CZ28172U1

CZ28172U1 - Mechanical device for automatic control of flows in discharge devices of hydrotechnical constructions guns

Info

Publication number: CZ28172U1
Application number: CZ2014-30449U
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: 2015-05-05

Description

Oblast technikyTechnical field

Technické řešení se týká regulace průtoků ze spodních výpustí nádrží v průběhu povodňové situace. Jedná se o oblast vodního hospodářství a vodních staveb.The technical solution relates to the control of the flow rates from the lower reservoir outlets during the flood situation. It is the area of water management and water structures.

Dosavadní stav technikyBackground Art

Regulace odtoku z nádrže na základě polohy hladiny je běžnou úlohou ve vodohospodářské praxi. Manipulace probíhá obvykle manuálně, kdy pohonem k ovládání uzávěrů může být elektrická energie, fyzická síla nebo hydraulické zařízení. V obecné rovině lze za manuální ovládání označit i stav, kdy je uzávěr ovládán na dálku, neboť pokyn k manipulaci je zadán člověkem. Plně automatická manipulace se v praxi běžně nevyužívá jednak z důvodů možného selhání v kritickém okamžiku - výpadky elektrické energie nebo přenosových sítí, porucha ovládacího zařízení atd., a dále proto, že na vodních dílech, kde je regulace v reálném čase vyžadována, je obvykle trvale přítomná obsluha.The control of the drain from the tank based on the position of the level is a common task in water management practice. Handling is usually done manually, where the power to control the shutters can be electric power, physical force, or hydraulic equipment. In general, manual control can also be used to indicate when the closure is operated remotely, as the instruction for manipulation is entered by a person. Fully automated manipulation is not commonly used in practice because of a potential failure at a critical moment - power outages or transmission networks, failure of the control device, etc., and because it is usually permanent on waterworks where real-time control is required attendant.

V minulosti byly provedeny experimenty s ovládáním uzávěrů na bezpečnostních přelivech pomocí plovákových zařízení. Tato zařízení měla za cíl otevírat uzávěry při stoupající hladině, ovšem vzhledem k vysoké intenzitě poruch se od nich upustilo.In the past, experiments were carried out with the control of shutters on safety spillways using float devices. These devices aimed to open the shutters as the water level rises, but due to the high intensity of the failures, they are dropped.

Suché nádrže, u kterých jsou výpustná zařízení provedena bez možnosti plynulé regulace, v některých případech na nich dokonce nejsou osazeny žádné uzávěry, neboť na nich není přítomna trvalá obsluha, trpí předčasným plněním nádrže v počáteční fázi povodně tj. na první části vzestupné větve povodňového hydrogramu. Z požadavků na ochranu území pod nádrží vyplývající návrh spodních výpustí totiž neumožňuje využití plného neškodného odtoku z nádrže na počátku povodně a dochází tak k zaplnění retenčního objemu předčasně. Tento stav následně snižuje potenciál retenčního objemu nádrže během povodní a tedy i její přínos k omezení povodňových škod transformací povodňové vlny.Dry reservoirs in which the discharge devices are made without the possibility of continuous regulation, in some cases no shutters are fitted on them, since there is no permanent operator on them, suffers from premature filling of the reservoir during the initial flood stage, ie on the first part of the ascending branch of the flood hydrogram . The requirements for the protection of the area under the reservoir resulting in the design of the bottom outlets do not allow the use of full harmless outflow from the reservoir at the beginning of the flood and thus the retention volume is filled prematurely. This situation subsequently reduces the potential of the reservoir's retention volume during floods and thus its contribution to limiting flood damage by transforming the flood wave.

Výše uvedený nedostatek, který se v zásadě dotýká všech suchých nádrží na území České republiky, lze částečně vyřešit dále popsaným technickým řešením, které umožní regulaci odtoku z nádrže v závislosti na poloze hladiny v nádrži.The above-mentioned shortcoming, which basically affects all dry tanks in the Czech Republic, can be partly solved by the following technical solution, which will allow the drainage from the tank to be regulated depending on the level in the tank.

Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution

Výše uvedené nedostatky jsou do značné míry odstraněny mechanickým zařízením pro automatickou regulaci průtoků na výpustných zařízeních hydrotechnických děl podle tohoto technického řešení. Jeho podstatou je to, že výpustné zařízení je ve své horní části opatřeno uzávěrem, který je propojen s hladinovým spínačem pro uzavírání výpustné zařízení při stoupám hladiny, přičemž uzávěr má ve své spodní části vykrojený tvar.The aforementioned drawbacks are largely eliminated by a mechanical device for automatically controlling the flow rate of the discharge devices of the hydrotechnical works according to the present invention. The essence of this is that the discharge device is provided in its upper part with a closure which is connected to the level switch for closing the discharge device at a level rise, the closure having a cut-out shape at its bottom.

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.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.

Převod pohybu plovákového zařízení na pohyb uzávěru může být je tvořen pákou a/nebo soustavou ozubených kol. Uzávěr může být stavidlového nebo segmentového typu a má rovnou nebo zakřivenou obtékanou hranu a s výhodou je uložen v drážkách.The transfer of the movement of the float device to the movement of the closure can be formed by a lever and / or a set of gears. The closure may be of the sluice or segment type and has a straight or curved edge and is preferably embedded in the grooves.

Před výpustným zařízením je ve výhodném provedení umístěna česlová stěna.In a preferred embodiment, a screen wall is provided in front of the discharge device.

Hlavní idea řešení spočívá v technickém návrhu návodního uzávěru, který umožňuje mechanické provázání polohy hladiny s polohou uzávěru a který díky svému tvaru mění charakter konsumpční křivky výpusti. 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.The main idea of the solution lies in the technical design of the baffle, which allows the mechanical positioning of the level with the position of the closure and which, due to its shape, changes the character of the consumption curve of the discharge. 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.

CZ 28172 UlCZ 28172 Ul

Předkládané technické řešení lze rozdělit na čtyři části, 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 - rameno je určeno 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 present technical solution can be divided into four 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 exerted by buoyancy or minimum torque - arm is determined by the length of the control element, it 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 water depth in the tank and the materials used - the friction coefficient, and the particular closure arrangement.

Druhá 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.The second part is a mechanical device for transferring the movement of the float, 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 solution, either a lever principle with an articulation of the closure or a transmission to a gear system and optionally back is selected for this device.

Třetí část je složena ze samotného hradícího uzávěru, jehož tvar je přizpůsoben tak, aby v tlakovém režimu proudění při zvolené hladině garantoval požadovaný odtok. Hradící uzávěr může být stavidlového nebo segmentového typu. Pro výpusti s kruhovým profilem, což je nejčastější řešení na stávajících suchých nádržích, je optimální srpkovité vykrojení uzávěru, které nejlépe stabilizuje tvar konsumpční křivky.The third part is composed of the barrier cap itself, the shape of which is adapted to guarantee the required outflow in the flow pressure mode at the selected level. The barrier cap may be a sluice or segment type. For circular profile outlets, which is the most common solution on existing dry tanks, is the optimal sickle-shaped sidecut that best stabilizes the shape of the consumption curve.

Účelem stavební - čtvrté část předkládaného řešení je bezpečný přenos zatížení statického i dynamického do spodní stavby respektive do podloží. Druhým účelem je zamezení vniku splavenin nepřijatelných rozměrů do prostoru uzávěru, například česlová stěna.The purpose of the construction - fourth part of the presented solution is to safely transfer static and dynamic loads to the substructure or to the subsoil. A second purpose is to prevent the introduction of sediments of unacceptable dimensions into the closure space, for example the screen wall.

