ГАСИТЕЛЬ ЭНЕРГИИ ПОТОКА
ENERGY DISSIPATOR

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для гашения энергии потока воды в нижнем бьефе гидротехнического сооружения.
Известен высоконапорный глубинный водосброс, включающий горизонтальный участок водовода, установленные в конце его и расположенные по периметру носки-трамплины, и расширение водовода (Авторское свидетельство СССР №905361, кл. Е02В 8/06, 1982).
Недостатком известного устройства является его неэффективность при истечении потока в атмосферу, при этом низкая эффективность гашения струй не исключает ударное воздействие их на элементы крепления отводящего русла. Наличие пульсаций ведет к динамическим нагрузкам на конструкцию и гашение не столь высоки, как в случае, когда гашение осуществляется классическим водобойным колодцем с элементами гасителей. Кроме того, наличие объединяющего потока за выступами увеличивает придонные скорости и создает вновь волновой поток, ухудшая гидравлические условия работы отводящего русла.
Наиболее близким к предложенному по назначению, технической сущности и достигаемому результату является вихревой гаситель, который для повышения эффективности гашения избыточной энергии сбрасываемого потока, включает горизонтальный участок водовода, кольцевую камеру гашения и носки-трамплины (Авторское свидетельство СССР №1030474, 1982).
Недостатки известного устройства:
взаимодействие струй и потоков в пределах кольцевой камеры способствует концентрации расхода на узком фронте, в результате местные скорости сохраняют высокие значения, что приводит к размыву дна от гасителя;
сложность его конструкции и эксплуатации из-за наличия изменения струй трамплинами, при этом отсутствуют условия гашения энергии при изменении расходов и колебаниях уровней в камере, т.е. не изменяется живое сечение камеры гашения;
гидродинамическая нагрузка увеличивается, а следовательно, эффект закручивания не достаточен;
работа гасителя эффективна при пропуске оптимального расхода, если расход выше или ниже оптимального, эффективность и надежность понижается, так как носки-трамплины неподвижно закреплены;
успокоители носки-трамплины, 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.
Цель изобретения - повышение эффективности работы в условиях переменного уровня воды в камере.
Поставленная цель достигается тем, что в гасителе энергии потока, включающем горизонтальный участок водовода, кольцевую камеру гашения, она снабжена виброэкраном сферической формы выпуклостью верх, размещенным соосно отверстию вертикального впускного патрубка, установленного в конце водовода, камера имеет прикрепленный к ее внутренней полости в верхней части вертикальные выступы-ограничители, взаимодействующие с кольцевым упором в виде диска, виброэкран выполнен с возможностью вертикального перемещения и имеет стойки в виде направляющих регулировочных винтов, снабженных пружинами.
Кроме того, кольцевая камера основанием прикреплена к входному концу патрубка, обращенного ко дну сбросного коллектора, сообщенного с ним трубопровода, и основание кольцевой камеры снабжено на внутренней поверхности выступами-ограничителями, взаимодействующими с кольцевым упором в виде диска.
При этом виброэкран дополнительно снабжен полым отрезком трубы с перфорацией в коньковой части виброэкрана и соединенной с вакуум-насосом.
Такая конструкция гасителя энергии потока благодаря исполнению виброэкрана сферической формы подвижным устанавливает между верхним и нижним выступами-ограничителями виброэкран в положение, соответствующее высоте перекрытия по вертикали камеры гашения относительно горизонта воды над ним и площади истечения воды через отверстие к дну водосбросного коллектор. Сохраняется автоматическое регулирование отводимого расхода. Давление воды, воздействуя на виброэкран и сжимая пружину, перемещает его с направляющей стойкой (направляющий регулировочный винт с гайкой) в сторону входного конца патрубка, обращенного к дну сбросного коллектора.
