CZ2014909A3

CZ2014909A3 - Device for making more efficient transformation function of dry reservoirs by stabilization of bottom water outlet runnoffs

Info

Publication number: CZ2014909A3
Application number: CZ2014-909A
Authority: CZ
Inventors: Miroslav BrouÄŤek
Original assignee: ÄŚeskĂ© vysokĂ© uÄŤenĂ technickĂ© v Praze, Fakulta stavebnĂ, Katedra hydrotechniky
Priority date: 2014-12-15
Filing date: 2014-12-15
Publication date: 2016-06-22
Also published as: CZ306148B6

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.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device for making the transformation of dry tanks more effective by stabilizing the bottom outlets in which the inlet throttle (1) is provided with a curved extension and a gate (2) in its upper portion, which is connected to a level switch for closing the curved throttle extension (1) as the level rises. The level switch consists of a float device (3) whose dimensions are derived from the necessary force to handle and the range of motion given by the level movement in the tank.

Description

Zařízení pro zefektivnění transformační funkce suchých nádrží stabilizací odtoků spodních výpustí.Equipment for more effective transformation function of dry tanks by stabilization of bottom outlet drains.

Oblast technikyTechnical field

Vynález se týká regulace průtoků ze spodních výpustí nádrží v průběhu povodňové situace. Jedná se o oblast vodního hospodářství a vodních staveb.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to flow control from bottom tank outlets during a flood situation. It is the area of water management and water structures.

Dosavadní stav technikyBackground Art

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 uzávěru 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.Flow dry tanks, whose purpose is to transform the flood wave and thus reduce the consequences of floods, have been used in water management for some time. The current practice of designing dry tanks requires that the drain from the tank does not exceed the harmless flow limit value under the water body until it is exceeded when the water is transferred through the safety spillway. Along with the fact that dry tanks are usually unattended, the above requirement to design lower outlets without shutters and in dimensions that limit the maximum outflow from the tank. Thus, the present design method results in premature filling of the tank retention space, as the lower outlet has a lower capacity than the harmless runoff at the beginning of the flood. Ultimately, the retention potential is not utilized.

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.SUMMARY OF THE INVENTION The aforementioned drawbacks are largely eliminated by a device for making the transformation of dry tanks more effective by stabilizing the outlets of the lower outlets of the present invention. The essence of this is that the inlet throttle is provided in its upper part with a curved extension and a baffle that is connected to a level switch to close the curved extension of the throttle opening as the level rises.

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.The level switch is preferably formed by a float device, the dimensions of which are derived from the force required to manipulate and the range of motion given by the level movement in the tank. The transfer of the movement of the float device to the movement of the barrier closure is preferably formed by a lever and / or a gear assembly.

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.The barrier closure may be of the sluice or segment type and may have a straight or curved edge, and is preferably located in the grooves. In a preferred embodiment, a screen wall is located upstream of the inlet throttle.

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 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.The main idea of the solution lies in the technical design of the shape of the inlet throttle in combination with the guiding barrier, which allows the mechanical positioning of the level with the position of the closure. The consumption curve of the entire outlet is then either constant or corresponds to the desired curve, for example to control the flow rates at the treatment plant or water treatment plant. As a result, the design of the discharge devices can be carried out so that from the start of the flood until the controllable retention space is filled, the effluent from the reservoir is close to the harmless flow below the water, resulting in a significant improvement in the transformation effect of the reservoir. The aforementioned deficiency, which basically affects all dry reservoirs in the Czech Republic, can be solved by the following technical solution, which will allow the design of a sufficiently low capacity drain and closure with automatic control of the drain from the reservoir depending on the level in the reservoir so that it is the drain is equal to the setpoint for the entire tank filling time. The present technical solution can be divided into five parts, the use of which is unique for water management purposes. The first part is a float device whose dimensions are derived from the necessary force to manipulate and the range of motion given by the movement of the level in the tank. The minimum handling force that is generated by the buoyancy, respectively the minimum torque, ie the length of the arm is determined by the length of the control element, must be greater than the actual weight of the float plus the force / moment necessary for movement with the closure at maximum hydrostatic and hydrodynamic stresses - derived from the design depth the water in the tank and the materials used - the friction coefficient, and the specific closure arrangement.

