Способ гашения волн в жидкости и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к гидротехнике , а именно к гашению волн, преимущественно внутренних, в жидкостях . Цель изобретения - повьшение эффективности гашения внутренних волн путем преобразования их частот. В бассейне 2 установлен корпус 5 с направляющими 4, в которых размещены стержни 3 с жесткими перегородками 1, образующими стенку, отражающую волны. Каждая перегородка 1 снабжена датчиками 7 волнового давления , установленными на лобовой поверхности 6 перегородок 1, электроприводом с датчиком 8 смещения и управляющими блоками, которые соединены с генератором 27 управляющих сигналов. Перегородки 1 периодичес- .ки с частотой, превышающей удвоена (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (И) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3851702/29-15 (22) 28. 01. 85 (46) 07.01.87. Бюл. N - 1 (71) Институт прикладной физики

АН СССР (72) В.В. Арабаджи (53) 627.2(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 845041, кл. С 01 М 10/00, 1979.

Авторское свидетельство СССР

Ф 586351, кл. G 01 М 10/00, 1976. (54) СПОСОБ ГАШЕНИЯ ВОЛН В ЖИДКОСТИ

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к гидротехнике, а именно к гашению волн,. преимущественно внутренних, в жидцп 4 Е 02 В 3/06, G 01 М 10/00 костях. Цель изобретения — повышение эффективности гашения внутренних волн путем преобразования их частот.

В бассейне 2 установлен корпус 5 с направляющими 4, в которых размещены стержни 3 с жесткими перегородками 1, образующими стенку, отражающую волны. Каждая перегородка 1 снабжена датчиками 7 волнового давления, установленными на лобовой поверхности 6 перегородок 1, электроприводом с датчиком 8 смещения и управляющими блоками, которые соединены с генератором 27 управляющих сигналов. Перегородки 1 периодичес.ки с частотой, превышающей удвоен1281б19 ную частоту Вяйсяля, перемещают вдоль направления распространения подающей волны, при этом каждую перегородку сначала перемещают по направлению движения волны со скоИзобретение относится к гидротехнике, а именно к гашению волн, преимущественно внутренних, в жидкостях.

Цель изобретения — повышение эффективности гашения внтуренних волн путем преобразования их частот.

На фиг ° 1 изображено устройство для гашения волн (элементы и блоки, установленные внутри корпуса не показаны), вертикальный разрез; на фиг. 2 — одна из перегородок, образующих отражающую стенку с необходимыми элементами и блоками; на фиг.3 блок-схема управляющего блока.

Устройство состоит из жесткой отражающей стенки, выполненной из расположенных одна над другой плоских перегородок 1, установленных в стратифицированном бассейне 2 и имеющих стержни 3, размещенные с возможностью продольного перемещения по горизонтальным направляющим 4, укрепленным в корпусе 5. Горизонтальные направляющие 4 могут быть выполнены, например, в виде металлических пластин, между которыми в горизонтальном направлении могут перемещаться стержни 3. В другом варианте исполнения направляющие 4 могут быть выполнены в виде труб, внутренний диаметр которых определяется диаметром стержней 3, прикрепленных к перего родкам 1. Возможны варианты конструкции, в которой и горизонтальным направляющим 4 могут перемещаться непосредственно сами перегородки 1.

В варианте, изображенном на фиг. 1 перегородки 1 в продольном сечении имеют П-образную форму, это целесообразно, так как обеспечивает условия непроницаемости отражающей стенки для падающей волны. Величина зазора между соседними перегородкаростью, обеспечивающей отсутствие волнового давления на нее, а затем скачкообразно возвращают на полови, ну пройденного расстояния. 2 с.л. ф-лы, 3 ил. ми 1 определяется с одной стороны условием непроницаемости отражающей стенки, а с другой стороны— необходимостью свободного перемеще5 ния перегородок 1 по горизонтальным направляющим 4. Число N перегородок 1 определяется числом N мод в падающей внутренней волне и связано с ним соотношением N>N„. Площадь отражающей поверхности стенки определяется толщиной пикноклина. Для обеспечения оптимального гашения внутренней волны целесообразно пере15 крыть падающую волну на всех глубинах (фиг. 1, отражающая стенка перекрывает падающую волну по всей глубине бассейна 2)

На лобовых поверхностях 6 перего20 родок 1, обращенных к падающей волне, укреплены датчики 7 волнового давления. В качестве последних могут быть использованы, например, механотронные преобразователи.

Каждая перегородка 1 (фиг. 2) снабжена также датчиком 8 смещения, реверсивным приводом — электроприводом 9, и управляющим блоком 10.