Пружина обеспечивает различное открытие кольцевого отверстия между стенками камеры и торцом кольцевого упора в виде диска, этим достигается относительная высота наполнения перед вертикальным впускным патрубком, соединенным с концом напорного водовода. Регулирование силового воздействия осуществляется направляющим регулировочным винтом с гайкой. Это дает также возможность более активно воздействовать на поступающий поток сверху, следовательно, повышается эффективность работы в условиях переменного уровня воды в камере гашения. Пружина расположена так, что ее растяжение и упругие свойства могут фиксироваться путем ввинчивания виброэкрана в основание камеры, тем самым регулируя расположение виброэкрана поверхностью сферы выпуклой вверх соосно выпускному отверстию вертикального патрубка напорного водовода, что уменьшает затраты на подбор пружины сжатия до минимума. Серьезным преимуществом является возможность регулирования расходов в зависимости от давления в напорном водоводе на сферическую поверхность виброэкрана с кольцевым упором в виде диска.
Другим преимуществом является то, что виброэкран снабжен в коньковой части во внутренней полости отрезком пустотелой трубы с перфорацией, где собирается атмосферный воздух, выделяющейся из воды, и труба соединена с вакуум-насосом. Необходимость ее наличия позволяет убрать воздушный поток, оказывающий подъемную силу для виброэкрана, так как в этом случае, работа пружины сжатия лучше учитывает общую массу давления воды сверху без учета потерь на подъем (давление) при наличии воздушного потока под сферой виброэкрана.
Вариант, когда вместо вакуум-насоса сфера виброэкрана с полым отрезком трубы может быть сообщена посредством трубки с воздушным компрессором для подвода воздуха (не показано), увеличивает разность между статическим давлением воды сверху на сферическую форму виброэкрана и динамическим давлением с ее внутренней стороны, произойдет продвижение виброэкрана с направляющими вверх. Незначительное давление воздуха от воздушного компрессора может также обеспечивать заданную эффективность гашения избыточной энергии потока (работу компрессором можно отрегулировать и скорость воздушного потока под сферой виброэкрана, а следовательно, менять уровень воды над ним).
Такое выполнение гасителя энергии потока из взаимосвязанных элементов позволит увеличить интенсивность гашения энергии от уровня воды над сферой виброэкрана, способствует устойчивому его наполнения перед поступлением в щель на дно камеры, которое и определяет интенсивность гашения энергии при поступлении в отводящий патрубок, размещенный в потоке коллектора. В свою очередь это уменьшит динамическое воздействие на стенки камеры гашения, т.е. эффективность гашения энергии потока к дну сбросного коллектора увеличится, отсутствует размыв дна. Расположение выпускного патрубка в сбросном коллекторе исключает возможность пульсационных воздействий также на отводящее русло.
На фиг.1 изображен гаситель энергии потока, вид в плане; на фиг.2 - продольный разрез А-А на фиг.1, верхнее положение; на фиг.3 - то же, нижнее положение.
Гаситель энергии 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, и имеет прикрепленные в ее внутренней полости в верхней части вертикальные выступы-ограничители 7 и 8, между которыми размещен подвижный виброэкран 9, расположенный соосно ориентированным выпуклостью к выпускному отверстию патрубка 2. Виброэкран 9 снабжен периферийным кольцевым упором 10 и может входить в контакты с выступами-ограничителями 5 и 6 (при необходимости в нижнем положении) и с вертикальными выступами-ограничителями 7 и 8 (при необходимости в верхнем положении). Подвижный виброэкран 9 является регулятором положения напора воды в камере 3 гасителя и снабжен подвижными стойками 11 и 12 с пружинами 13 и 14, выполненными в виде регулировочных болтов с фиксированными гайками 15 и 16. Кроме того, в центре плоского дна 4 закреплен выпускной патрубок 17 с опорными крестовинами 18 с направляющими 19 и 20 в виде упорных пластин для пружин 13 и 14. При этом боковые стенки виброэкрана 9 устраняют возможность перекоса подвижных стоек 11 и 12 при их вертикальном перемещении соосно неподвижному патрубку 17. При этом дополнительно верхняя часть стоек и пружин защищена от ударов волнового гасительного потока периферийным кольцевым упором 10. Кроме того, полость виброэкрана 9 в коньковой части снабжена отрезком перфорированной трубы 21, соединяющейся патрубком 22 с гибким рукавом 23 и патрубком 24 с вакуум-насосом 25 (возможен вариант с воздушным компрессором). Патрубок 17 размещен в сбросном коллекторе 26 с отводящим трубопроводом 27.
