DE1235826B

DE1235826B - Automatic segment closure with overflow nose, especially for small or medium-sized flood retention basins

Info

Publication number: DE1235826B
Application number: DE1963Z0010021
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Friedrich Zimmermann; Dr-Ing Wilhelm Friedri Hartung
Original assignee: FRIEDRICH ZIMMERMANN DR ING; WILHELM FRIEDRICH HARTUNG DR I
Current assignee: FRIEDRICH ZIMMERMANN DR ING; WILHELM FRIEDRICH HARTUNG DR I
Priority date: 1963-03-29
Filing date: 1963-03-29
Publication date: 1967-03-02

Description

Selbsttätiger Segmentverschluß mit überlaufnase, insbesondere für kleinere oder mittlere Hochwasser-Rückhaltebecken Die Erfindung betrifft einen selbsttätigen Segmentverschluß, insbesondere für kleinere oder mittlere Hochwasser-Rückhaltebecken, mit wenigstens einem starren, zwischen seinen Enden im Oberwasser schwenkbar gelagerten, zweiarmigen Stützrahmen, an dessen einem Ende ein den Verschl luß bis zum Erreichen einer vorbestimmten Stauhöhe in Schließstellung haltendes Gewicht zum Ausg gleichen der wirksamen Drehmomente angreift, wobei das am anderen Ende angeordnete Verschlußsegment eine gegenüber der Stauwand des Segments abgekantete, in der SchließsteRung des Wehres nach dem Unterwasser hin schräg ansteigende überlaufnase aufweist, auf welche das Wasser eine im öffnungssinne wirkende Kraft ausüben kann. Ein solcher selbsttätiger Segnientverschluß ist überall da bei Talsperren oder anderen Stauanlagen anwendbar, bei denen es auf eine weitgehende Verringerung des unbeherrschbaren Z, CD Speicherraumes und eine möglichst weitgehende Konstanthaltung eines maximalen Stauspiegels ankommt und die Abflußkurve den wasserwirtschaftlichen Erfordernissen angepaßt werden muß. Er ist auch bei solchen Anlagen des Wasserbaues anwenbar, bei denen Fragen der Bewässerung eine wesentlicheRolle spielen.Automatic segment lock with overflow nose, in particular for small or medium-sized flood retention basins The invention relates to an automatic segment lock, in particular for smaller or medium-sized flood retention basins, with at least one rigid, two-armed support frame pivoted between its ends in the upstream water, at one end of which a Weight holding the lock in the closed position until a predetermined level is reached to compensate for the effective torques, the locking segment at the other end having an overflow nose that is beveled in relation to the dam wall of the segment and which, in the closed position of the weir, rises obliquely towards the underwater, on which the water can exert a force acting in the direction of opening. Such an automatic Segnientverschluß can be used everywhere in dams or other reservoirs where it is important to reduce the uncontrollable Z, CD storage space and keep a maximum reservoir as constant as possible and the discharge curve must be adapted to the water management requirements. It can also be used in hydraulic engineering systems in which questions of irrigation play an essential role.

Bei Hochwasser-Rückhaltebecken und Talsperren kann bekanntlich ein extremer Belastungsfall dadurch auftreten, daß auf ein vom Hochwasser gefülltes Becken eine zweite Hochwasserwelle mit maximalen Spitzenabflußwerten trifft.In the case of flood retention basins and dams, a extreme stresses occur due to the fact that on a flood filled Basin hits a second flood wave with maximum peak discharge values.

