ГАСИТЕЛЬ ЭНЕРГИИ ВОДНОГО ПОТОКА
WATER FLOW BAFFLE

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для гашения водного потока после напорных водоводов в приемном колодце.
Известен гаситель энергии водного потока, включающий горизонтальный участок водовода, кольцевую камеру гашения, экран выпуклостью вверх, вертикальный впускной патрубок, установленный в конце водовода, камера имеет прикрепленные к ее внутренней поверхности выступы-ограничители, экран выполнен с возможностью вертикального перемещения, при этом экран установлен соосно-впускному патрубку, водобойный колодец, впускной патрубок снабжен насадком, который снабжен цилиндром, установленным на наружной стенке насадка со стороны большего насадка с возможностью осевого перемещения, конусным растекателем, установленным во внутренней полости насадка соосно с ней и с кольцевым зазором, при этом в полости между внутренней стенкой насадка и наружной стенкой конусного растекателя установлены направляющие пластины под углом к оси конусного растекателя, на одинаковом расстоянии одна от другой, причем угол наклона направляющих пластин к оси конусного растекателя больше угла наклона образующей конусного растекателя, кроме того, колодец имеет внутреннюю кольцевую горизонтальную полку, закрепленную ниже конусного растекателя с кольцевым зазором и размещенную выше выпускного отводящего трубопровода (Патент RU №2660931, Е02В 8/06 от 11.07.2018).
Недостатком известного гасителя энергии водного потока является сложность устройства насадка с возможностью осевого перемещения на его наружной поверхности цилиндра с конусным растекателем, а значит, недостаточная эффективность его эксплуатации, а также недостаточный рассеивающий выпуск оттока при соударении в сторону кольцевой горизонтальной полки в колодце. Кроме того, усложняется конструкция крепления конусного растекателя, а также увеличивается статическая нагрузка, при необходимости перемещения его с помощью насадка, ограниченного направляющих пластин, существует возможность его заклинивания при перемещениях, связанное с его формой конструкции, в случае перекосов, так как усилие со стороны боковых стенок может меняться не равномерно.
Следует помнить, что под нестационарным понимается поток жидкости, котором расход (скорость) изменяются во времени. К нестационарным течениям относятся переходные процессы, при которых расход меняется от одного до другого установившегося движения. В частном случае, расход изменяется от нуля до установившегося максимального значения, отводимого в отводящий водовод.
Известен гаситель энергии водосбросного устройства, включающий отводную 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 колодца вниз установлена 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, и по варианту выполнения, он содержит вертикально размещенный телескопический патрубок-воздуховод с возможностью фиксированного перемещения относительно входной трубы канала сообщения с верхней полостью камеры (Патент RU №2484201, Е02В 8/06 от 24.01.2012).
Недостатком гасителя энергии потока является то, что устройство сложно конструктивно и, как следствие, большая материалоемкость, 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 недостаточность гидравлических местных сопротивлений при закручивание потока.
Наиболее близким к предложенному по назначению, технической сущности и достижению результата является гаситель энергии водного поток, включающий подводную трубу, водовод, расположенный в колодце, отражатель, подводная труба соединена через впускной патрубок с водоводом в виде напорного трубопровода, выполненного трубчатой частью с образованием выпускного канала с плавно изменяющейся площадью поперечного сечения, выходной конец трубчатой части снабжен выпускным патрубком с дополнительно установленным экраном сферической формы выпуклостью вверх, торцы которого отогнуты по диаметру вниз в сторону выходного конца выпускного вертикального патрубка, причем отражатель, выполненный в виде экрана сферической формы, жестко закреплен к выступам-ограничителям, которые вторым концом закреплены к оголовку конца выпускного вертикального патрубка, при этом трубчатая часть выполнена с плавно изменяющейся площадью поперечного сечения с отражательными дугообразными коленами, снабженными выпускными отверстиями, причем выпускные отверстия дугообразных колен наклонены в сторону боковых стенок и дна колодца под острым углом и ориентированы в направлении движения потока к верхней части колодца, который в своей верхней части соединен с дополнительной камерой гашения с отводящим лотком (Патент RU №2671694, Е02В 8/06 от 06.11.2018).
Недостатком данного гасителя энергии водного потока является то, что устройство планово усложнено водоводом в виде напорного трубопровода, расположенного в колодце, металлоемко и требует большую трудоемкость сборки в целом; сложность выполнения выдержки плавного закругления расширительной камеры трубопровода в колодце. Кроме того, в таких водоводах - это малая пропускная способность затопленного выпускного вертикального патрубка, который сверху прикрыт отражателем, и оно недостаточно эффективно при работе в открытом режиме трубопровода с каналом из-за сложности конструкции в выходной части устройства.
