Способ гашения энергии поверхностной части речного потока

Способ гашения энергии поверхностной части речного потока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ГАШЕНИЯ ЭНЕРГИИ ПОВЕРХНОСТНОЙ ЧАСТИ РЕЧНОГО ПОТОКА, заключающийся в перемещении в толще потока без соприкосновения с поверхностью и дном твердого тела, установленного поперек потока, отличающийся тем, что, с целью уменьшения энергетических затрат и снижения ударных нагрузок на тело и привод, твердое тело,приводят во вращательные колебания относительно постоянного центра давления со скоростью кормовой точки не менее 0,281 скорости речного потока. Фиг.1

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУВЛИК

«е аи.

З(511 Е 02 В 8/08, E 02 В 8/02 llew

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ и АВ ГОРСКОМУ С9ИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕ П-"НИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 35?4260/29- 15 (22) 08.04.83 (46) 15. 08.84. Бюл. Ф 30 (72) А.Г. Поздеев (71) Марийский ордена Дружбы Народов политехнический институт им. A.È. Горького (53) 627. 13(088.8) (56) 1. Донской М.П. и др. Водный транспорт леса. М., Госстройиздат, 1973, с. 213-2 15.

2. Авторское свидетельство СССР

N 891833, кл Е 02 В 8/08, 1979. (54) (57) СПОСОБ ГАШЕНИЯ ЭНЕРГИИ

ПОВЕРХНОСТНОЙ ЧАСТИ РЕЧНОГО ПОТОКА, заключающийся в перемещении в толще потока без соприкосновения с поверхностью и дном твердого тела, установ" ленного поперек потока, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью уменьшения энергетических затрат и снижения ударных нагрузок на тело и привод, твердое тело. приводят во вращательные колебания относительно постоянного центра давления со скоростью кормовой точки не менее

0,281 скорости речного потока.

1108163

20

Изобретение относится к гидротехническому строительству, в частности к способам гашения энергии потока при лесосплаве.

Известен способ гашения энергии поверхностной части речного потока, заключающийся в воздействии на поток подвижного твердого тела, установленного под поверхностью воды поперек русла (1 g.

Известен способ гашения энергии поверхностной части речного потока, заключающийся в перемещении в толще потока без соприкосновения с поверхностью и дном твердого тела, уста-15 новленного поперек потока (2 1.

Недостатком данных способов является необходимость приложения значительных усилий к твердому телу для его перемещения.

Большое значение силы сопротивления жидкости перемещению тела вызывает затраты большой мощности. Кроме того, при высоких скоростях перемещения тела в крайних точках ампли- 25 туды колебаний при смене направления

- движения развиваются большие ускорения и высокие ударные нагрузки на тело и приводные устройства.

Цель изобретения — уменьшение энер-З0 гетических затрат и снижение ударных нагрузок на тело и привод.

Поставленная цель достигается тем, что твердое тело приводит во вращательные колебания относительно постоянного центра давления со скоростью кормовой точки не менее 0,281 скорости речного потока.

На фиг. 1 изображена схема способа гашения энергии поверхностной час- 40 ти речного потока, на фиг. 2 — пример конкретного осуществления предлагаемого способа.

На речной поток 1 воздействуют с помощью твердого тела, выполненного 45 в виде пластины 2, установленной под поверхностью воды.

На поверхности 3 речного потока 1 находится сплавляемая единица 4. В речной поток, движу щийся со скоростью

Ч, на глубину осадки а транспортной единицы 4, под свободную поверхность 3 помещается пластина 2 шириной в плане В, имеющая постоянный центр давления А и кормовую точку

Ь . Пластину закрепляют в точке А шарнирно и приводят во вращательное колебание с угловой скоростью Я

При этом кормовая точка Ь описывает дугу ВВ окружности так, что проекf ция хор„ы 8 на вертикаль равна h.

Величина цирКуляции скорости Г для тела в виде плоской пластины 2 шириной, находящейся в поступательном движении со скоростью Ч о в постоянном центре давления и, одновременно, во вращательном движении с угловой скоростью Я имеет значение

В случае симметричного профиля постоянный центр давления лежит приблизительно на 1/4 расстояния от передней кромки °

При совершении плоской пластиной

2 вращательных колебаний, циркуляции скорости при взмахе вверх и вниз равны соответственно

Г = 34Я Г =- — Я г 12 и 4 в О Ф н где Я и Ян — угловые скорости при взмахе вверх и вниз.