Um überflutungen und damit Zerstörungen des Abschlußbauwerkes bzw. der Absperrdämme zu vermeiden, muß gewährleistet sein, daß auch größte Wassermengen schadlos abgeführt werden. Zu diesem Zweck werden häufig feste überlaufschwellen oder Wehranlagen eingesetzt. Der betriebliche Nachteil der festen Schwelle liegt darin, daß entweder bei kleinen überfallhöhen sehr große Bauwerkslängen erforderlieh sind, um die Hochwassermenge abzuführen oder aber arößere überfallhöhen zugelassen werden müssen. Dadurch wird der wasserwirtschaftliche Effekt merklich gemindert, da die, von der überfallhöhe gebildete Speicherlamelle, die besonders bei Flachlandverhältnissen einen erheblichen Teil des Gesamtbeckeninhaltes einnimmt, nicht kontrollierbar bewirtschaftet werden kann.To avoid flooding and thus destruction of the closure structure or To avoid dams, it must be ensured that even the largest amounts of water be taken away harmlessly. Fixed overflow thresholds are often used for this purpose or weir systems are used. The operational disadvantage of the fixed threshold lies in the fact that either very large building lengths are required for small overflow heights are permitted in order to discharge the flood volume or a larger overflow heights Need to become. This noticeably reduces the water management effect, because the storage lamella formed by the overflow height, which is particularly important in lowland conditions takes up a considerable part of the total tank content, is not managed in a controllable manner can be.

Man hat daher bewegliche Verschlüsse (Klappen, Schützen, Seamente od. dgl.) eingesetzt, die jedoch den großen Nachteil haben, daß sie eines Fremdantriebes bedürfen und damit entsprechend störanfällig sind. Sie können deshalb auch nur bei großen Anlagen, bei denen eine permanente Wartung und Bedienung möglich ist, eingesetzt werden. Bei kleineren und mittleren Becken ist jedoch aus wirtschaftlichen Gründen eine solche ständige Wartung nicht zweckmäßig. Hier sind vornehmlich selbsttätige Verschlüsse, die in verschiedenen Formen, vor allem auf Klappenwehrbasis entwickelt worden sind, einzusetzen.You therefore have movable locks (flaps, shooters, seamente Od. Like.) Are used, but have the major disadvantage that they are an external drive and are therefore prone to failure. You can therefore only use large systems where permanent maintenance and operation is possible will. In the case of small and medium-sized pools, however, this is for economic reasons such constant maintenance is not practical. Here are mainly automatic ones Closures developed in various forms, mainly based on valve weirs have been used.

