной критической глубине потока в данном сечении.

Технический эффект достигается тем, что при падении потока через ступеньки он обтекая гасители расщепляется на множество мелких струй, при этом эти струйки соударяются и непрерывно перемешиваясь достигают дно следующей ступеньки. Благодаря воздействию вышеназванных гасителей фигурной резкой на дне следующей ступеньки не образуется сжатое сечение в силу этого в колодце за ступенькой не образуется гидравлический прыжок. Поэтому длина колодца назначается 0,8 условной длины гидравлического прыжка, кроме того, из-за отсутствия отлета струи от ступеньки можно эту длину не учитывать в общей длине ступеньки.

Таким образом, при применении данного перепада можно общую длину перепада уменьшить в два раза, количество ступеней в два раза за счет увеличения высоты ступеньки падения. На рисунке 2 изображен план перепада, продольный (1-1) и поперечный (А-А) разрезы.

Устройство работает таким образом. При прохождении потока через подводящий канал 1, водослив 2 и стенки падения 3 он пересекает на своем пути гасители 7. При обтекании их поток расщепляется на множество мелких струй. Кроме того, благодаря особой формы концевой части трубы поток интенсивно перемешивается и под собственным весом опускается на дно ступеней. При этом ввиду вышеуказанных причин поток не сжимается и спокойно течет по лотку водобойного колодца до следующей ступеньки падения. Поэтому длину каждой ступени перепада можно уменьшить в 1,5-2 раза, а высоту ступеньки перепада увеличить в 2 раза, благодаря этому можно снизить расход материала и объем бетонных работ в два раза.

Рекомендуемые размеры трубы гасителя: диаметр трубы 100-150 мм; длина принимается равной критической глубине потока в данном сечении.

Предлагаемый перепад из-за простоты его конструкции может найти широкое применение в мелиоративном строительстве юга Казахстана.

На данную конструкцию получено положительное решение на выдачу инновационного патента [2].

Литература

1. И.С. Румянцев, В.Ф. Мацея. Гидротехнические сооружения М; Агропромиздат, 1988. с.430.

2. Койбаков С.М., Кульжаева Р.А. Положительное решение на выдачу инновационного патента по заявке № 2009/ 1400.1