Б варианте, изображенном на фиг. 1, в качестве датчика смещения использован потенциометр. Подвижный контакт потенциометра кинематически связан с перегородкой 1, которая кинематически, например с ломо35 щью зубчатой передачи, связана с валом (не показан) электролривода 9.

Последний установлен на горизонтальных направляющих 4. В других вариантах исполнения реверсивные электро40 приводы 9 могут быть расположены вне корпуса 5 устройства, в частности установлены за пределами бассейна 2.

Неподвижные контакты потенциометра— датчика 8 смещения, подключены к ис45- точнику питания (не показан). Датчик

1281619

7 и подвижный контакт датчика 8 смещения электрически связаны соответственно с входами 11 и 12 блока

10 управления.

Каждый блок 10 управления включает в себя сумматор 13, первый вход которого является входом 12 блока 10.

Второй вход сумматора 13 подключен . к выходу дифференциального усилителя 14. Выход сумматора 13 соединен с первым сигнальным входом 15 двухпозиционного переключателя 16 и входом низкочастотного фильтра 17, частота среза Q которого равна максимальной частоте Вяйсяля (я,=и ), Выход фильтра 17 соединен с сигнальным входом запоминающего элемента

18 и через элемент 19 задержки (время задержки Т-С, где Т =

2 и 20 — — — время возврата перегородI ки; И вЂ” частота управляющих импульсов) с сигнальным входом запоминающего элемента 20. Элементы 18 и 20 могут быть выполнены, например, на емкостях с малой утечкой. Выходы элементов 18 и 20 подключены, соответственно к инвертирующему и неинвертирующему входам дифференциального усилителя 14. (Коэффициент усиления усилителя 14 определяется коэффициентом передачи элементов

i3, 17-20. В частном случае, когда эти элементы имеют единичные коэффициенты передачи, коэффициент уси- 35 ления дифференциального усилителя 14 равен 1/2). Вход 11 блока 10 является сигнальным входом 21 переключателя 16, выход 22 которого является также выходом блока 10. Выход 22 подклю-40 чен к клеммам (не показаны) реверсивного электропривода 9. Управляющие входы элементов 18 и 20 подключены к управляющему входу 23 блока 10, а управляющий вход переключателя

16 — к управляющему входу 24 блока

10. Управляющие входы 23 и 24 подключены соответственно к выходам 25 и

26 генератора 27 управляющих сигналов.

Частота у управляющих импульсов генератора 27 определяется из соотношения у )2ы . Длительность импульв сов на выходе 26 генератора 27 определяется вРеменем ь возврата перегородок 2 и связана с частотой Я соот2

Л ношением <(< †; . Время ь определяется быстродействием электропривода

9, Импульсы на выходе 25 генератора

27 синхронизированы с передними фронтами импульсов на выходе 26, а их длительность определяется временем срабатывания запоминающих элементов 18 и 20 управляющего блока 10.

Продольный размер D устройства (размер в направлении распространения падающей волны) определяется продольным размером d корпуса 5 и амплитудой A„ 1(D=

=d+AÄ). Амплитуда же смещения перегородок 1 определяется амплитудой

А падающей волны (A„=A). Для обеспечейия максимального использования рабочего объема бассейна 2 целесообразно устанавливать устройство непосредственно около стенок бассейна 2 (фиг. 1).

С помощью предлагаемого устройства способ реализуют следующим образом.

Гашение внутренней волны частотой у осуществляют, преобразуя ее волны с частотами Я+nu периодически с частотой у изменяя положение в пространстве отражающей поверхности, образованной перегородками 1. Перегородки 1 периодически с частотой, превышающей удвоенную частоту Вяйсяля, перемещают вдоль направления падающей волны, при этом каждую перегородку 1 сначала перемещают со скоростью, обеспечивающей отсутствие волнового давления иа нее, а затем скачкообразно возвращают перегородку на половину пройденного расстояния.

Для этого с выхода 26 генератора 27 подают сигнал на входы 23 управляющих блоков 10 подключая тем самым датчики 7 волнового давления через входы 21 переключателей 16 к клеммам реверсивных электроприводов 9 ° При этом цепи 7-10-9-2-7 образуют следящие системы, каждая из которых стремится минимизировать волновое давление на соответствующую перегородку 1 ° При увеличении давления на перегородки 1 сигнал датчиков 7 давления вызывает вращение валов электроприводов 9, приводящее к перемещению перегородок 1 либо навстречу падающей волне, либо от нее (в зависимости от знака волнового давления), так что абсолютное значение волнового давления на перегородки 1 уменьшается (волновое давление — разность между полным давлением жидкости в данной точке и гидростатическим