При взмахах крыла происходит увеличение завихренности вокруг него и формирование пограничного слоя. В крайних положениях амплитуды колебания кормовой точки пластины 2, обозначенных В и В, происходит резкое изменение условий обтекания (останов- ка, изменение направления движения), что приводит к распаду пограничного слоя. Пограничный слой срывается в поток и Йворачивается в вихрь. При периодическом движении в поток в верхней В и нижней В точках от пластины 2 отделяются вихри с напряженностью

Г=-(Г Г )=3(— (Ян Я8) — Ь где у — интенсивность вихря, соиед0

mего с пластины в верхней точке б; у„ — интенсивность вихря, сошедmего c пластины в нижней точке В; циркуляция скорости вокруг пластины при движении кор— мовой точки В против часовой стрелки, Г„ — то же, по часовой стрелке.

1108163 откуда

5

Поскольку jb/ bj2 есть величина положительная, то при BblIIoslèåíèè условия

1 71

U = t5 нием

88 = U — = — Ь ЯТ

Т 3

В 2 В угол взмйьв 2 = Ь то расстояние между

-ь М = V- Я1Ь вЂ” —

4Е Р Я.

При равенстве угловых скоростей взмаха вверх и вниз Я = Я Я и

S u абсолютная величина завихренности в верхнем и нижнем рядах дорожки рав-Ь

2 на (ув = /у„ /= у, поэтому y = JI — Я.

Вихри, отходящие один за другйм в верхней и нижней 8 ° точках амплитуды при колебаниях пластины, образуют дорожку аналогичную дорожке Кармана, но с обратным направлением вращения вихрей.

Иэ теории дорожек известно, что скорость U сообщаемая всеми вихрями каждому из вихрей той же дорожки . вдали от пластины 2 равна где расстояние между вихрями 9 в верхнем и нижнем рядах дорожки связано с периодом взмаха Т соотношеЗЬ 1 т е /y.ц 1Т Ч+ е 0

Поскольку скорость кормовой точки, при закреплении шарнира на расстоянии от передней кромки равном 1/4 в, равна 1 / gg длина дуги

В 4 рядами вихрей в дорожки (при симметричном положении точки А между рядами вихрей) 3RT

Q = g Ь 51 О(= 1, ь Ь э! п—

1Ь

Откуда следует для периода взмахов соотношение

Т = —

При отношении t In = 3,576 это даст Т =1И.

Отношение b/n = 3,576 для случая устойчивой дорожки, для которой

0,281, можно переписать в виде Ь/Е = 1,00. Используя полученные равенства, получаем

50 устойчивости h/8, получим

Ы? ч ч е 0 281, ! . Ч

Наибольшая скорость в случае работы крыла по предлагаемому способу достигается на кормовой точке тела и имеет значение Ч в два раза мень6 ше по сравнению со скоростью подъема и опускания тела по известному способу. При квадратной зависимости силы давления жидкости от скорости в данном случае требуется приложить к телу в четыре раза меньшую силу для получения вихревой дорожки того же типа. Поскольку мощность привода пропорциональна первой степени скорости и силе, то в предлагаемом способе мощность привода может быть снижена в восемь раз по сравнению с извесгным.

Уменьшение скорости на приведение тела в движение означает, что в крайних точках амплитуды колебания 5 и В при смене направления движения происходит уменьшение разности скоростей, которая в данном случае уже равна не 1, 124, как в прототипе, а только величине 0,562 V . Импульс ударной силь., пропорциональный квадрату скорости, соответственно, тоже уменьшается. Это приводит к снижению ударных нагрузок на тело, шарнирное закрепление и привод.

Использование предлагаемого способа позволяет увеличить длину зоны пониженных поверхностных скоростей за счет самосрхранения вихревых дорожек. Образование в придонной части индуцированных скоростей, направленных против основного потока, приводит к снижению придонных скоростей, а не к их увеличению как в прототипе.

Это уменьшает опасность размыва дна русла реки и, следовательно, улучшает условия охраны окружающей среды.

Изменение угловой скорости вращательных колебаний пластины-гасителя 2 позволяет менять характеристики формируемых дорожек и, тем самым, менять степень гашения скорости потока. Возникает возможность гибкого регулирования скорости потока в зависимости от технологических потребностей лесосплавного производства.

1108163

Составитель Б.Поспелов

Техред Ж. Кастелевич Корректор А.Фоври

Редактор Н.Воловик

Тираж 644 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 5844/21

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4