ГАСИТЕЛЬ ЭНЕРГИИ ВОДНОГО ПОТОКА
WATER FLOW ENERGY DAMPER

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для гашения водного потока после напорных водоводов в водобойном колодце.
Известен гаситель энергии, 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 является то, что отсутствует возможность контролировать как верхний, так и нижний уровень в камере, разделяющей 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, а значит, давление также в камере меняется в широком диапазоне поступающего расхода. Кроме того, в случае частого изменения частот возмущающих интенсивных давлений воды, когда колебательные пружины, сжимаясь и разжимаясь на подвижных стойках, могут постепенно менять свою жесткость, а значит, возможна их поломка при длительной эксплуатации, при этом механические удары между верхними и нижними ограничителями, размещенного виброэкрана претерпевает большие динамические нагрузки. Таким образом, основным недостатком является недостаточная эффективность и надежность, а также не устойчивость виброэкрана в случае его перекоса 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 верх, 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 то, что волновой поток при выходе из загубленного патрубка, который не достаточно полно перекрывает отводящий трубопровод, обладает низкой эффективностью гашения.
Технический результат от использования заявляемого изобретения заключается в повышении надежности его работы путем расширения эффективности гашения и упрощение конструкции.
Технический результат достигается тем, что гаситель энергии водного потока, включающий горизонтальный участок водовода, камеру гашения, экран, вертикальный впускной патрубок, установленный в конце водовода, камера имеет прикрепленные к ее внутренней поверхности выступы-ограничители, экран с выпускными отверстиями выполнен с возможностью вертикального перемещения и имеет направляющие регулировочные винты, при этом экран установлен соосно-выпускному патрубку, водобойный колодец, согласно изобретения камера снабжена перфорированными конусными вставками с общим малым основанием, ориентированным в сторону выпускного патрубка, а впускной патрубок частично размещен внутри корпуса камеры и выполнен расширяющимся, при этом гаситель дополнительно снабжен упругими демпферами и жестким кольцевым упором, расположенным внутри корпуса камеры со стороны малого основания и перемещающихся соосно в нем в осевом направлении при помощи регулировочных винтов с контргайками через торцевую стенку корпуса, причем один из демпферов жестко закреплен на внутренней торцевой стенке корпуса камеры со стороны впускного патрубка, а второй на жестком кольцевом упоре, при этом в месте выхода потока из колодца отверстие последнего перекрыто вертикальной стенкой и подключено к корпусу в виде дополнительной камеры гашения с порогом, причем вертикальная стенка закреплена ниже выпускного отверстия отводящего трубопровода.
Выполнение гасителя из взаимосвязанных элементов способствует гашению энергии потока за счет того, что поток, поступая в перфорированные конусные вставки, сжимается ориентированного в сторону выпускного патрубка, размещаясь внутри корпуса камеры, а упругие демпферы и жестким кольцевым упором, расположенным внутри корпуса камеры, перемещаясь соосно в нем в осевом направлении, обеспечивают надежное вертикальное перемещение без ударов. При этом колебания водной среды увязаны с перфорированными конусными вставками, а значит, имеет большую эффективность работы за счет более развитой и устойчивой возможностью изменения жесткостью системы: перфорированные конусные вставки в целом, упругие демпферы. Настройка перфорированных конусных вставок, направленных в сторону выпускного патрубка с колодцем устойчива при перемещении в камере вертикально в осевом направлении, использующих в качестве регулирующих шайб, при наличии набора конусных вставок с различной степенью перфорации для необходимого режима работы гасителя.
В водобойном колодце падающий поток расширяется, однако наличие вертикальной консольной стенки, образование дополнительной камеры гашения, связанной с отводящим трубопроводом, где вертикальная стенка закреплена ниже выпускного отверстия отводящего трубопровода, происходит эффективное остаточное гашение избыточной кинетической энергии водного потока, поток в колодце перед расположением вертикальной стенкой становится подпорным; поток приобретает параллельно-струйное движение, т.е. позволяет более полно сохранить заполнение по длине отводящего трубопровода. Конструкция гасителя не чувствительна к наличию в пропускаемом в потоке мусора, наносов и длинномерных предметов. Гаситель энергии позволяет упростить и повысить надежность работы сооружения путем расширения диапазона эффективности гашения энергии потока. В случае ослабления поджатия упругих демпферов вывинчиванием регулировочных винтов жесткость упругих демпферов уменьшается, колебания увеличиваются, и диапазон наибольшей эффективности вибрации, соответственно, перфорированными конусными вставками, увеличивается. Поэтому, во избежание его растройки, регулировочные винты фиксируются от самопроизвольного проворачивания контргайками. При этом предлагаемая конструкция проста по конструкции и позволит повысить эффективность работы гасителя энергии, учитывая расход воды, вытекающий из выпускного патрубка.
На чертеже схематически показан гаситель энергии водного потока.
