ГАСИТЕЛЬ ЭНЕРГИИ ВОДНОГО ПОТОКА
WATER FLOW ENERGY DAMPER

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для гашения водного потока после напорных водоводов в приемной камере.
Известен гаситель энергии потока для трубчатого водовыпуска, включающий установленный горизонтально в водобойном колодце трубчатый оголовок с отверстиями в боковых стенках и отражателем на торце, при этом оголовок выполнен в виде расширяющегося усеченного конуса и снабжен расширяющимся завихрителем потока воды, установленным в начале оголовка, а отверстия в боковых стенках оголовка выполнены в виде поперечной щелевой перфорации, причем водобойный колодец выполнен в виде усеченного полуконуса, угол конусности которого равен или больше угла конусности оголовка, кроме того, отражатель выполнен в виде круглой поперечной пластины с трапецеидальными концентрическими отверстиями, причем поперечная щелевая перфорация в боковых стенках оголовка выполнена с помощью отверстий с увеличивающейся к его торцу площадью (Авторское свидетельство SU №1435690, Е02В 8/06 от 07.11.1988).
Недостатком известного гасителя энергии потока является то, что он не может контролировать как верхний, так и нижний уровень в колодце, а значит снижается эффективность и надежность в работе, при этом в процессе эксплуатации не представляется возможность точного и гибкого регулирования гашения потока при изменяющихся расходах в подводящем водоводе от максимального до минимального. Если в момент гашения приток воды в колодец будет меньше, чем рассчитан колодец, то горизонт воды в колодце малоэффективно будет влиять на выход струй из отверстий и тем самым в отводящем канале появятся волновые явления, выплески, т.е. автоматическое регулирование величины напора не выполняется. Такой гаситель не может обеспечить гашение при снижение определенного уровня воды в колодце, что ограничивает его применение на закрытых трубчатых и туннельных водовыпускных сооружениях.
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, 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 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, 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. недостаточной эффективности его эксплуатации; устройство на выходе из колодца имеет дополнительно подпорные сооружения для полного гашения потока; расположение телескопического патрубка (по варианту) с коленом приводит к исключению поступления атмосферного воздуха или подачи растворов реагентов с целью предупреждения гидробиологического обрастания внешних поверхностей оголовка. Кроме того, у этого устройства - недостаточная совершенность гидравлических местных сопротивлений при закручивании потока.
Технический результат от использования заявленного изобретения заключается в повышении эффективности и распределении удельных расходов по ширине гасителя и снижении придонных скоростей в потоке и упрощении конструкции.
Технический результат достигается тем, что в гасителе энергии водного потока, включающем подводную трубу, конически расширяющийся водовод, который содержит вертикальную камеру в виде усеченного конуса, поверхность которого установлена в колодце вниз расширяющейся частью соосно патрубку, причем боковая стенка камеры выполнена криволинейной поверхностью по направлению движения потока, конически расширяющийся водовод в виде патрубка введен в верхнюю часть вертикальной камеры и снабжен водовыпускными окнами с Г-образными струенаправляющими наклонными стенками, причем конец патрубка выполнен конусом, над которым в верхней части усеченного конуса выполнен козырек с эжектирующим отверстием, при этом основание усеченного конуса выполнено стержнями решетки, установленными под углом к направлению падающего потока.
Кроме того, корпус в виде камеры снабжен воздушным трубопроводом, один конец которого пропущен через боковую стенку корпуса, а другой сообщен с атмосферой.
Кроме того, с целью предупреждения гидробиологического обрастания внешних поверхностей оголовка патрубка трубопровод в боковой стенке корпуса служит в качестве подачи растворов реагентов.
Выполнение гасителя из взаимосвязанных элементов способствует гашению энергии водного потока за счет многократного изменения направления движения поступающего потока воды через водовод в виде патрубка, верхняя часть которого в зоне расположения вертикальной камеры выполнена с водовыпускными окнами с Г-образными струенаправляющими наклонными стенками, при этом при интенсивном соударении струй и падении на наклонные стрежни решетки (под углом) происходит эффективное остаточное гашение избыточной кинетической энергии водного потока, сокращается габарит в целом устройства во всем диапазоне поступлении расходов, а также улучшаются гидравлические характеристики потока за счет разрежения, образующегося при обтекании корпуса камеры потоком воды. Причем предлагаемое устройство проще по конструкции и использование его сокращает затраты на совершенствование известных гасителей энергии водного потока. В конечном итоге улучшаются динамические характеристики гасителя.