Гаситель энергии потока работает следующим образом.
В нерабочем состоянии виброэкран 9 находится в верхнем положении соосно впускному отверстию патрубка 2, а кольцевой упор 10 виброэкрана 9 входит в контакт с вертикальными выступами-ограничителями 7 и 8. Напорный поток из патрубка 2 водовода 1 поступает на выпуклую поверхность виброэкрана 9, растекается и соударяется с кольцевым упором 10, что обеспечивает хорошее расширение потока в верхней части камеры 3. Но так как давление воды и вес ее превышает до некоторого определенного упругого свойства пружин 13 и 14 с прикрепленными подвижными стойками 11 и 12, виброэкран 9 опускается в положение, соответствующее заданному сжатию пружин 11 и 12. Погашенный частично поток направляется между стенками камеры 3 и кольцевым упором 10, соответственно, волнения, которые возникают при растекании расхода и истечения через щель, переводят поток в зону плоского дна 4 камеры 3 равномерного кругового растекания. Но так как давление воды сверху в камере 3 может меняться, виброэкран 9 с кольцевым упором 10 с прикрепленными стойками 11 и 12 с пружинами 13 и 14 опускается и входит в контакт с выступами-ограничителями 5 и 6, прикрепленными к плоскому дну 4 камеры 3, соответственно стабилизируется гашение энергии потока в камере гашения, который через выпускной заглубленный патрубок 17 поступает в коллектор 26 и далее в отводящий трубопровод 27.
Наличие перфорированного отрезка трубы 21 не позволяет скапливаться атмосферному воздуху, выделяющемуся из жидкости под куполом виброэкрана, за счет дополнительной установленной линий 22, 23, 24, связанной с вакуум-насосом 25 с целью отсутствия влияния его давления на усилие пружин 13 и 14 сжатия от воздействия давления воды, поступающей из патрубка 2 водовода 1. Пружины 13 и 14 на стойках 11 и 12 расположены так, что их растяжение и упругие свойства могут создавать как колебательные действия, так и фиксироваться путем навинчивания гаек 15 и 16 в крестовинах 18 с направляющими 19 и 20 в виде упорных пластин, тем самым регулируя расположение виброэкрана 9 соосно отверстию впускного патрубка 2, что уменьшает затраты на подбор пружин 13 и 14 сжатия до минимума.
При уменьшении напора воды сверху пружины 13 и 14 отжимают ограничительное кольцо 10 виброэкрана 9 в камере 3 от выступов-ограничителей 5 и 6 и расход через щель меняется до заданного значения гашения энергии, т.е. давление воды на купол виброэкрана 9 с кольцом 10 зависит от высоты его расположения.
Таким образом, сила тяжести воды направлена на расширение поступательного движения, что усиливает эффект соударения об экран плоского кольцевого упора. Растекание воды по поверхности в щель и поступление ее одновременно уменьшает гидродинамическую нагрузку на плоское дно камеры, что положительно скажется при выпуске воды в коллектор.
Без наличия подпружиненного виброэкрана невозможна надежная работа предлагаемого гасителя, а плоский кольцевой упор и плоское дно камеры предотвращают циркуляцию потока в камере. Кроме того, форма и размеры виброэкрана с кольцевым экраном периферийной плоскости и плоское дно камеры с выпускным вертикальным патрубком препятствуют вертикальному движению потока, отразившегося от дна камеры к дну коллектора. Это создает благоприятные условия для выравнивания удельных расходов в отводящем трубопроводе или отводящем русле. Благодаря подавлению пульсаций при поступлении потока в коллектор, в котором размещен затопленный конец патрубка, динамические нагрузки на конструкцию не столь высоки по сравнению с известным.