ГАСИТЕЛЬ СКОРОСТИ ПОТОКА ЖИДКОСТИ

Полезная модель относится к гидродинамике, а именно к средствам воздействия на поток текучей среды, вытекающей в виде струй из отверстий, и предназначена для снижения скорости потока жидкости, истекающей из трубопровода. Областью применения предложенного технического решения являются трубопроводные системы равномерного распределения потока жидкости по площади сечения емкостного технологического оборудования, работающего при равномерном ламинарном движении жидкости (сепараторы, отстойники, осветлители, контактные аппараты и др.).
Из уровня техники известно устройство для гашения энергии свободно падающей струи по патенту на изобретение RU 2029019 С1 (патентообладатель: Ягин В.П., МПК: Е02В 8/06, опубл. 20.02.1995). Устройство включает успокоительный бассейн, в котором размещен плавающий гаситель, выполненный в виде конфузора, опоясанного снаружи поплавком в виде круга и содержащего в проточной части рассекатель струи, состоящий из плоских решеток и дополнительной решетки, образованной стержнями, сходящимися на элементе, и имеющей форму боковой поверхности усеченного конуса. Падающая из отверстия свободная струя попадает в конфузор плавающего гасителя, расщепляется на решетках и, воздействуя на внутреннюю поверхность конфузора, удерживает плавающий гаситель под струей. Недостатком данного устройства является работа только на поверхности жидкости, что снижает эффективность снижения скорости потока жидкости.
Наиболее близким аналогом заявленной полезной модели является гаситель энергии водного потока по патенту на изобретение RU 2724447 С1 (патентообладатель: Голубенко М.И., МПК: Е02В 8/06, опубл. 23.06.2020). Гаситель энергии водного потока включает горизонтальный участок водовода, вертикальный патрубок и колодец. Колодец имеет впускную вертикальную телескопическую трубу, выполненную из многоярусных каскадных вращающихся патрубков, снабженных на поверхности дополнительными конусообразными растекателями, имеющих по образующей поверхности продольные канавки. Жестко закрепленный обтекатель с вершиной выполнен в виде усеченного конуса, вершина которого соосно направлена в сторону выходного отверстия нижнего вращающегося патрубка с растекателем. Вращающиеся патрубки имеют разный диаметр, уменьшающийся сверху вниз в сторону неподвижно закрепленного растекателя с вершиной. Кольцевая горизонтальная полка с кольцевым зазором закреплена в водобойном колодце ниже растекателя в виде усеченного конуса с вершиной и размещена выше выпускного отверстия отводящего трубопровода. Известное устройство позволяет снизить придонную скорость нестационарного потока жидкости за счет местных соударений вращающего и пульсирующего потока воды в сторону водобойного колодца. Однако ввиду наличия расширяющихся по углу наклона боковой поверхности к оси по ходу движения жидкости растекателей, а также наличию горизонтального участка водовода и небольшой протяженности прямого участка вертикального патрубка эффективность снижения скорости потока жидкости недостаточно высока.
Задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является создание гасителя скорости потока жидкости до скоростей, обеспечивающих равномерное ламинарное движение потока жидкости, поступающего в емкостное технологическое оборудование.
Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение эффективности снижения скорости потока жидкости, поступающей в емкостное технологическое оборудование.
Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что в заявленный гаситель скорости потока жидкости, содержащий патрубок, предназначенный для подачи жидкости из коллектора подачи жидкости, и полые усеченные конусы, обращенные меньшими основаниями перпендикулярно потоку жидкости, содержит три полых усеченных конуса, которые размещены соосно друг в друге таким образом, что каждый внутренний усеченный конус с меньшим диаметром меньшего основания расположен относительно усеченного конуса с большим диаметром меньшего основания внутри него с зазором вдоль вектора движения потока жидкости, и усеченный конус с меньшим диаметром меньшего основания выполнен с углом наклона боковой поверхности к оси усеченного конуса более острым, чем угол наклона боковой поверхности усеченного конуса с большим диаметром меньшего основания, при этом полые усеченные конусы соединены между собой со стороны большего основания, а патрубок соединен с наружным полым усеченным конусом соединительными пластинами, направленными вдоль вектора движения потока жидкости.
Дополнительно, края патрубка на выходе жидкости и края меньшего основания полых усеченных конусов могут быть выполнены заостренными.
