CZ306409B6 - A device for increasing the capacity of safety spillways in high water structures - Google Patents

Abstract

The essence of the device for increasing the capacity of safety spillways in high water structures is the fact that the solid bottom structure (1) is equipped with the vertically mobile superstructure (2) which, in the closed position, corresponds to the shape of the original solid bottom structure (1) due to its curved shape. The mobile superstructure (2) consists of the steel structure equipped with the skin plate and travels (4) on the fixed bottom structure (1), while the mobile superstructure (2) is equipped with the seal (3) on the upstream side. The mobile superstructure (2) is equipped with the control mechanism (5) consisting of at least one hydraulic cylinder and a locking mechanism for maintaining the structure in the upright or reclined position.

Description

Zařízení pro zvýšení kapacity bezpečnostních přelivů na vysokých vodních dílechEquipment for increasing the capacity of safety spillways on high water bodies

Oblast technikyField of technology

Řešení se týká převádění průtoků přes stávající vodní díla vybavená hrazenými bezpečnostními přelivy.The solution concerns the transfer of flows through existing waterworks equipped with covered safety spillways.

Dosavadní stav technikyPrior art

V souvislosti se změnou legislativy v oblasti požadavků na bezpečnost vodních děl za povodní došlo k navýšení hodnot průtoků, které musí být vodní dílo schopné bezpečně převést. Vodní díla navržená a postavená dle dřívější legislativy a norem tak nezřídka nesplňují současné nároky na bezpečnost vyjádřenou periodou kontrolní povodně a vyžadují zásadní úpravy.In connection with the change of legislation in the area of requirements for the safety of water works during floods, there was an increase in the values of flows that the water body must be able to safely transfer. Water works designed and built in accordance with previous legislation and standards thus often do not meet the current requirements for safety expressed by the period of flood control and require major modifications.

Bezpečnostní přelivy hrazené pohyblivými uzávěry jsou na vodních dílech používány již mnoho desetiletí. Na pevnou spodní stavbu zde dosedá jeden z řady možných typů uzávěrů. V případě, že kapacita stávajícího přelivu při plném vyhrazení nevyhovuje požadavkům na bezpečnost vodního díla, je jednou z možností snížení spodní stavby (ubourání) a náhrada uzávěru za jiný, navržený na větší hrazenou výšku. Toto s sebou přináší dodatečné požadavky v podobě zachycený větších sil při vyšší hrazené výšce i ekonomické ztráty neboť původní uzávěr již není k užitku. Kombinace dvou pohyblivých uzávěrů, jak je popsána v tomto technickém řešení nebyla dosud nikde použita.Safety spills covered by movable closures have been used on waterworks for many decades. One of a number of possible types of closures rests on the solid substructure. In the event that the capacity of the existing overflow, when fully reserved, does not meet the requirements for the safety of the waterworks, one of the options is to reduce the substructure (demolition) and replace the closure with another, designed for a larger paid height. This brings with it additional requirements in the form of captured greater forces at a higher paid height and economic losses, as the original closure is no longer useful. The combination of two movable closures as described in this technical solution has not been used anywhere.

Problematika nedostatečné kapacity stávajících hrazených bezpečnostních přelivů se v České republice dotýká řady významných vodních děl.The issue of insufficient capacity of existing paid safety spillways in the Czech Republic affects a number of important water works.

Podstata vynálezuThe essence of the invention

Výše uvedené nedostatky jsou do značné míry odstraněny zařízením pro zvýšení kapacity bezpečnostních přelivů na vysokých vodních dílech, podle tohoto vynálezu. Jeho podstatou je to, že pevná spodní stavba je opatřena vertikálně pohyblivou nástavbou, která v uzavřené poloze svým zakřiveným tvarem odpovídá tvaru původní pevné spodní stavby.The above drawbacks are largely eliminated by the device for increasing the capacity of safety spillways on high water bodies, according to the invention. Its essence is that the fixed substructure is provided with a vertically movable superstructure, which in the closed position with its curved shape corresponds to the shape of the original fixed substructure.

Pohyblivá nástavba je s výhodou tvořena ocelovou konstrukcí opatřenou hradícím plechem a pojezdy po pevné spodní stavbě, přičemž na návodní straně je pohyblivá nástavba opatřena těsněním. Pohyblivá nástavba je ve výhodném provedení opatřena ovládacím mechanismem tvořeným alespoň jedním hydraulickým válcem. Pohyblivá nástavba je s výhodou opatřena aretačním mechanismem pro udržení konstrukce ve vztyčené nebo sklopené poloze.The movable superstructure is preferably formed by a steel structure provided with a barrier plate and travels on a fixed substructure, the movable superstructure being provided with a seal on the upstream side. In a preferred embodiment, the movable body is provided with an actuating mechanism formed by at least one hydraulic cylinder. The movable superstructure is preferably provided with a locking mechanism for keeping the structure in an upright or tilted position.

