Способ управления режимом потока в открытом канале



Способ управления режимом потока в открытом канале
Способ управления режимом потока в открытом канале

 


Владельцы патента RU 2615337:

Голубенко Михаил Иванович (RU)

Изобретение относится к гидротехническому строительству, а именно к устройствам гашения потока воды для открытых каналов. Способ заключается в формировании гидравлической структуры потока ниже по течению непосредственно между боковыми стенками канала и образовании переходного участка регулятора в виде поворотных щитков со сжатием потока по центру канала. Гидравлическая структура потока, сформированная в переходном участке, далее расширяется по форме диффузорной камеры, образуя угол раструбности камеры 40…60°. Канал-быстроток 1 с облицованными стенками и днищем между боковыми стенками канала для регулирования скоростного режима выполняют из вертикально установленных щитов 4, одна вертикальная кромка которых закреплена на оси 5 вращения, а другая кромка соединена с приводом их горизонтального перемещения. Нижнюю по течению кромку щита снабжают направляющей 6, а сверху щиты 4 снабжают козырьками 7. Направляющая 6 имеет возможность перемещения в боковой нише 8, выполненной в береговой части канала 1. Угловое соединение щитов 4 и направляющих 6 шарнирно соединяют дополнительно с потоконаправляющими элементами 9 в виде щитков 10, выполненных из среднего 11 и боковых 12 звеньев, соединенных посредством шарниров 13 друг с другом. Потоконаправляющий элемент 9 занимает положение в работе по форме диффузорной камеры 14. В сечении полного расширения в конце диффузорной камеры 14 растекающийся бурный поток сразу поступает между вертикальными жалюзи 15 с регулируемым приводом, ориентированными вдоль отводящего канала 16. Уменьшается подпор уровня перед струенаправляющей системой, выполненной в виде жалюзи 15, что позволяет получить равномерное распределение с пониженными удельными расходами и скоростями по ширине отводящего канала 16. Изобретение позволяет создать после зоны расширения потока в диффузорной камере гидравлические условия, обеспечивающие повышение устойчивости распределения удельных расходов потоконаправляющим элементом и надежность работы сооружения. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к гидротехническому строительству, а именно к устройствам гашения потока воды для открытых каналов.

Известно устройство для гашения энергии потока воды, включающее, расположенный между подводящим и отводящим водоводом с вертикальными стенками и отводящим каналом расширяющийся в плане водобойный колодец с вертикальными стенками и порогом, оно снабжено двумя уступами, каждый из которых примыкает к одной из стенок колодца в начальной его части и выполнен с верхней плоской гранью, боковой вертикальной гранью, расположенной в одной плоскости со стенкой подводящего водовода, и передней гранью, выполненной с уклоном, в сторону отводящего канала (Авторское свидетельство SU №1341326, Е2В 8/06 от 30.09.1987).

Недостатком данного устройства является наличие сосредоточенного в центральной части устройства потока, поступающего в отводящий канал и являющегося источником повышенной пульсации скоростей, опасных для устойчивости ложа канала, так как при движении струй в сторону основного потока они натекают на уступы и оказываются над поверхностью потока, и, соударясь, только затем направляются в отводящий канал. При отсутствии перекрытия струи, ударяясь о порог в колодце, создают в его центральной части восходящие токи, экранирующие выход потока из водобойного колодца в центральной части, создавая таким образом неравномерное течение в отводящем канале, затягивающее время переходного процесса.

Известен также узел соединения открытых водотоков, включающий подключенный к транзитному каналу подводящий канал и струенаправляющее устройство, выполненное в виде вертикальных стенок, при этом стенки установлены напротив подводящего канала в ряд, ориентированный вдоль транзитного канала, параллельно между собой и под углом 20…30° к оси транзитного канала, причем стенки от поводящего канала в сторону оси транзитного канала выполнены с уменьшающейся высотой (Авторское свидетельство SU №1511329, Е02В 13/00 от 30.09.1989).