So ist ein selbsttätiges Stauwehr bekannt, das ein Verschlußsegment mit schräg ansteigender überlaufnase an einem Ende eines zweiarmigen Stützrahmens aufweist, an dessen anderem Ende ein Ausgleichgewicht angreift. Auf die überlaufnase, die in der tiefsten Stellung des Verschlußsegmentes horizontal verläuft, kann das Wasser eine Kraft im öffnungssinne ausüben, der das Ausgleichgewicht entgegenwirkt. Die öffnungskraft des Wassers nimmt nicht nur mit steigendem Wasserspiegel, sondern auch mit sich absenkendem Verschlußelement zu. Damit sich das Wehr selbsttätig einstellen kann, muß die Schließwirkung des Ausgleichgewichts entsprechend veränderbar sein. Zu diesem Zweck ist bei diesem bekannten Wehr das Gewicht als Rollgewicht oder als Schwenkgewicht ausgebildet, wobei sein radialer Ab- stand von der Achse des zweiarmigen Stützrahmens für jede Stellung des Verschlußsegments durch eine Ketten- oder Seilsteuertin- mit ortsfester Umlenkstelle voraegeben ist. Ein wesentlicher Nachteil dieser Ausbildung besteht darin, daß neben der stets notwendigen Lagerstelle für das Verschlußelement noch eine merkliche Anzahl von beweglichen Teilen und Gelenk- bzw. Lagerstellen benötigt wird, welche für einen robusten Betrieb zu Störungen Anlaß geben können. Neben der Selbsttätigkeit ist aber absolute Betriebssicherheit eine unabdingbare Forderung für den Einsatz solcher vornehmlich bei unoe-wÖhnliehen, d.h. unerwarteten Hochwassersituationen in Funktion tretenden selbsttätigen Verschlüssen.Thus, an automatic weir is known which has a closure segment with a sloping overflow nose at one end of a two-armed support frame, at the other end of which a counterweight engages. On the overflow nose, which runs horizontally in the lowest position of the closure segment, the water can exert a force in the direction of opening, which the counterweight counteracts. The opening force of the water increases not only as the water level rises, but also as the closure element decreases. So that the weir can adjust itself automatically, the closing effect of the counterweight must be able to be changed accordingly. For this purpose, the weight of this known weir is designed as a rolling weight or as a swivel weight, its radial distance from the axis of the two-armed support frame being predetermined for each position of the closure segment by a chain or cable control device with a fixed deflection point. A major disadvantage of this design is that, in addition to the always necessary bearing point for the closure element, a considerable number of moving parts and articulation or bearing points are required, which can give rise to malfunctions for robust operation. In addition to the automatic operation, however, absolute operational reliability is an indispensable requirement for the use of such automatic closures, which come into operation primarily in uno-habitual, ie unexpected flood situations.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen selbsttätigen Segmentverschluß der eingangs bezeichneten Art so weiterzubilden, daß er bei besonders robuster Ausbildung ein Höchstmaß an Betriebssicherheit und ein zuverlässiges Einspielen auf die jeweils den Hochwasserverhältnissen entsprechende Gleichgewichtslage gewährleistet.The invention is based on the object of an automatic segment lock of the type described above so that it is particularly robust training a high degree of operational safety and reliable integration into the respective guarantees an equilibrium that corresponds to the flood conditions.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Gegengewicht als aufrechter Schwimmer ausgebildet ist, der fest am Stätzrahmen angeordnet ist und im unteren Teil einen mit zunehmender Eintauchtiefe größer werdenden Auftriebsquerschnitt aufweist, während die überlaufnase in der Weise geneigt ist, daß sie auch in voll abgesenkter Stellung des Verschlußsegments zum Unterwasser hin gegen die Horizontale unter einem merklichen Winkel schräg ansteigt. Der selbsttätige Segmentverschluß nach der Erfindung bildet damit ein in sich starres System, das - außer der Bewegung des Verschlusses selbst - keinerlei zusätzlicher Bewegungen von einzelnen Teilen bedarf. Dadurch wird einmal eine