ГАСИТЕЛЬ ЭНЕРГИИ ПОТОКА
FLOW ENERGY DAMPER

Изобретение относится к гидротехническим сооружениям, а именно к устройствам ля гашения энергии водного потока, и может быть использовано в нижних бьефах трубчатых и открытых сооружений.
Известен гаситель энергии для трубчатых водовыпусков, содержащий трубу с продольными щелевыми отверстиями (Авторское свидетельство СССР №740890, кл. E02B 8/06, 1978).
Недостатком данной конструкции является то, что происходит сужение в плане струй, вытекающих из щелей, а это приводит к увеличению местных скоростей, а следовательно, к размыву дна русла у гасителя. Кроме того, если расход выше или ниже оптимального, эффективность и надежность работы гасителя понижается, так как он не учитывает постоянную промывку песка и гравия с заглушенным торцом, т.е. происходит скопление песка и гравия (калматация) в конце трубы.
Известен также гаситель энергии потока, включающий подводящую трубу, входящую в кожух, выполненный в виде усеченного конуса, поверхность которого перфорирована (Авторское свидетельство СССР №1036835, кл. E02B 8/06, 1982).
Недостатком известного гасителя является то, что он работает эффективно при пропуске оптимального расхода, если расход выше или ниже оптимального, эффективность и надежность работы гасителя понижается, так как струи вытекающие через перфорацию в кожух мало изменяют направление потока, а, следовательно, соударение их малоэффективно гасит энергию потока. Кроме того, занесение заглушенного торца усеченного конуса песком и гравием уменьшает реактивное воздействие через перфорацию на водный поток, т.е. они засоряются. В результате всего этого, соударение струй также нарушается, т.е. меняется живое сечение перфорированной напорной трубы.
Цель изобретения - повышение надежности его работы путем расширения диапазона эффективного гашения.
Поставленная цел достигается тем, что в гасителе энергии потока, включающем подводящую трубу, входящую в кожух, выполненный в виде усеченного конуса, поверхность которого перфорирована, торец усеченного конуса снабжен запирающим колпаком, расположенным соосно подводящей трубе и нисходящие части свода колпака снабжены радиально расположенными щелевыми прорезями, при этом расширенная часть усеченного конуса имеет загнутую по радиусу верхнюю кромку, а корпус колодца выполнен в виде конуса, верхняя кромка которого соединена с верхней кромкой расширенной части усеченного конуса и образует круговой колодец, кроме того, колодец снабжен сообщенным с ним отводящим каналом с подпорным сооружением, выполненным в виде шарнирно установленного криволинейного щита и затопленным в отводящем канале козырьком, и обращенными в сторону колодца с возможностью взаимодействия нижней кромкой козырька с порогом на дне отводящего канала.
Такая конструкция гасителя энергии потока благодаря наличию запирающего колпака с его выполненными радиально расположенными выпускными щелями (отверстиями) и соосно расположенной напорной подводящей трубе, происходит полное использование внутреннего объема усеченного конуса для гашения энергии водного потока. Наличие возвышающегося устройства в сторону дна колодца в форме дополнительного конуса использует возрастание эффективности гасителя. Отсутствует препятствие для перемещения вниз песка (крупнофракционной части взвешенных наносов) - совокупность факторов - наличие водовыпускных отверстий, выполненных в основании запирающего колпака (оптимально подобранная высота колпака основного усеченного конуса, поверхность которого также имеет водовыпускные отверстия, отличаются от перфорации по своим геометрическим размерам и характеру поведения воды в основной зоне и в зону поступления самого колодца).
Поток соударяется о стенки конуса колодца и сваливается на дно колодца. Происходит дополнительное соударение встречных струй, как в воздухе, так и с водяной подушкой, а также соударение с подпорным сооружением, расположенным в начале отводящего канала, выполненным шарнирно с осью вращения в виде криволинейного щита и затопленным в отводящем канале козырьком, и обращенные в сторону колодца. Козырек, выполненный в нижней части щита и затопленный в отводящем канале, предохраняет от распространения по каналу волнения, возникающие при соударении потока в колодце. При расчетном местоположении оси вращения, не зависимо от уровня воды перед щитом, момент силы от гидравлического давления на щит с козырьком оказывается больше, чем вес устройства - оно поворачивается до упора вогнутой части, например, плиты-перекрытия. При таком положении устройства гашение энергии водного потока происходит более эффективно, т.е. расширяет диапазон эффективного гашения избыточной энергии потока и надежность работы сооружения. Например, гашение энергии потока, в которых обычно производится с помощью заглубления водобойного колодца или водобойной стенки значительных размеров, ведет к увеличению высоты боковых откосов, объемов и стоимости работ. Благодаря шарнирному прикреплению щита с козырьком автоматически регулируется величина открытия выходного отверстия колодца (в начале отводящего канала). Поэтому поступающий поток имеет спокойную свободную поверхность, т.е. с увеличением или уменьшением расхода, проходящего под щитом с козырьком, изменяется живое сечение потока под ними и сохраняется эффективность гашения энергии потока в колодце. При этом наносы, поступившие в колодец, смываются потоком в отводящий канал по наклонной верхней грани порога, размещенного на дне канала.