Hlavní idea řešení spočívá v technickém návrhu pohyblivé spodní stavby, která umožní zvýšení kapacity od stávajících přelivů bez potřeby výměny pohyblivého uzávěru. Po odbourání části stávající spodní stavby je tato nahrazena pohyblivou ocelovou konstrukcí, která po poklesu v případě extrémních průtoků umožňuje zvýšení průtočného profilu dosažení vyššího odtoku, zatímco za běžných stavů působí jako pevná a těsná část vodního díla.The main idea of the solution lies in the technical design of the movable substructure, which will increase the capacity from existing spillways without the need to replace the movable closure. After the demolition of a part of the existing substructure, it is replaced by a movable steel structure, which after a decrease in case of extreme flows allows to increase the flow profile to achieve a higher outflow, while under normal conditions it acts as a solid and tight part of the waterworks.

Překládané řešení lze rozdělit na tři části. První část představuje samotnou ocelovou konstrukci hradící vzniklý prostor po ubourání pevné spodní stavby. Tvar ocelové konstrukce je uzpůsoben jednak s ohledem na „skládání“, tj. snižování spodní stavby, a dále na režim převádění průtoků ve vztyčené poloze. Konstrukce musí nabývat tvar plochy, která při přelévání neumožní vznik podtlaků, respektive pulsací tlaků, jež by ji dynamicky namáhaly. Na návodní straně je nezbytné těsnění, například notovou nebo Z pryží, a pojezdy - vedení.The translated solution can be divided into three parts. The first part represents the steel structure itself, which covers the space created after the demolition of the solid substructure. The shape of the steel structure is adapted both with regard to the "folding", ie the lowering of the substructure, and also to the mode of transferring flows in the upright position. The structure must take the form of a surface which, during overflow, does not allow the creation of negative pressures or pulsations of pressures that would dynamically stress it. On the upstream side, sealing, for example sheet music or rubber, and travels - guides are necessary.

- 1 CZ 306409 B6- 1 CZ 306409 B6

Druhá část řešení představuje ovládací mechanismus tvořený hydraulickými válci - při obou pilířích, které umožní vztyčení respektive bezpečné snížení konstrukce do jednotlivých poloh.The second part of the solution is a control mechanism consisting of hydraulic cylinders - with both pillars, which will allow erection or safe lowering of the structure to individual positions.

Třetí část řešení je aretační mechanismus, který udržuje konstrukci ve vztyčené poloze - 99 % doby životnosti konstrukce, respektive ji zajistí po snížení v poloze sklopené - méně než 1 % z celkové doby životnosti konstrukce - extrémní průtoky a provozní zkoušky.The third part of the solution is a locking mechanism that keeps the structure in an upright position - 99% of the life of the structure, or secures it after lowering in the tilted position - less than 1% of the total life of the structure - extreme flows and operational tests.

Výhodou tohoto vynálezu je zvýšení kapacity výpustných zařízení vodního díla při splnění stávajících legislativních požadavků na bezpečnost vodních děl. Další výhodou je zachování stávajících pohyblivých uzávěrů, což přináší úspora zdrojů na nový uzávěr, úpravy na vodním díle pro zachycení větších sil a podobně. Vynález zvyšuje spolehlivost výpustných zařízení vodního díla. Přidání dalšího prvku s nezávislou spolehlivostí. V případě selhání manipulace původního uzávěru lze alespoň sklopit spodní stavbu a umožnit částečný odtok.An advantage of the present invention is to increase the capacity of waterworks discharge devices while meeting existing legislative requirements for the safety of waterworks. Another advantage is the retention of the existing movable closures, which saves resources on the new closure, modifications to the water part to absorb larger forces and the like. The invention increases the reliability of the discharge devices of the waterworks. Add another element with independent reliability. In case of failure to manipulate the original closure, it is possible to at least tilt the substructure and allow partial drainage.

Objasnění výkresůExplanation of drawings

Zařízení pro zvýšení kapacity bezpečnostních přelivů na vysokých vodních dílech náhradou pevné spodní stavby za pohyblivou je na konkrétních příkladech podrobněji popsáno s pomocí následujících výkresů, kde na obr. 1 je svislý řez středem zařízení rovinou ve směru toku, při pilíři, v okamžiku, kdy je hladina na úrovni běžných průtoků, a oba uzávěry jsou zahrazeny. Na obr. 2 je řez totožnou rovinou při povodňovém průtoku, kdy hladina v nádrži stoupá a zařízení je v otevřené poloze, čímž je dosaženo vyšší kapacity přelivu.The device for increasing the capacity of safety spillways on high water bodies by replacing a fixed substructure with a movable substructure is described in more detail in specific examples with the help of the following drawings, where Fig. 1 is a vertical section through the center of the device in the flow direction, at the pillar. level at the level of normal flows, and both valves are blocked. Fig. 2 is a section of the same plane during the flood flow, when the level in the tank rises and the device is in the open position, thus achieving a higher overflow capacity.

