Способ гашения волн в жидкости и устройство для его осуществления Советский патент 1987 года по МПК E02B3/06 G01M10/00 

ную частоту Вяйсяля, перемещают вдоль направления распространения подаюп(ен волны, при этом каждую пе- регородку сначала перемещают по направлению движения волны со скоИзобретение относится к гидротехнике, а именно к гащению волн, преимущественно внутренних, в жидкостях.

Цель изобретения - повышение эффективности гашения вн |Т5 ренних 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.З 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 имею щих стержни 3, размещенные с возможностью продольного перемещения по горизонтальным направляющим 4, укреп ленным в корпусе 5. Горизонтальные направляющие 4 могут быть выполнены, например, в врще металлических пластин, между которыми в горизонтальном направлении могут перемещаться стержни 3. В другом варианте исполнения направляющие 4 могут быть вы- по лнены в виде труб, внутренний диаметр которых определяется диаметром стержней 3, прикрепленных к перегородкам 1. Возможны варианты конструк ции, в которой п- горизонтальным направляющим 4 могут перемещаться непосредственно сами перегородки 1.

Б 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.п. ф-лы, 3 ил.

J5

ми 1 определяется с одной стороны условием непроницаемости отражающей стенки, а с другой стороны - необходимостью свободного перемеще- 5 ния перегородок 1 по горизонтальным направляющим 4. Число N перегородок 1 определяется числом Н„ мод в падающей внутренней волне и связано с ним соотношением . Площадь от- ражающей поверхности стенки определяется толщиной пикноклина. Для обеспечения оптимального гашения внутренней волны целесообразно перекрыть падающую волну на всех глубинах (фиг. 1, отражающая стенка перекрывает падающую волну по всей глубине бассейна 2).

На лобовых поверхностях 6 перегородок 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.

В варианте, изображенном на

30 фиг. 1, в качестве датчика смещения использован потенциометр. Подвижный контакт потенциометра кинематически связан с перегородкой 1, которая кинематически, например с помо35 щью зубчатой передачи, связана с валом (не показан) электропривода 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

20

25

31

7 и подвижный контакт датчика 8 смещения электрически связаны соответственно с входами 11 и 12 блока 10 управления.

Каждый блок 10 управления включа- ет в себя сумматор 13, первьш вход которого является входом 12 блока 10 Второй вход сумматора 13 подключ&н . к выходу дифференциального усилителя 14. Выход сумматора 13 соединен с первым сигнальным входом 15 двух- позиционного переключателя 16 и входом низкочастотного фильтра 17, частота среза C3j, которого равна максимальной частоте Вяйсяля (Wj. Oj) , Выход фильтра 17 соединен с сигнальным входом запоминающего элемента 18 и через элемент 19 задержки (время задержки Т-с, где Т

21Т

--, ; с - время возврата перегородСл)

ки; (О - частота управляющих импульсов) с сигнальным входом запоминающего элемента 20. Элементы 18 и 20 могут быть вьтолнены, 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 коэффихдиентом передачи элементов 13, 17-20. В частном случае, когда эти элементы имеют единичные коэффициенты передачи, коэффициент уси- ления дифференциального усилителя 14 равен 1/2). Вход 11 блока 10 является сигнальным входом 21 переключателя 16, выход 22 которого является таже выходом блока 10. Выход 22 подклю 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 сигнало

Частота со управляющих им.пульсов

генератора 27 определяется из соот- ношения . Длительность импульсов на выходе 26 генератора 27 определяется временем t возврата перегоро- док 2 и связана с частотой со соотношением о , . Время t определяется быстродействием электропривода

194

9. Импульсы на выходе 23 генератора 27 синхронизированы с передними фронтами импульсов на выходе 26, а их длительность определяется временем срабатывания запоминающих элементов 18 и 20 управляющего блока 10

Продольньш размер D устройства (размер в направлении распространения падающей волны) определяется продольным размером d корпуса 5 и амплитудой АГ, смещения перегородок 1 (D d+A|). Амплитуда же смещения перегородок 1 определяется амплитудой А падающей волны (). Для обес- печейия максимального использования рабочего объема бассейна 2 целесообразно устанавливать устройство непосредственно около стенок бассейна 2 (фиг. 1).

С помощью предлагаемого устройства способ реализуют еле дующим-образ ом

Гашение внутренней волны частотой СО осуществляют, преобразуя ее волны с частотами coinQ , периодически с частотой сд изменяя положение в пространстве отражающей поверхности, образованной перегородками 1. Перегородки 1 периодически с частотой, превьшающей удвоенную частоту Вяйсяля, перемещают вдоль направления падающей волны, при этом каждую перегородку 1 сначала перемещают со скоростью, обеспечивающей отсутствие волнового давления на 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

давлением). Характер движения всех перегородок 1 изменяется одновременно, а величина их смещения обусловлена распределением горизонтальных смещений частиц жидкости по глубине в падающей волне. При этом волновое давление р жидкости на отражающую

поверхность много меньше давления Р в падающей волне (для выполнения условия целесообразно ;использовать электроприводы 9 с большим усилением и быстродействием и датчики 7 давления с высокой чувствительностью) . В результате указанных действий с помощью-предлагаемого устройства обеспечивают свободное перемещение отражающей стенки, образованной перегородками 1, под действием падающей волны, формируя отраженную волну, совпадающую по час- тоте, амплитуде и фазе продольной скорости с аналогичными параметрами падающей волны.

