Шашечный гаситель энергии водного потока

(51) Е 02 В 8/06 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ обеспечивающего повышение эффективности гашения избыточной энергии потока в нижнем бьефе, снижение капитальных и эксплуатационных затрат за счет учета механизма взаимодействия вихрей, образующихся за шашками при их обтекании потоком. Поставленная задача решается в шашечном гасителе энергии водного потока, представляющим собой несколько рядов одинаковых призматических шашек квадратного поперечного сечения, которые размещены поперечными рядами на водобое по коридорной схеме с междурядным шагом, равным утроенной ширине шашки, и с шагом между шашками одного ряда, равным е ширине. При данных шагах размещения шашек достигается более полное взаимодействие вихрей,образующихся при их обтекании,сопровождающееся повышенным энергопотреблением, вследствие чего избыточная энергия потока уменьшается.(72) Аубакирова Фарида Хабиевна Волненко Александр Анатольевич Сарбасов Азат Бахитжанович Орынова Айгерим Бахытжанызы(73) Республиканское государственное казенное предприятие Южно-Казахстанский государственный университет им. М. Ауезова Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) ШАШЕЧНЫЙ ГАСИТЕЛЬ ЭНЕРГИИ ВОДНОГО ПОТОКА(57) Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для гашения энергии потока воды в нижнем бьефе низко- и средненапорных водопропускных сооружений. Задача изобретения - разработка конструкции шашечного гасителя энергии водного потока, 25116 Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для гашения энергии потока воды в нижнем бьефе низко- и средненапорных водопропускных сооружений. Известны конструкции для активного гашения энергии потока в нижнем бьефе водопропускных сооружений, основанные на введении в поток различных препятствий и состоящие из расположенных в определенном порядке водобойных стенок, сплошных и прорезанных пирсов, свай, шашек и т.п. (Гидротехнические сооружения/Под ред. Н.П.Розанова. М. Агропромиздат, 1985, с.88, рис.4.34). Указанные энергогасящие устройства обладают реактивным,диссипативным и распределительным воздействиями на поток. Использование этих гасителей позволяет сократить длину участка сопряжения бьефов, повысить отметку водобоя, что влечет за собой уменьшение стоимости сооружения. Недостатком известных устройств является размещение гасителей на водобое без учета механизма взаимодействия струй, образующихся при их обтекании потоком. При этом не достигается синфазность в появлении вихрей за гасителями, т.е. возникающие вихри формируются за каждой преградой неодновременно, что приводит к снижению эффективности энергогасящего устройства. Также к недостаткам данных гасителей можно отнести и то, что при изменении условий работы гидросооружения (увеличение расхода сверх проектного, снижение горизонта воды в нижнем бьефе, работа сооружения неполным фронтом) эти устройства не обеспечивают в достаточной степени эффективного гашения энергии потока, вследствие чего появляются размывы за сооружениями и требуются дополнительные эксплуатационные расходы. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является гаситель энергии водного потока, в котором энергогасящие шашки, установленные поперечными рядами на водобое, выполнены с уменьшающимися линейными размерами в плане от первого к последнему ряду и изменяющейся высотой (высота гасителя увеличивается от первого ряда к третьему и уменьшается от третьего ряда к последнему) (Патент РФ 2016164, кл. Е 02 В 8/06,1994). Кроме этого, шашки снабжены трубами для подачи под давлением воздуха или водовоздушной смеси. Водный поток, набегая на шашки первого ряда, частично теряет энергию за счет торможения,изменения направления и диссипации. При этом у дна геометрические размеры вихрей не превышают геометрических размеров энергогасящих элементов. Шашки второго и третьего рядов оказывают аналогичное воздействие на поток на большем расстоянии от дна водобоя за счет увеличения собственной высоты. Шашки 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, не создавая заметных сопротивлений потоку, обеспечивает смещение 2 энергетической плотности пульсаций в область более высоких частот, разрушая вихри крупных геометрических размеров,проходящих над поверхностью шашек, на более мелкие. Недостатком прототипа является размещение шашек на водобое без учета природы вихрей,образующихся при их обтекании, и механизма их взаимодействия. Этот недостаток приводит к тому,что не достигается синфазность во взаимодействии вихрей за шашками, т.