На фиг. 1 изображен гаситель энергии водного потока в плане; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1.
Гаситель энергии водного потока включает горизонтальный участок водовода 1, в концевом вертикальном расширении оголовок трубы 2 в виде расширяющегося конуса, обращенного вверх, содержит патрубок 3 с водовыпускными окнами 4 с Г-образными струенаправляющими наклонными стенками 5, установленными по высоте патрубка 3 и ориентированными к боковой стенке водоприемной камере 6 корпуса 7. Конец патрубка 3 выполнен конусом 8, над которым закреплен козырек 9 с эжектирующим отверстием 10. Водоприемная камера 6 в своем основании, обращенном вниз расширенной частью, установлена в колодце 11 и соединена с расширенным оголовком трубы 2 стержнями в виде решетки 12. При этом эжектирующее отверстие 10 в козырьке 9 образует разрежение за пределы оголовка патрубка 3, образующегося при обтекании корпуса 7 потоком воды. Камера 6 позволяет также не задерживать выделяющиеся у потока воздушные скопления. Стержни решетки 12, установленные под углом к направлению потока в сторону дна колодца 11, дополнительно гасят падающий поток воды.
Поскольку обеспечивается многократное изменение направления движения отводимой из водоприемной камеры 6 воды, то в сочетании с его высокой входной скоростью и низкой выходной скоростью при поступлении в колодец 11 поток воды гасит кинетическую энергии при входе в колодец 11.
Колодец 11 соединен с отводящим каналом 13. Водоприемная камера 6 предусматривает через корпус 7 в его стенке трубопровод 14 подачи атмосферного воздуха. Кроме того, трубопровод 14 служит также для подачи растворов реагентов с целью предупреждения гидробиологического обрастания внешних поверхностей патрубка 3. Г-образные струенаправляющие стенки 5, установленные по высоте патрубка 3 относительно друг друга в сторону боковой стенки корпуса 7 (внутри камеры 6), могут менять угол наклона (не показано для упрощения). В целом в колодце 11 и в начале отводящего канала 13 снижаются придонные скорости.
Гаситель энергии водного потока работает следующим образом.
Напорный поток из водоподающего водовода 1 поднимается вертикально вверх в расширяющийся оголовок 2 и патрубок 3. Поступающая из подводящего водовода 1 вода через водовыпускные окна 4 с Г-образными струенаправляющими наклонными стенками 5 поступает далее в камеру 6. Взаимодействие верхнего яруса потока в зоне патрубка 3, образованного Г-образными струенаправляющими стенками 5 и изолированными внутренними боковыми стенками корпуса 7 камеры 6, направляет поток на наклонную решетку 12, дополнительно расширяет поток воды на струи при поступлении их на поверхность воды в колодце 11, что обеспечивает возможность существенно предохранять отводящий канал 13 от размыва в непосредственной близости от колодца 11. Благодаря подавлению пульсации в потоке воды в колодце 11 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. Применение эжектирования позволяет отводить скапливающийся воздух в верхней части камеры наружу через отверстие в козырьке над вертикальным патрубком 3, что увеличивает расход воды, проходящий в гасителе энергии водного потока. Сам трубопровод 14 служит также для подачи растворов реагентов с целью предупреждения гидробиологического обрастания внутренних поверхностей патрубка.
Предлагаемое устройство может быть использовано для гашения энергии водного потока в различных гидротехнических сооружениях. Особенность предлагаемого изобретения заключается в его простоте конструкции и использование его сокращает затраты гасителей энергии воды, а следовательно, повышается надежность гасителя энергии водного потока; исключается необходимость устройства дополнительного колодца в нижнем бьефе канала.