Задачей предлагаемого технического решения является создание конструктивно простого, технологичного в производстве устройства, которое может обеспечить надежную эксплуатацию сооружения для гашения кинетической энергии потока, чтобы его можно было эксплуатировать на оросительных системах после напорных водоводов в приемном колодце.
Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции гасителя энергии, снижение ее металлоемкости, повышение технологичности изготовления и возможность оптимально управлять водным потоком в прямоугольном колодце с разделяющими пластинами, для создания прямоугольных каналов в виде активных гасителей, а также возможность менять при этом высоту выпускного телескопически подвижного патрубка, связанного внутри верхней частью с выпускным жестким вертикальным патрубком, а нижним концом помещенным (погруженным) в колодец с водой.
Технический результат достигается тем, что в гасителе энергии водного потока, включающем подводную трубу, выпускной патрубок, колодец прямоугольного поперечного сечения, отражатель, размещенный в колодце, согласно изобретения, он содержит подвижный патрубок, установленный непосредственно во выпускном вертикальном патрубке с возможностью его фиксированного перемещения относительно водосливной перегородки, которая нижним концом закреплена жестко к дну колодца, причем для интенсивного гашения потока, внутри колодца к его боковым и торцевой водосливной перегородке приварены соответственно не менее чем две укороченные горизонтальные пластины-отражатели, которые в колодце образуют не менее чем три прямоугольных канала в виде водоводов для направления движения потока, который при своем движении в горизонтальной плоскости осуществляет поочередно не менее чем четыре последовательных поворота на 90°, 180°, 180°, 90° в вертикальной плоскости, что усиливает интенсивность гашения энергии воды, в сторону выпускного отверстия отводящего трубопровода.
Кроме того, колодец дополнительно имеет закрепленную выше дна его гасительную решетку и размещенную ниже выпускного отверстия погруженного в него подвижного патрубка.
Кроме того, прямоугольный колодец разделен по длине на две неравные части водосливной перегородкой.
Такое выполнение гасителя водного потока из взаимосвязанных элементов позволит увеличить интенсивность гашения энергии расположенного водовода в прямоугольном колодце с уровнем воды с переливающейся (водосливной) перегородки, перед которой размещен подвижный выпускной патрубок, нижним концом, погруженным в воду над гасительной решеткой, закрепленной выше дна колодца на некотором расстоянии по высоте, а также с другой стороны установки закрепленной водосливной перегородки поток при своем движении в колодце проходит между приваренными жестко к торцевым стенкам соответственно не менее чем две укороченные горизонтальные пластины-отражатели в виде прямоугольных образованных каналов и в виде водоводов для направления движения потока, который при своем движении осуществляет соответственно поочередно не менее чем четыре последовательных поворота на 90°, 180°, 180°, 90° в вертикальной плоскости, потоки соударяются с плоскостями пластин-отражателей при падении и поступают в зазоры (отверстия) между укороченными концами пластинами-отражателями. В свою очередь это уменьшает динамическое воздействие на дно колодца и его стенки, т.е. эффективность гашения энергии потока к дну колодца в целом увеличивается и отсутствует размыв его дна. Кроме того, исключает возможность пульсационных колебаний в самом затопленном по высоте колодца водой при выпуске воды в сторону отводящего трубопровод, а значит, реализуется лучший массообмен потока по высоте водобойного колодца. В итоге предлагаемое устройство просто по конструкции и позволит повысить эффективность работы гасителя энергии.
На чертеже схематически показан гаситель энергии водного потока, поперечный разрез.
Гаситель энергии водного потока включает подводную трубу 1 с выпускным вертикальным патрубком 2, подвижный телескопический патрубок 3 с водовпускным отверстием 4 и водовыпускным отверстием 5, вертикальную водосливную перегородку 6, разделяющей по длине прямоугольный колодец 7 на две неравные части 8 и 9, при этом нижний конец подвижного патрубка 3 расположен ниже верхнего торца перегородки 6 над гасительной решеткой 10, закрепленной выше дна водобойного колодца 7 во входной его части 8. Подвижной патрубок 3 имеет возможность управления вручную телескопически за счет фиксаторов 11 и 12 с возможностью перемещения относительно вертикальной водосливной перегородки 6, сообщенной со второй частью 9 водобойного колодца 7 с отводящим трубопроводом 13. Прямоугольный колодец 7, в первой части 8 имеет впускной подвижной патрубок 3, далее во второй части 9 закреплены со смещением в вертикальной плоскости и укороченные горизонтальные пластины-отражатели нижняя 14 и верхняя 15 на некотором расстоянии друг от друга, и которые приварены горизонтально торцами к боковым стенка колодца и к боковой стенке водосливной перегородке. При этом нижняя пластина-отражатель 14 расположена выше выпускного отверстия трубопровода 13, и дно которого выше дна водобойного колодца 7. Водобойный колодец 7 имеет по длине вторую часть 9, выполненной несколько больше чем длина первой части 8 с выполненными соответственно элементами 3, 14 и 15. Таким образом, внутри части 9 колодца 7 между боковыми его стенками, и вертикальной водосливной (переливной) перегородки 6, вварены нижняя укороченная горизонтальная пластина-отражатель 14 и верхняя укороченная горизонтальная пластина-отражатель 15. При этом укороченные горизонтальные пластины-отражатели 14 и 15 образуют не менее чем три прямоугольных канала в виде водовода для направления движения потока после перелива воды через вертикальную водосливную перегородку 6.
