НОВАЯ КОНСТРУКЦИЯ ВОДОДЕЛИТЕЛЯ ДВУХСТОРОННЕГО ДЛЯ КАНАЛОВ-БЫСТРОТОКОВ ГОРНО-ПРЕДГОРНОЙ ЗОНЫ

Лавров Николай Петрович; Атаманова Ольга Викторовна; Аджыгулова Гульмира Сагыналиевна; Исабеков Тилек Асанакунович

ф

Вестник РГАТУ, № 3 (27), 2015

УДК 626.824:627.152

НОВАЯ КОНСТРУКЦИЯ ВОДОДЕЛИТЕЛЯ ДВУХСТОРОННЕГО ДЛЯ КАНАЛОВ-БЫСТРОТОКОВ ГОРНО-ПРЕДГОРНОЙ ЗОНЫ

ЛАВРОВ Николай Петрович, д-р техн. наук, профессор кафедры ВиГС, Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, n.lavrov@cef.spbstu.ru

АТАМАНОВА Ольга Викторовна, д-р техн. наук, профессор кафедры «Экология», Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю.А., O_V_Atamanova@mail.ru

АДЖЫГУЛОВА Гульмира Сагыналиевна, канд. техн. наук, доцент кафедры гидротехнического строительства и водных ресурсов, Кыргызско-Российский Славянский университет, г. Бишкек, Gulmira999@mail.ru

ИСАБЕКОВ Тилек Асанакунович, канд. техн. наук, доцент, докторант, Кыргызско-Российский Славянский университет, г. Бишкек, tilek66@gmail.com

Описывается способ отбора воды на каналах с большими уклонами. Предлагается новая конструкция вододелителя для двухстороннего отбора воды. Описывается принцип действия нового вододелителя. Приводятся основы расчета предлагаемой конструкции.

Ключевые слова: водораспределительное сооружение, вододелитель, канал-быстроток, колодец, решетка.

Введение

В проблеме управления высокоскоростными потоками одной из важных является задача водо-распределения на ирригационных каналах с большими уклонами.

Такие каналы с уклоном дна больше критического имеются на предгорных участках всех областей Кыргызстана, включая приграничные районы. Технология вододеления и, в целом, управления высокоскоростными потоками имеет свои особенности по сравнению со спокойными потоками в каналах с уклоном меньше критического.

На водовыпускных сооружениях для каналов с бурным течением в основном используется принцип водоотбора без вмешательства в поток - делением потока в плане или по вертикали. На этом принципе основываются известные конструкции вододелителей, разработанные и исследованные Б.Г. Руруа, В.К. Микаеляном, К.И. Арсенишвили, О.Г. Натишвили, Я.В. Бочкаревым, Р.И. Вагапо-вым, Д.А. Баялиновым, Л.И. Высоцким, Ф.Т. Сун-чаляевым, П.И. Андреевым, М.И. Голубенко, М.К. Жусуповым и др. [Гидротехнические сооружения..., 2009]. Авторы данной статьи также имеют ряд теоретических и конструкторских разработок в области вододеления бурных и сверхбурных потоков, в том числе выполненных под научным руководством академика Бочкарева Я.В., описанные в монографии [Гидротехнические сооружения., 2009] и более поздних публикациях [Лавров и др., 2012; Исабеков, Аджыгулова, 2012].

Объект и результат разработки Нами усовершенствовано технологическое обоснование способа непосредственного отбора воды и схемы управления водораспределением на каналах-быстротоках с бурным течением [Лавров, Исабеков, 2012]

С целью увеличения эксплуатационной надежности при снижении затрат на строительство водораспределительного сооружения, а также для применения на межгосударственных каналах-быстротоках с высокоскоростным стационарным

бурным течением при двухстороннем заборе воды предложена новая конструкция двустороннего вододелителя для каналов с бурным течением в двух модификациях.

Вододелитель двусторонний для каналов с бурным течением состоит из размещенного между подводящим и транзитным каналами-быстротоками колодца, имеющего вертикальную разделительную перегородку, форма которой в плане имеет излом против течения (рисунок 1). Перегородка, разделяющая колодец на камеры с возрастающей по течению площадью, имеет отсекающий горизонтальный и преобразующий Г-образный козырьки, которые крепятся соответственно на верхней кромке передней и середине задней стенках перегородки. Устроенные на перегородке козырьки, как и перегородка, имеют излом в плане. Отсекающий горизонтальный и преобразующий Г-образный козырьки размещены также в верхней части передней по потоку стенки колодца и в средней части задней стенки соответственно. В боковых стенках колодца на входе в отводящие каналы установлены плоские затворы. Вершина угла излома разделительной перегородки расположена на продольной оси потока, на одинаковом расстоянии от боковых стенок колодца. Над колодцем шар-нирно закреплена решётка, правая и левая часть которой выполнена либо с разным зазором между одинаковыми прутьями решетки (ВДКБТ-1) в зависимости от пропорции вододеления между отводами (рис. 1), либо в виде решетчатой плиты с одинаковыми продольными отверстиями, но с разной шириной прутьев в левой и правой частях плиты (ВДКБТ-2), зависящим от пропорции вододеления между отводами (рис. 2).

