ГАСИТЕЛЬ ЭНЕРГИИ ВОДНОГО ПОТОКА
WATER FLOW ENERGY DAMPENER

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для гашения водного потока после напорных водоводов в водобойном колодце.
Известен гаситель энергии потока, включающий горизонтальный участок водовода, кольцевую камеру гашения, она снабжена виброэкраном сферической формы выпуклостью вверх, размещенным соосно отверстию вертикального впускного патрубка, установленного в конце водовода, камера имеет ограничители, взаимодействующие с кольцевым упором в виде диска, а виброэкран выполнен с возможностью вертикального перемещения и имеет стойки в виде направляющих регулировочных болтов, снабженных пружинами (Патент RU №2524987, Е02В 8/06 от 10.08.2014).
Недостатком известного гасителя энергии потока является то, что отсутствует возможность контролировать как верхний, так и нижний уровень в камере, разделяющей ее на две части виброэкраном, а значит, снижается эффективность и частично надежность в работе, т.е. в процессе эксплуатации отсутствует гибкое регулирование гашения потока при изменяющихся расходах в подводящем водоводе от максимального до минимального. Кроме того, отсутствует работа в виде рассеивающего выпуска в месте поступления потока в приемную камеру. Таким образом, основным недостатком является недостаточная эффективность и надежность, а также неустойчивость виброэкрана по вертикали.
Наиболее близким к предложенному по назначению, технической сущности и достигаемому результату является гаситель энергии водного потока, включающий горизонтальный участок водовода, кольцевую камеру гашения, виброэкран сферической формы выпуклостью вверх, вертикальный впускной патрубок, установленный в конце водовода, камера имеет прикрепленные к ее внутренней поверхности выступы-ограничители, виброэкран выполнен с возможностью вертикального перемещения и имеет стойку в виде направляющего регулировочного винта, снабженного пружиной, камера снабжена дополнительно экраном в виде тарелки, установленной соосно виброэкрану, при этом дно тарелки жестко закреплено к выступам-ограничителям со стороны выпускного патрубка, диаметр экрана которой меньше, чем диаметр виброэкрана, причем корпус виброэкрана выполнен с водоприемными окнами, и края его имеют загнутую вверх по радиусу боковую стенку (Патент RU №2574472, Е02В 8/06 от 10.02.2016).
Недостатком известного гасителя энергии водного потока является сложность устройства и, как следствие, большая материалоемкость, а это ведет к усложнению эксплуатационной надежности, т.е. недостаточная эффективность его эксплуатации. Кроме того, упругая пружина имеет свойство усталости металла при длительной эксплуатации, в результате может произойти ее поломка и необходимость ее замены, так как виброэкран может опуститься вниз на дополнительный экран и перекрыть его. Другим недостатком является отсутствие снижения эффективности работы рассеивающего выпуска в сторону колодца.
Технический результат от использования заявляемого изобретения заключается в повышении эффективности работы рассеивающего выпуска потока воды в водобойный колодец и упрощение конструкции.
Технический результат достигается тем, что гаситель энергии водного потока, включающий горизонтальный участок водовода, кольцевую камеру гашения, экран выпуклостью вверх, вертикальный впускной патрубок, установленный в конце водовода, камера имеет прикрепленные к ее внутренней поверхности выступы-ограничители, экран выполнен с возможностью вертикального перемещения, при этом экран установлен соосно впускному патрубку, водобойный колодец, впускной патрубок снабжен насадком, который снабжен цилиндром, установленным на наружной стенке насадка со стороны большего диаметра с возможностью осевого перемещения, конусным растекателем, установленным во внутренней полости насадка соосной с ней и с кольцевым зазором, при этом в полости между внутренней стенкой насадка и наружной стенкой конусного растекателя установлены направляющие пластины под углом к оси конусного растекателя, на одинаковом расстоянии одна от другой, причем угол наклона направляющих пластин к оси конусного растекателя больше угла наклона образующей конусного растекателя, кроме того, колодец имеет внутреннюю кольцевую, горизонтальную полку, закрепленную ниже конусного растекателя с кольцевым зазором и размещенную выше выпускного отверстия отводящего трубопровода.
Выполнение гасителя из взаимосвязанных элементов способствует гашению энергии потока за счет того, что поток, поступая в насадку, разделяется направляющими пластинами на определенные потоки. За счет наклона направляющих пластин (расположенных под углом к оси конусного растекателя, превышающим угол растекателя к его оси) на участке их расположения возникает вращательное движение. Конусный растекатель совместно с насадкой создает расходящийся поток воды, который затем поступает на кольцевую горизонтальную полку, закрепленную с зазором ниже конусного растекателя и, размещенную выше выпускного отверстия отводящего трубопровода. В целом это снижает скорости, так, кинетическая энергия воды расходуется на разделение направляющими пластинами на отдельные потоки, поступает на кольцевую горизонтальную полку с кольцевым зазором и, вновь их соударение непосредственно в водобойном колодце. При этом предлагаемая конструкция проста по конструкции и позволит повысить эффективность работы гасителя энергии, регулируя расход воды, вытекающей из насадки. Регулируя расход воды через насадку с помощью цилиндра, устанавливается равномерное распределение расхода, выходящего из подводящего водовода.
