CZ306148B6 - Zařízení pro zefektivnění transformační funkce suchých nádrží stabilizací odtoků spodních výpustí - Google Patents

Abstract

Vynález se týká zařízení pro zefektivnění transformační funkce suchých nádrží stabilizací odtoků spodních výpustí, u kterého je nátokový škrticí otvor (1) ve své horní části opatřen zakřiveným rozšířením a hradicím uzávěrem (2), který je propojen s hladinovým spínačem pro uzavírání zakřiveného rozšíření škrticího otvoru (1) při stoupání hladiny. Hladinový spínač je tvořen plovákovým zařízením (3), jehož rozměry jsou odvozeny od potřebné síly k manipulaci a rozsahu pohybu daného pohybem hladiny v nádrži.

Description

Zařízení pro zefektivnění transformační funkce suchých nádrží stabilizací odtoků spodních výpustí

Oblast techniky

Vynález se týká regulace průtoků ze spodních výpustí nádrží v průběhu povodňové situace. Jedná se o oblast vodního hospodářství a vodních staveb.

Dosavadní stav techniky

Průtočných suchých nádrží, jejichž účelem je transformace povodňové vlny a tedy snížení následků povodní, se ve vodním hospodářství využívá již delší čas. Stávající praxe navrhování suchých nádrží vyžaduje, aby odtok z nádrže nepřekročil mezní hodnotu neškodného průtoku v úseku pod vodním dílem, dokud není tato překročena při převádění vody bezpečnostním přelivem. Spolu s faktem, že suché nádrže jsou obvykle bez obsluhy, vede výše uvedený požadavek na návrh spodních výpustí bez uzávěrů a v dimenzích, které omezují hodnotu maximálního odtoku z nádrže. Stávající způsob navrhování tak vede k předčasnému plnění retenčního prostoru nádrže, neboť v úvodu povodně má spodní výpust nižší kapacitu než by odpovídalo neškodnému odtoku. V konečném důsledku není retenční potenciál využit.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky jsou do značné míry odstraněny zařízením pro zefektivnění transformační funkce suchých nádrží stabilizací odtoků spodních výpustí, podle tohoto vynálezu. Jeho podstatou je to, že nátokový škrticí otvor je ve své horní části opatřen zakřiveným rozšířením a hradícím uzávěrem, který-je propojen s hladinovým spínačem pro uzavírání zakřiveného rozšíření škrticího otvoru při stoupání hladiny.

Hladinový spínač je s výhodou tvořen plovákovým zařízením, jehož rozměry jsou odvozeny od potřebné síly k manipulaci a rozsahu pohybu daného pohybem hladiny v nádrži. Převod pohybu plovákového zařízení na pohyb hradícího uzávěru je ve výhodném provedení tvořen pákou a/nebo soustavou ozubených kol.

Hradící uzávěr může být stavidlového nebo segmentového typu a může mít rovnou nebo zakřivenou obtékanou hranu, přičemž je s výhodou uložen v drážkách.

Před nátokovým škrticím otvorem je ve výhodném provedení umístěna česlová stěna.

Hlavní idea řešení spočívá v technickém návrhu tvaru návodního škrtícího otvoru v kombinaci s návodním hradícím uzávěrem, který umožňuje mechanické provázání polohy hladiny s polohou uzávěru. Konzumpční křivka celé výpusti je potom buďto konstantní nebo odpovídá požadované křivce, například pro regulaci průtoků na úpravně či čistírně vody. Díky tomu lze provést návrh výpustných zařízení - potrubí tak, aby od počátku povodně až do zaplnění ovladatelného retenčního prostoru byl odtok z nádrže blízký hodnotě neškodného průtoku pod vodním dílem, což má za následek významné zlepšení transformačního účinku nádrže. Výše uvedený nedostatek, který se v zásadě dotýká všech suchých nádrží na území České republiky, lze vyřešit dále popsaným technickým řešením, které umožní návrh dostatečně kapacitní spodní výpusti a uzávěru s automatickou regulací odtoku z nádrže v závislosti na poloze hladiny v nádrži tak, aby byl po celou dobu plnění nádrže odtok roven požadované hodnotě.

Předkládané technické řešení lze rozdělit na pět částí, jejichž použití je pro účely vodního hospodářství jedinečné. První částí je plovákové zařízení, jehož rozměry jsou odvozeny od potřebné

- 1 CZ 306148 B6 síly k manipulaci a rozsahu pohybu daného pohybem hladiny v nádrži. Minimální manipulační síla, která je vyvozena vztlakem, respektive minimální moment, tj. délka ramena je určena délkovou ovládacího prvku, musí být větší než vlastní tíha plováku plus síla/moment nezbytný pro pohyb s uzávěrem při maximálním hydrostatickém a hydrodynamickém namáhání - odvozeno od návrhové hloubky vody v nádrži a použitých materiálů - součinitel tření, a konkrétní uspořádání uzávěru.

Druhá zásadní část je tvořena škrtícím otvorem, jehož tvar je odvozený na základě poměrů maximální hloubky vody v nádrži a velikosti neškodného odtoku. Dolní část škrtícího otvoru není v průběhu povodně vůbec hrazena a její rozměry vychází ze standardního návrhu výtoku otvorem při tlakovém proudění. Návrhové parametry jsou potom výška hráze a velikost neškodného odtoku z vodního díla. Na spodní část navazuje zakřivené rozšíření, které je v průběhu stoupání hladiny postupně zahrazováno, čímž dochází ke stabilizaci hodnoty odtoku z vodního díla nezávisle na poloze hladiny.

