ГАСИТЕЛЬ ЭНЕРГИИ ВОДНОГО ПОТОКА
WATER FLOW BAFFLE

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 оно 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 снижении 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 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. недостаточная эффективность его эксплуатации; устройство на выходе из колодца дополнительно имеет 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 заявляемого изобретения заключается в повышении эффективности 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 расположен в колодце, конический расширяющийся водовод в виде выпускного патрубка снабжен кольцевым трубопроводом, охватывающим корпус патрубка с наружной стороны, и дополнительными распылительными соплами для подвода сжатого воздуха от источника питания, размещенного в промежуточной кольцевой полости, отверстия которой наклонены к наружной поверхности в направлении боковых стенок колодца, отражательный экран расположен соосно выходному отверстию патрубка в виде кольцевого регулируемого над ним насадка, ориентированного к выпускному патрубку, связанного при помощи механизма изменения зазора между ними, при этом нижний конец экрана дополнительно выполнен с продолжением криволинейного насадка, концы которого ориентированы в направлении выходного отверстия патрубка.
Кроме того, механизм изменения зазора выполнен в виде винтовой пары.
Кроме того, нижняя часть основания колодца снабжена поперечной перегородкой с перепускными окнами и с кольцевым наклонным козырьком в сторону расширяющегося водовода и сообщенным с отводящим каналом.
Выполнение гасителя из взаимосвязанных элементов способствует гашению энергии потока за счет, во-первых, закрученного потока в отражательном насадке соосно расположенным по отношению к выходному патрубку, во-вторых, кольцевой трубопровод, охватывающий наружную сторону патрубка, имеет наклонные отверстия, через которые воздух под давлением направляется навстречу падающему водному потоку в колодец, и отверстия ориентированы таким образом, что каждое сопло кольцевого трубопровода направлено в сторону боковых стенок колодца. Сопла расположены выше поперечной перегородки с перепускными окнами и с наклонным кольцевым козырьком перегородки. В целом это снижает скорости, так как кинетическая энергия воды расходуется на интенсивное соударение потока и воздуха, прежде чем вода поступит на дно колодца, далее вода поступает в отводящий канал. Сама поперечная перегородка с перепускными окнами и с кольцевым наклонным козырьком способствуют более полному гашению воды, которая поступает на дно колодца. При этом предлагаемое устройство просто по конструкции и позволит повысить эффективность работы гасителя энергии. В этом случае очищаются рабочие поверхности отражательно экрана и стенок колодца выше поперечной перегородки, где вода соприкасается со стенками колодца.
На чертеже схематически показан гаситель энергии водного потока, разрез.
Гаситель энергии водного потока содержит горизонтальный участок водовода 1, в концевом вертикальном расширении размещен выпускной патрубок 2, колодец 3, кольцевой трубопровод 4 воздуха с распылительными соплами 5 и 6, установленными наклонными отверстиями в разные стороны, и каждое из сопел кольцевого трубопровода направлено вверх и вниз под углом к плоскости перпендикулярно оси патрубка 2. Над выходным отверстием патрубка 2 соосно размещен выше отражательный экран 8 с механизмом 9 изменения зазора между верхним концом патрубка 2 и криволинейным насадком 10 экрана 8. Механизм 9 изменения зазора может быть выполнен в виде винтовой пары. Колодец 3 в сторону дна снабжен поперечной перегородкой 11 с перепускными окнами 12 с кольцевым наклонным козырьком 13.
Поскольку обеспечивается многократное изменение направления движения отводимого из колодца выше поперечной перегородки 11 с перепускными окнами 12 с кольцевым наклонным козырьком 13 вниз в сторону дна колодца 3, то в сочетании сего выходной скоростью и низкой скоростью при поступлении на дно колодца 3 поток воды гасит кинетическую энергию. Колодец 3 соединен с отводящим каналом 14.
Кольцевая полость трубопровода 4 предусматривает через патрубок 7 поступление сжатого воздуха, например, от компрессора (не показан), далее воздух поступает через распылительные сопла 5 и 6 в колодец 3 выше поперечной перегородки 11. При этом в начале отводящего канала 14 происходит снижение придонных скоростей.
Гаситель энергии водного потока работает следующим образом.
Напорный поток из водоподающего трубопровода 1 поднимается вертикально вверх в расширяющийся патрубок 2. Отражательный экран 8 с криволинейным насадком 10 создает такое круговое закручивающее течение потока, которое направлено вниз в сторону полости колодца 3, где происходит его интенсивное перемешивание с водой, наполняемой колодец 3. Сжатый воздух, подаваемый от компрессора в полость кольцевого трубопровода 7, через распылительные сопла 5 и 6 поступает в полость колодца 3, наполняемого одновременно водой, в процессе которого поток перемешивается с воздухом в сторону отклонения боковых стенок колодца 3, образуется окончательное ослабление интенсивности циркуляционного течения в нем, что приводит к выравниванию эпюры давления, и в конечном итоге, предотвращает отрыв потока. В результате чего, под напором поток воды поступает через перепускные отверстия 12 в поперечной перегородке 11 с кольцевым наклонным козырьком 13 и полностью гасит свою кинетическую энергию при поступлении его на поверхность воды у дна колодца 3, что обеспечивает возможность существенно предохранить отводящий канал 14 от размыва в непосредственной близости от колодца 3.
Поперечная перегородка 11 позволяет погасить кинетическую энергию потока еще до выхода потока через перепускные окна 12, и она с кольцевым наклонным козырьком также предотвращает отрыв потока, выходящего через окна 12. Механизм 9 изменения зазора между отражательным экраном 8 с криволинейным насадком 10 и выпускным патрубком 2 позволяет менять давление и истечение воды в направлении заполнения полости колодца 3 при минимальном и максимальном расходе воды из патрубка 2.
Таким образом, применение предлагаемого гасителя энергии водного потока позволит повысить эффективность и снизить придонные скорости потока в колодце, что сокращает строительную стоимость сооружения, следовательно, исключается необходимость устройства дополнительного колодца в нижнем бьефе канала.