Поскольку обеспечивается в прямоугольном колодце по длине многократно изменения направления движения отводимого потока, начиная от первой части 8, далее через водосливную перегородку 6 во вторую часть 9 водобойного колодца 7 с затоплением его водой, при этом гасительная решетка 7 дополнительно гасит часть падающего потока до перелива его через вертикальную водосливную перегородку 6 при высокой выходной скоростью при поступлении из подвижного патрубка 3 с фиксированным перемещением. В целом поток по длине гасит кинетическую энергию в сторону отводящего трубопровода 13.
Гаситель энергии водного потока работает следующим образом.
Вода поступает из подводной трубы 1 проходит через выпускной вертикальный патрубок 2 и далее поступает в подвижный телескопический патрубок 3 с водовпускным отверстием 4 и водовыпускным отверстием 5 непосредственно на первом этапе гасит часть потока на гасительной решетке 10, закрепленную несколько выше дна водобойного колодца 7. Затем после затопления нижнего конца подвижного патрубка 3 вода меняет направление движения на 90°. Далее переливается через верхнюю кромку водосливной перегородки 6, и на втором этапе поток воды направляется и падает (направляется) на верхнюю укороченную горизонтальную пластину-отражатель 15, разворачивается на 180° и далее поступает через образованное отверстие в сторону нижней укороченной горизонтальной пластины-отражатель 14, поступает во второй канал и, двигаясь по нему поток, ударяется о боковую стенку перегородки 6, разворачивается на 180° и поступает через другое отверстие нижней укороченной горизонтальной пластины-отражатель 14, меняет направление своего движения на 90°, ударяется о боковую стенку в сторону отводящего трубопровода 13.
Предлагаемая компоновка устройства выгодно отличается от прототипа эффективностью гашения потока по длине водобойного колодца, имеет конструктивно и технологически предельно простой, что делает гаситель энергии надежным в работе. В процессе соударения между собой потоки разворачиваясь, каждый раз на определенный угол поворота в сторону движения воды и перемешиваясь на первом этапе за счет подпора вертикальной водосливной перегородки 6, далее наступает второй этап движения потока, происходит обтекание укороченных прямоугольных пластин-отражателей 14 и 15 с водопропускными отверстиями в конце каждой из пластин-отражателей 14 и 15, соударение о боковые стенки сооружения с потоком, поступающим по плоскостям пластин-отражателей, происходит дополнительное сжатие и окончательное гашение энергии.
В процессе гашения поступающего потока в каждом его поворота на определенный угол приводит к дополнительному сопротивлению в движении и соударения его за счет наличия закрепленных на разной вертикальной плоскости друг другу укороченных горизонтальных пластин-отражателей 14 и 15, доходя до нижней части водобойного колодца 7.
Таким образом, полученный эффект достигается за счет эффективности разворачивания каждый раз потока на определенный угол поворота по пути его движения по длине всего водобойного колодца, что обеспечивает установившийся поток воды перед отводящим трубопроводом 13. Процесс гашения потока реализуется в широком диапазоне изменения расхода воды при поступлении его из подводной трубы 1 с подвижным телескопическим патрубком 3 в водобойный колодец 7, разделенного на две неравные части 8 и 9 вертикальной водосливной перегородкой 6. Все это в целом позволяет упростить конструкцию самого гасителя энергии и устройства для его заполнения и гашения кинетической энергии потока, повышается эффективность его работы за счет максимального гашения кинетической энергии падающего потока в водобойный колодец.
Для оценки эффективности предложенного сооружения гасителя энергии водного потока, наличие подвижного фиксируемого патрубка внутри колодца пред вертикальной водосливной перегородкой с затоплением его нижнего конца над расположенный гасительной решеткой и закрепленной выше дна водобойного колодца на первом этапе, далее наступает второй этап после перелива воды через водосливную вертикальную перегородку, где поток воды продолжает свое движение, омывая укороченные горизонтальные пластины-отражатели, в целом оказывается весьма эффективным продолжением гашения кинетической энергии, и может быть применено для объектов гашения водного потока после напорных водоводов в водобойном колодце, благодаря поэтапному гашению потока из горизонтального водовода в колодец, в котором размещены предложенные устройства.