Между подводящим 1 и транзитным 2 каналами с бурным течением размещен колодец 3, имеющий вертикальную разделительную перегородку 4, выполненную с изломом против течения, ось излома разделительной перегородки расположена на продольной оси потока, на одинаковом расстоянии от боковых стенок колодца.

Технические науки

<1

Перегородка 4 разделяет колодец 3 на камеры 7, которые содержат горизонтальные отсекающие 8 и Г-образные преобразующие 9 козырьки. В обеих боковых стенках 5 и 6 колодца 3 размещены плоские затворы 10. На верхней передней кромке колодца 3 со стороны набегания потока шарнирами 11 прикреплена решетка 12 с про-

дольными стержнями круглого сечения 13, правая и левая части которой выполнены с разным зазором между прутьями в зависимости от пропорции вододеления между отводами или с одинаковыми продольными отверстиями, но с разной шириной прутьев в левой и правой частях плиты, зависящим от пропорции вододеления между отводами.

1 - подводящий канал; 2 - транзитный канал; 3 - колодец; 4 - разделительная перегородка; 5, 6 - боковые стенки колодца; 7-камеры, 8 - горизонтальные козырьки, 9 - Г-образные козырьки, 10 - плоские затворы, 11 - шарниры, 12 -решетка, 13 -продольные стержни одинакового сечения,14, 15-отводящие каналы Рис.1 - Схема первой модификации вододелителя двухстороннего для каналов с бурным режимом

течения потока (ВДКБТ-1)

1 - подводящий канал; 2 - транзитный канал; 3 - колодец; 4 - разделительная перегородка; 5, 6 - боковые стенки колодца;7-камеры, 8 - горизонтальные козырьки, 9 - Г-образные козырьки, 10 - плоские затворы, 11 - шарниры, 12 - одинаковые по ширине зазоры решетки,13 -прутья решетки (решетчатой плиты), имеющие разное сечение,

14, 15-отводящие каналы

Рис.2 - Схема второй модификации вододелителя двухстороннего для каналов с бурным режимом

течения потока (ВДКБТ-2)

»

Вестник РГАТУ, № 3 (27), 2015

Устройство работает следующим образом.

Высокоскоростной бурный поток из подводящего канала 1, имеющего уклон дна (i) больше критического (ipp), отсекаемый горизонтальными козырьками 8, через отверстия между стержнями 13 решетки 12, поступает в камеры 7 донного колодца 3, где за счет действия Г-образных преобразующих козырьков 9 происходит перевод винтового движения потока в поступательное по направлению к отводящим каналам 14 и 15.

В связи с тем, что правая и левая часть решетки выполнены с разным зазором между прутьями (рис.1) или с разной шириной прутьев (рис. 2) в левой и правой части плиты в зависимости от пропорции вододеления между отводами, происходит пропорциональное распределение потока в отводящие каналы 14 и 15 в соответствии с величинами заданных проектных расходов воды, уменьшив, тем самым, строительные размеры вододелителя. Зазор между стержнями решетки или ширина прутьев функционально зависят от коэффициентов водоотбора в отводящие каналы. Расход воды, поступающей из камер 7 колодца 3 в отводящий канал 14 и отводящий канал 15, регулируется боковыми затворами 10. Если расход Qûme меньше расхода Q, поступающего по подводящему быстротечному каналу 1, то оставшаяся часть потока проходит над колодцем 3 и поступает в транзитный канал 2. Однако при необходимости может быть произведен водотвод в канал 14 и канал 15, либо в какой-то один из них, всего расхода подводящего канала 1.

Плавник и крупные фракции донных наносов благодаря продольным стержням 13 решетки 12 не попадают в колодец 3 и в отводящие каналы 14 и 15, а проносятся транзитным потоком. Для очистки и ремонта камер 7 открывают решетку (решетчатую плиту) 12, вращая её вокруг шарнира 11.