Дополнительно, полые усеченные конусы и соединительные пластины могут быть выполнены тонкостенными.
Дополнительно, наружный полый усеченный конус может быть выполнен с углом наклона боковой поверхности, не превышающим 60°.
Дополнительно, меньшее основание полого усеченного конуса, расположенного последним вдоль вектора движения потока жидкости, может иметь площадь поперечного сечения, не превышающую 10% от площади поперечного сечения отверстия патрубка.
Сущность заявляемой полезной модели иллюстрируется графическими материалами, где на фиг.1 представлен общий вид гасителя скорости потока жидкости, на фиг.2 - пример использования гасителя скорости потока жидкости.
На чертежах использованы следующие обозначения:
1 - патрубок;
2 - полые усеченные конусы;
3, 4 - соединительные пластины;
5 - коллектор подачи жидкости;
6 - емкостное технологическое оборудование;
7 - трубопровод;
8 - распределительная трубопроводная система;
9 - гаситель скорости потока жидкости;
10 - трубопровод выхода жидкости.
Заявленный гаситель скорости потока жидкости состоит из сборочных единиц, находящихся в функционально-конструктивном единстве. Гаситель скорости содержит патрубок 1, предназначенный для подачи жидкости из коллектора подачи жидкости 5, и два или более полых усеченных конуса 2, обращенных меньшими основаниями перпендикулярно потоку жидкости. В качестве примера реализации заявленной полезной модели (фиг. 1) приведено исполнение гасителя скорости потока жидкости с тремя полыми усеченными конусами 2, установленными друг за другом по ходу движения потока жидкости. Необходимое количество полых усеченных конусов 2, входящих в конструкцию гасителя скорости потока жидкости, в каждом конкретном случае определяется в зависимости от диаметра патрубка 1, характеристик потока жидкости на входе и выходе из гасителя скорости, физических свойств жидкости (включая размер механических примесей в составе жидкости).
Полые усеченные конусы 2 размещены соосно друг другу таким образом, что усеченный конус с меньшим диаметром меньшего основания расположен после усеченного конуса с большим диаметром меньшего основания внутри него вдоль вектора движения потока жидкости. Кроме того, полые усеченные конусы 2 установлены друг относительно друга с зазором, благодаря чему каждый полый усеченный конус 2 распределяет по своей боковой поверхности определенное количество поступающей жидкости, которая при инерционном движении от меньшего основания к большему основанию полых усеченных конусов 2 теряет скорость до требуемых значений.
При этом каждый усеченный конус 2 с меньшим диаметром меньшего основания выполнен с углом наклона боковой поверхности более острым, чем угол наклона боковой поверхности усеченного конуса 2 с большим диаметром меньшего основания, что позволяет эффективнее направлять поток поступающей жидкости вдоль боковой поверхности усеченного конуса, рассекая его, а не разбивая о более плоскую поверхность. Полый усеченный конус с наиболее острым углом наклона боковой поверхности к оси конуса расположен последним вдоль вектора движения потока жидкости. Тем самым достигается инерционное растягивание потока жидкости вдоль всей боковой поверхности полого усеченного конуса, обеспечивая значительное снижение скорости потока жидкости, выходящего из гасителя скорости в полость емкостного технологического оборудования.
Все полые усеченные конусы 2, входящие в состав гасителя скорости, соединены между собой со стороны большего основания соединительными пластинами 4, преимущественно посредством пайки или сварки. При этом соединительные пластины 4 направлены вдоль вектора движения потока жидкости, чтобы не препятствовать ее стеканию по боковым поверхностям полых усеченных конусов 2. Предпочтительно, полые усеченные конусы 2 соединены между собой посредством трех и более соединительных пластин 4.
Патрубок 1 подачи жидкости также соединен с наружным полым усеченным конусом с большим диаметром меньшего основания направленными вдоль вектора движения жидкости соединительными пластинами 3, предпочтительно, пайкой или сваркой. Патрубок 1 выполнен с возможностью присоединения к коллектору подвода жидкости 5 герметичным соединением, предпочтительно - разборным. Наличие прямого участка подачи жидкости, состоящего из патрубка 1 и зазора между патрубком 1 и наружным полым усеченным конусом 2, ведущего от коллектора подачи жидкости 5, позволяет обеспечить равномерность распределения потока жидкости по сечению патрубка 1 и равномерность поступления и излива жидкости из полых усеченных конусов 2.