außergewöhnliche Robustheit bei besonders einfachem Aufbau des Verschlusses erzielt. Da außer der Lagerstelle des Verschlusses selbst jede weitere Führung oder Gelenk- bzw. Lagerstelle entfällt, gewährleistet das System ein Höchstmaß an Betriebssicherheit. Dabei geht die Erfindung von der Kenntnis aus, daß die Gleichgewichtslagen des Verschlußsegments zwischen der Schließstellung und der vollen Absenkstellung nicht nur von der Auflast des Wassers auf die überlaufnase und die am Schwimmer angreifenden Kräfte, sondern im wesentlichen Umfang von der hydrodynamischen Belastung der überlaufnase durch den überfallenden Abflußstrahl beeinflußt werden. Dabei ist diese dynamische Kraftwirkung von der Formgebung der überlaufnase abhän-gig. Diese Kraftwirkung kann genau durch Modellversuche ermittelt werden. Versuche haben ergeben, daß der Ausstellwinkel der überfallnase mit entscheidend für den durchschnittlichen Anstieg der Belastunaskurve für die Nase, ist. Diese Kurve verläuft um so stetiger und steiler, je größer dieser Winkel ist. Es ist daher wesentlich, daß die überlaufnase auch noch bis zur völlig abgesenkten Stellung des Verschlußse-Mentes gegenüber der Horizontalen merklieh schräg ansteigt. Durch die besondere Gestaltung einerseits des Schwimmers und andererseits der Überlaufnase konnte überraschenderweise ohne jede weitere Steuerung und ohne zusätzliche, bewegte Teile für jeden Oberwasserstand bzw. für jede überfallmenge eine ganz bestimmte, stabile Gleichgewichtsstellung des Verschlußsegments erreicht werden, die sich selbsttätig einstellt. Es hat sich dafür als wichtig erwiesen, daß die mit steigendem Wasserspiegel sich verändernden Kräfte einen stetigen Verlauf nehmen, da andernfalls die eindeutige Zuordnung von Wasserstand und Verschlußstellung nicht erreichbar ist.This object is achieved according to the invention in that the counterweight is designed as an upright float, which is fixedly arranged on the support frame and in the lower part has a buoyancy cross-section that increases with increasing immersion depth, while the overflow nose is inclined in such a way that it is also fully lowered Position of the closure segment to the underwater towards the horizontal rises obliquely at a noticeable angle. The automatic segment lock according to the invention thus forms an inherently rigid system which - apart from the movement of the lock itself - does not require any additional movements of individual parts. In this way, on the one hand, an extraordinary robustness is achieved with a particularly simple construction of the closure. Since, apart from the bearing point of the lock itself, there is no need for any further guidance or articulation or bearing point, the system guarantees the highest level of operational safety. The invention is based on the knowledge that the equilibrium positions of the closure segment between the closed position and the fully lowered position not only depend on the load of the water on the overflow nose and the forces acting on the swimmer, but essentially from the hydrodynamic load on the overflow nose by the invading runoff are affected. This dynamic force effect is dependent on the shape of the overflow nose . This force effect can be precisely determined by model tests. Tests have shown that the angle of incidence of the attack nose is one of the decisive factors for the average increase in the load curve for the nose. This curve runs more steadily and steeply, the larger this angle is. It is therefore essential that the overflow nose also rises noticeably at an angle to the horizontal up to the completely lowered position of the locking device. Due to the special design of the float on the one hand and the overflow nose on the other hand, it was surprisingly possible to achieve a very specific, stable equilibrium position of the closure segment, which is automatically set, without any further control and without additional, moving parts for each headwater level or for each overflow amount. It has proven to be important for this that the forces that change with the rising water level take a steady course, since otherwise the clear assignment of the water level and the closed position cannot be achieved.

