ГАСИТЕЛЬ ЭНЕРГИИ ВОДНОГО ПОТОКА
WATER FLOW ENERGY KILLER

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для гашения энергии потока воды в нижнем бьефе гидротехнического сооружения.
Известен гаситель энергии для трубчатых водовыпусков, содержащий трубу с продольными щелевыми отверстиями (авторское свидетельство SU №740890, кл. Е02В 8/06 от 1978).
Недостатком данной конструкции является то, что происходит сужение 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 (кальматация) в конце трубы.
Известен вихревой гаситель, который для повышения эффективности гашения избыточной энергии сбрасываемого потока, включает горизонтальный участок водовода, кольцевую камеру гашения и носки-трамплины (авторское свидетельство SU №1030474, кл. Е02В 8/06 от 23.07.1983).
Недостатками известного гасителя являются то, что концентрация расхода на узком фронте сохраняет местные скорости высокими значениями, а это приводит к размыву дна; конструкция его сложна в эксплуатации. Кроме того, отсутствуют условия гашения энергии при изменении расходов и колебаниях уровней в камере, при этом гидродинамические нагрузки увеличиваются, а следовательно, эффект закручивания не достаточен. Другим недостатком является низкая его эффективность и надежность, так как носки-трамплины неподвижно закреплены, хотя и создают циркуляцию потока, однако они ограничивают радиальное движение в камере со стенками, а это не делает камеру экономичнее, так как необходимо делать камеру достаточно глубокой.
Наиболее близким к предложенному по назначению, технической сущности и достигаемому результату является 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 прикрепленные к ее внутренней полости в верхней части вертикальные выступы-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, кл. Е02В 8/06 от 10.08.2014).
Недостатком данного гасителя энергии потока является то, что отсутствует возможность контролировать как верхний, так и нижний уровни в камере, разделяющей ее на две части виброэкраном, а значить снижается эффективность и частично надежность в работе, т.е. в процессе эксплуатации отсутствует гибкое регулирования гашения потока при изменяющихся расходах в подводящем водоводе от максимального до минимального. Если в момент гашения приток воды в камеру будет меньше чем рассчитана камера, то ее заполнение будет недостаточно для гашения струй под виброэкраном сферической формы, затем выходящих в выпускной патрубок, это связано с тем, что поток быстро сходит с наружной поверхности с вершины сферической формы виброэкрана и поступает еще с некоторой не погашенной части скорости непосредственно под свод виброэкрана. Такое его положение ограничивает функциональные возможности для повышения эффекта гашения. Кроме того, сложность устройства также в том, что полость виброэкрана в коньковой части снабжена отрезком перфорированной трубы, соединяющейся патрубком 22 с гибким рукавом 23 и патрубком 24 с вакуум-насосом 25 для удаления, скопившегося в нем воздуха, выделяющегося из воды. Это связано с целью отсутствия влияния его давления на усилие пружин сжатия от воздействия воды, а стойки 11 и 12 являются при этом подвижными, и не фиксируются жестко гайками е основанием крестовин, что может вызывать, в некоторых случаях, неустойчивость виброэкрана по вертикали.
Задача, на решение на решение которой направлено заявляемое техническое решение, - повышение надежности его работы путем расширения диапазона эффективного гашения.
Технический результат достигается тем, что гаситель энергии водного потока, включающий горизонтальный участок водовода, кольцевую камеру гашения, виброэкран сферической формы выпуклостью вверх, вертикальный впускной патрубок, установленного 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 болта, 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 которого меньше чем диаметр виброэкрана, причем корпус виброэкрана выполнен с водопропускными окнами, а края его имеют загнутую по радиусу боковую стенку вверх.
Кроме того, центральные части корпуса виброэкрана и дополнительного экрана снабжены направляющими трубками, через которые свободно пропущена стойка в виде регулировочного винта, с размещенными на его концах ограничителями, а гайка закреплена к крестовине.
Кроме того, камера, разделенная посредством дополнительного экрана на верхнюю и нижнюю части, имеет объем в верхней части больше, чем объем в нижней ее части.
Такое выполнение гасителя энергии водного потока из взаимосвязанных элементов позволит увеличить интенсивность гашения энергии, погасить кинетическую энергию потока и дальнейшее поступление расхода воды под тарелкой в сторону выпускного патрубка из камеры. Ограничивающий дополнительный экран в виде тарелки совместно с работой водопропускных окон в виброэкране позволяет гибкое и дифференцированное регулирования струй выходящих из окон виброэкрана, края которого имеют загнутую по радиусу боковую стенку вверх. Если в моменты колебания подводящего расхода от минимального до максимального виброэкран начинает перемещаться по направляющему винту с пружиной, то тарелка по своей форме повышает гашение потока на коротком участке своего объема. В конечном итоге улучшаются динамические характеристики гасителя и истечения в выпускной патрубок. Таким образом, гаситель с двумя разделенными частями камеры посредством дополнительно экрана в виде тарелки, при заполнении их водой обеспечивает переход от одного гидравлического режима в другой, более спокойный в автоматическом режиме, повышает эффективность гашения.
На чертеже схематически изображен гаситель энергии водного потока, поперечный разрез.
