гаситель энергии водного потока

Формула изобретения

1. ГАСИТЕЛЬ ЭНЕРГИИ ВОДНОГО ПОТОКА, включающий установленные поперечными рядами на водобое энергогасящие шашки, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности в работе, шашки выполнены с уменьшающимися линейными размерами в плане от первого к последнему ряду, увеличивающейся высотой от первого к третьему ряду и уменьшающейся высотой от третьего ряда к последнему.

2. Гаситель по п.1, отличающийся тем, что шашки снабжены трубами для подачи под давлением воздуха или водовоздушной смеси.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для гашения энергии потока воды в нижнем бьефе водопропускных сооружений.

Известны конструкции для активного гашения энергии потока в нижнем бьефе водопропускных сооружений, основанные на введении в поток различных механических препятствий и состоящие из расположенных в определенном порядке водобойных стенок, сплошных и прорезанных пирсов, свай, шашек и т.п. Все эти энергогасящие устройства обладают реактивным диссипативным и распределительным воздействием на поток. Использование этих гасителей позволяет сократить длину участка сопряжения и длину крепления в нижнем бьефе, а также стоимость сооружения в целом [1].

К недостаткам этих гасителей следует отнести следующее: при изменении условий работы ГТС, а именно, увеличение расхода сверх проектного, снижение горизонтов воды в нижнем бьефе, работа сооружения неполным фронтом, эти устройства не обеспечивают в достаточной степени эффективного гашения энергии потока, что сопровождается размывом и увеличением расходов на ремонт сооружения.

Известны также конструкции гасителей энергии водного потока, при работе которых осуществляется воздействие на поток совокупности механических и немеханических средств [2].

Однако, данная конструкция обеспечивает лишь частичное гашение энергии потока за счет имеющегося порога и не обеспечивает гашения турбулентных струй, которые вызывают размывы за сооружением, что требует дополнительных эксплуатационных расходов.

Цель изобретения - повышение эффективности гашения энергии и снижение эксплуатационных затрат.

Это достигается тем, что в гасителе энергии водного потока, включающем установленные поперечными рядами на водобое энергогасящие шашки, последние выполнены с уменьшающимися линейными размерами в плане от первого к последнему ряду, увеличивающейся высотой от первого к третьему ряду и уменьшающейся высотой от третьего ряда к последнему.

Кроме того, шашки могут быть снабжены трубами для подачи под давлением воздуха или водовоздушной смеси.

На чертеже показан предлагаемый гаситель.

Он включает в себя волногасящие элементы, выполненные в виде шашек 1 и установленные на водобое 2 поперечными рядами, причем линейные размеры шашек уменьшаются в плане по направлению водного потока от первого к последнему ряду, а высота их вначале увеличивается от первого к третьему ряду, а затем уменьшается от третьего к последнему.

Линейные размеры шашек первого ряда определяют конструктивно в зависимости от длины водосливного фронта, а последующих рядов - по зависимости а_i+1 = a_i+1= . Расстояние между вертикальными осями шашек в 1-4 рядах определятся по формуле b_i = 2b_i= 2. Начиная с четвертого ряда, шашки могут быть установлены в шахматном порядке с одинаковым интервалом.

Высота элементов первого и второго, четвертого и восьмого рядов определяется конструктивно по зависимостям соответственно

и

а высота третьего ряда (наиболее высокого ряда энергогасящих элементов) принимается в пределах h = (0,25 - 0,5)h_б, где l₁ - расстояние до ряда от щитового створа;

l_б - расстояние от ряда до конца водобоя;

h_б - бытовая глубина потока.

Для определения расстояния между первым и вторым, вторым и третьим рядами используют зависимость l = 40F_r, а для расстояния между третьим и четвертым, четвертым и пятым рядами - соответственно зависимости l = 30 F_r и l = 20 F_r.

Все приведенные выше зависимости получены экспериментальным путем.

Для улучшения энергогасящего эффекта шашки 1 имеют в плане форму квадрата и установлены ребром в направлении потока. Кроме того, в волногасящих элементах выполнены отверстия 3, к которым по трубам 4 от компрессора 5 подают воздух (водовоздушная смесь), который воздействует на водный поток. Распределительные трубы 4 размещены в теле водобоя 2. Для обеспечения равномерной подачи воздуха (водовоздушной смеси) в отверстия 3 по длине трубы 4 ее площадь должна быть не менее суммарной площади всех отверстий, n на ней, т.е.

D² nd², где D и d - диаметры соответственно трубы 4 и отверстий 3 в шашках 1.

Труба 4 может быть выполнена либо в теле водобоя 2, либо на поверхности последнего.

Принцип действия гасителя заключается в следующем.

Водный поток, набегая на шашки 1 первого ряда, частично теряет энергию за счет торможения, изменения направления, диссипации. При этом у дна на высоте шашек 1 геометрические размеры вихрей не могут превышать геометрических размеров энергогасящих элементов. Последние второго и третьего рядов оказывают аналогичное воздействие на поток на большем расстоянии от дна водобоя 2 за счет увеличения собственной высоты. Шашки 1 четвертого и последующих рядов, воздействуя на поток на своей высоте, защищают, в основном, дно отводящего канала от воздействия крупномасштабных вихрей с низкой частотой.

Воздух (водовоздушная смесь), подводимый к шашкам 1, не создавая заметных сопротивлений потоку, обеспечивает смещение энергетической плотности пульсаций в область более высоких частот, разрушая вихри крупных геометрических размеров, проходящие над поверхностью шашек, на более мелкие. Следует уточнить, что для эффективности воздействия воздушной завесы необходимо, чтобы скорость выходящего из отверстий 3 воздуха была не менее 0,3-0,5 скорости потока на водобое 2.

Оценить эффективность воздействия возмущений на поток можно при помощи спектрального анализа процесса пульсации скоростей потока. Эффективность тем выше, чем меньшее значение приобретает массовая энергетическая плотность пульсаций скоростей в придонной области потока и чем выше по частоте пиковая нагрузка. Снижение нагрузок в низкочастотной области спектра и смещение пиковых нагрузок в область более высоких частот обеспечивает возможность существенного облегчения конструкции рисбермы, которая устраивается за водобоем и предохраняет отводящее русло от размыва в непосредственной близости к водобою.

Применение свайно-шашечных гасителей обеспечивает снижение осредненных придонных скоростей, снижение нагрузки в низкочастотной области спектра. Глубина воронки размыва при этих гасителях по сравнению с гладким водобоем снижается в 1,5-2 раза.

Затраты на свайно-воздушные гасители могут быть эффективными при снижении затрат на ежегодные ремонты, а также снижаются капитальные затраты по рисберме.

Применение водовоздушных гасителей способствует насыщению воды кислородом, что благоприятно сказывается на развитии ихтиофауны в водотоках.