Недостатком известного узла соединения открытых водотоков является различное, не согласованное ориентирующее действие на выпуск потока непосредственно в транзитный канал, при котором отметка дна не совпадает с отметкой дна подводящего канала, т.е. узел работает на разных высотных отметках с перепадом колодца. Кроме того, узел соединения открытых потоков ориентирует принцип работы только на закручивание и соударение струй потока в сторону оси канала, а средний из них поток делится растекателем и направляется навстречу боковым потокам. В результате этого в зоне местного сопротивления возникают энергоемкие вихри нестационарности, затягивающие время переходного процесса. Накопление энергии в вихрях нестационарности происходит в период переходного процесса. Эти вихри имеют доминирующее вращение в плоскости, перпендикулярной направлению течения. Сам процесс образования вихрей нестационарности в местном сопротивлении получил название явления гидравлической индукции.

Таким образом, весь процесс происходит при установлении местного сопротивления определенной конфигурации. Вид местного сопротивления, так же как и форма гасителя, выбирается в зависимости от конкретной задачи.

Наиболее близким по технологической сущности является способ - гаситель энергии потока для открытых каналов, состоящий из формирования в откидном канале течений, причем течения формируют группой струенаправляющих элементов устройства, которое включает канал-быстроток с облицованными стенками и днищем и волногаситель, выполненный в виде вертикальных стенок, установленных параллельно стенкам канала-быстротока, между вертикальными стенками выполнен вертикальный продольный потоконаправляющий элемент в виде бычка длиной, большей длины вертикальных стенок, которые равны по высоте со стенками канала, с обтекателем в нижней части, делящим на два рукава с равными входными поперечными сечениями, расположенным относительно концевых участков вертикальных стенок, причем стенка потоконаправляющего элемента по оси канала выполнена с равной высотой канала, при этом боковые стенки канала выполнены с кольцевыми камерами гашения, а нижний конец вертикальных стенок снабжен плоским вертикальным затвором, шарнирно прикрепленным к торцу вертикальной стенки, расположенным диаметрально противоположно свободному промежутку между потоконаправляющим элементом, при этом концевой участок обтекателя имеет выпуклую форму, а боковые стенки канала дополнительно снабжены плоскими вертикальными затворами в виде выступов-ограничителей, обращенных к обтекателю (патент RU №2551992, F02B 8/06 от 18.03.2014).

Недостатком данного устройства является, хотя оно существенно снижает выходные скорости, то, что имеются большие потери напора в ниже размещенном водоводе, тем самым повышается наполнение канала, и необходимо будет наращивать надводный запас высоты борта канала непосредственно в узле гашения энергии потока. Кроме того, управление потоком обеспечивает в нижнем бьефе только дополнительно струенаправляющая система, выполненная в виде плоских вертикальных затворов с осями вращения, установленных напротив обтекателя, за которым поток вновь выходит общим потоком. Однако за выступом обтекателя образуется вакуумная зона, которая влияет на формирование соединения гидравлических струй, образуя общий поток по ширине отводящего канала (водовода). Эта структура формирования потока характеризуется внешними и внутренними границами гидравлической структуры струи, взаимодействующими за обтекателем, расположенным между дополнительной струенаправляющей системой, при этом она недостаточно эффективна в работе при слиянии двух потоков по центру водоотвода. Протяженность и направленность по активному течению потока еще недостаточно надежна, т.е. вне зоны расширения потока.

Целью изобретения является повышение эффективности работы путем уменьшения выходного подпора и обеспечения возможности регулирования угла диффузорности при различных режимах работы канала и исключения угловых застойных зон.

