ГАСИТЕЛЬ ЭНЕРГИИ ПОТОКА ДЛЯ ОТКРЫТЫХ КАНАЛОВ
ENERGY DISSIPATOR FOR OPEN CANALS

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для гашения энергии потока воды для открытых каналов.
Известно устройство для гашения катящихся волн в открытом русле, содержащее канал-быстроток с облицованными стенками и днищем, расположенный в канале-быстротоке волногаситель, оно снабжено также решеткой, выполненной в виде оси с прикрепленными к ней стержнями, установленной с возможностью вращения перед подъемниками на бортах русла поперек него, причем стержни размещены напротив гибких тяг подъемников (Авторское свидетельство SU №1413186, кл. Е02В 8/06, 1988).
Недостатком указанного устройства является то, что стержни решетки, находящиеся на плаву в скоростном потоке, гасят только часть энергии на поверхности, заключающейся в перемешивании объема волны (гребня), т.е. происходит неполное гашение кинетической энергии потока по глубине наполнения в канале, соответственно отсутствует перемешивание всего потока. Все это отрицательно сказывается при течении потока от конца решеток до регулирующих сооружений (водовыпусков, вододелителей, переходных участков быстротоков). Кроме того, конструкция решетки и ленты при набегании бурного потока при их свободном плавании испытывает большие динамические нагрузки от налипания на стержни решетки длинных волокнистых предметов.
Известно также устройство для гашения катящихся волн, содержащее канал-быстроток с облицованными стенками и днищем и расположенный в канале-быстротоке волногаситель, последний выполнен в виде двух вертикальных стенок, установленных параллельно стенкам канала-быстротока, а на входном участке волногасителя - конфузорно под углом одна к другой меньше или равным 12°, при этом ниже волногасителя канал-быстроток выполнен длиной не менее 6,5b, где b - ширина канала-быстротока (Авторское свидетельство SU №1821518, кл. Е02В 8/06, 1993).
Недостатком этого устройства является то, что одностороннее изменение потока в основном по центру канала, что снижает эффективность гашения энергии на участке расширения канала и не исключает возможность вновь возникновения волнения в конце вертикальных стенок. Поэтому разделительные стенки имеют достаточно длинный участок внутри канала. Все это в целом вызывает подпор воды в начале разделительных стенок, повышается уровень воды, и строительные боковые стенки канала необходимо будет наращивать в зоне расположения верхних концов разделительных стенок. Кроме того, перелив верхних слоев потока в сторону боковых стенок канала-быстротока не обеспечивает взаимного гашения всего потока, что сказывается на регулирующих сооружениях, соответствующих расстоянию от конца перегородок. Поэтому требуется сложный гидравлический расчет на длине гасительного участка, который зависит от образования формирования новых волн при изменении наполнения воды в канале-быстротоке.
Целью изобретения является повышение надежности работы за счет уменьшения подпора уровня воды перед разделительными стенками.
Поставленная цель достигается тем, что в гасителе энергии потока для открытых каналов, включающем канал-быстроток и волногаситель, выполненный в виде вертикальных стенок, установленных параллельно стенкам канала-быстротока, между вертикальными стенками выполнен вертикальный продольный потокоформирующий элемент в виде бычка большей длины вертикальных стенок, которые равны по высоте со стенками канала, и с обтекателем в нижней части, делящим на два рукава с равными входными поперечными сечениями, расположенным относительно концевых участков вертикальных стенок, причем стенка потокоформирующего элемента по оси канала выполнена с равной высотой канала, при этом боковые стенки канала выполнены с кольцевой камерой гашения, а нижний конец вертикальных стенок снабжен плоским вертикальным затвором, шарнирно прикрепленным к торцу вертикальной стенки, расположенным диаметрально противоположено свободному промежутку между направляющим 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.
Кроме того, выступы-ограничители устанавливают на оси с возможностью поворота, обеспечивая струенаправляющую систему в сторону движения потока.