В целом заявленная конструкция гасителя скорости потока жидкости позволяет эффективно снижать скорость поступающей от коллектора 5 жидкости благодаря рассечению потока жидкости на отдельные потоки меньшими основаниями полых усеченных конусов 2 и инерционному движению жидкости по наклонным боковым поверхностям к большему основанию полых усеченных конусов 2. Кроме того, эффективность снижения скорости потока жидкости достигается благодаря сужению малых и больших оснований каждого последующего вдоль вектора движения потока жидкости полого усеченного конуса 2, боковая поверхность которого имеет более острый угол наклона к оси конуса, а также благодаря размещению полых усеченных конусов 2 друг в друге с зазором, а не последовательно друг за другом. Это приводит к тому, что жидкость, распределяясь по площади всех усеченных конусов 2, двигаясь от меньших оснований к большему, замедляется, что обеспечивает в совокупности инерционное растекание потока жидкости по боковым поверхностям усеченных конусов 2, позволяющее достичь потоком жидкости скоростей, соответствующих равномерному ламинарному движению жидкости, поступающей далее в емкостное технологическое оборудование 6.
В качестве материалов для изготовления гасителя скорости потока жидкости может быть использована сталь, пластик или композитные материалы.
В зависимости от диаметра патрубка 1, требуемых характеристик потока жидкости на входе и выходе из гасителя скорости, физических свойств жидкости, наличия и размера механических примесей в составе жидкости определяются следующие конструктивные параметры заявленного устройства:
- количество полых усеченных конусов 2;
- диаметры меньших и больших оснований полых усеченных конусов 2;
- величина зазоров между полыми усеченными конусами 2 и расстояние от выходного конца патрубка 1 до наружного конуса;
- толщина соединительных пластин 3 и 4 и полых усеченных конусов 2.
Края стенок выходного конца патрубка 1 и меньшего основания полых усеченных конусов 2 могут быть выполнены заостренными под острым углом для снижения гидродинамического влияния стенки патрубка 1 при истечении из него жидкости и стенки меньшего основания полых усеченных конусов 2 при рассечении потока жидкости.
Предпочтительно полые усеченные конусы 2 и соединительные пластины 3 и 4 выполнены тонкостенными для снижения негативного гидродинамического влияния конструкции указанных элементов на эффективность работы заявленного устройства.
Наружный полый усеченный конус 2 предпочтительно выполнен с углом наклона боковой поверхности к оси усеченного конуса, не превышающим 60°, что дополнительно обеспечивает большую плавность растекания потока жидкости по площади боковой поверхности усеченного конуса.
Площадь поперечного сечения меньшего основания последнего вдоль вектора движения потока жидкости усеченного конуса 2 предпочтительно не превышает 10% от площади поперечного сечения отверстия патрубка 1. Это дополнительно позволяет задействовать внутреннюю поверхность последнего усеченного конуса в распределении потока жидкости. Такая конструкция снижает нагрузку на остальные конусы и не оказывает негативного влияния на скорость потока жидкости в гасителе скорости. Превышение же величиной поперечного сечения последнего усеченного конуса 10% от площади поперечного сечения отверстия в патрубке может привести к образованию устойчивой струи потока жидкости с высокой скоростью на выходе из гасителя скорости потока жидкости.
В частном осуществлении полезной модели, патрубок 1 может быть выполнен в виде насадки для крепления гасителя скорости потока жидкости к трубопроводу подачи воды из коллектора подачи жидкости 5 таким образом, чтобы было выдержано требуемое расстояние от трубопровода до полых усеченных конусов 2, обеспечивающее равномерность подачи жидкости на усеченные конусы.
Заявленный гаситель скорости потока жидкости работает следующим образом.
Поток жидкости из внешнего коллектора подачи жидкости 5 поступает по трубопроводу 7 в гаситель скорости 9 через герметичное соединение. Жидкость из гасителя скорости 9 изливается струей в объем емкостного технологического оборудования 6 под действием напора во внешнем коллекторе подачи жидкости 5, к которому присоединен гаситель скорости 9.