Технический результат решения упомянутой задачи достигается тем, что в способе управления режимом потока в открытом канале, предусматривающем использование канала-быстротока с облицованными стенками и днищем, формирование в непосредственной близости от зоны влияния потоконаправляющих элементов, установку вертикальных стенок, при этом боковые стенки канала дополнительно снабжены вертикальными щитами с возможностью поворота в виде выступов-ограничителей в сторону движения потока, согласно изобретению гидравлическую структуру формируют ниже по течению непосредственно между боковыми стенками канала, потоконаправляющие элеметы выполняют посредством переходного участка регулятора в виде поворотных щитов, одна вертикальная кромка которых закреплена на оси вращения, а другая кромка соединена с приводом их горизонтального перемещения и с направляющей с возможностью размещения в боковой нише, выполненной в боковой стенке канала, при этом угловое соединение щита с направляющей шарнирно соединяют дополнительно с потоконаправляющими элементами в виде щитков, выполненных составными из среднего и боковых звеньев, соединенных посредством шарниров друг с другом, причем крайние боковые звенья каждого щитка шарнирно соединены с боковой стенкой канала в сторону струенаправляющей системы в виде вертикальных жалюзи, соединенных с приводом их перемещения в сторону направления течения потока.

Кроме того, угловое соединение щита с направляющей присоединено дополнительно с потоконаправляющими элементами в виде щитков, выполненных составными из звеньев, образует на выходном участке зону полного расширения перед струенаправляющей системой в виде вертикальных жалюзи.

Кроме того, при расширении потока по ширине канала предварительно сужают ширину канала, в месте которого формируется вначале сжатие потока для регулирования скоростного режима потока, а затем он расширяется по форме диффузорной камеры, образуя угол раструбности камеры 40…60°.

Кроме того, верхний конец поворотного регулятора в виде щита с направляющей со стороны течения воды в канале выполнен горизонтальным козырьком в одной высотной плоскости со стенкой подводящего канала.

Таким образом, в предложенном способе происходит перераспределение удельных расходов вдоль фронта гидравлического прыжка и гашение избыточной кинематической энергии бурного потока, т.е. можно снизить выходные потери в водоводе, обеспечить наименьшие потери напора в диффузорной камере, а следовательно, повысить эффективность работы водовода (канала). Кроме того, из-за равномерности распределения удельных расходов после выхода из диффузорной камеры происходит уменьшение скорости потока на выходе из струенаправляющей системы в виде вертикальных жалюзи, а значит, это позволяет уменьшить толщину крепления дна отводящего канала, а, следовательно, сократить объем бетона, расходуемого на крепление.

На чертеже представлена принципиальная схема способа управления режимом потока в открытом канале.

Способ осуществляется в следующей последовательности. В канале-быстротоке 1 с облицованными стенками 2 и с плоским дном выполняют устройство 3 для регулирования скоростного режима, выполненного в виде вертикально установленных щитов 4, одна вертикальная кромка которых закреплена на оси 5 вращения, а другая кромка соединена с приводом их горизонтального перемещения (не показано). Нижняя по течению кромка щита 4 снабжена направляющей 6, а сверху щиты 4 снабжены козырьками 7 в сторону течения воды. Направляющая 6 имеет возможность перемещения в боковой нише 8, выполненной в береговой части канала 1 (стенки 2).

Угловое соединение щитов 4 и направляющих 6 шарнирно соединяют дополнительно с потоконаправляющими элементами 9 в виде щитков 10, выполненных составными из среднего 11 и боковых 12 звеньев, соединенных посредством шарниров 13 друг с другом, при этом крайние боковые звенья 12 каждого щитка 10 шарнирно соединены с боковой стенкой 2 канала 1 (место крепления может быть регулируемо с дополнительно передвижным устройством - не показано).