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 řešenye 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 budto 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 nároku 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.The second major part consists of a throttle hole whose shape is based on the ratio of the maximum depth of water in the tank and the size of the harmless runoff. The lower part of the throttle hole is not covered at all during the flood and its dimensions are based on the standard design of the outlet through the opening during the pressure flow. The design parameters are then the height of the dam and the size of the harmless runoff from the water work. The lower part is followed by a curved extension, which is gradually blocked during the rise of the level, thus stabilizing the outflow from the water work independently of the level position. The third part is a mechanical device for the transfer of the float movement, generally vertical, possibly according to a bearing - for example a circle with a horizontal axis, on the movement of the actuated closure. In the present embodiment, either the lever principle with the articulation of the closure or the transmission to the gear system and optionally back to the lever principle is selected for this device. The fourth part is composed of the barrier cap itself. The barrier cap may be a sluice or segment type. With regard to the shape of the throttle opening, the closure has either a straight, conventional solution, or a curved flowing edge. The purpose of the construction - fifth part of the present solution is to safely transfer the static and dynamic loads to the substructure or to the subsoil and to keep the closure in position - grooves, wings. A second purpose is to prevent the introduction of sediments of unacceptable dimensions into the closure space, for example the screen wall. In particular, the present invention has the advantage of efficiently utilizing the retention volume of the tank, which allows to reduce flood damage. The solution enables a fully automatic function, without the need for operator. Another advantage is high reliability in all water states and independence from energy sources due to mechanical interconnection. The solution is resistant to climatic phenomena.

Objasnění obrázků na výkresechExplanation of the drawings in the drawings

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 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.The apparatus for improving the efficiency of the transformation function of dry tanks by stabilizing the outlets of the lower outlets according to the present invention is described in more detail with reference to the following drawings, in which: FIG. 1 is a vertical section through the center of the apparatus in the downstream direction, when the level is at normal flow rates. Fig. 2 is a vertical sectional view of the apparatus perpendicular to the flow direction at normal flow rates. 3 and 4 respectively, the sections are identical planes at the flood flow, when the level in the tank rises and the apparatus must limit the drainage of the water work. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An exemplary apparatus for increasing the efficiency of the transformation function of dry tanks by stabilizing the outlets of the lower outlets has an inlet throttle 1 which is provided at its top with a curved extension and a barrier cap. when the level rises. The level switch is formed by a float device 3, the dimensions of which are derived from the necessary force to manipulate and the range of motion given by the level movement in the tank. The transfer of the movement of the float device 3 to the movement of the shutter 2 is formed by a lever. The barrier closure 2 is of the sluice type, has a straight flowed edge and is located in the grooves 4. A scraping wall 5 is located upstream of the inlet throttle opening 1.

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.Industrial Applicability The present invention finds its application mainly on the lower outlets of dry reservoirs of polders, both in the construction of new water and in the reconstruction of existing outlets. Currently, in connection with flood protection, a considerable amount of dry tanks of even larger dimensions is being built in the Czech Republic. The application of the present solution is in principle applicable to any of them, while the size of the benefit increases both with the size of the tank and with the decreasing ratio of the retention volume of the tank to the total volume of the flood wave. Further applications can be found on all waterworks discharge devices where continuous operation is not required and flow control is dependent on the level position.

Claims

PATENT CLAIMS

1. Apparatus for increasing the efficiency of the transformation function of dry tanks by stabilizing the outlets of the lower outlets, characterized in that the inlet throttle opening (1) is provided in its upper part with a curved extension and a barrier cap (2) which is connected to a level switch for closing the curved extension the throttle hole (1) as the level rises.

Device according to claim 1, characterized in that the level switch is formed by a float device (3), the dimensions of which are derived from the force required to manipulate and the range of motion given by the level movement in the tank.

Device according to claim 1 or 2, characterized in that the movement of the float device (3) to the movement of the gate (2) is formed by a lever and / or a set of gears.

Apparatus according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the barrier closure (2) is of a sluice or segment type and has a straight or curved edge.

Device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the barrier (2) is housed in grooves (4).

Device according to any one of claims 1 to 5, characterized in that a screen wall (5) is arranged upstream of the inlet throttle opening (1).