Практическая работоспособность предлагаемого гасителя энергии потока очевидна и он вписывается в технологию конструирования ирригационного оборудования.
На фиг.1 изображен гаситель энергии потока, вид в плане; на фиг.2 - продольный разрез А-А на фиг.1.
Гаситель энергии потока включает водобойный колодец 1, который имеет форму конуса, верхняя кромка 2 которого соединена с выходным концом подводящей трубы 3. Водобойный колодец 1 имеет установленную в его внутренней полости приемную емкость 4, выполненную в виде усеченного конуса с запирающим колпаком 5 в ее центре, соосно расположенным подводящей трубе 3, при этом нисходящие части свода корпуса колпака 5 снабжены щелевыми прорезями 6, а основание его имеет водовыпускные отверстия 7. Расширенная часть усеченного конуса с водовыпускными отверстиями 8 имеет загнутую по радиусу верхнюю кромку 9, которая соединена с верхней частью колодца 1 и образует со стенками круговой колодец. Кроме того, водобойный колодец 1 снабжен посредством прорези 10 (отверстием) сообщенной с отводящим каналом 11 с подпорным сооружением, выполненным в виде прикрепленного к бортам отводящего канала 11 криволинейного щита 12 шарнирно на оси 13, выполненным вогнутым навстречу потоку. Щит 12 перекрывает проходное сечение прорези 10 колодца 1, а его нижняя часть опущена в отводящий канал 11 с отогнутым вниз козырьком 14, затопленным в канале 11 и установленного с возможностью взаимодействия с порогом 15. С внутренней стороны козырька 14 может быть прикреплен поплавок, охватывающий край козырька 14 (на чертеже не показано). Кроме того, поперечный порог 15 выполнен с наклонной в сторону колодца верхней гранью, а плита перекрытия 16 расположена сверху на бортах отводящего канала.
Гаситель энергии потока работает следующим образом.
Вода, насыщенная наносами, поступает из подводящей трубы 3 в приемную емкость 4, выполненную в виде усеченного конуса с водовыпускными отверстиями 8, и распределяется по окружности запирающим колпаком 5, препятствующим скоплению песка и гравия в торце усеченного конуса и обеспечивающим надежную постоянную промывку примесей и поступлению струй жидкости в колодец 1. Поток, поступающий из водовыпускных отверстий 8 усеченного конуса в верхней части, ударяется в стенки колодца 1 в форме конуса. В воздухе струи сталкиваются между собой, аэрируются, соударяются с водной подушкой в колодце 1, в результате чего гасится их кинетическая энергия. В процессе гашения энергии участвует весь объем конусного колодца 1. На выходной части колодца 1 поток соударяется с подпорным сооружением в виде криволинейного щита 10, происходит подпор воды и соударение в колодце 1, что значительно повышает эффект гашения энергии водного потока. В результате давления потока на вогнутую стенку щит 12 поднимается в верхнее положение и прижимается, например, к плите перекрытия 16 отводящего канала 11, в результате чего полностью открывается выходная прорезь (отверстие) 10 колодца 1. При этом наносы, поступившие в колодец 1, смываются потоком в отводящий канал 11 по наклонной верхней грани порога 15. Козырек 14, выполненный в нижней части щита и затопленный в отводящем канале 11, предохраняет от распространения по каналу 11 волнения, выходящего его потока из колодца 1, что уменьшает возможность образования локальных размывов его дна.
При уменьшении расхода потока в подводящей трубе 3 щит 12 с козырьком 14 опускается вниз, постепенно прикрывая выходную прорезь 10 колодца 1. Благодаря шарнирному прикреплению щита 12 к боковым стенкам отводящего канала 11 автоматически регулируется величина открытия выходной прорези 10, соответственно, и уровень воды в колодце. Щит 12 с козырьком 14 обеспечивает истечение потока под уровень воды в нижнем бьефе отводящего канала 11, вследствие чего исключается сбойность потока. При таком положении устройства в целом и заданном уровне перед щитом 12 гашение энергии водного потока происходит еще более эффективно и за устройством отсутствует гидравлический прыжок.
При отсутствии воды в подводящей трубе 3 водовыпускная прорезь 10 колодца 1 перекрывается, щит 12 с козырьком 14 вновь принимает вертикальное положение, т.е. вниз щит 12 с козырьком 14 перемещается за счет собственного веса. При этом конец козырька 14 упирается в порог 15, ограничивающий поворот щита, и препятствующего также поступлению песка и гравия извне, например, с ливневыми водами возможного поступления через боковые стенки (откосы) отводящего канала.
Такое выполнение гасителя энергии потока расширяет диапазон эффективного гашения избыточной энергии потока и повышает надежность работы сооружения. Благодаря возможности размещения запирающего колпака с водопропускными щелями и с отверстиями (окнами) в основании, воспринимающими динамическую разгрузку емкости 4 в виде усеченного конуса, и исключению возможности занесения ее наносами, сокращается длина участка крепления отводящего канала (русла) и снижается строительная глубина колодца за счет высокоэффективного гашения энергии водного потока во всем диапазоне поступления расходов в колодец.