Потоконаправляющий элемент 9 занимает положение в работе по форме диффузорной камеры 14, образуя угол раструбности камеры 40…60°. Отсутствие угловых зон создает благоприятные гидравлические условия, при которых потери напора наименьшие перед струенаправляющей системой, выполненной в виде жалюзи с приводом их перемещения (не показано). В сечении полного расширения в конце дифузорной камеры 14 растекающего бурного потока он непосредственно поступает между вертикальными жалюзи 15 в отводящий канал 16 (водовод). Количество вертикальных жалюзи 15 устанавливают расчетом на стадии проектирования, которое зависит от ширины и расходных характеристик канала 1. Вертикальные жалюзи 15 выполняют облегченными в виде пластин, снабженных поперечными ребрами жесткости, которые выполнены также из пластин (не показано) и установлены вдоль направления течения потока.

Способ управления режимом потока в открытом канале осуществляется следующим образом.

Поток воды, поступающий по каналу 1, предварительно сужают по ширине канала 1. При этом добиваются повышения средней скорости истекающего потока в суженной его части между щитами 4 с козырьками 7, прикрывающими частично поток сверху, далее формируют посредством дифузорной камеры 14 растекание потока перед вертикальными жалюзи 15. Потоконаправляющие щитки 10 занимают положение, образуя угол раструбности камеры 40…60°. Отсутствие угловых зон создает благоприятные гидравлические условия, при которых потери напора остаются небольшими и поток подходит к струенаправляющей системе, выполненной вертикальными жалюзи 15, установка направления с помощью привода (не показан) позволяет поучить равномерное распределение с пониженными удельными расходами и скоростями, а в целом это приводит и к равномерному распределению удельных расходов и местных скоростей по ширине отводящего канала 16, что уменьшает или предотвращает полностью возможность образования локальных ям размыва дна отводящего канала, т.е. повышается устойчивость сооружения в целом. Промывка наносов обеспечивается даже при пропуске расходов ниже расчетных. Таким образом, с выполненным устройством для регулирования скоростного режима с оптимальным углом диффузорности работы щитков, выполненных из составных звеньев и жалюзной системы, осуществляется комплексная компоновка процесса работы управления режима потока в открытом канале, и это позволяет также регулировать пропускную способность как в переходном участке регулятора, так и в диффузорной камере перед жалюзной системой. Благодаря этому образуется направленное движение воды в отводящем канале, поток которого практически максимально приближается к равномерному, и это способствует возможному забору воды потребителю. Тем самым существенно увеличивается эффективность управления потоком в отводящем канале и увеличивается его производительность с обеспечением уменьшения размыва отводящего канала. Таким образом, осуществление предлагаемого способа предусматривает выполнение последовательных операций: установка на пути нестационарного потока жидкости, в котором требуется погасить энергию, местного сопротивления для образования в нем сначала подъема вихрей нестационарности, далее установка за местным сопротивлением устройства, предназначенного для разрушения образованных в местном сопротивлении вихрей нестационарности, а в конечном итоге для получения равномерного распределения удельных расходов в плане по ширине отводящего канала, например, для забора воды из него потребителю.

В целом изобретение существенно упростит компоновку устройства для регулирования скоростного режима в канале и повысит надежность его работы.

1. Способ управления режимом потока в открытом канале, предусматривающий использование канала-быстротока с облицованными стенками и днищем, формирование в непосредственной близости от зоны влияния потоконаправляющих элементов, установку вертикальных стенок, при этом боковые стенки канала дополнительно снабжают вертикальными щитами с возможностью поворота в виде выступов-ограничителей в сторону движения потока, отличающийся тем, что гидравлическую структуру формируют ниже по течению непосредственно между боковыми стенками канала, потоконаправляющие элементы выполняют посредством переходного участка регулятора в виде поворотных щитов, одна вертикальная кромка которых закреплена на оси вращения, а другая кромка соединена с приводом их горизонтального перемещения и с направляющей с возможностью размещения в боковой нише, выполненной в боковой стенке канала, при этом угловое соединение щита с направляющей шарнирно соединяют дополнительно с потоконаправляющими элементами в виде щитков, выполненных составными из среднего и боковых звеньев, соединенных посредством шарниров друг с другом, причем крайние боковые звенья каждого щитка шарнирно соединены с боковой стенкой канала в сторону струенаправляющей системы в виде вертикальных жалюзи, соединенных с приводом в сторону направления течения потока.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что угловое соединение щита с направляющей присоединено дополнительно с потоконаправляющими элементами в виде щитков, выполненных составными из звеньев, образуя на выходном участке зону полного расширения перед струенаправляющей системой в виде вертикальных жалюзи.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при расширении потока по ширине канала предварительно сужают ширину канала, в месте которого формируется вначале сжатие потока для регулирования скоростного режима потока, а затем он расширяется по форме диффузорной камеры, образуя угол раструбности камеры 40…60°.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что верхний конец поворотного регулятора в виде щита с направляющей со стороны течения воды в канале выполнен горизонтальным козырьком в одной высотной плоскости со стенкой подводящего канала.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к гидротехническому строительству, а именно для гашении энергии после напорных водоводов в приемном колодце. Устройство для гашения энергии водного потока включает водобойный колодец 1, подводящий водовод 2 и отводящий канал 4.

