ГАСИТЕЛЬ ЭНЕРГИИ ВОДНОГО ПОТОКА
WATER FLOW ENERGY DAMPENER

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для гашения водного потока после напорных водоводов в приемной камере.
Известен водосброс, включающий расположенную в теле подпорного сооружения выше нижнего бьефа смесительную камеру, напорные галереи с затворами, сообщенные с верхним бьефом и подключенные к смесительной камере навстречу друг другу, воздуховод, сообщающий смесительную камеру с атмосферой, водобойную камеру, расположенную под смесительной камерой, и отводящий водовод, соединяющий водобойную камеру с нижним бьефом, при этом он снабжен поперечной водобойной стенкой, установленной в водобойной камере под смесительной камерой и выполненной с обращенной вверх и в сторону верхнего бьефа вогнутой гранью в четверть цилиндрической поверхности, радиус которой равен длине смесительной камеры (Авторское свидетельство SU №1504307, Е 02 В 8/06 от 30.08.1989).
Недостатком является то. Что соударения потоков в смесительной камере в основном отходят от центра камеры, образуется распластанность вращающегося потока из-за прямоугольной формы камеры в поперечном сечении, т.е. отсутствует квадратная форма камеры. Другим недостатком является то, что в теле подпорного сооружения - плотины камера соединена с отводящим водоводом в виде трубы с подтоплением с нижнего бьефа для снижения кинетической энергии потока, выходящего из водовода. Однако в таких водоводах - это малая пропускная способность затопленных с выходящим воздухом, в котором движение потока происходит в виде пробкового течения в нем. Таким образом, от выходного отверстия (щели) в водобойной камере выходное отверстие расположено ближе к потолку отводящей трубы (водовода). Происходит воздушное скопление, так как нижний бьеф подтоплен, и такие пробки не могут быть ликвидированы полностью. Кроме того, не исключается возможность гидравлического удара, что отрицательно сказывается на надежности сооружения в целом и оно недостаточно эффективно при работе в открытом режиме канала, из-за недостатков конструкции, при этом оно громоздко и, как следствие, материалоемко.
Наиболее близким к предложенному по назначению, технической сущности и достижению результату является гаситель энергии водосбросного устройства, включающий подводную трубу, конический расширяющийся водовод, в котором установлен завихритель потока и отражатель с отверстиями, при этом он содержит вертикальную камеру в виде усеченного конуса, поверхность которого установлена в колодце вниз расширяющейся частью соосно патрубку с возможностью заключения в него завихрителя потока и фиксированного перемещения относительно патрубка, причем боковая стенка камеры выполнена с криволинейной поверхностью по направлению движения потока к водовыпускным окнам в месте примыкания к ним внешней стенки патрубка (Патент RU №2484201, Е 02 В 8/06 от 24.01.2012).
Недостатки известного устройства: сложность и, как следствие, большая материалоемкость, это ведет к усложнению эксплуатационной надежности, т.е. недостаточной эффективности его эксплуатации; устройство на выходе из колодца имеет дополнительно подпорные сооружения для полного гашения потока. Кроме того, у этого устройства недостаточная совершенность гидравлических местных сопротивлений при закручивании потока.
Технический результат от использования изобретения заключается в повышении эффективности и распределения удельных расходов по ширине гасителя и снижение придонных скоростей в потоке и упрощении конструкции.
Технический результат достигается тем, что в гасителе энергии водного потока, включающем подводящую трубу, конически расширяющийся водовод, в котором установлен завихритель потока, вертикальную камеру, конически расширяющийся водовод в виде выпускного патрубка, вертикальная камера которого выполнена в виде закрытого стакана с кольцевой перегородкой, при этом выпускной патрубок выполнен разъемным из двух секций, между которыми размещен обтекатель и тангенциальные патрубки с отверстиями для подачи воды по отношению к выпускному патрубку в месте их разъема, причем боковая стенка кольцевой перегородки снабжена перепускными окнами в сторону боковой стенки корпуса закрытого стакана, верхняя часть которого со стороны отводящего трубопровода выполнена в виде выпускного отверстия, совпадающее с отметкой дна отводящего лотка.