Использование предлагаемой конструкции двухстороннего вододелителя для каналов с бурным течением позволяет переводить поток из бурного состояния в подводящем канале в спокойное состояние в отводящих каналах без устройства специальных гасителей энергии бурного потока, как при неподтопленном, так и при подтопленном истечении воды из-под затворов.

Данная конструкция двухстороннего вододели-теля выгодно отличается от предложенного нами ранее аналога [Лавров и др., 2012; Исабеков, Аджыгулова, 2012] тем, что позволяет выполнить пропорциональное деление бурного потока в заданном створе канала-быстротока более простым способом. Вместо трудоемкого смещения оси излома разделительной перегородки 4 вододелителя здесь перегородка всегда выполняется с простым центральным изломом, а необходимая пропорция вододеления достигается расчетом соотношения соответствующих площадей живого сечения отверстий, образованных зазорами решетки в левой и правой частях. Это соотношение площадей может быть определено, например, по известной формуле Е.А. Замарина [6], применяемой для расчета истечения в решетчатые водоприемные галереи:

йгал -K3acPflLpeuiepeui^2gh

ср

(1)

где Кзас - коэффициент засоренности решетки, для предварительных расчетов принимается [6]

^зас ® > ® > _ 51

р - коэффициент просветов решетки, Р — где в - зазор между стержнями решетки диаметром или шириной с/;

// - коэффициент расхода решетчатой плиты при неподтопленном истечении в колодец вододелителя, согласно [6]// ~ 0,6 ;

/?ср - средняя глубина на решетке галереи, по пркпмрыЛЯ11мам ГР>1 павНЭЯ

ЬСр=0!405(Ь1кр+Ь2кр). (2)

Здесь Ь1кр - критическая глубина переливающегося потока в начале решетки,

(3)

И2кр - критическая глубина в конце решетки, для неблагоприятных условий истечения при заборе всего расхода подводящего канала-быстротока 1 в отводящие каналы 14 и 15 принимаем И2кр=0. Из формулы (1) для заданного расхода забора в левый отвод Q1 и известной длины колодца вододелителя (по направлению течения в канале быстротоке L определяется необходимая суммарная площадь отверстий решетки, равная ш1 = Lрешв1. Аналогично по известному расходу правостороннего водозабора Q1 рассчитывается суммарная площадь отверстий правой части решетки ш2 = LpeLue2. Таким образом, можно определить из этого расчета ширину зазоров левой и правой частей решетчатой плиты в1 и в2. Правомерность принятых предположений необходимо проверить экспериментальным путем, что является задачей дальнейших исследований.

Выводы

Размещение угла излома разделительной перегородки на продольной оси решеток с разным зазором между прутьями в зависимости от величин отводимых расходов позволяет также несколько уменьшить строительные размеры и стоимость вододелителя и повысить пропускную способность канала-быстротока. Конструкция решеток при двухстороннем вододелении с различными расходами отводящих каналов указанным образом способствует пропорциональному вододелению, а также уменьшению поверхностных возмущений на вододелителе, что повышает пропускную способность транзитного канала-быстротока. При необходимости кратковременного изменения пропорции вододеления между левым и правым отводами, т.е. соотношения расходов Q1 и Q2 это можно сделать путем манипулирования боковыми затворами 10. При долгосрочном изменении пропорции левого и правого водозабора из канала-быстротока в данном створе необходимо заменить поверхностную решетку 12 с соответ-

Технические науки

43

ствующими размерами отверстий в1 и в2, рассчитанными из формулы (1). Конструкция вододели-теля-аналога [4] не дает такой возможности, т.к. это потребует разрушения бетонной разделительной перегородки 4.

Для выполнения инженерного расчета модификаций ВДКБТ-1 и ВДКБТ-2 усовершенствованной конструкции вододелителя, а также для обоснования его рациональных параметров необходимо провести гидравлические исследования на физической модели. Состав и методика таких исследований ранее разработана и апробирована нами при экспериментальном обосновании предшествующей конструкции двухстороннего вододе-лителя бурного потока [4].

Список литературы

1. Гидротехнические сооружения для малой энергетики горно-предгорной зоны [Текст] / Н. П. Лавров и др.; под ред. Н. П.Лаврова. - Бишкек : Салам, 2009. - 504 с.

2. Пат. КР № 1514, МКП Е 02 В 13/00 Водо-делитель двусторонний для каналов с бурным те-

чением [Текст] / Н. П. Лавров, О. В. Атаманова, Т. А. Исабеков.- Опубл. 01.2012., Бюл. № 12. - 6 с.