Исходя из взаимосвязи и взаимозависимости основных элементов устройства, поступающий поток разделяется потоконаправляющим элементом в виде бычка, установленным между вертикальными стенками, высота которых равна высоте стенок канала, при этом потоконаправляющий элемент также имеет высоту, равную высоте стенок канала, и с обтекателем в нижней части, делящим на два рукава с равными входными поперечными сечениями. Одна часть потока направляется без сужения в сторону обтекателя, а другая часть потока направляется боковыми стенками в промежуток между кольцевыми камерами. Одновременно потоки, направляемые боковыми стенками обтекателя, взаимодействуют с потоком, выходящим из кольцевых камер. При этом открытие плоского вертикального затвора устанавливают так, чтобы уменьшить подпор в верхнем бьефе между стенкой канала-быстротока и вертикальной стенкой, чтобы к моменту выпуска воды из кольцевой камеры закрученный поток мог соединиться с потоком, проходящим между струенаправляющим элементом. В результате чего достигается надежность, повышение эффективности гашения избыточной энергии потока. Это значительно может увеличить пропускную способность каналов-быстротоков со сверхбурным режимом течения без наращивания запаса строительной высоты, с другой стороны, отводящий поток вследствие обтекания выпуклой стороны обтекателя со стороны транзитной части канала-быстротока ограничен выступами-ограничителями в виде плоских вертикальных затворов, устанавливаемых на оси вращения, закрепленной к стенке канала, с возможностью поворота, обеспечивающих струенаправляющую систему, т.е. поток направляется по центру канала-быстротока и выравнивается по его длине уже с погашенной начальной скоростью до следующего участка. Стационарность движения потока в значительной степени позволяет обеспечить водозабор из каналов-быстротоков и полностью исключает ударное воздействие волны на водозаборное сооружение. Таким образом, перед водозаборным сооружением условия максимально приближены к равномерному.
Таким образом, устройство дает возможность на коротком участке потоку воды погасить основную энергию, отсутствует подпор в верхнем бьефе, осуществляя при этом восстановление параллельно-струйного движения по длине канала-быстротока, т.е. установившегося режима по длине канала, используя струенаправляющие системы в целом.
Практическая работоспособность предлагаемого гасителя для открытых каналов очевидна и он вписывается в технологию ирригационного оборудования.
На фиг.1 изображен гаситель энергии потока для открытых каналов, вид сверху; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.
В канале-быстротоке 1 с облицованными стенками 2 и с плоским дном 3 установлен потоконаправляющий элемент 4 в виде бычка длиной, большей длины стенок 5 и 6, с обтекателем 7 в нижней части. К нижним концам торцевых продольных стенок 5 и 6 шарнирно прикреплен плоский вертикальный затвор 8 и 9 с осями 10 и 11 вращения, являющийся регулирующим устройством для кольцевой камеры 12 и 13, т.е. коленообразным разворотом не менее 180° по отношению к начальному участку, закрепленным к стенке канала-быстротока 1. За внешней стенкой обтекателя 7 прикрепленная к стенкам 2 канала-быстротока 1 расположена дополнительная струенаправляющая система, выполненная в виде плоских вертикальных затворов 14 и 15 с осями 16 и 17 вращения, установленных напротив обтекателя 7 со стороны выпуклой внешней формы, ориентированных вдоль транзитного канала и под углом 25-35 градусов к стенкам 2 канала 1 с возможностью прикрытия или открытия затвора 14 и 15, и просвет 18 и 19, обтекатель 7, который в свою очередь является подпорным устройством. Служебный мостик 20 служит для обслуживания затворов 8 и 9.
Гаситель энергии потока для открытых каналов работает следующим образом.
Поток воды, поступающий по каналу 1 с потоконаправляющим элементом 4 в виде бычка и стенками 5 и 6, разделяется на четыре потока. Боковые потоки на первом этапе попадают на плоские вертикальные затворы 8 и 9 с осями 10 и 11 вращения, и одновременно поток движется через промежутки в кольцевую камеру 12 и 13 в виде коленообразного разворота не менее 180°. В пределах кольцевой камеры 12 и 13 образуется вихревая циркуляция, препятствующая осевому движению потока. В результате второго этапа после полного гашения разделенный поток поступает в сторону средней части канала, разделенного на два потока струенаправляющим элементом 4 с обтекателем 7, который с равными входными поперечными сечениями пропускает поток в транзитный канал. Средний и боковой потоки, встречаясь вместе, направляются затем общим потоком на стенки обтекателя 7, вследствие чего через промежутки 18 и 19 потоки, отклоняясь плоскими затворами 14 и 15, сливаются в общий поток канала 1. Это способствует условиям максимального приближения к равномерному по сечению транзитного канала.
При передвижении затворов 8, 9, 14, 15 периодически в период эксплуатации выполняется регулировка просветов между основными элементами сооружения путем вращения вокруг осей 10, 11, 16, 17 приводом, обеспечивая беспрепятственный пропуск больших расходов наносов и дополнительно предохраняя канал 1 от завала наносами.
Таким образом, исходя из взаимосвязи и взаимозависимости гасителя для открытых каналов, за счет последовательного действия поток практически максимально приближается к равномерному в объединенном технологически цикле задач оптимального повышения надежности работы канала-быстротока.