S 12816 давлением) . Характер движения всех перегородок 1 изменяется одновременно, а величина их смещения обусловлена распределением горизонтальных смещений частиц жидкости по глубине

I в падающей волне. При этом волновое давление р жидкости на отражающую поверхность много меньше давления P в падающей волне р c P (для выполнения условия р сс Р целесообразно .испольэовать электроприводы 9 с большим усилением и быстродействием и датчики 7 давления с высокой чувствительностью). В результате указаннйх действий с помощью предлагаемо- 15

ro устройства обеспечивают свободное перемещение отражающей стенки, образованной перегородками 1, под действием падающей волны, формируя отраженную волну, совпадающую по час- Zp тоте, амплитуде и фазе продольной скорости с аналогичными параметрами падающей волны.

Скачкообразное возвращение отра25 жающей поверхности, образованной перегородками 1, обеспечивают следующим образом. В момент окончания первого типа движения по сигналу с выхода 25 генератора 27 управляющий блок 10 фиксирует в запоминающих

30 элементах 18 и 20 с помощью фильтра

17 и элемента 19 сигналы датчика 7, отвечающие координате перегородок 1 в моменты начала и окончания свободного перемещения под действием па- 35 дающей волны. Одновременно управляющий блок 10 с помощью дифференциального усилителя 14 формирует сигнал, поступающий через сумматор

13 и переключатель 1б на привод 9, который возвращает перегородку 1 на .половину расстояния. Цепи 8-10-9-2-8 образуют следящие системы, стремящиеся минимизировать отклонения координат перегородок 1 от их значений в момент окончания свободного перемещения, уменьшенных на половину расстояний, пройденных ими в течение этого типа движения. Возврат на половину расстояния необходим, по-50 скольку при свободном движении амплитуда скорости отражающей поверхности равна удвоенной амплитуде скорости в падающей волне. Время t, свободного перемещения определяет- 55 ся периодом Т и временем скачкообразного возвращения отражающей по верхности: t< =Т-, при этом ь (< Т.

Последнее условие необходимо, так как нужно измерить смещение перегородок 1 практически за полный период Т, чтобы выработать импульсы силы, обеспечивающие возврат каждой из перегородок 1 на половину пройденного ею расстояния. Низкочастотный фильтр 17 с частотой среза и, соответствующей максимальной частоте падающей волны, устраняет паразитное влияние на формирование сигнала с сумматора 13.высокочастотных составляющих скоростей перегородок 1.

При периодическом изменении положения в пространстве отражающей по-, верхности в результате скачкообразных возвращений образуются волны с частотами у п д, где и=О, 1,2,..., и импульсы скорости, сообщаемые отражающей поверхности, образуют периодическую последовательность выборок, которая под действием пикноклина с конечным градиентом плотности, представляющего собой низкочастотный фильтр с частотой среза <да, преобразуется в непрерывную волну, инвертированную по отношению к волне, отраженной от податливой поверхности на частоте Q. Отраженная волна гасится волной, генерируемой последовательностью управляющих импульсов, а волны на комбинационных частотах у+ иы (иф0) в пикноклине с максимальной частотой Вяйсяля а не распространяР ются. формулаизобретения

1. Способ гашения волн в жидкости, включающий размещение жесткой отражающей стенки на пути падающей волны, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности гашения внутренних волн путем преобразования их частот, отражающую стенку выполняют из отдельных расположенных одна над другой перегородок, которые периодически с частотой, превышающей удвоенную частоту Вяйсяля, перемещают по направлению распространения падающей волны, при этом каждую перегородку сначала перемещают со скоростью, обеспечивающей отсутствие волнового давления на нее, а затем скачкообразно возвращают перегородку на половину пройденного расстояния.

2. Устройство для гашения волн в жидкости, содержащее жесткую отра1281619

Составитель А. Сергеев

Редактор И. Дербак Техред В.Кадар Корректор Е, Сирохман

Заказ 7224/22 Тираж 606 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР, по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 жающую стенку, размещенную на пути падающей волны, о т л и ч а ю щ е— е с я тем, что, с целью повышения эффективности гашения внутренних волн путем преобразования их частот, оно снабжено генератором управляющих сигналов, управляющими блоками, реверсивными приводами с датчиками смещения и датчиками волнового давления, а отражающая стенка выполнена из отдельных расположенных одна над другой перегородок, при этом каждая перегородка кинематически соединена с реверсивным приводом, на лобовой поверхности каждой перегородки установлен датчик волнового давления, электрически соединенные че,рез управляющий блок с реверсивным приводом, каждый датчик смещения электрически соединен через блок управления с реверсивным приводом, а вход каждого управляющего блока подключен к генератору управляющих

1 сигналов.