Příklady uskutečnění vynálezuExamples of embodiments of the invention

Příkladné zařízení pro zvýšení kapacity bezpečnostních přelivů na vysokých vodních dílech je tvořeno pevnou spodní stavbou 1, která je opatřena vertikálně pohyblivou nástavbou 2. Vertikálně pohyblivá nástavba 2 v uzavřené poloze svým zakřiveným tvarem odpovídá tvaru původní pevné spodní stavby 1. Pohyblivá nástavba 2 je tvořena nosnou ocelovou konstrukcí opatřenou hradícím plechem a pojezdy 4 po pevné spodní stavbě 1. Na návodní straně je pohyblivá nástavba 2 opatřena těsněním 3. Pohyblivá nástavba 2 je opatřena ovládacím mechanismem 5 tvořený hydraulickými válci. Pohyblivá nástavba 2 je opatřena aretačním mechanismem pro udržení konstrukce ve vztyčené nebo sklopené poloze. Ve vztyčené poloze je udržován až 99 % doby životnosti konstrukce. V poloze sklopené je obvykle méně než 1 % z celkové doby životnosti konstrukce, jedná se zejména o extrémní průtoky a provozní zkoušky.An exemplary device for increasing the capacity of safety overflows on high water bodies is formed by a fixed substructure 1, which is provided with a vertically movable superstructure 2. The vertically movable superstructure 2 in the closed position corresponds to the shape of the original fixed substructure 1. a steel structure provided with a barrier plate and travels 4 on a fixed substructure 1. On the upstream side, the movable superstructure 2 is provided with a seal 3. The movable superstructure 2 is provided with an actuating mechanism 5 formed by hydraulic cylinders. The movable superstructure 2 is provided with a locking mechanism for keeping the structure in an upright or tilted position. Up to 99% of the service life of the structure is maintained in an upright position. In the tilted position, it is usually less than 1% of the total service life of the structure, especially extreme flows and operational tests.

Na přiloženém obr. 1 je svislý řez středem zařízení rovinou ve směru toku, při pilíři, v okamžiku, kdy je hladina na úrovni běžných průtoků, a oba uzávěry jsou zahrazeny. Na obrázku je rovněž patrný původní tvar spodní betonové stavby, která přesně kopíruje tvar hradícího plechu nového zařízení. Na obr. 2 je řez totožnou rovinou při povodňovém průtoku, kdy hladina v nádrži stoupá a zařízení je v otevřené poloze, čímž je dosaženo vyšší kapacity přelivu.In the enclosed Fig. 1, a vertical section through the center of the device is a plane in the direction of flow, at the pillar, at the moment when the level is at the level of normal flows, and both closures are blocked. The picture also shows the original shape of the lower concrete structure, which exactly copies the shape of the barrier plate of the new device. Fig. 2 is a section of the same plane during the flood flow, when the level in the tank rises and the device is in the open position, thus achieving a higher overflow capacity.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Předložené technické řešení nalezne uplatnění na velkých přehradách vybavených hrazenými bezpečnostními přelivy, u kterých není splněna podmínka bezpečného převedení povodňové vlny s požadovanou dobou opakování dle platné legislativy. Řešení lze použít zejména pro úpravu spodní stavby segmentových uzávěrů a zdvižných stavidlových uzávěrů.The presented technical solution will find application on large dams equipped with covered safety spillways, for which the condition of safe flood wave transfer with the required repetition time according to the valid legislation is not met. The solution can be used especially for the modification of the substructure of segmental closures and lifting sluice closures.

Claims (4)

PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS 1. Zařízení pro zvýšení kapacity bezpečnostních přelivů na vysokých vodních dílech, vyznačující se tím, že pevná spodní stavba (1) je opatřena vertikálně pohyblivou nástavbou (2), která v uzavřené poloze svým zakřiveným tvarem odpovídá tvaru původní pevné spodní stavby (1).Device for increasing the capacity of safety spillways on high water bodies, characterized in that the fixed substructure (1) is provided with a vertically movable superstructure (2), which in the closed position with its curved shape corresponds to the shape of the original fixed substructure (1). 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že pohyblivá nástavba (2) je tvořena ocelovou konstrukcí opatřenou hradícím plechem a pojezdy (4) po pevné spodní stavbě (1), přičemž na návodní straně je pohyblivá nástavba (2) opatřena těsněním (3).Device according to claim 1, characterized in that the movable superstructure (2) is formed by a steel structure provided with a barrier plate and carriages (4) along a fixed substructure (1), the movable superstructure (2) being provided with a seal ( 3). 3. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že pohyblivá nástavba (2) je opatřena ovládacím mechanismem (5) tvořeným alespoň jedním hydraulickým válcem.Device according to Claim 1 or 2, characterized in that the movable body (2) is provided with an actuating mechanism (5) formed by at least one hydraulic cylinder. 4. Zařízení podle nároku 1, 2 nebo 3, vyznačující se tím, že pohyblivá nástavba (2) je opatřena aretačním mechanismem pro udržení konstrukce ve vztyčené nebo sklopené poloze.Device according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the movable superstructure (2) is provided with a locking mechanism for keeping the structure in an upright or tilted position.