Изобретение относится к гидротехнике, а именно к гидротехническим сооружениям, предназначенным для гашения энергии нестационарных потоков. Гаситель энергии водного потока включает подводящий водовод 1, напорный участок трубопровода 2, отводящий трубопровод 7, снабженный завихрителем потока 8.

Изобретение относится к гидротехнике, гидравлике, гидромеханике, а более конкретно к гидротехническим сооружениям, предназначенным для гашения напорных водоводов в приемной камере и для снижения кинетичности потока при заполнении водой отстойных сооружений.

Изобретение относится к гидротехническому строительству, а именно к сооружениям для соединения бурных потоков в каналах. Сопрягающее сооружение состоит из подводящего 1 и отводящего 2 каналов, между которыми выполнена донная галерея 3, разделенная на две неравные части, с отделяющей вертикальной поперечной стенкой 6.

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для гашения энергии потока воды в нижнем бьефе гидротехнического сооружения. Гаситель энергии потока включает горизонтальный участок водовода 1 и камеру 3 цилиндрической формы.

Изобретение относится к устройствам для отвода сточных вод канализационными сетями, транспортирования гравитационными водоводами и магистральными водопроводными сетями питьевой воды и может быть использовано в системах мелиорации и гидротехнических сооружений.

Устройство защитной системы городской застройки включает водонапорную оболочку, выполненную из композитных материалов, обладающих памятью формы, состоит из канала-лотока, имеющего параболическую или иную форму по периметру из композитного наноматериала, сохраняющего форму и повышенную шероховатость.

Изобретение относится к области водного транспорта и предназначено для повышения безопасности шлюзования судов. Устройство защиты ворот шлюза от навала судов состоит из двух узлов формирования встречной волны, расположенных перед воротами шлюза и подключенных к датчику измерения скорости движения судна, установленного на стенке камеры шлюза.

Изобретение относится к гидротехнике, а именно к устройствам для гашения энергии водного потока. Гаситель энергии водного потока включает водобойный колодец 3, размещенный между подводящим 1 и отводящим 2 каналами, делитель потока 4, размещенный в конце подводящего канала 1 и разделяющий его на два равных открытых канала 5, 6, сопряженных с диффузорами 7, 8, выходное сечение которых сопрягается тангенциально с камерами 9, 10 спирального в плане очертания.

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для гашения энергии потока воды в нижнем бьефе гидротехнического сооружения. Гаситель содержит водовод 1, кольцевую камеру гашения 3.

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, преимущественно к подготовке сточных вод в орошаемом земледелии для полива и удобрений растений, в водоохранных мероприятиях, распределению сточных вод и животноводческих стоков в системе дождевания из распределительных трубопроводов на земледельческие поля орошения (ЗПО).

Изобретение относится к гидротехническому строительству, а именно к сооружениям для соединения бурных потоков в каналах. Сопрягающее сооружение состоит из подводящего 1 и отводящего 2 каналов, между которыми выполнена донная галерея 3, разделенная на две неравные части, с отделяющей вертикальной поперечной стенкой 6.

