RU2551992C1

RU2551992C1 - Energy dissipator for open canals

Info

Publication number: RU2551992C1
Application number: RU2014110303/13A
Authority: RU
Inventors: Михаил Иванович Голубенко
Original assignee: Михаил Иванович Голубенко
Priority date: 2014-03-18
Filing date: 2014-03-18
Publication date: 2015-06-10

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: vertical longitudinal flow directing element 4 in the form of supporting pier with radome 7 in the lower part is installed in steep canal 1 with the revetment walls and bottom between the longitudinal walls 5 and 6. The length of the flow directing element 4 is larger than the length of vertical walls 5 and 6. The radome 7 is oriented along the axis of transit canal and divides it into two canals with equal input cross-sections. The end portion of the radome has convex shape. Lateral walls of the canal are made with annular stilling pools 12, 13. Flat vertical gate 8 and 9, which is the regulating device for annular chamber 12 and 13 designed in the form of knee-shaped turn to at least 180° relative to the initial portion, fixed to the wall of steep canal 1, is pivotally attached to the lower ends of the end longitudinal walls 5 and 6. The height of walls 5, 6 and 4 is equal to the height of canal 1 walls. Pivotally flat vertical gates 14 and 15 oriented along the transit canal at an angle of 25-35° to the walls of canal 1 are fixed additionally opposite the radome 7 from side of the convex outer form to the walls of steep canal 1.

EFFECT: water level pressure boosting is reduced in front of the separation walls, which improves the reliability of the device operation.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для гашения энергии потока воды для открытых каналов.The invention relates to hydraulic engineering and can be used to quench the energy of a water stream for open channels.

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).A device for damping rolling waves in an open channel, comprising a quick-flow channel with lined walls and a bottom, a wave suppressor located in the fast-flow channel, is also equipped with a grating made in the form of an axis with rods attached to it, mounted for rotation in front of the lifts on the sides channel across it, and the rods are placed opposite the flexible rods of the elevators (Copyright certificate SU No. 1413186, class. EB 8В 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.The disadvantage of this device is that the lattice rods, afloat in the high-speed flow, absorb only part of the energy on the surface, which consists in mixing the volume of the wave (crest), i.e. there is an incomplete quenching of the kinetic energy of the flow along the filling depth in the channel; accordingly, there is no mixing of the entire flow. All this negatively affects the flow from the end of the gratings to the regulatory structures (outlets, water dividers, transitional sections of high-speed currents). In addition, the design of the lattice and tape when running violent flow during their free navigation experiences great dynamic loads from sticking long fibrous objects onto the lattice rods.

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).A device for damping rolling waves is also known, comprising a quick-flow channel with lined walls and a bottom and a wave suppressor located in the fast-flow channel, the latter is made in the form of two vertical walls installed parallel to the walls of the quick-flow channel, and at the input section of the wave-suppressor it is confuser at an angle of one to the other, less than or equal to 12 °, while below the waveguard, the fast-flow channel is made at least 6.5b long, where b is the width of the fast-flow channel (Copyright certificate SU No. 1821518, class ЕВВ 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.The disadvantage of this device is that a one-sided change in flow is mainly in the center of the channel, which reduces the efficiency of energy quenching in the channel expansion section and does not exclude the possibility of a new wave at the end of the vertical walls. Therefore, the separation walls have a fairly long section inside the channel. All this as a whole causes water back up at the beginning of the dividing walls, the water level rises, and the construction side walls of the channel will need to be increased in the area of the upper ends of the dividing walls. In addition, the overflow of the upper layers of the flow towards the side walls of the rapid flow channel does not provide mutual damping of the entire flow, which affects the regulatory structures corresponding to the distance from the end of the partitions. Therefore, a complex hydraulic calculation is required along the length of the damping section, which depends on the formation of the formation of new waves when the filling of water in the rapid flow channel changes.

Целью изобретения является повышение надежности работы за счет уменьшения подпора уровня воды перед разделительными стенками.The aim of the invention is to increase the reliability by reducing the backwater level in front of the dividing walls.

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.This goal is achieved by the fact that in the flow energy absorber for open channels, including the fast-flow channel and the wave suppressor, made in the form of vertical walls installed parallel to the walls of the fast-flow channel, a vertical longitudinal flow-forming element is made between the vertical walls in the form of a bull of a greater length of vertical walls, which are equal in height with the walls of the channel, and with a fairing in the lower part, dividing into two arms with equal input cross-sections, located relative to the end sections astck vertical walls, and the wall of the flow-forming element along the channel axis is made with an equal height of the channel, while the side walls of the channel are made with an annular blanking chamber, and the lower end of the vertical walls is equipped with a flat vertical shutter pivotally attached to the end of the vertical wall located diametrically opposite to the free gap between the guide element, while the end portion of the fairing has a convex shape, and the side walls of the channel are additionally provided with flat vertical shutters in the form of protrusions-limiters facing the fairing.

Кроме того, выступы-ограничители устанавливают на оси с возможностью поворота, обеспечивая струенаправляющую систему в сторону движения потока.In addition, the protrusions limiters are mounted on the axis with the possibility of rotation, providing a directional system in the direction of flow.

