ГАСИТЕЛЬ ЭНЕРГИИ ВОДНОГО ПОТОКА
WATER FLOW ENERGY ABSORBER

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для гашения водного потока в концевых устройствах закрытых трубопроводах и туннельных водопропускных сооружений.
Известен гаситель энергии водосбросного устройства, включающий подводную трубу, конически 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).
Недостатками являются сложность и, как следствие, большая материалоемкость, это ведет к усложнению эксплуатационной надежности, т.е. недостаточной эффективности его эксплуатации, устройство на выходе из колодца имеет дополнительно подпорные сооружения для полного гашения потока.
Наиболее близким к предложенному по назначению, технической сущности и достижению результату является гаситель энергии водного потока, включающий подводящую трубу, конически расширяющийся водовод, в котором установлен завихритель потока, вертикальную камеру, при этом конически расширяющийся водовод в виде выпускного патрубка, вертикальная камера которого выполнена в виде закрытого стакана с кольцевой перегородкой, при этом выпускной патрубок выполнен разъемным из двух секций, между которыми размещен обтекатель и тангенциальные патрубки с отверстиями для подачи воды по отношению к выпускному патрубку в месте их разъема, причем боковая стенка кольцевой перегородки снабжена перепускными окнами в сторону боковой стенки корпуса закрытого стакана, верхняя часть которого со стороны отводящего трубопровода выполнена в виде выпускного отверстия, совпадающего с отметкой дна отводящего лотка (Патент RU №2661741, Е02В 8/06 от 19.07.2018).
Недостатком известного гасителя является наличие разъемных двух секций, между которыми размещен обтекатель с тангенциальными патрубками усложняет эксплуатационную его работу. Кроме того, требуется закручивание потока для увеличения гидравлических местных сопротивлений, а значит, усложняет конструкцию гасителя. Другим недостатком является отсутствие регулирования отсекателя с подвижной кольцевой перегородкой для рассеивающего выпуска непосредственно с поперечными кольцевыми перегородками с козырьками, как в нижней, так и в верхней части корпуса стакана.
Техническим результатом предлагаемого технического решения является получение устройства, обеспечивающего существенное разделение водного потока, выходящего из водовода на расщепление удельных расходов по высоте вертикальной камеры (стакана) с подвижной кольцевой перегородкой между ее боковыми направляющими и, как следствие этого, повышение эффективности работы рассеивающего выпуска в сторону верхней части перепускного отверстия в сторону отводящего лотка и упрощение конструкции.
Технический результат достигается тем, что гаситель энергии водного потока, включающий подводящую трубу, конически расширяющийся водовод, вертикальную камеру, вертикальная камера выполнена в виде закрытого стакана, причем боковая стенка кольцевой перегородки снабжена перепускными окнами в сторону боковой стенки корпуса закрытого стакана, верхняя часть которого со стороны отводящего трубопровода выполнена в виде выпускного отверстия, совпадающего с отметкой дна отводящего лотка, согласно изобретения кольцевая перегородка выполнена подвижной с боковыми отверстиями и направляющими, с возможностью регулирования высоты перегородки при помощи механизма изменения зазора над выходным отверстием водовода, причем дно кольцевой перегородки выполнено конусным растекателем с отверстием в нижней его части, кроме того, к внутренней части вертикальной камеры, между стенками подвижной кольцевой перегородки, закреплены дополнительно кольцевые поперечные перегородки, установленные как в нижней, так и в верхней части рабочей вертикальной камеры, при этом поперечные перегородки имеют козырьки, внутри камеры, нижние которые направлены навстречу водному потоку, а верхние козырьки верхней наклонной кольцевой перегородки направлены в сторону отверстия водовода.
Кроме того, механизм изменения зазора выполнен в виде винтовой пары.
Выполнение гасителя из взаимосвязанных элементов способствует гашению энергии водного потока за счет расщепления его на выходе из выходного отверстия водовода направляющими кольцевыми поперечными перегородками, как в нижней, так и в верхней части вертикальной камеры (стакана). Конусный подвижный растекатель с помощью механизма зазора над выходным отверстием водовода, создает определенное сжатие потока и поступление его между направляющими наклонными кольцевыми перегородками, концы которых имеют козырьки. В целом это снижает скорости, так как кинетическая энергия воды расходуется на разделение (расщепление) направляющими кольцевыми наклонными перегородками на отдельные удельные потоки с кольцевыми зазорами, и вновь их соударения непосредственно в средней расширяющейся части вертикальной камеры, далее уже в верхней части последней вновь происходит расщепление на отдельные потоки перед перепускным окном в отводящий лото. При этом предлагаемая конструкции проста по конструкции и позволит повысить эффективность работы вертикальной камеры (стакана), регулируя расход воды, выходящей из напорного подводящего водовода с помощью подвижной кольцевой перегородки с конусным рстекателем с направляющими внутри камеры. Регулируя расход воды между закрепленными кольцевыми поперечными перегородками, установленными в нижней части вертикальной камеры над входным отверстием водовода, устанавливается равномерное распределение расхода, выходящего из подводящего водовода.