Изобретение относится к области мелиоративных систем и сооружений и может быть использовано при осуществлении водозабора для нужд орошения земель из горных и предгорных участков рек, которые характеризуются высокими скоростями течения воды и наличием большого количества взвешенных и донных наносов.

Изобретение относится к гидротехническому строительству, а именно к способам для определения потерь воды на фильтрацию из оросительных каналов гидромелиоративных систем.

Система лиманного орошения размещена в замкнутом понижении рельефа местности, включает ряд земляных водоудерживающих валов (дамб) с водопропускными регулирующими сооружениями, разделяющих общую территорию системы на отдельные ярусы, и источник подачи воды.

Изобретение относится к гидротехнике, а именно к устройствам для отбора воды из каналов с большим уклоном. Водовыпуск включает подводящий канал 1, откуда вода поступает в водоприемную прорезь, а наносы движутся вдоль виброрешетки 4 и сбрасываются в транзитный канал 3.

Изобретение относится к области гидротехники, а конкретно к образованию водного потока и управлению им с помощью труб для приведения в действие гидротурбин, устройства водопроводных систем, а также к защите насыпных плотин от размыва.

Изобретение относится к области гидротехники, а именно к подготовке сточных вод в орошаемом земледелии для полива и удобрения растений. Биологический стабилизационный пруд-накопитель включает замкнутую водозаборную акваторию водоема в виде пруда-накопителя 1, имеющего водоподводящую трубу 2 с питаемым коллектором 21, и водораспределительное устройство на входе отводящего трубопровода 4.

Предлагаемое изобретение относится к области сельского хозяйства. Для рассоления тяжелых засоленных почв подводят воду к рассоляемому участку, нарезают щели 3, размещают вдоль центральной оси межщелевых полос поливные трубопроводы 6 с капельницами 7, укрывают межщелевые полосы водонепроницаемыми экранами.

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для забора воды из каналов с большими уклонами, для которых характерно значительное колебание уровней воды, а также в условиях обильных донных наносов.

Изобретение относится к гидротехнике и предназначено для выпуска (накопления) очищенных животноводческих стоков в пруды-накопители при внесении в системе дождевания из распределительных трубопроводов для утилизации на осушительно-увлажнительных системах. Устройство включает пруд-накопитель 1, напорный трубопровод 2, консольный оголовок 3, конец трубопровода 2 размещен на бетонной опоре 4. Консольный оголовок 3 имеет в конце трубопровода 2 поперечный водоотводной закрытый лоток 5, выполненный в плане прямоугольной формы, в конце корпуса которого установлена поперечная стенка 6. В поперечной стенке 6 выполнены отверстия 7 для крепления коротких выпускных патрубков 8, соединяющие полость лотка 5. Поперечный водоотводной лоток 5 расположен на некотором расстоянии выше откоса дамбы пруда-накопителя 1 и закреплен к концу трубопровода 2. Лоток 5 нижним торцом оперт в откос дамбы с плитой перекрытия для его дополнительного устойчивого положения над прудом-накопителем 1, исходя из высотного его положения и заполнения потоком. В месте падения струи на откос дамбы участок откоса перекрыт металлической пластиной 10. Обеспечение заданного распределения удельных расходов сбросного потока вдоль крепления откоса дамбы и обеспечение падения отброшенного от лотка потока посредством выпускных патрубков достигается их длиной и соответствующими геометрическими размерами самого водоотводящего закрытого лотка. Использование предлагаемого устройства для управления потоком сточных вод (животноводческих) обеспечивает уменьшение размыва укрепленного участка откоса дамбы. Устройство имеет простую конструкцию, устойчиво и надежно в работе, а также улучшает сопряжение сбрасываемого потока вдоль откоса дамбы с уменьшением удельных расходов на выходе из водоотводящего закрытого лотка. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх