Шлюз – регулятор

Шлюз-регулятор з клапанним затвором відноситься до гідротехнічних споруд І може бути використаний для регулювання рівня та витрати води в каналах гідротехнічних систем. Відомий відкритий однопрогінний шлюз-регулятор, який містить водопропускний отвір, плоский затвор, відвідне русло [Волков Й.М. и др. Гидротехнические сооружения, М., Колос, 1968, с. 58]. Одним Із недоліків шлюза-регулятора з плоским затвором є можливість виникнення високих хвиль на поверхні потоку відвідного русла при роботі шлюза-регулятора в біля критичному режимі, які розмивають і руйнують кріплення відвідного русла. Відомий відкритий шлюз-регулятор (прототип), який містить один водопропускний отвір, клапанний затвор, зуби в кінці водопропускного отвору, закріплену частину відвідного русла з незмінним трапецевидним поперечним перерізом по довжині [Типовий проект 820-01-10, шлюз-регулятор с переездом и перепадом (8 х 3 х 0,5) 1. Киев, Укргипроводхоз, 1981, с 59]. Шлюз-регулятор з клапанним затвором має широке поширення в практиці гідротехнічного будівництва завдяки простоті операцій по підтримці потрібного рівня води в каналі для створення необхідного зволожуючого режиму в грунтах сільськогосподарських угідь, можливості негайного автоматичного пропуску раптових дощових руйнівних повеней без участі експлуатаційного персоналу. Разом з тим аналіз досвіду експлуатації І лабораторні дослідження шлюзів-регуляторів показують, що наявність клапанного затвору поширює діапазон Існування хвилеподібних білякритичних течій, які руйнують берегові кріплення, що є одним Із недоліків таких регуляторів. Основним завданням, на вирішення якого спрямований винахід, є ліквідація хвиль на поверхні відвідного потоку і зменшення розмивної дії придонних швидкостей потоку, що дозволяє скоротити довжину закріпленої частини відвідного русла на 15-25% і одержати економію матеріалів. Поставлене завдання вирішується тим, що в шлюзі-регуляторі, який містить один водопропускний отвір, клапанний затвор, зуби в кінці водопропускного отвору, закріплену частину відвідного русла з незмінним трапецевидним поперечним перерізом по довжині, на дні закріпленої частини відвідного русла на відстані І рівній 0,8-1,2 глибини відвідного русла h від кінця водопропускного отвору [І = (0,8-1,2)h] встановлена водобійна стінка висотою dc рівною 0,18-0,24 глибини відвідного русла h [dc = (0,18-0,24)h] з вирізом в верхній частині водобійної стінки симетричним осі русла. Довжина вирізу І 8 водобійної стінки рівна 0,15-0,25 ширини по дну b відвідного русла [І в - (0,15-0,25)bJ, а висота вирізу hB рівна 0,03-0,06 глибини відвідного русла h [hB (0,03-0,06)h]. Збільшення відстані І розташування водобійної стінки від кінця водопропускного отвору до І > 1,2h приводить до стану, коли ця стінка вже не впливає на розподіл швидкостей в відвідному руслі. Зменшення відстані І до І < 0,8h приводить до різкого збільшення швидкостей потоку біля берегів, що підвищує руйнівну дію відвідного потоку. Найбільш раціональною відстанню І розташування водобійної стінки від кінця водопропускного отвору виявилась 1-1, Oh. Зменшення висоти водобійної стінки d c до dc > 0,24h приводить до виникнення гідравлічного стрибка за водобійною стінкою, що також збільшує розмивну спроможність потоку в відвідному руслі. Найбільш раціональною виявилась висота водобійної стінки рівна dc - 0,2h. Зменшення довжини ! в І глибини hB вирізу в верхній частині водобійної стінки до І 8 < 0,15b I he 0,25b I hB > 0,06h приводить до концентрації підвищених швидкостей потоку біля дна по осі відвідного русла. Підбір конструктивних розмірів вирізу в верхній частині водобійної стінки показав, що найбільш раціональними виявились розміри Ів = 0,2b I hB =» 0,05h. На фіг. 1 показаний однопрогінний шлюз-регулятор з клапанним затвором в плані; на фіг. 2 - повздовжній розріз по осі шлюза-регулятора; на фіг. З - поперечний розріз відвідного русла з фронтальним виглядом на запропоновану водобійну стінку з вирізом в верхній частині її; на фіг. 4 - обрис кривих вільної поверхні відвідного потоку: а - при відсутності водобійної стінки з вирізом, б - при наявності водобійної стінки з вирізом; на фіг. 5 - сумісні епюри придонних швидкостей відвідного потоку при відсутності І при наявності водобійної стінки з вирізом в верхній частині її. Шлюз-регулятор містить один водопропускний отвір 1 з клапанним затвором 2, зуби 3 в кінці водопропускного отвору 1, закріплену частину відвідного русла з незмінним поперечним перерізом 4 довжиною Ікр, глибиною h і шириною по дну Ь. На дні закріпленої частини відвідного русла 4 на відстані І рівній 0,8-1,2 глибини відвідного русла h [І = (0,8-1,2)h] від кінця водопропускного отвору 1 встановлена водобійна стінка 5 висотою dc рівною 0,18— 0,24 глибини відвідного русла h [dc =» (0,18-0,24)h] з вирізом 6 в верхній частині водобійної стінки симетричним осі русла. Довжина вирізу ів рівна 0,15-0,25 ширини по дну Ь відвідного русла 4 [І в = (0,15-0,25)b], a висота вирізу hB рівна 0,03-0,06 глибини h відвідного русла 4 [пв = (0,03-0,06)п]. При роботі шлюза-регулятора в білякритичному режимі застосування запропонованої водобійної стінки 5 з вирізом 6 в кількісних Інтервалах [І - (0,8-1,2)h; dc = (0,18-0,24)h; iB = (0,15-0,25)b; hB = (0,03-0,06)h] зменшує висоту хвиль на поверхні відвідного потоку (крива вільної поверхні потоку 8, фіг. 4} зменшує розмивну дію придонних швидкостей відвідного потоку (епюра придонних швидкостей 10, фіг. 5), що дозволяє зменшити довжину закріпленої частини відвідного русла І кр на 15-20%, підвищити надійність роботи шлюза-регулятора. При роботі шлюза-регулятора з клапанним затвором 2 в білякритичному режимі І відсутності запропонованої водобійної стінки 5 з вирізом 6 крива вільної поверхні потоку 7 (фіг. 4) має хвилеподібний характер, що є однією з причин розмивів І руйнувань кріплення берегів відвідного русла 4, а епюри придонних швидкостей відвідного потоку 9 (пунктирні лінії) (фіг. 5) показують, що в відвідному руслі 4 має місце нерівномірний розподіл швидкостей по ширині І довжині відвідного русла 4 І виникає збійна течія, що приводить до значних розмивів дна І берегів відвідного русла 4. Криві вільної поверхні відвідного потоку 7 І 8, епюри придонних швидкостей відвідного потоку 9 І 10 відповідно при відсутності (7,9) І наявності (8,10) водобійної стінки 5 з вирізрм 6 в вищеприведених кількісних Інтервалах були отримані в результаті лабораторних досліджень на моделі типового відкритого однопрогінного шлюза-регулятора з клапанним затвором при незмінному трапецевидному поперечному перерізі відвідного русла (Типовий проект 820-01-10, ШРП /8 х 3 х 0,5/ 1. Киев, Укргипроводхоз, 1981, с 59) з лінійним масштабом 1 : 14. Досліди проводились в лабораторії кафедри гідротехнічних споруд Українського Інституту Інженерів водного господарства. Запропоноване технічне рішення дозволяє вдосконалити конструкцію типового однопрогінного шлюзарегулятора з клапанним затвором, зменшити розмивну дію потоку в відвідному руслі, підвищити надійність роботи споруди, одержати економічний ефект за рахунок зменшення закріпленої частини відвідного русла на 15-25%.