ГАСИТЕЛЬ ЭНЕРГИИ ВОДНОГО ПОТОКА
WATER FLOW ENERGY ABSORBER

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для гашения водного потока после напорных водоводов в водобойном колодце.
Известно устройство для гашения энергии потока, включающее водобойный колодец, расположенный под вертикальным выходным участком напорного водовыпуска круглого поперечного сечения, гаситель энергии потока, установленный над его дном соосно с выходным участком напорного водовыпуска, при этом гаситель энергии потока выполнен в виде круглой решетки с радиально расположенными стержнями (Авторское свидетельство SU №1392189, Е02В 8/06 от 30.04.1988).
Недостатком известного гасителя является низкая эффективность гашения при расщеплении струи с последующей аэрацией потока, что не приводит к концентрации расхода в колодце при выходе его в отводящий канал, в результате местные скорости сохраняют высокие значения на большом расстоянии от гасителя, что приводит к размыву дна канала у гасителя. Кроме того, наличие всплесков смешивающихся потоков, а также неравномерность распределения по сечению колодца расхода, образующегося при его смешении, который должен бы гаситься круглой решеткой, недостаточно эффективно в работе гасителя энергии потока, т.е. сохраняются большие волнения водной поверхности, как в водобойном колодце, так и по длине отводящего канала.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является 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 диаметра 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 отверстия 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 потока при соударении в сторону кольцевой горизонтальной полки в колодце. Кроме того, усложняется конструкция крепления конусного растекателя из-за необходимости перемещения его с помощью насадка ограниченного направляющих пластин, существует возможность его заклинивания при перемещениях, в случае перекосов, так как усилие со стороны боковых стенок может меняться не равномерно.
Следует понимать, что при нестационарным понимается поток жидкости, в 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.
Таким образом, если имеет место накопление энергии в колодце в виде турбулентного перемешивания жидкости, то происходит нестационарный период переходного процесса. Этот процесс образования движения нестационарности может отрицательно сказываться на отсутствие сглаживание воды потока в колодце. Кроме того, эффект гашения в известном гасителе несколько понижается в сторону падения на поверхность воды в колодце, т.е. отсутствует соударений струй потока между собой в верхней части колодца, а это не делает камеру колодца экономичнее.
Технический результат заключается в повышении эффективности работы рабочей камеры снабженной рассекателями, установленными под углом к вертикали противоположных стенок колодца и перфорированными стенками растекателя и рассеивающего выпуска воды в дополнительную камеру гашения с кольцевой горизонтальной полкой с зазором, упрощение конструкции и снижение придонных скоростей в потоке.
Технический результат достигается тем, что гаситель энергии водного потока, характеризующийся тем, что он имеет горизонтальный участок водовода в виде подводной трубы, в конце которого размещен вертикальный впускной патрубок, колодец снабжен прикрепленным конусным растекателем, установленным внутри колодца с кольцевым зазором между внутренними стенками колодца, последний имеет внутреннюю кольцевую горизонтальную полку, размещенную выше выпускного отверстия отводящего трубопровода, согласно изобретения, корпус конусного растекателя имеет дополнительно перфорированные отверстия в стенках по всей его высоте, вертикальные внутренние стенки колодца и внешние вертикальные стенки растекателя снабжены рассекателями, установленными под углом к вертикали к противоположным стенкам их, и образуют рабочие камеры между стенками корпуса и перфорированными стенками растекателя, причем рассекатели расположены в шахматном порядке и направлены, внутрь рабочих камер вниз по ходу движения потока воды, причем перфорированные стенки расстекателей выполнены в виде гофрированных листов с остроугольными вершинами и впадинами, при этом вершины каждого ниже расположенного рассекателя смещены на полшага относительно вершины выше расположенного рассекателя.
Кроме того, рассекатели закреплены к боковым стенкам колодца и растекателя с помощью уголковых опорных фланцев.
Кроме того, дополнительная камера гашения колодца снабжена вертикальной консольной стенкой с зазором, размещенную ниже дна выпускного отверстия отводящего трубопровода.