Výhodou tohoto technického řešení je efektivnější využití retenčního objemu nádrže a z toho vyplývající snížení povodňových škod. Další výhodou je plně automatická funkce, tj. bez nároků na obsluhu a vysoká spolehlivost při všech vodních stavech. Podstatnou výhodou je nezávislost na zdrojích energie - mechanické provázání a odolnost proti klimatickým jevům.The advantage of this technical solution is the more efficient use of the retention volume of the tank and the resulting reduction of flood damage. Another advantage is the fully automatic function, ie without the need for operation and high reliability in all water conditions. An important advantage is independence from energy sources - mechanical interconnection and resistance to climatic events.

Objasnění obrázků na výkresechExplanation of the drawings in the drawings

Mechanické zařízení pro automatickou regulaci průtoků na výpustných zařízeních hydrotechnických děl v závislosti na poloze hladiny podle tohoto technického řešení je na konkrétních příkladech podrobněji popsáno s pomocí následujících výkresů, kde na obr. 1 je svislý řez zařízením rovinou ve směru toku, poloha řezu vyznačena v obr. 2, 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.The mechanical device for the automatic regulation of the flow rates on the discharging devices of hydrotechnical works in dependence on the level position according to this technical solution is described in more detail with the help of the following drawings, where in Fig. 1 the vertical section of the device is in the direction of the flow; 2, when the level is at the normal flow rate. 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.

Příklady uskutečnění technického řešeníExamples of technical solutions

Příkladné mechanické zařízení pro automatickou regulaci průtoků na výpustných zařízeních hydrotechnických děl, má výpustné zařízení 1 ve své horní části opatřeno uzávěrem 2, který je propojen s hladinovým spínačem pro uzavírání výpustné zařízení 1 při stoupání hladiny, přičemž uzávěr 2 má ve své spodní části vykrojený tvar. 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 uzávěru 2 je tvořen pákou. Uzávěr 2 je stavidlového typu, má rovnou obtékanou hranu a je uložen v drážkách 4. Před výpustným zařízením I je umístěna česlová stěna 5.An exemplary mechanical device for automatically controlling the flow rate of the discharging devices of hydrotechnical works, has a discharge device 1 in its upper part provided with a closure 2 which is connected to the level switch for closing the discharge device 1 at a level rise, the closure 2 having a cut-out shape at its bottom . 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 movement of the float device 3 to the movement of the shutter 2 is formed by a lever. The shutter 2 is of the sluice type, has a straight flowed edge and is located in the grooves 4. A scraping wall 5 is placed in front of the discharge device I.

Průmyslová využitelnostIndustrial usability

Předložené technické řešení nalezne uplatnění především na spodních výpustech suchých nádrží poldrů a to jak při výstavbě nových vodních tak při rekonstrukci stávajících výpustí. Aplikace předloženého řešení je principiálně uplatnitelná na kterékoli ze suchých nádrží, 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 zařízeníchThe presented technical solution can be used mainly on the lower outlets of dry reservoirs of polders, both in the construction of new water and in the reconstruction of existing outlets. The application of the present solution is in principle applicable to any of the dry tanks, 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 discharge devices

OO

CZ 28172 Ul vodních děl, u kterých není žádoucí trvalá obsluha a regulace průtoků je závislá na poloze hladiny.CZ 28172 U1 of water works for which continuous operation and flow control is not desirable is dependent on the level position.

Claims

PROTECTION REQUIREMENTS

Mechanical device for automatic control of flow rates on discharge devices of hydro-technical works, characterized in that the discharge device (1) is provided in its upper part with a closure (2) which is connected with a level switch for closing the discharge device (1) The cap (2) has a cut-out shape in its lower part.

Mechanical 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 necessary force to handle and the extent of movement given by the movement of the level in the tank.

Mechanical device according to claim 1 or 2, characterized in that the transmission of the movement of the float device (3) to the movement of the closure (2) is constituted by a lever and / or a set of gears.

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

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

Device according to any one of claims 1 to 5, characterized in that a screen (5) is arranged in front of the discharge device (1).