Гаситель энергии потока

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1""-

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1

cf =fj> (1,70+Fr, — 5,93)

1 g — — 8,606, Fz+ +Д,„(с t go(— 0,36), (21) 3583027/29-15 (22) 18.04.83 (46) 30.08.84. Бюл. № 32 (72) Н. П. Розанов и А. В. Литвинов (71) Московский ордена Трудового Красного Знамени гидромелиоративный институт (53) 628.83 (088.8) (56) 1. Нечаенко К. Ю. Вопросы гидротехники и гидравлики. Киев, «Колос», 1965, с. 235 — 240.

2. Авторское свидетельство СССР № 729303, кл. Е 02 В 8/06, 1978 (прототип). (54) (57) 1. ГАСИТЕЛЬ ЭНЕРГИИ ПОТОКА, выполненный в виде глубокого водобойного колодца вертикального типа, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности работы, снижения строительной стоимости и успокоения потока за гасителем, он снабжен установленной на дне колодца разрезной стенкой из пирсов высотой 1„= (3 — 5)/ „шириной 6п — — (0,7 — 0,8)1„ с расстоянием между пирсами равным их ширине, где 11, — сжатая глубина потока на уровне дна отводящего канала.

2. Гаситель энергии потока по п. 1, отличающийся тем, что глубина и длина колодца .определяются по зависимостям гдето„ и („ — соответственно глубина и длина колодца; — сжатая глубина потока на уровне дна отводящего канала;

Гг, — число Фруда в сжатом сечении с глубиной h),20 Ft; а 120;

c(— угол наклона потока входящего в колодец, 50 ас(а 70 .

1110866

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано для гашения энергии потока в нижнем бьефе водосбросов.

Известен гаситель энергии потока в виде глубокого относительно обычного, но короткого водобойного колодца (1).

В таком гасителе при определенном диапазоне гидравлических параметров за счет сжатия прыжка в продольном направлении возрастает скорость вращения поверхностного вальца, увеличивая тем самум взаимодействие транзитной и вальцевой частей потока. При этом повышается эффективность гашения энергии потока на единицу участка сопряжения бьефов.

Недостатком такого гасителя является узкий диапазон расходов и напоров, при которых имеет место эффективное гашение энергии. В то же время увеличение эффективности наблюдается при больших глубинах колодца. Максимальный (порядка 35О/о относительно гладкого водобоя), эффект гашения достигается заглублением дна колодца на величину 1,49Р, где P — высота плотины от дна отводящего русла, длина колодца при этом равна 1,925 P. Значительное заглубление делает такой гаситель экономически невыгодным.

Известен также гаситель энергии потока, выполненный в виде глубокого водобойного колодца вертикального типа (2).

Однако, как показали исследования, для обеспечения устойчивости прыжка в таком колодце необходимо значительно, на 30—

50 /р от длины свободного гидравлического прыжка, заглублять его дно, что приводит к удорожанию сооружения. Транзитная струя не распадается полностью в пределах гасителя и фонтанирует над уступом, образуя значительный перепад горизонтов воды в конце колодца и в отводящем канале.

Перепад образует два дополнительных прыжка за гасителем, при этом первый с донным водоворотом находится непосредственно за уступом колодца, второй с поверхностным, вальцом — далее за сжатым сечением. Последний прыжок образует донный режим скоростей в отводящем канале.

Наличие прыжков за гасителем делает необходимым увеличение толщины крепления в пределах вальцевых зон. В результате больших пульсаций при фонтанировании происходят значительные вертикальные и продольные колебания потока, вследствие чего увеличивается волнение поверхности и образуется раскачка потока на большой длине отводящего канала. Это заставляет дополнительно увеличивать длину крепления нижнего бьефа.

Цель изобретения — повышение эффективности работы, снижение строительной стоимости и успокоение потока за гасителем.

Это достигается тем, что гаситель снабжен установленной на дне колодца разрезной стенкой из пирсов, высотой 1д — — (3 — 5) h, шириной Ь вЂ” — (0,7 — 0,8) „и расстоянием между ними равным их ширине, .где }1,— сжатая глубина потока на уровне дна отводящего канала.

Причем глубина и длина колодца определяются по зависимостям x = 11/ (1,70@/; — 5,93);

= 8,60ЙД., "++ctgg — 0,36), гдес и „вЂ” соответственно глубина и длина водобойного колодца;

h< — сжатая глубина потока на уров15 не дна отводящего канала; — число Фруда в сжатом сечении с глубиной h; 20< Fp, а 120; — угол наклона потока входящего в колодец, 50 <" --70 .

На фиг. 1 изображен гаситель, продольный разрез; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — график относительных размеров гасителя энергии потока в зависимости от изменения параметра Fj-, приК=70.

Гаситель энергии потока представляет собой относительно глубокий, но короткий водобойный колодец (фиг. 1). Передняя грань 1 колодца образуется продолжением водоската с наклоном к горизонту 50 — 70 .

На горизонтально расположенном дне 2 гасителя нормально основному, движению потока установлена разрезная стенка из пирсов 3, которая служит для перераспределения потока в пределах водобойного колодца. Колодец оканчивается вертикальным водобойным уступом 4.