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.Based on the interconnection and interdependence of the main elements of the device, the incoming stream is divided by a bull-shaped flow guide element installed between vertical walls whose height is equal to the height of the channel walls, while the flow guide element also has a height equal to the height of the channel walls, and with a fairing in the lower part, dividing into two sleeves with equal input cross-sections. One part of the flow is directed without narrowing towards the fairing, and the other part of the flow is directed by the side walls into the gap between the annular chambers. At the same time, flows directed by the side walls of the fairing interact with the flow exiting the annular chambers. In this case, the opening of the flat vertical shutter is set so as to reduce the upstream pressure between the wall of the quick-flow channel and the vertical wall, so that by the time water is discharged from the annular chamber, the swirling flow can be connected to the flow passing between the flowing element. As a result, reliability is achieved, increasing the efficiency of quenching excess flow energy. This can significantly increase the throughput of high-speed channels with an over-drift flow regime without increasing the building height margin, on the other hand, the discharge stream due to flow around the convex side of the fairing from the transit part of the high-speed channel is limited by protrusions-limiters in the form of flat vertical gates mounted on the axis rotation, fixed to the channel wall, with the possibility of rotation, providing a stream-guiding system, i.e. the flow is directed along the center of the rapid flow channel and is aligned along its length already with the quenched initial velocity to the next section. The stationary motion of the flow to a large extent allows for water intake from the fast-flow channels and completely eliminates the impact of the wave on the water intake structure. Thus, before the water intake, the conditions are as close as possible to uniform.

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.Thus, the device makes it possible to extinguish the main energy in a short section of the water flow, there is no backwater in the upstream, while restoring the parallel-jet movement along the length of the rapid flow channel, i.e. steady state along the length of the channel, using flow control systems as a whole.

Практическая работоспособность предлагаемого гасителя для открытых каналов очевидна и он вписывается в технологию ирригационного оборудования.The practical operability of the proposed damper for open channels is obvious and it fits into the technology of irrigation equipment.

На фиг.1 изображен гаситель энергии потока для открытых каналов, вид сверху; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.Figure 1 shows a flow energy absorber for open channels, a top view; figure 2 is a section aa in figure 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.In the fast-flow channel 1 with lined walls 2 and with a flat bottom 3, a flow-guiding element 4 is installed in the form of a bull with a length greater than the length of walls 5 and 6, with a fairing 7 in the lower part. A flat vertical shutter 8 and 9 with rotation axes 10 and 11 is pivotally attached to the lower ends of the end longitudinal walls 5 and 6, which is a control device for the annular chamber 12 and 13, i.e. with a knee-like turn of at least 180 ° with respect to the initial section, fixed to the wall of the quick-flow channel 1. Behind the outer wall of the fairing 7, an additional flow control system is arranged in the form of flat vertical shutters 14 and 15 with axes 16 and 17 rotations installed opposite the fairing 7 from the convex external side, oriented along the transit channel and at an angle of 25-35 degrees to the walls 2 of the channel 1 with the possibility of covering or opening the shutter 14 and 15, and the light 18 and 19, fairing 7, which in turn is a booster device. Service bridge 20 is used to service the shutters 8 and 9.

Гаситель энергии потока для открытых каналов работает следующим образом.The flow energy absorber for open channels operates as follows.

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.The water stream entering the channel 1 with the flow-guiding element 4 in the form of a bull and the walls 5 and 6 is divided into four streams. Lateral flows at the first stage fall on flat vertical shutters 8 and 9 with axes 10 and 11 of rotation, and at the same time the flow moves through the gaps into the annular chamber 12 and 13 in the form of a knee-like turn of at least 180 °. Vortex circulation is formed within the annular chamber 12 and 13, which prevents the axial movement of the flow. As a result of the second stage, after complete quenching, the divided stream enters the side of the middle part of the channel, which is divided into two streams by the directing element 4 with a fairing 7, which with equal input cross sections passes the stream into the transit channel. The middle and lateral flows, meeting together, are then directed by a common stream to the walls of the fairing 7, as a result of which, through the gaps 18 and 19, the flows, deflected by flat gates 14 and 15, merge into the common stream of channel 1. This contributes to the conditions of maximum approximation to a uniform cross-section of the transit channel.

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.When moving the shutters 8, 9, 14, 15 periodically during operation, the gaps between the main elements of the structure are adjusted by rotation around the axes 10, 11, 16, 17 by the actuator, providing unhindered passage of large sediment costs and additionally protecting channel 1 from sediment blockage.

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.Thus, based on the interconnection and interdependence of the absorber for open channels, due to the sequential action, the flow is almost as close to uniform as possible in the integrated technological cycle of tasks to optimally improve the reliability of the fast-flow channel.

Claims

1. A flow energy absorber for open channels, including a quick-flow channel with lined walls and a bottom and a wave suppressor made in the form of vertical walls installed parallel to the walls of the quick-flow channel, characterized in that in order to increase the reliability of operation by reducing the backwater level before the dividing walls between the vertical walls made a vertical longitudinal flow-guiding element in the form of a bull longer than the length of the vertical walls, which are equal in height to the walls of the channel, with a fairing in the lower part, dividing into two sleeves with equal input cross-sections, located relative to the end sections of the vertical walls, the wall of the flow guide element along the channel axis being made with an equal channel height, while the side walls of the channel are made with annular blanking chambers, and the lower end of the vertical the walls is equipped with a flat vertical shutter pivotally attached to the end of the vertical wall, located diametrically opposite to the free gap between the flow guide m member, wherein the end portion of the shroud has a convex shape, and the side walls of the channel are further provided with vertical planar closures in the form of projections limiter facing the fairing.

2. The energy absorber according to claim 1, characterized in that the protrusion limiters are mounted on the axis with the possibility of rotation, providing a directional system in the direction of flow.