3. Исабеков, Т. А. Состав и методика экспериментальных исследований двухстороннего вододелителя для каналов с бурным течением [Текст] / Т. А. Исабеков, Г. С. Аджыгулова // Вестник Кыргызско-Российского Славянского университета. - Бишкек, 2012. - Т. 12. - № 6. - С. 30-32.

4. Лавров, Н. П. Совершенствование технологического обоснования способа и схемы управления водораспределением на каналах-быстротоках с бурным течением [Текст] / Н. П. Лавров, Т. А. Исабеков // Вестник КРСУ. - Бишкек, 2012. - Т. 12. - № 6. - С.24 - 29.

5. Заявка 20140073. Вододелитель двухсторонний для каналов с бурным течением [Текст] / Н.П. Лавров, Т.А. Исабеков, Г.С. Аджыгулова, О.В. Атаманова. - № 02/1894 ; заявл. 25.08.2014 ; опубл. 01.08.2014.

6. Замарин, Е. А. Проектирование гидротехнических сооружений [Текст] / Е. А. Замарин. - М. : Гос. изд. с.-х. литературы, 1952. - 291 с.

NEW CONSTRUCTION OF THE TWO-SIDED WATER DIVIDER FOR FAST CHANNELS OF THE

MOUBTAIN-PIEDMONT ZONE

Lavrov, Nikolay P., Doctor of Technical Science, Professor of Faculty ViGS, St. Petersburg State Polytechnical University, n.lavrov@cef.spbstu.ru

Atamanova, Olga V., Doctor of Technical Science, Professor of Ecology Faculty, Saratov State Technical University Named after Gagarin Y.A., O_V_Atamanova@mail.ru

Ajygulova, Gulmira S., Candidate of Technical Science, Associate Professor of Faculty of Hydro-Technical Building and Water Resources, Kirghiz-Russian Slavonic University, Bishkek, Gulmira999@mail.ru

Isabayev Tilek A., Candidate of Technical Science, Associate Professor, Kirghiz-Russian Slavonic University, Bishkek, tilek66@gmail.com

Describes a method for the selection of water in channels with large slopes. A new design for two-way selection vododelitelya water. Describes the principle of operation of the new water distributor. Provides a basis for calculating the proposed design.

Key words: water distribution structure, water distributor, channel-chute, well, grille

Literatura

1. Gidrotekhnicheskie sooruzheniya dlya maloy ehnergetiki gorno-predgornoy zony [Tekst] / N.P. Lavrov i dr.; pod red. N.P. Lavrova. - Bishkek: Salam, 2009. - 504 s.

2. Pat. KR 1514, MKP Е 02 V 13/00. Vododelitel' dvustoronniy dlya kanalov s burnym techeniem [Tekst] /N.P.Lavrov, O.V. Atamanova, Т.А. Isabekov.- Opubl. 01.2012, Byul. № 12. - 6 s.

3. Isabekov, T.A. Sostav i metodika ehksperimental'nykh issledovaniy dvukhstoronnego vododelitelya dlya kanalov s burnym techeniem [Tekst]/ T.A. Isabekov, G.S. Adzhygulova // Vestnik Kyrgyzsko-Rossiyskogo Slavyanskogo universiteta. - Bishkek, 2012. - T. 12. - № 6. - S. 30-32.

4. Lavrov, N.P. Sovershenstvovnie tekhnologicheskogo obosnovaniya sposoba i skhemy upravleniya vodoraspredeleniem na kanalakh-bystrotokakh s burnym techeniem [Tekst] /N.P. Lavrov, T.A. Isabekov // Vestnik KRSU. - Bishkek, 2012. - T. 12. - № 6. - S. 24 - 29.

5. Vododelitel' dvukhstoronniy dlya kanalov s burnym techeniem [Гекст] : zayavka 20140073 / N.P. Lavrov, T.A. Isabekov, G.S. Adzhygulova, O.V. Atamanova. - № 02/1894 ; zayavl. 25.08.2014 ; opubl. 01.08.2014.

6. Zamarin, E.A. Proektirovanie gidrotekhnicheskikh sooruzheniy [Tekst] / E.A. Zamarin. - М.: Gos. izd. s.-kh. iiteratury, 1952. - 291 s.

Текст научной работы на тему «НОВАЯ КОНСТРУКЦИЯ ВОДОДЕЛИТЕЛЯ ДВУХСТОРОННЕГО ДЛЯ КАНАЛОВ-БЫСТРОТОКОВ ГОРНО-ПРЕДГОРНОЙ ЗОНЫ»