Die im trockenen Zustand und bis zum Erreichen einer vorbestimmten, durch das Schwimmerübergewicht bedingten Schließstellung wird durch einen festen Anschlag bestimmt.The in the dry state and until a predetermined, The closed position caused by the swimmer's overweight is replaced by a fixed Stop determined.

Die Wirkungsweise des neuen Segmentverschlusses ist wie folgt: Bei steigender Beckenfüllung tritt der Schwimmer in Funktion, so daß das Schwimmerübergewicht um die entstehende Auftriebskomponente verringert wird. Sobald die überfallnase voni Wasserstand berührt wird, kommt außerdem noch eine ebenfalls das Schwimmerübergewicht vermindernde Auflastkomponente hinzu. Bis zum Erreichen der in der Re-el kurz unterhalb des Stauzieles liegenden Überlaufkante der Abflußnase ist der Gewichtsausgleich noch nicht ganz erreicht. Das Wasser beginnt "vie bei einer festen überlaufschwelle überzulaufen. Bei einem willkürlich festsetzbaren Wasserstand tritt dann der Gewichtsausgleich ein, d. h., das System wird labil. Steig 't der Wasserstand weiter, so wird durch den ebenfalls steigenden Auftrieb und die Auflast am Segment der Verschluß nach unten bewegt und damit der Auftrieb so weit vermindert, daß sich eine stabile Betriebsstellung einstellt. Bis zum Erreichen des Stauzieles senkt sich der Verschluß bis zur Endstellung ab, so daß der gesamte vorgegebene Querschnitt für den Wasserabfluß freigegeben ist. Bei sinkendem Wasserstand spielt sich der gleiche Vorgang umgekehrt ab. Dabei spielt die hydrodynamische Belastung auf das Segment beim überfallen des Abflußstrahles - wie oben erläutert wurde - eine sehr entscheidende Rolle. Die von ihr ausgehende, nach unten gerichtete Kraftkomponente ist bei der besonderen Anordnung der überlaufnase um so größer, je mehr Wasser über den Verschluß abläuft, je tiefer also der Verschluß abgesenkt ist. Das Zusammenspiel von Auftrieb des Schwimmers und Kraftwirkung aus dem überfallstrahl und den Reibungseinflüssen ergibt die jeweilige Gleichgewichtslage.The mode of operation of the new segment lock is as follows: As the pool becomes more full, the swimmer comes into operation, so that the swimmer's excess weight is reduced by the buoyancy component that arises. As soon as the attack nose is touched by the water level, there is also an additional load component that also reduces the swimmer's excess weight. By the time the overflow edge of the drainage nose, which is in the re-el just below the storage destination, is reached, the weight balance is not yet completely achieved. The water begins to overflow at a fixed overflow threshold. When the water level can be set arbitrarily, weight compensation then occurs, i.e. the system becomes unstable Segment of the lock is moved downwards and thus the buoyancy is reduced to such an extent that a stable operating position is set. Until the storage target is reached, the lock is lowered to the end position, so that the entire specified cross-section is released for water drainage The same process takes place in reverse. The hydrodynamic load on the segment when the discharge jet overflows - as explained above - plays a very decisive role , the more water runs off the closure, the deeper the Ve circuit is lowered. The interaction of buoyancy of the swimmer and the force of the overflow jet and the effects of friction result in the respective equilibrium position.

Da sich die Neigung der überlaufnase gegenüber der Horizontalen mit Absenken des Verschlußsegmentes notwendigerweise verkleinert und mit sich verkleinernder Neigung die Gefahr des Auftretens von Ablöseerscheinungen des überlaufstrahles und damit verbunden unkontrollierbaren Änderungen der Belastungskurve erhöht, ist die freie Kante der überlaufnase vorteilhafterweise gegen die überlaufrichtung abgebogen, wodurch diese Gefahr wirksam gebannt werden konnte.Since the inclination of the overflow nose relative to the horizontal with Lowering the closure segment necessarily made smaller and with itself decreasing Tendency the risk of the occurrence of detachment of the overflow jet and associated uncontrollable changes in the load curve is increased free edge of the overflow nose advantageously bent against the overflow direction, whereby this danger could be effectively averted.

Da das System verhältnismäßig empfindlich gegen Wellen od. ä. ist, ist es zweckmäßig, in bei selbsttätig wirkenden Wehren bekannterweise einen oder mehrere Stoßdämpfer vorzusehen.Since the system is relatively sensitive to waves or the like , it is advisable, as is known, to provide one or more shock absorbers in automatically acting weirs.

Die Erfindung ist nachfolgend an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen Querschnitt, F i g. 2 eine Draufsicht einer Anlage mit dem neuen, selbsttätigen Segmentverschluß in Anwendung für ein mittleres Hochwasser-Rückhaltebecken.The invention is explained in more detail below with reference to schematic drawings of an exemplary embodiment. It shows F i g. 1 shows a cross section, FIG. 2 is a plan view of a system with the new, automatic segment closure in use for a medium flood retention basin.

