Гаситель энергии потока

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) (11) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(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 СССР729303, 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 стенкой из пирсириной 6= (0,7 -жду пирсами равсжатая глубинаодящего канала.ергии потока пото глубина и длинпо зависимостям колодца разрезноитой ,=(3 - 5 Мшс расстоянием меширине, где 6,на уровне дна отв2. Гаситель энающийся тем, чца .определяются высо,8)я ым их потока 1, от- колодлич=11 (1,70 Гг, - 5,93)к = 8,601),Гфф +Д,(с 1 дсс - 0,36 дед и Г - соответственно глуб и длин колодца;сжатая глубина потока на уровне дна отводящего канала;число Фруда в сжатом сечениис глубиной Ь,20 Г 1; 20;угол наклона потока входящегов колодец, 506 с а 70. Фаей Ме 4 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУИзобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано для гашения энергии потока в нижнем бьефеводосбросов,Известен гаситель энергии потока в виде глубокого относительно обычного, но короткого водобойного колодца 1.В таком гасителе при определенном диапазоне гидравлических параметров за счетсжатия прыжка в продольном направлениивозрастает скорость врашения поверхностного вальца, увеличивая тем самум взаимодействие транзитной и вальцевой частейпотока. При этом повышается эффективность гашения энергии потока на единицуучастка сопряжения бьефов.Недостатком такого гасителя являетсяузкий диапазон расходов и напоров, прикоторых имеет место эффективное гашениеэнергии. В то же время увеличение эффективности наблюдается при больших глубинах колодца. Максимальный (порядка 35 О/оотносительно гладкого водобоя), эффектгашения достигается заглублением дна колодца на величину 1,49 Р, где Р - высотаплотины от дна отводящего русла, длинаколодца при этом равна 1,925 Р. Значительное заглубление делает такой гаситель экономически невыгодным.Известен также гаситель энергии потока,выполненный в виде глубокого водобойногоколодца вертикального типа 2).Однако, как показали исследования, дляобеспечения устойчивости прыжка в такомколодце необходимо значительно, на 30 -50/О от длины свободного гидравлическогопрыжка, заглублять его дно, что приводитк удорожанию сооружения. Транзитнаяструя не распадается полностью в пределахгасителя и фонтанирует над уступом, образуя значительный перепад горизонтов водыв конце колодца и в отводящем канале.Перепад образует два дополнительных прыжка за гасителем, при этом первый с доннымводоворотом находится непосредственно зауступом колодца, второй с поверхностным,вальцом - далее за сжатым сечением. Последний прыжок образует донный режимскоростей в отводящем канале.Наличие прыжков за гасителем делаетнеобходимым увеличение толщины крепления в пределах вальцевых зон, В результатебольших пульсаций при фонтан ированиипроисходят значительные вертикальные ипродольные колебания потока, вследствиечего увеличивается волнение поверхностии образуется раскачка потока на большойдлине отводящего канала. Это заставляетдополнительно увеличивать длину креплениянижнего бьефа,Цель изобретения - повышение эффективности работы, снижение строительнойстоимости и успокоение потока за гасителем,/Это достигается тем, что гаситель снабжен установленной на дне колодца разрезной стенкой из пирсов, высотой 1 д -- (3 - 5)Ь, шириной 1 л = (0,7 - 0,8) и расстоянием между ними равным их ширине, .где Ь, - сжатая глубина потока на уровне дна отводящего канала.Причем глубина и длина колодца определяются по зависимостямдк =11/(1,70 Яг, - 5,93);8 = 8,601,"+с 1 д,С - 0,36),гдетои 1 - соответственно глубина и длинаводобойного колодца;Ь, - сжатая глубина потока на уровне дна отводящего канала;Гг, - число фруда в сжатом сечениис глубиной Ь; 20( Г., с 120;Ю - угол наклона потока входящегов колодец, 50 с70.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 Г,1 приК=70.Гаситель энергии потока представляетсобой 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, восходяшеевдоль фронтальной грани пирсов 3, направление.В передней части колодца, ограниченнойлицевой 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 врашения.В плоскости, поперечной основному направлению движения потока (фиг. 2), между струями, разделенными пирсами и восходяшими 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).За 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 работыгасителя были отсутствие прыжка за уступом и соответствие глубины И минимальной бытовой глубине Ьб 1 (фиг, 1), где Ив сопряженная глубина за гасителем, меньшая аналогичной глубины на гладком водобое. По результатам исследований определены зависимости относительной глубины гасителя с /5, = Т(Г,) и его относительной длины Г/Ц,=(Г, ) (фиг. 3). Кривые д/Ь,= =1(Г,) и ./Ь,=(Г;) (фиг. 3) построены по значениям йаименьших глубин и соответствующим им наименьшим относительным длинам 1/Ьпри которых обеспечивается наиболее эффективное гашение энергии потока.Предлагаемый гаситель энергии потокаприменялся 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/И=5,8 - 14,3 при исследуемых расходах 3,0 - 13,0 л/с, где Ьр - критическая глубина потока. Числа Фруда находились в пределах 20 Г а 120Гаситель может быть прйменен при водосбросных сооружениях с перепадами Р 1,5 Иби при 20Г, с 120, где 11 б - бытовая глубина воды в нижнем бьефе.В результате взаимного влияния пирсови 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 о( (фиг. 1) в зависимости от гидравлических параметров нижнего бьефа.уменьшается на 54 - 80%, а горизонтальная проекция общей длины 1, (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 болеелегкого крепления.