На чертеже схематически показан гаситель энергии водного потока, разрез.
Гаситель энергии водного потока включает водовод 1 с выпускным вертикальным патрубком 2 и направляющие пластины 3, насадку 4 и конусный растекатель 5. Насадка 4 выполнена в виде усеченного конуса и меньшим своим диаметром соединена с водоводом 1 посредством впускного патрубка 2. На насадке 4 со стороны большего диаметра установлен с возможностью осевого перемещения цилиндр 6. Во внутренней полости насадки 4 соосно с ней размещен конусный растекатель 5, который образует с большим диаметром насадки 4 кольцевой зазор 7. В полости, образованной насадкой 4 и конусным растекателем 5, под углом к оси растекателя установлены направляющие пластины 3. Одни стороны направляющих пластин 3 закреплены на внутренней поверхности насадка 4, а другие - на внешней поверхности конусного растекателя 5 на одинаковом расстоянии одна от другой.
Угол наклона направляющих пластин 3 к оси конусного растекателя 5 превышает угол наклона образующей конусного растекателя 5 к его оси. Угол наклона образующей конусного растекателя 5 к его оси выбирается из условия равенства площади поперечного сечения насадки 4 при меньшем диаметре площади кольцевого зазора 7.
Кольцевая горизонтальная полка 8 с кольцевым зазором закреплена в водобойном колодце 9 ниже конусного растекателя 5, ниже большего диаметра конусного растекателя 5, при этом кольцевая горизонтальная полка 8 с кольцевым зазором расположена выше выпускного отверстия отводящего трубопровода 10.
Гаситель энергии водного потока работает следующим образом.
Вода поступает из водовода 1, проходит через выпускной патрубок 2 и, поступая в насадку 4, разделяется направляющими пластинами 3 на отдельные потоки. За счет наклона направляющих пластин 3 (расположения под углом к оси конусного растекателя 5, превышающим угол наклона образующей конусного растекателя 5 к его оси) на участке их расположения вода приобретает вращательное движение. Конусный растекатель 5 совместно с насадкой 4 создает расходящийся поток воды. На выходе насадка 4 вода вытекает в виде конической струи с закруткой, далее соударяется с кольцевой горизонтальной полкой 8, закрепленной к внутренней стенке водобойного колодца 9 ниже большего диаметра конусного растекателя 5 и размещенную выше выпускного отверстия отводящего трубопровода 10. В процессе соударения между собой части потока образуют далее взаимодействие всего потока за счет наличия размещения кольцевой горизонтальной полки 8 ниже конусного растекателя 5 и растекание потока по периметру водобойного колодца 9, соударения потока в толщу наполняемой водой колодца, т.е. соударение всего потока происходит с водной подушкой в колодце 9, в котором осуществляется окончательное гашение энергии. В процессе гашения участвует весь объем потока в водобойном колодце 9. Таким образом, перед выпускным отверстием отводящего трубопровода 10 поток становится установившимся.
Наличие прикрепленной кольцевой горизонтальной полки 8 с кольцевым зазором и размещенной в колодце 9 ниже большего диаметра конусного растекателя 5 и выше выпускного отверстия отводящего трубопровода 10 способствует также гашению выходящего вращательного движения от разделяющих направляющих пластин 3 в водобойном колодце 9. За счет перемещения цилиндра 6 можно изменять зазор между ним и конусным растекателем 5, таким образом, регулируя выход потока, вытекающего из патрубка 2. В результате этого процесса происходит равномерный выход воды из водовода 1, что влияет на эффективность работы рассеивающего выпуска при соударении с кольцевой горизонтальной полкой 8 в колодце 9.
Таким образом, это позволяет, исходя из взаимосвязи и взаимозависимости основных узлов гасительного сооружения, повысить эффективность гашения избыточной кинетической энергии воды, эффективность работы повышается вначале вращательным движением воды непосредственно наклоном направляющих пластин, затем препятствуя вертикальному выпуску закрученных струй воды сразу непосредственно в колодец и размыва его дна, происходит соударения с кольцевой горизонтальной полкой, размещенной в водобойном колодце. Благодаря поэтапному гашению потока при поступлении потока из горизонтального водовода в насадок, в полости, которой размещен конусный растекатель с установленными направляющими пластинами под углом к оси растекателя на одинаковом расстоянии одна от другой, в целом, динамические нагрузки на конструкцию колодца не столь высоки по сравнению с прототипом.
Используемое гасительное сооружение имеет простую конструкцию и малую материалоемкость, уменьшены затраты труда на изготовление и его монтаж.