Скачкообразное 150звращепие отражающей 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 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- волны. Одновременно управ- лякиций блок 10 с помощью дифференциального усилителя 14 формирует

- сигнал, поступаюлр1й через сумматор 13 и переключатель 16 на привод 9, который возвращает перегородку 1 на .половину расстояния. Цепи 8-10-9-2-8 образуют следящие системы, стремящиеся минимизировоть отклонения координат перегородок 1 от их значений в момент окончания свободного

. перемещения, уменьшенных на половину расстояний, пройденных ими в течение этого типа движения. Возврат

Последнее условие необходимо, так как нужно измерить смещение перегородок 1 практически за полный период Т, чтобы вьфаботать импульсы си- 5 лы, обеспечивающие возврат каждой из, перегородок 1 на половину пройденного ею расстояния. Низкочастотный фильтр 17 с частотой среза со , соответствующей максимальной частоте па- 10 дающей волны, устраняет паразитное влияние на формирование сигнала с сумматора 13 высокочастотных составляющих скоростей перегородок 1.

При периодическом изменении поло- 15 жения в пространстве отражающей поверхности в результате скачкообразных возвращений образуются волны с частотами со± , где ,1,2,..., и импульсы скорости, сообщаемые от- 20 ражающей поверхности, образуют периодическую последовательность выборок, которая под действием пикноклина с конечным градиентом плотности, представляющего собой низкочастотный 25 фильтр с частотой среза cOg , преобразуется в непрерывную волну, инвертированную по отношению к волне, отраженной от податливой поверхности на частоте со. Отраженная волна гасится 30 волной, генерируемой последовательностью управляющих импульсов, а волны на комбинационных частотах cat псо () в пикноклине с максимальной частотой Бяйсяля со не распространяются.

35

40

45

Формула изобретения

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, превьш1ающей удвоенную частоту Вяйсяля, перемещают

на половину расстояния необходим, по-50 по направлению распространения падающей волны, при этом каждую перегородку сначала перемещают со скоростью, обеспечивающей отсутствие волнового давления на нее, а затем скач- 5J кообразно возвращают перегородку на Половину пройденного расстояния,

скольку при свободном движении амплитуда скорости oтpaжaюп eй поверхности равна удвоенной амплитуде скорости в падающей волне. Время t, свободного перемещения определяется периодом Т и временем скачкообразного возвращения отражающей по- веркности: t, - &, при этом/с « Т.

оследнее условие необходимо, так ак нужно измерить смещение перегородок 1 практически за полный период Т, чтобы вьфаботать импульсы си- лы, обеспечивающие возврат каждой из, перегородок 1 на половину пройденного ею расстояния. Низкочастотный фильтр 17 с частотой среза со , соответствующей максимальной частоте па- дающей волны, устраняет паразитное влияние на формирование сигнала с сумматора 13 высокочастотных составляющих скоростей перегородок 1.

При периодическом изменении поло- жения в пространстве отражающей поверхности в результате скачкообразных возвращений образуются волны с частотами со± , где ,1,2,..., и импульсы скорости, сообщаемые от- ражающей поверхности, образуют периодическую последовательность выборок, которая под действием пикноклина с конечным градиентом плотности, представляющего собой низкочастотный фильтр с частотой среза cOg , преобразуется в непрерывную волну, инвертированную по отношению к волне, отраженной от податливой поверхности на частоте со. Отраженная волна гасится волной, генерируемой последовательностью управляющих импульсов, а волны на комбинационных частотах cat псо () в пикноклине с максимальной частотой Бяйсяля со не распространяются.

Формула изобретения

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, превьш1ающей 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 скач- кообразно возвращают перегородку на Половину пройденного расстояния,

2. Устройство для гашения волн в жидкости, содержащее жесткую отра7128

жающую стенку, размещенную на пути падающей волны, отличающееся 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

16198

каждая перегородка кинематически соединена с реверсивным приводом, на лобовой поверхности каждой перегородки установлен датчик волнового дав.5 ления, электрически соединенные через управляющий блок с реверсивным приводом, каждый датчик смещения электрически соединен через -блок управления с реверсивным приводом,

10 а вход каждого управляющего блока подключен к генератору управляющих сигналов.

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

Составитель А. Сергеев -Редактор И. Дербак Техред вЛада рКорректор Е,

з1каГ7224/22 ТЙр1Гб обгссГ °

ВНИИПИ Государственного комитета оииг

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.

Пр йзводствё но-полйгра й ёскоГпредприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4