ГАСИТЕЛЬ ЭНЕРГИИ ВОДНОГО ПОТОКА
WATER FLOW ENERGY DAMPENER

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для водосбросных систем со значительным колебанием уровня воды в нижнем бьефе.
Известно устройство для гашения волн в открытом русле, содержащее размещенный в русле волноотсекатель, выполненный из плавучих продольных лент с поперечными ребрами на верхней их поверхности, и расположенный над волноотсекателем успокоитель, выполненный из гибких продольных лент с поперечными ребрами на нижней их поверхности, причем каждая лента волноотсекателя снабжена наконечником, выполненным в виде треугольной пластины, прикрепленной одной стороной к передней кромке ленты, а противоположной ей вершиной к гибкой тяге подъемника (Авторское свидетельство SU №1323645, E02B 8/06 от 15.07.1987).
кp
Недостатком данного устройства является малая эффективность волногашения, вызванная тем, что при одновременном выходе из устройства, имеющего продольные ленты одинаковой длины и шероховатости, вновь образованная волна, двигаясь вдоль потока в быстротоке с большим уклоном дна, не затухает, а, слегка распластываясь, продолжает движение по быстротоку, быстро набирает скорость и высоту. Разрушение катящейся воны, выходящей из устройства, возможно только в случае, если уклон дна канала за ним меньше второго критического (i<i≈0,02), т.е. когда выполняется условие устойчивости бурного потока к возмущениям, что редко наблюдается на быстротоках. Кроме того, расположение поперечных ребер на внутренней поверхности лент перпендикулярно к направлению течения, приводит к прямому лобовому удару об них набегающей волны и в момент, когда верхняя лента приближена к нижней, вызывает нежелательные всплески и фонтанирование воды на входе в гаситель.
Известен гаситель энергии потока, включающий цилиндрический водобойный колодец, делитель потока и два отвода, тангенциально соединенные с колодцем, плиты гасителя установлены на стойках с возможностью вертикального их перемещения и выполнены со стенками, расположенными по их периметру (Авторское свидетельство SU №1059054, E02B 8/06 от 07.12.1983).
Недостатком данной конструкции является то, что оно усложнено конструкцией плит, связанных с пригрузочными емкостями, заполняемых водой. При этом не исключается ударное воздействие на элементы крепления отводящего канала, а это, значит, не способствует достаточному гашению и сглаживанию поверхности воды в отводящем канале. Разность высотных отметок не позволяет затопить гидравлический прыжок, образующийся при падении жидкости. Таким образом, эффективность гашения потока в отводящем канале недостаточна. Кроме того, усложнение конструкции плит из сложных железобетонных работ требует устойчивости их выполнения в вертикальном положении, ограниченных стойками, при этом их может заклинить при перемещениях, так как усилие равнодействующей гидростатического давления в колодце в разных точках происходит неравномерно по всей напорной плоскости плит.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является гаситель энергии водного потока, включающий водобойный колодец с дном и боковыми стенками, сопряженные с водобойным колодцем подводящий водовод и отводящий канал, ширина которого меньше ширины колодца, а плоский плавающий щит установлен в водобойном колодце с возможностью вертикального перемещения, при этом он снабжен ограничителями перемещения щита, выполненными в виде горизонтальных выступов на боковых стенках водобойного колодца, расположенных под щитом на уровне верхней кромки выходного отверстия подводящего водовода, и горизонтальным плавающим козырьком, выполненным с отогнутой вверх передней гранью, с помощью которой он прикреплен к низовой кромке щита, а плавающий щит выполнен с размерами в плане, соответствующими внутренним размерам водобойного колодца, причем с закруглением вверх, а подводящий водовод выполнен напорным (Авторское свидетельство SU №1357492, E02B 8/06 от 07.12.1987).
Недостатком этого гасителя является то, что при пропуске напорных расходов через водовод вся накопленная энергия потока, двигаясь в быстротоке с большим уклоном, не делится на части, продолжает всей массой набирать скорость, и поток, поступающий в колодец под плавающий щит, далее взаимодействует с козырьком в отводящем канале. В результате этого скорость движения общего потока воды, выходящего из колодца, не достаточно использует возросшее гидравлическое давление воды и образует зону со скоростями, близким к значениям, размывающим дно колодца.
Технический результат использования заявленного изобретения заключается в повышении эффективности путем предотвращения размывов на выходе из водовода и надежности работы устройства.
Технический результат достигается тем, что в гасителе энергии водного потока, включающем водобойный колодец с дном и боковыми стенками, сопряженные с водобойным колодцем подводящий водовод и отводящий канал, ширина которого меньше ширины колодца, горизонтально плавающее устройство, и подводящий водовод выполнен напорным, он снабжен наклонно установленной внутри напорного водовода перегородкой с отверстиями в нижней части, при этом успокоитель выполнен в виде продольного эластичного полотнища, которое одним концом жестко прикреплено к перегородке, а нижний конец его выполнен трубчатой эластичной полостью для создания дополнительного веса, причем трубчатую эластичную полость располагают не ниже уровня конца перегородки, причем верхний конец водовода соединен с козырьком через шарнир и снабжен сверху регулируемым противовесом, установленным в сторону направления падающего потока.