Выполнения гасителя из взаимосвязанных элементов способствует гашению энергии за счет устройства растекателя с перфорированными стенками по всей его высоте, который помещен вовнутрь колодца, снабженных рассекателями под углом к их стенкам и образующих рабочую камеру гашения, причем рассекатели расположены в шахматном порядке и направлены вниз по ходу движения потока воды, причем стенки рассекателя выполнены в виде гофрированных листов с остроконечными вершинами и впадинами, при этом вершины каждого ниже расположенного рассекателя смещены на полшага относительно вершин выше расположенного рассекателя. Кроме того, дополнительно поддерживается разность высот воды в дополнительной камере гашения колодца и отводящем лотке за счет вертикальной консольной подпорной стенки в дополнительной камере гашения, размещенной ниже дна выходного отверстия отводящего трубопровода.
На чертеже изображена схема гасителя энергии водного потока, разрез.
Гаситель энергии водного потока включает водовод 1 с выпускным вертикальным патрубком 2. Выпускной вертикальный патрубок 2 соединен с водобойным вертикальным колодцем 3, в котором в средней части размещен конусный растекатель с перфорированными стенками корпуса 4. Центральная камера между стенками колодца 3 и растекателя 4, являющаяся коллектором, образована перфорированными стенками с отверстиями меньшей величины крупных частиц наносов, поступающих с водой. Корпус верхней части колодца 3 соединен с нижней частью дополнительной камеры гашения 5 его, полость которой образована насадком в виде горизонтальной кольцевой полки 6, ориентированной ниже конусного растекателя 4, который с зазором расположен выше выходного отверстия 7 вертикального колодца 3 выпуска воды. Корпус вертикального колодца 3 внизу соединен с дополнительной камерой 5 гашения, в которой дополнительно также расположена вертикальная консольная стенка 8 с зазором ниже дна выпускного отверстия трубопровода 9. На внутренних стенках колодца 3 и наружных перфорированных стенках растекателя 4 выполнены в шахматном порядке рассекатели 10. Рассекатели установлены под углом к вертикали и направлены внутрь рабочих камер вниз по ходу потока воды. Рассекатели 10 представляют собой гофрированные листы с остроугольными вершинами и впадинами, при этом вершины каждого нижерасположенного растекателя смещены на полшага относительно вершин выше расположенного рассекателя. Рассекатели 10 закреплены к стенкам корпусов любым известным способом, например, с помощью угольных опорных фланцев 11 для жесткости.
Гаситель энергии водного потока работает следующим образом.
Вода поступает в водовод 1, проходит через выпускной патрубок 2 и, поступая на конусный растекатель 4, делится на несколько частей потока воды, один из которых пронизывает в поперечном направлении перфорированные боковые стенки с отверстиями корпуса растекателя 4 и заполняет его полость. Другая часть потока воды, разбиваясь на множество искривленных по высоте потоков воды, достигнув сначала первого ряда рассекателей 10, перемешивается между собой (частично гасится) и поступает на следующий ряд рассекателей 10, вершины которых сдвинуты на полшага относительно вершин рассекателей предыдущего ряда. Здесь поток воды снова разбивается на отдельные струи, перемешивается и отбрасывается в сторону противоположной стенки, и так далее. Практически погашенный вертикальный поток воды в районе выхода в дополнительную камеру гашения 5 соединяется вместе и соударяется в ней в толще воды с прикрепленной в нижней части кольцевой горизонтальной полки бис вертикальной консольной стенкой 8 с расположенной ниже дна выпускного отверстия отводящего трубопровода 9. В результате этого процесса происходит окончательное гашение потока воды.
Оригинальность конструктивного решения подтверждается объединением действия растекателя с перфорированными стенками с заполнением полости его корпуса водой и наличия турбулентности смешения потока воды при прохождении камер коллектора по вертикали, улучшения эффективности гашения в верхней части колодца.
Таким образом, исходя из взаимосвязи и взаимодействия основных узлов гасительного сооружения, повысит эффективность гашения избыточной кинетической энергии воды непосредственно в верхней части колодца, а затем окончательно в нижней части дополнительной камере гашения, являющейся продолжением водобойного колодца и, как следствие, повышает эффективность работы рассеивающего выпуска воды в зоне конусного рассекателя, далее выпуска воды в камеру гашения дна водобойного колодца, в которой расположена кольцевая горизонтальная полка с зазором и консольная стенка с зазором к ее дну. Это позволяет упростить его конструкцию и уменьшить общую металлоемкость гасителя без подвижных элементов узла, при этом снижаются придонные скорости в потоке для конкретных условий.