Выполнение гасителя из взаимосвязанных элементов способствует гашению энергии водного потока за счет снабженного обтекателя, который размещен в месте выполнения патрубка разъемным из двух секций, а патрубки для подвода воды из выпускного патрубка для повода воды установлены тангенциально (по отношению к выпускному патрубку) и выход компактным потоком вверх во вторую секцию кольцевой перегородки, размещенной вертикальной камеры, выполненной в виде закрытого стакана, где за счет вихревого турбулентного движения происходит перемешивание всего потока. Это дает возможность практически неограниченно увеличивать размеры поперечного сечения выпускного патрубка, и пропускную способность гасителя энергии водного потока. Сокращаются габариты в целом устройства во всем диапазоне поступления расходов, а также улучшаются гидравлические характеристики потока за счет разделения и вновь его соединения в общий поток внутри вертикальной камеры в виде закрытого стакана. При этом вертикальная камера в верхней своей части сообщается с отводящим лотком между собой по законам несвободного истечения из выходного отверстия, т.е. образованием затопленного гидравлического прыжка за выпускным отверстием, так как дно его устроено на уровне, совпадающем с отметкой дна отводящего лотка. Кроме того, дополнительно необходимую разность высот воды в вертикальной камере гашения и отводящем лотке можно поддерживать за счет регулирования регулирующей задвижки на отводящем трубопроводе на уровне, позволяющем затопить гидравлический прыжок в отводящем лотке при выходе из выпускного отверстия в верхней части вертикальной камеры. Кроме того, конструкция сооружения позволяет забирать воду также из нижних слоев вертикальной камеры посредством отводящего трубопровода с задвижкой, или проводит промывку устройства, в случае накопления мелких наносов на дне камеры.
На фиг. 1 изображен гаситель энергии водного потока, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.
Гаситель энергии водного потока содержит коаксиально расположенные друг относительно друга вертикальную камеру 1, выполненной в виде закрытого стакана с кольцевой перегородкой 2, вертикальный расширяющийся патрубок 3 соединен с горизонтальным участком водовода 4. Вертикальный патрубок 3 выполнен из двух секций 5 и 6. В верхней части секции 5 размещен обтекатель 7 в виде конуса, установленного, например, на кронштейнах 8, а также тангенциональные патрубки 9 с отверстиями 10 для подачи воды из трубы 11. Кольцевая перегородка 2 снабжена перепускными окнами 12, установленными под прямым углом в сторону боковой стенки корпуса закрытого стакана 1.
В верхней части закрытого стакана 1 с внешней стороны отводящий лоток 13 соединен с выпускным отверстием 14 устроенным на уровне, совпадающем с отметкой дна отводящего лотка 13, дно которого соединено с отводящим трубопроводом 15 с регулирующей задвижкой 16. При этом в дно закрытого стакана 1 вмонтирован отводящий трубопровод 17 для подачи воды также потребителю или для возможного удаления накопившихся мелких наносов.
Поскольку обеспечивается изменение направления отводимого из вертикальной камеры 1 (закрытого стакана) в верхней ее части с выпускным отверстием 14 и отводящим лотком 13, с кольцевой перегородкой 2, обтекателя 7, тангенциальных отверстий 9 с отверстием 10, то в сочетании с его выходной скоростью поток воды гасит кинетическую энергию в целом. Отводящий лоток 13 соединен с отводящим трубопроводом 14 с регулирующей задвижкой 15, соответственно, происходит снижение придонных скоростей в устройстве.
Гаситель энергии водного потока работает следующим образом.
Напорный поток из водоподающего водовода 4 поднимается вертикально вверх в расширяющийся патрубок 3. Вода перед обтекателем 7 поступает в трубу 11, через тангенциальные патрубки 9 и отверстия 10 попадает в патрубок 3 и создает вихрь, в который поступает вода, прошедшая через обтекатель 7 и, далее поднимается вверх, направляемая поверхностью обтекателя 7 и внутренней поверхностью патрубка 3, в зону подачи тангенциальными патрубками 9 воды из нижней части секции 5 патрубка 3, где, попадая в вихрь, перемешивается. При этом дополнительно через перепускные окна 12 в кольцевой перегородке 2 часть воды поступает в полость вертикальной камеры, выполненной в виде закрытого стакана, наполняемого одновременно водой, в процессе которого поток полностью перемешивается, образуется окончательное ослабление интенсивности гашения кинетической энергии, что приводит к выравниванию эпюры давления, и в конечном итоге, вода поступает через выпускное отверстие 14 в отводящий лоток 13, в котором происходит затопление поступающей воды, устроенное на уровне, совпадающем с отметкой дна отводящего лотка 13. Из отводящего лотка 13 вода отводится по отводящему трубопроводу 15 с установленной на нем регулирующей задвижкой 16. Необходимая разность высот воды в вертикальной камере 1 гашения и отводящем лотке 13 поддерживается за счет регулирования регулирующей задвижки 16 на отводящем трубопроводе 15 на уровне, позволяющем затопить поступающий поток воды в отводящий лоток 13. Это снижает поверхностный характер движения воды к потребителю. Кроме того, воду можно отводить через отводящий трубопровод 17 в дне стакана 4, как и мелкие наносы, осевшие на дно закрытого стакана 1 (камеры) за пределы сооружения.
Предлагаемое устройство может быть использовано для гашения энергии водного потока в различных гидротехнических сооружениях. Особенность предлагаемого изобретения заключается в его простоте конструкции и использование сокращает затраты гасителей энергии воды, а следовательно, повышается надежность гасителя энергии водного потока, кроме того, снижаются придонные скорости потока в камере, что сокращает строительную стоимость сооружения в целом.