ГАСИТЕЛЬ ЭНЕРГИИ ВОДНОГО ПОТОКА
WATER FLOW ENERGY DAMPENER

Изобретение относится к гидротехнике, а именно к устройствам для гашения энергии водного потока.
Известен гаситель энергии потока, преимущественно селевого потока, включающий расположенные на одной оси подводящее и отводящее русла и размещенную между ними обтекаемую с боков преграду, установленную на дне и разделяющую подводящее русло на два одинаковых по ширине канала, ограниченных с внешней стороны боковыми бортами подводящего русла и направленных за преградой навстречу друг другу, преграда выполнена в плане в виде трапеции с лобовой гранью, установленной с обратным уклоном навстречу потоку и сопрягающейся с дном водотока, причем отводящее русло выполнено шириной, меньшей ширины подводящего русла (авторское свидетельство SU №1550033, E02B 8/06, от 15.03.1990).
Недостатком его является низкая надежность гашения кинетической энергии, обусловленная прямоточностью движущихся навстречу друг другу потоков.
Известен гаситель энергии водного потока с криволинейной в вертикальной плоскости водобойной стенкой, установленной на уровне подводящего канала, имеющего концевую часть в виде консоли и расположенное на дне колодца отверстие, перекрываемое вогнутой дросселирующей пластиной (авторское свидетельство SU №1562396, E02B 8/06, от 07.05.1990).
Недостатком является однонаправленность закручиваемости потоков, приводящая к суммированию кинетической энергии образующихся вихрей, что снижает эффективность и надежность гашения водяного потока.
Известен гаситель энергии водного потока, состоящий из ряда пирсов, каждый из которых имеет верхнюю, заднюю и две боковые грани, которые в плане представляют собой треугольник, вершина которого направлена навстречу потоку, верхняя грань выполнена выступающей над боковыми гранями, имеющими вогнутую криволинейную поверхность и наклонена навстречу потоку, а боковые грани сопряжены одна с другой поверхностью обтекаемой формы (авторское свидетельство SU №947265, E02B 8/06, от 30.07.1982).
Однако данная конструкция обеспечивает лишь частичное гашение энергии потока за счет имеющихся пирсов, плавно обтекаемых их передних граней и массы воды приобретают вращательное движение вокруг оси потока, а затем эти пирсы расширяются вниз по течению, создающему общую конфузорность потока, и не обеспечивают гашение турбулентных струй, которые вызывают размывы за сооружением, что требует дополнительных эксплуатационных расходов.
Известен гаситель энергии потока, включающий цилиндрический водобойный колодец, делитель потока в два отвода, тангенциально соединенных с колодцем, плиты гасителя установлены на стойках с возможностью вертикального их перемещения и выполнены со стенками, расположенными по их периметру (авторское свидетельство SU №1059054, E02B 8/06 от 07.12.1983).
Недостатком является усложнение конструкцией плит, связанных с пригрузочными емкостями, заполняемых водой. При этом не исключается ударного воздействия на элементы крепления отводящего канала, а значит, это не способствует достаточному сглаживанию поверхности воды. Эффективность гашения энергии потока низкая. При этом усложнение конструкции плит сложно из-за железобетонных работ, возможно заклинивание плит при всплытии и перемещениях по стойкам, так как усилие равнодействующей гидростатического давления в колодце в разных точках не одинаково по всей напорной плоскости плит.
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение эффективности и надежности процесса гашения кинетической энергии разделяемого потока за счет последующего соединения закручиваемых во взаимно одинаковых направлениях его частей.
Технический результат достигается тем, что гаситель энергии водного потока, включающий водобойный колодец, размещенный между подводящим и отводящим каналами, делитель потока, снабжен гасителями потока, выполненными в виде камер, внутренние поверхности которых имеют форму усеченного конуса, установленных вертикально в колодце консольно в местах соединения камер с диффузорами, входные сечения диффузоров соединены с подводящим каналом, а камеры разделены между собой по высоте вертикальной стенкой по длине колодца, нижний торец вертикальной стенки имеет горизонтальные полки, установленные со стороны малых оснований усеченных конусов и перекрывающие среднюю часть площади колодца, причем высота камер составляет не менее половины высоты колодца.
На фиг. 1 показана принципиальная схема гасителя энергии водного потока, план; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.