Гаситель работает следующим образом.

Бурный поток (фиг. 1) поступает в колодец по водоскату и далее по грани 1, расположенной под углом 50 — 70 к горизонту, что необходимо для обеспечения образования донного прыжка в гасителе. Транзитная струя, достигая дна 2 колодца, меняет свое направление на горизонтальное.

При достижении передней грани разрезной: стенки из пирсов 3 бурный поток разделяется на струи, количество, которых соответствует

45 количеству пирсов 3 и разрезов в стенке (фиг. 2). Часть потока (примерно его половина) принимает вертикальное, восходящее вдоль фронтальной грани пирсов 3, направление.

В передней части колодца, ограниченной лицевой гранью разрезной стенки, в направлении основного движения воды образуется течение, аналогичное движению потока в гасителе-прототипе. Здесь имеет место вертикально развитый поверхностный валец с большой скоростью вращения.

В плоскости, поперечной основному направлению движения потока (фиг. 2), между струями, разделенными пирсами и восходя1110866 шими вдоль них, образуются вихри, вращающиеся в разных направлениях. Происходит соударение струй воды, что способствует дополнительному гашению энергии и улучшает .режим движения потока.

Другая часть потока, пройдя через разрезы в стенке и потеряв в результате этого долю своей кинетической энергии, направляется вдоль дна 2 колодца к водобойному уступу 4 (фиг. 1), где меняет. свое направление на вертикальное, также образуя восходящие струи. Во второй части гасителя, расположенной за плоскостью лицевой грани разрезной стенки, образуется второй валец несколько меньших размеров, чем в первой части колодца и вращающийся в направлении протИвоположном первому вальцу. Такое направление вращения вальца обязано несколько большей скорости потока восходящего вдоль передней грани разрезной стенки по сравнению со скоростью потока восходящего вдоль уступа, где транзитные струи теряют часть кинетической энергии при движении через пирсы 3. В результате этого явления за стенкой происходит дополнительное соударение частей потока, а донные скорости за гасителем уменьшаются (фиг. 1).

3а разрезной . стенкой и вдоль водобойного уступа 4 между транзитными струями происходит вихреобразование с соударением аналогичное процессу, происходящему в поперечной плоскости А-А перед передней гранью пирсов 3 (фиг. 2).

Для определения оптимальных размеров гасителей была проведена серия экспериментов на модельной установке при сопряжении бурного потока через водослив практического профиля. В процессе проведения опытов менялась длина и глубина водобойного колодца, где для каждого выбранного размера подбирались гидравлические параметры потока путем изменения расхода воды на установке.

Критериями удовлетворительной работы

° гасителя были отсутствие прыжка за уступом и соответствие глубины И минимальной бытовой глубине 4611„(фиг. 1), где 6 — сопряженная глубина за гасителем, меньшая аналогичной глубины на гладком водобое.

По результатам исследований определены зависимости относительной глубины гасителя d„/h, = f(F», ) и его относительной длины Г„/Q, = f.(F», ) (фиг. 3) . Кривые d„/Q, =

5 =f (Г,. ) и f„/h,= f(F<,) (фиг. 3) построены по значениям йаименьших глубин и соответствующим им наименьшим относительным длинам 1„/Ь„при которых обеспечивается наиболее эффективное гашение энергии потока.

Предлагаемый гаситель энергии потока применялся в исследованиях на модельной устанойке, где истечение бурного потока происходило через водослив практического профиля с углом входа потока в колодец (=70 . Относительный перепад отметок гребня водослива и дна отводящего канала составлял Р/h„=5,8 — 14,3 при исследуемых расходах 3,0 — 13,0 л/с, где h„ð — критическая глубина потока. Числа Фруда находились в пределах 204 Fr а 120.

Гаситель может быть прйменен при водосбросных сооружениях с перепадами Р

>1,5Èáè при 20 Fr, с 120, где 4 — бытовая глубина воды в нижнем бьефе.

В результате взаимного влияния пирсов и водобойного уступа на поток в пределах размеров. предлагаемого гасителя происходит полное разрушение бурной струи, что значительно повышает эффективность гашения и улучшает условия протекания потока в отводящем канале.

Отсутствие значительного волнения, раскачки потока и распределение осредненных скоростей за гасителем близкое к равномерному режиму движения позволяет значительно (на 40 — 50%) сократить длину крепления отводящего канала.

В результате эффективного гашения энергии потока в гасителе вертикального типа глубина колодца o((фиг. 1) в зависимости от гидравлических параметров нижнего бье4О фа.уменьшается на 54 — 80%, а горизонтальная проекция общей длины (, (фиг. 1) уменьшается до 45%, что снижает строительную стоимость сооружения. Отсутствие прыжков за гасителем уменьшает динамические нагрузки в начальной части отводящего канала

45 и дает возможность применения здесь более легкого крепления.

1110866

Фиг.2

fH Q6

90 60 80

Рие. 3

Составитель А. Кононов

Редактор Н. Швыдкая Техред И. Верес Корректор И. Эрдейи

Заказ 5942/24 Тираж 645 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и оч крытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4