Кроме того, трубчатая эластичная полость заполняется пенопластом для предотвращения опускания эластичного полотнища ниже уровня конца перегородки.
Новизна предлагаемого гасителя заключается в том, что водовод внутри разделен наклонной перегородкой с отверстиями в нижней части и конец перегородки связан с успокоителем в виде эластичного полотнища, которое дополнительно снабжено поперечным трубчатой эластичной полостью, заполняемой пенопластом. Кроме того, наклонный козырек с регулируемым противовесом сглаживает падающий поток в сторону водобойного колодца, независимо от действующих гидравлических усилий части потока водовода и через отверстия в перегородке.
Сопоставительный анализ с известными гасителями энергии водного потока не выявил признаков, совпадающих с отличительными признаками предложенного. Это дает основание считать эти признаки существенными, т.к. их наличие приводит к достижению поставленной цели.
На чертеже изображен гаситель энергии водного потока, продольный разрез.
Гаситель энергии водного потока включат водобойный колодец 1 с дном 2 с боковыми стенками, сопряженные с водобойным колодцем 1 подводящий напорный водовод 3 и отводящий канал 4, ширина которого меньше ширины колодца 1. Подводящий напорный водовод 3 состоит, например, из железобетонной трубы (может быть металлическая и т.п.), внутри которой помещена металлическая перегородка 5 с отверстиями 6 в выходной части, заканчивающейся успокоителем в виде эластичного полотнища 7, прикрепленного одним концом жестко к перегородке 5, нижний конец полотнища 7 выполнен в виде трубчатой эластичной полости 8 для создания дополнительно веса, полость заполняется пенопластом для предотвращения опускания его ниже уровня конца перегородки 5. На дне напорного водовода 3 выполнены выступы 9. Верхний конец водовода 3 соединен через шарнир 10 с козырьком 11, который снабжен сверху регулируемым противовесом 12, направленным в сторону направления падающего потока. В целом в колодце 1 снижаются гидравлическое давление и скорости, близкие к значениям неразмываемых скоростей в нижнем бьефе.
Гаситель энергии водного потока работает следующим образом.
Напорный поток в подводящем водоводе 1 перегородкой 5 разделяется на две части, которые имеют на входе разную пропускную способность из-за того, что перегородка 5 закреплена на входном сечение на расстоянии 2/3d от дна водовода 3 (где d - диаметр водовода-трубы). В результате чего верхняя часть напорного водовода 3 имеет меньшую площадь живого сечения, скорости, соответственно, будут больше из-за сжатия части потока, а это сопровождается повышением пропускной способности сооружения. Поток воды, поступающий в нижнюю часть водовода 3 под перегородкой 5, взаимодействует с выступами 9, устроенными на водоводе 3, образует повышение общего уровня турбулентности и гашения кинетической энергии. Так как в выходном сечении перегородка 5 расположена на расстоянии 1/3d от дна, отсюда уменьшается площадь живого сечения и уменьшается скорость движения выступами 9, под действием возросшего гидродинамического давления вода через отверстия 6 поступает в нижний бьеф над успокоителем в виде эластичного полотнища 7. При этом наклонный козырек 11 на шарнире 11, поверхность козырька 11 которого снабжена регулируемым противовесом 12, направляет данную часть потока в сторону его падения и стекания по полотнищу 7, и оно также предохраняет в целом отводящий канал от размыва. В результате взаимодействия двух потоков друг на друга над полотнищем 7, одна из которых поступает из нижней части напорного водовода 3 через отверстия 6, давит снизу на основную часть потока с козырьком 11 с противовесом 12, далее стекает по эластичному полотнищу 7, и происходит интенсивное перемешивание воды. В пространстве под успокоителем в виде эластичного полотнища 7 с закрепленной трубчатой эластичной полостью 8, заполненной пенопластом, образуется зона со скоростями, близкими к значениям неразмываемых скоростей в нижнем бьефе водобойного колодца 1. При этом успокоитель в виде эластичного полотнища 7, расположенного в водобойном колодце 1, по длине и ширине его предохраняет как дно колодца 1, так отводящий канал 4 в целом от размыва, имеющие достаточную длину по конструкции. Таким образом, благодаря подавлению пульсации под полотнищем 5 успокоителя 7 в колодце 1, наличию вращающегося козырька 11 с регулируемым противовесом 12 динамические нагрузки на конструкцию не столь высоки, как в случаях, когда гашение осуществляется только закручивающимися устройствами, что позволит погасить избыточную кинетическую энергию потока на меньшей длине отводящего канала. Уровень воды в водобойном колодце 1 используется для назначения управления подбором длины успокоителя в виде эластичного полотнища 7 с трубчатой эластичной полостью 8, заполненной пенопластом, далее выходящий поток из водобойного колодца в отводящий канал 4 происходит равномерно по длине его. Особенность предлагаемого изобретения заключается в его простоте конструкции и использование его сокращает затраты гасителей энергии воды, а следовательно, повышается эффективность гасителя энергии водного потока, исключается размыв дна водобойного колодца и канала.