Гаситель энергии водного потока содержит подводящий 1 и отводящий 2 каналы, разделяющий между ними водобойный колодец 3. Подводящий канал 1 снабжен делителем потока 4, разделяющим подводящий канал 1 на два одинаковых по ширине открытых канала 5 и 6 с диффузорами 7 и 8, входное сечение которых соединено с каналами 5 и 6, а выходное сечение сопрягается тангенциально с гасителями в виде камер 9 и 10 спирального в плане очертания, и высота размещения в нем не менее половины высоты водобойного колодца 3.
Камеры 9 и 10 имеют внутреннюю поверхность по форме усеченного конуса, установленного большим основанием в верхней части колодца в местах соединения с диффузорами 7 и 8 подводящих каналов 5 и 6, а малое основание усеченных конусов расположено в сторону дна колодца 3. Высота камер 9 и 10 составляет не менее полвины высоты водобойного колодца 3. Камеры 9 и 10 разделены между собой вертикальной стенкой 11, к нижнему торцу которой прикреплена горизонтальная полка 12 и 13 для каждой камеры с возможностью размещения их выше дна колодца 3 в одной горизонтальной плоскости с камерами 9 и 10. Вертикальная стенка 11 разделяет между собой гасительные камеры 9 и 10 с зоной самостоятельного закругления внутренней их поверхности из условия обеспечения плавного перехода с большого основания к меньшему основанию усеченных конусов к ориентации в сторону дна колодца (камеры выполнены консольно в колодце), а горизонтальные полки 12 и 13 стенки 11 установлены параллельно дну водобойного колодца 3 с возможностью частично перекрытия в сторону малого основания усеченного конуса, причем дно колодца 3 расположено ниже дна отводящего канала 2 (не показано).
Гаситель энергии водного потока работает следующим образом.
Поток воды, движущийся по подводящему каналу 1, делится делителем 4 на два равных потока, которые направляются в открытые каналы 5 и 6 (рукава), далее направляются в диффузоры 7 и 8. Поток воды, проходя через диффузоры 7 и 8, тангенциально и плавным образом поступает в камеры 9 и 10, внутренние поверхности которых имеют форму усеченного конуса с большим и малым основаниями, и движется по ним, описывая спиральную кривую. Высота каждой камеры 9 и 10 выбирается из условия, чтобы в ее пределах поток совершил не более двух оборотов. При выходе поток из малых оснований, растекаясь в сторону дна колодца 3, поступает на горизонтальные полки 12 и 13, закрепленные к нижнему торцу вертикальной стенки 11, и через щель поступает непосредственно в водобойный колодец 3. Это вызывает повышение дробления струй потока в колодец, где они, ударяясь о поверхность воды (водяная подушка) в нем, смешиваются между собой. Такое движение способствует интенсивному гашению сбросного потока. Кольцевые сечения двух потоков в камерах 9 и 10 ниже малого основания усеченных конусов расширяются и вновь сжимаются, далее смешиваются в колодце 3 в один общий поток для движения в сторону отводящего канала 2. Возникающий при этом механизм падающих масс воды сверху в колодец 2 распределяет энергию по всей площади колодца, так как камеры 9 и 10 закреплены консольно выше дна колодца 3 не менее половины его высоты.
В предложенном устройстве для гашения энергии потока использованы эффекты гашения встречными струями падения и растекания в колодце 3.
Близость форм каждой из камер 9 и 10, разделенных вертикальной стенкой 11 с горизонтальными полками 12 и 13, приводит к возрастанию влияния гашения струй, поступающих из камер 9 и 10, далее встречаясь с водной подушкой в колодце 3, полностью происходит гашение потока, который затем отводится в отводящий канал 2.
Использование предлагаемого технического решения позволяет значительно расширить область применения гасителей энергии водного потока, а также повышает эффективность гашения кинетической энергии разделяемого потока, это достигается в результате движения в камерах, внутренние поверхности которых имеют форму усеченного конуса с разделяющей их вертикальной стенкой 11 с горизонтальными полками 12 и 13, закрепленными снизу ее торца, исходя из взаимосвязи и взаимозависимости элементов гасителя энергии, а также тем, что высота камер составляет не менее половины высоты колодца. Таким образом, все в совокупности и обуславливает достижение поставленной цели при значительном снижении затрат на эксплуатацию для подобных объектов гидротехнического строительства, в том числе и для спиральных камер гашения.