ГАСИТЕЛЬ ЭНЕРГИИ ВОДНОГО ПОТОКА
WATER FLOW ENERGY DAMPENER

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для гашения водного потока после напорных водоводов в приемном колодце.
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, 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, Е02В 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 пробок течения в нем. Таким образом, от выходного отверстия (щели) в водобойной камере выходное отверстие расположено ближе к потолку 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, Е02В 8/06 от 24.01.2012).
Недостатки известного устройства: сложность и, как следствие, большая материалоемкость, а это ведет к усложнению эксплуатационной надежности, т.е. недостаточная эффективность его эксплуатации; устройство на выходе из колодца дополнительно имеет подпорные сооружения для полного гашения потока. Кроме того, у этого устройства недостаточная совершенность гидравлических местных сопротивлений при закручивании потока.
Технический результат от использования заявленного изобретения заключается в повышении эффективности и снижении придонных скоростей в потоке и упрощении конструкции.
Технический результат достигается тем, что в гасителе энергии водного потока, включающем подводную трубу, конический расширяющийся водовод, который расположен в колодце, расширяющаяся часть колодца имеет вид сферы выпуклостью вверх, снабженной закрепленной под куполом сферы выше подводной трубы отражателем потока в виде зубчатого пустотелого патрубка, размещенного соосно выходному отверстию подводной трубы, при этом полость расширяющейся части внутри сферы дополнительно имеет усеченный конус, расположенный узким входным отверстием, направленным вниз, соосно выходному отверстию подводной трубы, а выходное отверстие расширяющегося усеченного конуса направлено вверх, которое ориентировано в направлении отражателя в виде зубчатого пустотелого патрубка, при этом боковые стенки сферы в верхней части снабжены кольцевым отражателем, расположенным в одной плоскости с нижним концом отражателя потока в виде зубчатого пустотелого патрубка.
Кроме того, купол сферы подключен к выпускному отверстию с выпускной трубой с отводящим закрытым колодцем в виде дополнительной камеры гашения.
Кроме того, боковые стенки усеченного конуса и боковые стенки корпуса сферы связаны между собой при помощи жестких стержней.
Выполнение гасителя из взаимосвязанных элементов способствует гашению энергии потока за счет, во-первых, разделения (расщепления) потока по всей ширине колодца, выполненного в виде сферы, в полости которой размещен дополнительный усеченный конус; во-вторых, под куполом сферы закреплен выше подводной трубы отражатель потока - зубчатый пустотелый патрубок соосно выходному отверстию подводной трубы; в-третьих, дополнительный усеченный конус нижним узким входным отверстием направлен вниз соосно выходному отверстию подводной трубы, а выходное отверстие его расширяющейся частью направлено вверх и она ориентирована в направлении отражателя потока в виде зубчатого пустотелого патрубка. Кольцевой отражатель, закреплен на боковых стенках сферы и расположен выше верхних концов усеченного конуса таким образом, что кольцевой отражатель расположен в одной плоскости с нижним концом отражателя потока в виде зубчатого пустотелого патрубка. В целом это снижает скорости, так как кинетическая энергия воды расходуется  на разделение потока в виде струй и их соударение между собой, прежде чем вода поступит в верхнюю часть сферы под купол, далее - в отводящий закрытый колодец в виде дополнительной камеры гашения. Таким образом, это обеспечивает более полное гашение воды, которая поступает в отводящий канал. При этом предлагаемое устройство просто по конструкции и позволит повысить эффективность работы гасителя энергии.
На чертеже схематически показан гаситель энергии водного потока, разрез.
Гаситель энергии водного потока содержит горизонтальный участок водовода 1, в концевом вертикальном расширении колодец имеет вид сферы 2, купол 3, который снабжен отражателем потока в виде зубчатого пустотелого патрубка 4, и зубья его направлены вниз соосно выходному отверстию 5 водовода 1. Колодец, выполненный в виде сферы 2, в полости своей содержит ниже отражателя потока в вид зубчатого пустотелого патрубка 4, усеченный конус 6, установленный малым основанием с узким входным отверстием 7 соосно выходному отверстию 5 водовода 1, и усеченный конус 6 установленный  большим основанием вверх в сторону концевой части отражателя потока в виде зубчатого пустотелого патрубка 4. Выше концов большого основания усеченного конуса 6 размещен кольцевой отражатель 8 (экран), но не выше нижних концов (в одной плоскости) отражателя потока в виде зубчатого пустотелого патрубка 4. Между верхним концом большого основания усеченного конуса 6 и кольцевого отражателя 8 имеется выпускное кольцевое окно 9 (зазор).
Поскольку обеспечивается разделение потока, выходящего из водовода 1 в колодец, выполненный в виде сферы 2 с усеченным конусом 6 и закрепленный под куполом 3 сферы 2 отражателя потока зубчатый пустотелый патрубок 4, то в сочетании с ними с низкой скоростью потока поступления вверх он под куполом 3 выходит через выпускную трубу 10 в отводящий закрытый колодец 11 в виде дополнительной камеры гашения в сторону отводящего канала 12. Боковые стенки усеченного конуса 6 и боковые стенки сферы 2 связаны между собой жесткими стержнями 13.
Гаситель энергии водного потока работает следующим образом.
Напорный поток из водоподающего трубопровода 1 в расширяющейся части на дне сферы 2 разделяется (дробится) установленным усеченным конусом 6 на несколько струй и далее поднимается вертикально вверх как в сторону отражателя потока в виде зубчатого пустотелого патрубка 4, так и через щели между боковыми стенками усеченного конуса 6 и сферы 2 под кольцевой отражатель 8 (экран), в процессе которого происходит его интенсивное гашение, затем поток соединяется в общий поток воды под куполом 3 и практически полностью гасит свою кинетическую энергию при поступлении через впускную трубу 10 в отводящий закрытый колодец 11.
Следует уточнить, что для более эффективного выхода потока в отводящий канал 12, т.е. окончательное гашение кинетической энергии происходит в закрытом колодце 4, выполненном в виде дополнительной камеры гашения. В этом случае изогнутый конец выпускной трубы 10 затоплен, скорость снижена уже непосредственно перед отводящим каналом 12. Окончательно погасив кинетическую энергию водного потока, обеспечивает возможность существенно предохранять отводящий канал от размыва в непосредственной близости от отводящего закрытого колодца.
Таким образом, применение предлагаемого гасителя энергии водного потока позволит повысить эффективность и снизить придонные скорости потока, особенно высокинетических потоков в сооружениях. Это сокращает строительную стоимость сооружения, следовательно, выход воды из отводящего закрытого колодца исключает размыв дна отводящего канала, а также происходит выравнивание расходов в отводящем канале или трубопроводе, динамические нагрузки в целом на конструкцию колодца, выполненного в виде сферы с его элементами, не столь высоки по сравнению с известным.