е. срывающиеся с шашек вихри могут не успевать полностью сформироваться. Такой процесс вихреобразования будет сопровождаться небольшим энергопотреблением потока. Задачей настоящего изобретения является разработка конструкции шашечного гасителя энергии водного потока,обеспечивающего повышение эффективности гашения избыточной энергии потока в нижнем бьефе, снижение капитальных и эксплуатационных затрат за счет использования механизма взаимодействия вихрей,образующихся за шашками при их обтекании потоком. Техническим результатом настоящего изобретения является устранение или уменьшение размывов русла, что приводит к снижению эксплуатационных расходов уменьшение длины крепления нижнего бьефа - рисбермы повышение отметки водобоя, что влечет уменьшение объема земляных работ и стоимости сооружения в целом. Поставленная задача решается тем, что в шашечном гасителе энергии водного потока,представляющем собой несколько рядов одинаковых призматических шашек квадратного поперечного сечения, установленных на водобое поперечными рядами,которые,согласно изобретению, размещены по коридорной схеме с междурядным шагом, равным утроенной ширине шашки, и с шагом между шашками одного ряда,равным е ширине. На фиг.1 изображен общий вид шашечного гасителя энергии водного потока на фиг.2 - вид в плане. Шашечный гаситель энергии водного потока включает в себя несколько рядов одинаковых призматических шашек 1, квадратного поперечного сечения, установленных на водобое 2 по коридорной схеме. Расстояние между шашками одного ряда (поперек потока) принимается равным ширине шашки 0,где- ширина шашки. Расстояние между рядами шашек (вдоль потока) должно соответствовать режиму одновременного вихреобразования. Т.к. при обтекании преград призматической формы образуются несимметричные вихри, то возможно достижение полупериодного и периодного режимов одновременного вихреобразования,соответствующих междурядному расстоянию 3 и 6. Для уменьшения длины водобоя шашки располагаем с междурядным расстоянием, 25116 соответствующим полупериодному режиму одновременного вихреобразования 2-13,где 1- расстояние от сжатого сечения до первого ряда шашек 2-расстояние от сжатого сечения до второго ряда шашек. Все приведенные выше зависимости получены экспериментальным путем. Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает,что заявляемое устройство отличается от известного шагами размещения призматических шашек в продольном и поперечном направлениях к потоку,соответствующих наибольшему взаимодействию вихрей, образующихся при их обтекании. Шашечный гаситель энергии водного потока работает следующим образом. При обтекании потоком шашек призматической формы за каждым из них происходит образование и срыв вихрей 3, которые поочередно возникают и срываются то с одной боковой стороны шашки, то с другой. Образовавшиеся вихри, встречаясь с потоком жидкости, турбулизируют его, уменьшая величину его кинетической энергии. Отрывное вихревое течение оказывает воздействие не только на поведение потока жидкости, но и на процесс формирования вихрей. В начальный момент движения потока вихри,возникающие на предыдущих шашках, срывают вихри с последующих шашек, сдвигая время начала их формирования. Постоянство временного сдвига достигается фиксированным расстоянием между рядами шашек. Синфазный режим, т.е. режим одновременного образования вихрей, когда временной сдвиг равен 1,возникает при расположении шашек по потоку с шагом равным утроенной ширине шашки. В этом случае моменты образования и срыва вихрей за шашками совпадают, что приводит к увеличению мощности образующихся вихрей и сопровождается повышенным энергопотреблением, соответственно избыточная энергия потока уменьшается. Нарушение синфазного режима приводит к снижению сопротивления и неэффективному гашению энергии. Преимуществами предложенного технического решения по сравнению с прототипом являются-достижение синфазного режима взаимодействия вихрей-повышение отметки водобоя дополнительно на 2025-снижение капитальных затрат по водобою и рисберме, а также эксплуатационных затрат на ежегодные ремонты. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Шашечный гаситель энергии водного потока,включающий несколько рядов одинаковых шашек призматической формы квадратного поперечного сечения, установленных поперечными рядами на водобое, отличающийся тем, что шашки размещены по коридорной схеме и междурядное расстояние между шашками равно утроенной их ширине, а расстояние между шашками одного ряда