Třetí část představuje mechanické zařízení pro převod pohybu plováku, obecně vertikální, případně dle uložení - například po kružnici s horizontální osou, na pohyb ovládaného uzávěru. V předkládaném řešení je pro toto zařízení zvolen buďto pákový princip s kloubovým uložením uzávěru nebo převod na soustavu ozubených kol a případně zpět na pákový princip.

Čtvrtá část je složena ze samotného hradícího uzávěru. Hradící uzávěr může být stavidlového nebo segmentového typu. S ohledem na tvar škrticího otvoru má uzávěr buďto rovnou, obvyklé řešení, nebo zakřivenou obtékanou hranu.

Účelem stavební - páté části předkládaného řešení je bezpečný přenos zatížení statického i dynamického do spodní stavby respektive do podloží a udržení uzávěru v dané poloze - drážky, křídla. Druhým účelem je zamezení vniku splavenin nepřijatelných rozměrů do prostoru uzávěru, například česlová stěna.

Výhodou tohoto vynálezu je především efektivní využití retenčního objemu nádrže, což umožňuje snížit povodňové škody. Řešení umožňuje plně automatickou funkci, bez nároků na obsluhu. Další výhodou je vysoká spolehlivost při všech vodních stavech a nezávislost na zdrojích energie, vzhledem k mechanickému provázání. Řešení je odolné proti klimatickým jevům.

Objasnění výkresů

Zařízení pro zefektivnění transformační funkce suchých nádrží stabilizací odtoků spodních výpustí podle tohoto vynálezu je na konkrétních příkladech podrobněji popsáno s pomocí následujících výkresů, kde na obr. 1 je svislý řez středem zařízení rovinou ve směru toku, tj. osou navazující spodní výpusti, v okamžiku, kdy je hladina na úrovni běžných průtoků. Na obr. 2 je svislý řez zařízením kolmo na směr toku při běžných průtocích. Na obr. 3 respektive obr. 4 jsou řezy totožnými rovinami při povodňovém průtoku, kdy hladina v nádrži stoupá a zařízení musí omezovat odtok z vodního díla.

Příklady uskutečnění vynálezu

Příkladné zařízení pro zefektivnění transformační funkce suchých nádrží stabilizací odtoků spodních výpustí má nátokový škrticí otvor 1, který je ve své horní části opatřen zakřiveným rozšířením a hradícím uzávěrem 2. Hradící uzávěr 2 je propojen s hladinovým spínačem pro uzavírání zakřiveného rozšíření škrticího otvoru 1 při stoupání hladiny. Hladinový spínač je tvořen plovákovým zařízením 3, jehož rozměry jsou odvozeny od potřebné síly k manipulaci a rozsahu pohybu daného pohybem hladiny v nádrži. Převod pohybu plovákového zařízení 3 na pohyb hradícího

-2CZ 306148 B6 uzávěru 2 je tvořen pákou. Hradící uzávěr 2 je stavidlového typu, má rovnou obtékanou hranu a je uložen v drážkách 4. Před nátokovým škrticím otvorem 1 je umístěna česlová stěna 5.

Průmyslová využitelnost

Předložený vynález nalezne uplatnění především na spodních výpustech suchých nádrží - poldrů a to jak při výstavbě nových vodních tak při rekonstrukci stávajících výpustí. V současné době je v ČR v souvislosti s ochranou před povodněmi budováno značné množství suchých nádrží i větších rozměrů. Aplikace předloženého řešení je principiálně uplatnitelná na kterékoli z nich, přičemž velikost přínosu stoupá jednak s velikostí nádrže a dále s klesajícím poměrem retenčního objemu nádrže k celkovému objemu povodňové vlny. Další uplatnění lze nalézt na všech výpustných zařízeních vodních děl, u kterých není žádoucí trvalá obsluha a regulace průtoků je závislá na poloze hladiny.

Claims (6)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Zařízení pro zefektivnění transformační funkce suchých nádrží stabilizací odtoků spodních výpustí, vyznačující se tím, že nátokový škrticí otvor (1) spodní výpustě suché nádrže je ve své horní části opatřen zakřiveným rozšířením a hradícím uzávěrem (2), který je propojen s hladinovým spínačem pro uzavírání zakřiveného rozšíření škrticího otvoru (1) při stoupání hladiny.
2. 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že hladinový spínač je tvořen plovákovým zařízením (3), jehož rozměry jsou odvozeny od potřebné síly k manipulaci a rozsahu pohybu daného pohybem hladiny v nádrži.
3. 3. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že převod pohybu plovákového zařízení (3) na pohyb hradícího uzávěru (2) je tvořen pákou a/nebo soustavou ozubených kol.
4. 4. Zařízení podle kteréhokoli z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že hradící uzávěr (2) je stavidlového nebo segmentového typu a má rovnou nebo zakřivenou obtékanou hranu.
5. 5. Zařízení podle kteréhokoli z nároků 1 až 4, vy zn ač u j í cí se tí m , že hradící uzávěr (2) je uložen v drážkách (4).
6. 6. Zařízení podle kteréhokoli z nároků laž5, vyznačující se tím, že před nátokovým škrticím otvorem (1) je umístěna česlová stěna (5).