Гаситель энергии водного потока включает водовод 1 с впускным патрубком 2 с расширяющимся выходным переходным участком, выпускной патрубок 3, перфорированные конусные вставки 4, закрепленные посредством упругих демпферов 5, один из которых жестко закреплен на торцевой стенке корпуса камеры 6, а другой установлен на жестком кольцевом упоре 7, имеющем возможность перемещения соосно в осевом направлении корпуса 6 и поджимаемом регулировочными винтами 8, ввернутыми в противоположную стенку корпуса 6 с контргайками 9, количество которых определяется расчетным путем. Дно 10 колодца 11 имеет удлинение его в сторону отводящего трубопровода 12. Дополнительная закрытая камера 13 гашения расположена за вертикальной консольной стенкой 14, дно закрытой камеры 13 гашения которой расположено в одной плоскости с дном 10 колодца 11, имеет порог 15. При этом закрытая камера 13 гашения, которая в конце имеет перегородку 16, в плане соединена через выпускное отверстие 17 с отводящим трубопроводом 12, причем вертикальная консольная стенка 14 закреплена ниже выпускного отверстия отводящего трубопровода 12. Перегородка 16 предназначена для изменения напорного вытекающего потока из отверстия колодца 11, перекрывающей вертикальной консольной стенкой 14 в отводящий трубопровод 12, где общий поток выходит с пониженными донными и поверхностными скоростями.
Гаситель энергии водного потока работает следующим образом.
Вода поступает из водовода 1, проходит через впускной патрубок 2 с расширяющимся выходным участком. Вода создает пульсацию давления в камере 6 с определенной частотой и амплитудой, за счет перфорированных конусных вставок 4 с определенным давлением из нутрии камеры 6, где поток, благодаря конусным вставкам 4 сильно сжимается в сторону выпускного патрубка 3, и через расширяющийся выходной участок в сторону колодца 11. При этом происходят колебательные явления, так как вода, имея напорное движение, также пульсирует, поступая далее в выпускной патрубок 3, соответственно, происходит изменение энергии при колебании воды, отражающиеся за счет действия демпферов 5, т.е. происходит эффект - резонансный, упругие демпферы начинают деформироваться и снижать ударные нагрузки от давления потока. На выходе из перфорированных конусных вставок 4, поток вновь расширяется по ширине камеры 6, далее сжимается в выпускном патрубке 2 и поступает в колодец 11.
Заполнение водой в нижней части колодца 11 одновременно является слоем толщины воды наполнения уровня его, что гасит падающий поток сверху, а окончательное гашение кинетической энергии происходит в дополнительной закрытой камере 13, заполнение которой зависит от перегородки 16 над выпускным отверстием 17 порога 15, а также через связь с расположением консольной стенки 14, закрепленной ниже выпускного отверстия 17 отводящего трубопровода 12.
Эффективность тем выше, чем меньше приобретает массовая энергетическая плотность пульсации скоростей потока со стороны перегородки 16 над порогом 15 и расположением консольной стенки 14, где поток направляется в сторону отводящего трубопровода 12. Окончательно погасив кинетическую энергию водного потока, обеспечивает возможность существенно предохранить отводящий канал от размыва в непосредственной близости от отводящей трубы, связанной с камерой гашения.
В случае ослабления поджатия упругих демпферов 5 вывинчиванием регулировочных болтов 8 жесткость упругих демпферов 5 уменьшается, и диапазон большей эффективности вибрации увеличивается, а значит, меняется и частота вибрации для гашения энергии воды в камере 6. Во избежание ее растройки регулировочные винты 8 фиксируются от самопроизвольного проворачивания контргайками 9.
Благодаря подавлению окончательных пульсаций динамические нагрузки на выходе потока из дополнительной камеры не столь велики, как в случаях, когда гашение осуществляется по принципу устройства в прототипе, что позволяет, гасить избыточную кинетическую энергию потока на меньшей длине отводящего трубопровода, связанного с его общей диной.
Таким образом, это позволяет, исходя из взаимосвязи и взаимозависимости основных узлов гасительного сооружения, повысить эффективность гашения избыточной кинетической энергии воды, эффективность работы повышается вначале сжатия по движению воды в перфорированных конусных вставках в сторону выпускного патрубка с расширением в корпусе, далее в сторону выпускного патрубка, и уже падающего потока в уровень воды колодца, консольной стенки и перегородки в дополнительной камере, сопряженной с отверстием отводящего трубопровода, т.е. происходит эффективное гашение избыточной кинетической энергии потока в сторону отводящего трубопровода. Благодаря такому поэтапному гашению потока при поступлении потока из горизонтального водовода через известные узлы, и учитывая конструкцию демпферов с жесткими кольцевыми упорами, расположенных по высоте корпуса камеры в целом, динамические нагрузки на конструкцию колодца не столь высоки по сравнению с прототипом.
Достоинством предлагаемого изобретения является повышение эффективности гашении избыточной энергии высокоскоростного потока по сравнению с прототипом. Предлагаемое гасительное сооружение может быть использовано для гашения энергии водного потока в различных гидротехнических сооружениях. Особенно эффективно применение гасителя высококинетических потоков в сооружениях. Это сохраняет габариты участка крепления отводящего канала за трубопроводом и снижает габариты дополнительной камеры гашения во всем диапазоне сбрасываемых расходов. Конструкция гасительного сооружения проста по конструкции, уменьшает затраты на изготовление и его мантаж.