An dem einenEnde eines aus den beiden doppelarmigen, starren Hebeln 6 bestehenden Hebelsystems sind ein oder mehrere Schwimmer 7 fest angeordnet. An dem anderen Ende des starren Hebelsystems ist das Verschlußse,-ment 1 mit seiner überlaufnase 2 befestigt. Diese überlaufnase 2 besitzt eine solche Form und Neigung, daß eine stetige Zunahme der auf das Verschlußsegment 1 wirkenden, vertikal gerichteten, dynamischen Kraftkomponente mit zunehmender Abflußmenge gewährleistet ist. Wie aus der F i g. 1 ersichtlich, weist die Nase auch in der völlig abgesenkten Stellung des Verschlußsegments 1 noch eine merkliche Schräge gegenüber der Horizontalen auf, was gestrichelt dargestellt ist.At one end of a lever system consisting of the two double-armed, rigid levers 6 , one or more floats 7 are fixedly arranged. At the other end of the rigid lever system, the locking device 1 is attached with its overflow nose 2. This overflow nose 2 has such a shape and inclination that a steady increase in the force acting on the locking segment 1 vertically directed, dynamic force component is ensured with increasing outflow. As shown in FIG. 1 , the nose still has a noticeable incline with respect to the horizontal even in the completely lowered position of the closure segment 1, which is shown in dashed lines.

C Das Verschlußsegment 1, die Überlaufnase 2 und der Schwimmer 7 erstrecken sich nahezu über die ganze Breite der Verschlußöffnung. Das aus den starren, doppelarmigen Hebeln6 bestehende Hebelsystem ist um die Drählager 8 drehbar. Diese Drehlager der Hebel 6 liegen im Oberwasser. Wie aus der F i g. 1 ersichtlich, ist der Schwimmer 7 aufrecht stehend angeordnet und in seinem unteren Teil mit einem bei zunehmender Eintauchtiefe größer werdenden Auftriebsquerschnitt versehen. C The closure segment 1, the overflow nose 2 and the float 7 extend almost over the entire width of the closure opening. The lever system consisting of the rigid, double-armed levers 6 can be rotated around the rotary bearings 8. These pivot bearings of the lever 6 are in the upper water. As shown in FIG. 1 , the float 7 is arranged in an upright position and, in its lower part, is provided with a buoyancy cross-section that increases with increasing immersion depth.

Die einzelnen Elemente des gesamten Systems sind derart bemessen, daß im trocknen Zustand ein übergewicht auf der Schwimmerseite besteht, wobei dieses übergewicht auf der Segmentseite durch einen festen Anschlag (nicht gezeigt) aufgenommen wird.The individual elements of the entire system are dimensioned in such a way that that in the dry state there is an overweight on the swimmer side, this Overweight on the segment side absorbed by a fixed stop (not shown) will.

Die freie Kante der überlaufnase 2 ist zweckmäßig abgewinkelt und kann zusätzlich mit einem Strahlaufreißer 3 versehen sein.The free edge of the overflow nose 2 is expediently angled and can also be provided with a jet ripper 3 .

An der festen Stauwand 4 kann in an sich bekannter Weise eine Strahlbelüftung 5 vorgesehen werden. A jet ventilation 5 can be provided on the fixed baffle 4 in a manner known per se.

Claims

Claims: 1. Automatic segment lock, especially for small and medium-sized flood retention basins, with at least one rigid two-channel support frame pivoted between its ends in the headwater, at one end of which a weight holds the lock until it reaches a predetermined storage height equalizing the effective torques engages, said disposed at the other end closure segment a against the damming wall of the segment bent, having in the closed position after the underwater obliquely rising overflow nose, on which the water can exert a force acting in the opening direction force, d a d u rch g e - indicates that the counterweight is designed as an upright float (7) which is fixed to the levers (6) of the support frame and in the lower part has a buoyancy cross-section that increases with increasing immersion depth, while the overflow nose (2) in this way is inclined to that she even in the fully lowered position of the closure segment towards the underwater, it rises obliquely to the horizontal at a noticeable angle.

2. Segment closure according to claim 1, characterized in that the free edge of the overflow neck (2) is angled against the overflow direction. 'That the float (7) extend 3. Segment closure according to claim 1 or 2, characterized as the closure segment (1) with the overflow nose almost over the entire width of the shutter opening. 4. Segment closure according to one of claims 1 to 3, characterized in that the closure is known to be equipped with at least one shock absorber in automatically acting weirs. Documents considered: German Patent No. 340 979; German interpretative document No. 1119 779.