Внутри заявленного гасителя скорости потока жидкости 9 жидкость попадает сначала в патрубок 1, после выхода из которого струя жидкости через определенное расстояние встречается с меньшим основанием наружного полого усеченного конуса 2 и разделяется с помощью его стенки на два потока. Первый поток направляется вдоль боковой поверхности стенки наружного полого усеченного конуса 2 в сторону его большего основания. Так как площадь сечения полого усеченного конуса 2 непрерывно увеличивается в сторону от меньшего к большему основанию, жидкость, двигаясь по его наружной боковой поверхности в сторону большего основания, замедляется в результате растяжения слоя и теряет скорость. Второй поток жидкости имеет меньший диаметр струи, чем первоначальный поток, изливающийся из патрубка 1. Этот второй поток жидкости инерционно в виде струи через определенное расстояние, соответствующее величине зазора между наружным и последующим полыми усеченными конусами 2, встречается с меньшим основанием последующего внутреннего полого усеченного конуса 2, аналогично разделяясь на два потока, при этом также происходит гашение скорости внешнего потока и снижение диаметра струи внутреннего потока жидкости, который направляется к следующему полому усеченному конусу 2. Разделение струи жидкости производится до тех пор, пока скорость жидкости в потоке не достигнет значения, соответствующего равномерному ламинарному движению жидкости, поступающей далее в емкостное технологическое оборудование 6. Каждый последующий по направлению движения потока жидкости полый усеченный конус 2 имеет более острый угол наклона боковой поверхности к оси конуса. Наиболее острый угол последнего полого усеченного конуса 2 обеспечивает инерционное растяжение остаточной струи по его внутренней боковой поверхности, что приводит к разрушению струи и снижению скорости движения потока жидкости. После снижения скорости потока жидкости до требуемых величин, жидкость с выхода гасителя скорости потока жидкости 9 устремляется в объем емкостного технологического оборудования 6.
Скорость подачи жидкости и равномерность распределения потока жидкости по площади сечения емкостного технологического оборудования 6, работающего при равномерном ламинарном движении жидкости, определяет эффективность использования его полезного объема. Применение предложенного технического решения в трубопроводных системах равномерного распределения потока жидкости по площади сечения емкостного технологического оборудования 6 позволяет повысить степень распределения жидкости по площади сечения, минимизировать влияние скорости потока жидкости, истекающей из трубопровода 7, на технологический процесс в емкостном технологическом оборудовании 6 и увеличить эффективность использования его полезного объема.
Результат по снижению скорости потока (метры в секунду) изливающейся внутрь емкостного технологического оборудования 6 жидкости с выхода гасителя скорости потока жидкости 9 достигается конструкцией заявленного устройства.
Результат по снижению скорости потока жидкости может быть достигнут применением одного или нескольких гасителей скорости потока жидкости 9 в трубопроводных системах равномерного распределения потока жидкости по площади сечения емкостного технологического оборудования, расположенных на входе жидкости в емкостное технологическое оборудование 6. Кратность (разы) распределения потока жидкости по площади сечения емкостного технологического оборудования 6 для каждого устройства равна кратности соотношения большего диаметра меньшего основания наружного полого усеченного конуса 2 устройства и внутреннего диаметра трубопровода, через который жидкость выходит из гасителя скорости потока жидкости 9.
В качестве примера на фиг. 1 показано устройство, позволяющее снизить скорость с 1500 мм/с в патрубке 1 до 0,6 мм/с на выходе из больших оснований полых усеченных конусов 2.
В качестве примера использования заявленного гасителя скорости потока жидкости на фиг. 2 показана конструкция, содержащая набор гасителей скорости потока жидкости 9. Жидкость по трубопроводу 7, ведущему от коллектора подачи жидкости 7, через распределительную трубопроводную систему 8 с гасителями скорости потока жидкости 9 подается в донную часть емкостного технологического оборудования 6, распределяясь по площади горизонтального сечения емкостного технологического оборудования 6 со скоростью, обеспеченной конструкцией гасителей скорости потока жидкости 9. Далее жидкость равномерно движется через весь объем емкостного технологического оборудования 6 и отводится через трубопровод выхода жидкости 10.
Таким образом, использование гасителя скорости потока жидкости в соответствии с заявленной полезной моделью позволяет повысить эффективность снижения скорости потока жидкости, поступающей в емкостное технологическое оборудование.