Гасители энергии

Если глубина нижнего бьефа недостаточна для затопления прыжка (), ее увеличивают устройством во­добойного колодца, водобойной стенки, устанавливают на водобое, гасители энергии или используют комбинацию указанных средств.

Гасители в виде установленных на водобое препятствий оказы­вают на поток воздействие реактивное, диссипативное и распреде­лительное.

В результате реактивного действия гасителей можно достичь затопления прыжка при глубине , что позволяет избежать устройства водобойного колодца или уменьшить его глубину.

Влияние реакции R гасителей на глубину видно из уравнения изменения количества движения (уравнения прыжка), составлен­ного для отсека 1-1, 2-2 нижнего бьефа (рис. 2.23).

При отсутствии гасителей

 
         (2.44)

или то же, но в виде равенства значений прыжковой функции

              (2.44а)

 
При наличии гасителей

        (2.45)

Где ; R- реакция гасителя; - удельный вес воды; b - ширина водобоя, на которую приходится один гаситель.

Рис. 2.23 Изменение глубины на водобое за счет реактивного действия гасителей

 
Из уравнения (2.44) и рис. 2.23 видно, что с увеличением  происходит уменьшение от до  , чему отвечает умень­шение второй сопряженной глубины на с до , т. е. пры­жок будет затоплен при глубине нижнего бьефа , и, следо­вательно, водобой может быть повышен на разность глубин .

Реакция гасителя определяется по формуле (2.1). Эта формула применительно к гасителям имеет переменное значение Сх, завися­щее от положения гасителя относительно сжатого сечения и от отношения глубин , Обычно первый ряд гасителей располагают на расстоянии от сжатого сечения, равном примерно .

Диссипативная роль гасителей характеризуется интенсивностью рассеивания той части энергии, которая определяется пульсацией скоростей. При равной реактивной способности двух гасителей большей диссипативной способностью обладает тот, который раз­бивает поток на более мелкие струи, вызывая их интенсивное пере­вешивание. Два и более рядов шашек обеспечивают большее сни­жение пульсационной энергии, чем один такой же реактивной спо­собностью.

Распределительная роль гасителей выражается в переформиро­вании эпюры осредненных скоростей потока в плане и по глубине, выравнивании удельных расходов по ширине русла, отклонении потока при необходимости к какому-либо берегу. С этой целью применяют гасители-растекатели.

Наиболее распространенным типом гасителей являются шашки и пирсы, представляющие собой выступы на водобое (рис. 2.24, а, б). У шашек высота меньше ширины или длины их, у пирсов - больше. Располагаются такие гасители в один - три ряда в шах­матном порядке.

Рис. 2.24 Типы гасителей

Форма гасителей весьма разнообразна.

Ряд из шашек или пирсов образует прорезную стенку. Стенка, прорезанная не на всю высоту, называется зубчатой (рис. 2.24, в). Зубья расщепляют поток в плане и направляют часть потока к по­верхности. Стенка без прорезей называется водобойной.

Для равномерного распределения потока по ширине или для изменения его направления служат растекатели (в виде располо­женных под углом к потоку пирсов, рис. 2.24, г) и пороги (стенки) - растекатели (2.24, д, е). Находит применение комбинация стенки с гасителями в виде шашек (рис. 2.24, ж). Гашение энергии при комбинации стенки и гасителей более эффективно, чем стенка или гасители в отдельности, и одновременно за счет некоторого подпора, который создает стенка, увеличивается кавитационная стой­кость гасителей.

Помимо рассмотренных видов гасителей применяют так назы­ваемые носки-расщепители, которые устанавливают в конце слив­ной грани водослива (рис. 2.24, з). Известны примеры гашения энергии устройством водобоя повышенной шероховатости: плита водобоя покрывается невысокими шашками (рис. 2.24, и), прямо­линейно или зигзагообразно.

Эффективное гашение обеспечивает водобойный колодец с клиновидными прорезями (рис. 2.24, к).

Тип, форма, размеры, число гасителей разнообразны и они под­бираются в лаборатории или принимаются по аналогии с уже вы­полненными гасителями в натуре. Накопленные лабораторные дан­ные для некоторых типов гасителей позволяют оценить их реактив­ное действие расчетным путем.

Подверженность гасителей кавитационной эрозии ограничивает возможность их применения при больших скоростях: допустимое превышение Т-уровня верхнего бьефа над плитой водобоя состав­ляет при  не более 40-45 м. При большем превышении Т - уровня бьефа над водобоем гасители во избежание их разрушения кавитацией должны быть затоплены, но большее затопление гасителей уменьшает их реактивное действие.