Гаситель энергии водного потока включает водовод 1 с вертикальным патрубком 2, камеру 3 цилиндрической формы для гашения энергии воды, снабженную закрепленными с плоским дном 4 выступами-ограничителями 5 и 6, к которым жестко присоединен дополнительный экран 7 в виде тарелки. Выше экрана 7 соосно размещен виброэкран 8 с водопропускными окнами 9, стенка 10 (края) которой по окружности загнута вверх. Корпуса виброэкрана 8 и дополнительного экрана 7 в центре своем имеют направляющие трубки 11 и 12, через которые пропущена стойка 13 с пружиной 14, выполненная в виде регулировочного винта фиксаторами 15 и 16, нижний конец стойки 13 зафиксирован гайкой 17, прикрепленной жестко к крестовине 18. Дополнительный экран 7 в виде тарелки разделяет камеру 3 на две части 19 и 20, и делает ее регулируемыми объемами воды, т.е. обе части для поступления в них воды сверху и снизу обеспечивают дополнительную зону активного гашения сверху над экраном 7 ниже виброэкрана 8, объемы, которые различны по наполняемости водой. На неподвижной стойке 13 упругость пружины 14 подобрана таким образом, чтобы создавать вибрирующие свойства и преодолевать давление воды сверху при прохождении струй воды через водопропускные окна 9, вода направляется в них с помощью загнутой стенки вверх. Загнутая вверх стенка 10 (концы) предназначена для изменения направления растекающего потока по сфере виброэкрана 8 в сторону направления водопропускных окон 9, и далее струи поступают в дополнительный экран 7 выполненный в виде тарелки, где потоки струй соединяются в общий поток, он гасится, и вновь растекается, и сливается в выпускной патрубок 21. Патрубок 21 размещен в сбросном коллекторе 22 с отводящим трубопроводом 23. Гаситель энергии водного потока работает следующим образом.
В нерабочем состоянии виброэкран 8 находится в верхнем положении соосно впускному отверстию патрубка 2, а также находится, соответственно, соосно относительного закрепленного под ним дополнительного экрана 7 выполненного в виде тарелки, при этом они связаны между собой свободной стойкой 13, пропущенной через направляющие трубки 11 12 с пружиной 14 в вертикальной плоскости расположения. Напорный поток из патрубка 2 водовода 1 поступает на выпуклую поверхность виброэкрана 8, полностью не растекается по нему за счет наличия загнутой вверх стенки 10 по окружности экрана 7. Вода через окна 9 (отверстия) виброэкрана 8 заполняет полость дополнительного экрана 7, где струи потока смешиваются, происходит основная часть гашения энергии потока.
Погашенный поток направляется между стенками камеры 3 и стенками экрана 7, соответственно, вновь растекается по экрану 7, и равномерно по окружности поступает в выпускной патрубок 21. Но так как давление воды и вес ее превышает до некоторого упругого свойства пружины 14 на свободной стойке 13, которая снизу зафиксирована от перемещения гайкой 17 в крестовине 18, виброэкран 8 самостоятельно опускается по стойке 13 вниз с направляющей трубкой 12 относительно направляющей трубки 11 в дополнительном экране 7 по вертикали, одновременно на виброэкран 7 снизу на него оказывает дополнительная сила давления воды вверх, заполняемая часть пространства между виброэкраном 7 и экраном 8, которая не успевает растекаться по экрану 8, а заполняет его в виде тарелки с дном.
Конструкция подвижного виброэкрана 7 и неподвижного экрана 8 обеспечивают сжатия потока от выплесков регулирующих объемов заполняемых водой между ними. Но так как дополнительный экран 8 в виде тарелки имеет углубление дна и жестко закреплен к выступам-ограничителям 5 и 6 со стороны выпускного патрубка 21, а диаметр экрана 8, меньше чем диаметр виброэкрана 7, поступившая вода сверху через окна 9 растекается равномерно по поверхности его и сливается в экран 8, далее поступает между стенками камеры 3 в выпускной патрубок 21. В результате между виброэкраном 7 и дополнительным экраном 8 происходит дополнительное активное гашение энергии, следовательно, исчезает волновой процесс поверхности воды между ними. Выталкивающая сила воды над экраном 8, действует снизу на виброэкран 7, наступает динамическое равновесие. Необходимость разности давлений сверху и снизу на виброэкран 7 может регулироваться свободной стойкой 13 выполненной в виде регулировочного винта и зафиксированной нижним концом с гайкой 17 в крестовине 18, а верхний свободный конец стойки 13 выполнен фиксатором 16. Таким образом, высотное расположение между ними можно задавать расположение ввинчиванием или вывинчиванием винта, соответственно, высотное расстояние между экраном 8 и виброэкраном 7 настраивается на заданное гашение энергии, и можно будет компенсировать силу давления воды над экраном 8 и сжатие пружины 14 от давления воды сверху на поверхность виброэкрана 7 путем его опускания вниз по стойке 13 относительно экрана 8, далее через водовыпускной заглубленный патрубок 21 вода поступает в коллектор 22 и в отводящий трубопровод 23.
Наличие в корпусе виброэкрана 7 сквозных окон 9 выполняется расчетом по известным формулам гидравлики. Устройство не требует специальных воздухоотводящих сложных элементов, так как имеющийся в воде воздух смешивается с ней и удаляется с отводящим потоком в сбросной коллектор с отводящим трубопроводом. Кроме того, отсутствуют дополнительные выступы-ограничители сверху в камере гашения, что упрощает в целом конструкцию гасителя энергии, так как виброэкран выполнен загнутой по радиусу боковой стенкой вверх, и возможность дополнительно с фиксатором, размещенным сверху на стойке над виброэкраном, позволяет его фиксировать в верхнем положении. Благодаря повышению гашения энергии потока, улучшаются гидравлические условия работы камеры, связанной с выпускным патрубком.
Вследствие взаимной гидравлической связи виброэкрана с водовыпускными окнами и с загнутой по окружности стенкой вверх, дополнительного экрана в виде тарелки и стойки пропущенной через трубки, повышается эффективность и надежность работы устройства, улучшается равномерность распределения удельных расходов по ширине камеры гашения в переходных режимах гашения энергии потока для различного расхода. Кроме того, устройство просто и надежно.