На чертеже схематически показан гаситель энергии водного потока, разрез.
Гаситель энергии водного потока включает подающий водовод 1, вертикальную камеру 2, выполненную в виде закрытого стакана с кольцевой перегородкой 3 и с конусным растекателем 4 с отверстием в нижней его части. Вертикальная камера 2 соединена расширяющейся частью с подводящим водоводом 1.
Подвижная кольцевая перегородка 3 с конусным растекателем 4 снабжены перепускными окнами 5, установленными под прямым углом, как в сторону стенки корпуса закрытого стакана 2, так и в сторону выходного отверстия подводящего водовода 1.
Подвижная кольцевая перегородка 3 крепится к подвесному механизму изменения, например, винта 6 к верхней части крышки 7 стакана 2 с уплотнением (не показано), что обеспечивает подъем или опускание подвижной кольцевой перегородки 4 над выпускным отверстием водовода 1 и между ее боковыми направляющими 8, погруженной в воду для сжатия выходящей струи из подводящего водовода 1 и направления воды между расположенными в нижней части поперечными наклонными кольцевыми перегородками 9 с козырьками 10, навстречу водному потоку, а верхние поперечные наклонные кольцевые перегородки 11 с козырьками 12 направлены в сторону отверстия водовода, т.е. в сторону нижних наклонных кольцевых перегородок 9 с козырьками 10.
В верхней части закрытого стакана 2 с внешней стороны отводящий лоток 14 соединен с перепускным (выпускным) отверстием 13 устроенным на уровне, совпадающем, с отметкой дна отводящего лотка 14, дно которого соединено с отводящим трубопроводом 15 с регулирующей задвижкой 16.
Поскольку обеспечивается подвижным механизмом изменения зазора подвижной кольцевой перегородки 3 с конусным растекателем 4 в нижней части над выходным отверстием подводящего водовода 1 с делением (расщеплением) на удельные части воды, закрепленными дополнительно с кольцевыми наклонными перегородками 9 с козырьками 10, то в сочетании, соответственно, с его также верхней частью вертикального стакана 2 под крышкой 7 и с его выходной скоростью поток воды гасит кинетическую энергию в целом. Отводящий лоток 14 соединен с отводящим трубопроводом 15 с регулирующей задвижкой 16, соответственно, происходит снижение придонных скоростей в устройстве.
Гаситель энергии водного потока работает следующим образом.
Напорный поток из подводящего водовода 1 поднимается вертикально вверх в расширяющуюся камеру 2 (колодец) при перемещении подвижной кольцевой перегородки 3 с конусным растекателем 4. Вода перед конусным растекателем 4
сжимается и поступает через закрепленные в нижней части поперечные кольцевые перегородки 9 с козырьками 10. При расщеплении часть кинетической энергии поступательного движения потока воды проходит между щелями кольцевых перегородок 9 с козырьками 10, и поток объединяется в средней открытой части корпуса стакана 2, где поток расширяется, затем он вновь сужается в верхней части под крышкой 7 стакана 2, за счет наличия вторых закрепленных кольцевых перегородок 11 с козырьками 12 в сторону перепускного (выпускного) окна 13 с отводящим лотком 14, гасится и скорости в корпусе стакана 2 и в отводящем лотке 14 практически полностью гасятся.
Наличие закрепленных кольцевых перегородок 9 с козырьками 10 и кольцевых перегородок 11 с козырьками 12 способствуют успокоению поверхностных волнений в средней части (открытой) корпуса стакана 2, не допуская выноса волн в отводящий лоток 14.
Поскольку обеспечивается многократное изменение направление движения воды в корпусе стакана 2, то выход воды вертикально вверх зависит от положения, в котором находится подвижная кольцевая перегородка 3 с конусным растекателем 4, прижимающим выходящий поток над выходным отверстием подводящего водовода 1 с погружением в воду.
Таким образом, при помощи механизма изменения зазора, использование подвижной кольцевой перегородки 3 с конусным растекателем 4 по высоте позволит регулировать напором для расщепления на отдельные струи между пространством закрепленных в нижней части стакана 2 кольцевых перегородок 9 с козырьками 10, т.е. менять давление, при котором поток воды поступает в открытое расширяющееся пространство в средней части корпуса стакана 2 гашения.
Использование предлагаемого технического решения позволяет значительно расширить применение гасителей энергии водного потока, повышает эффективность гашения кинетической энергии разделяемого потока, это достигается в результате при движении струй в сторону крышки закрытого стакана они, вначале разделяясь, вытекают, затем объединяются в один поток воды, и далее вновь разделяясь, вытекают и, объединившись, направляются в сторону перепускного (выпускного) окна в отводящий лоток.
Все в совокупности и оригинальность предлагаемого изобретения и обуславливает достижение поставленной цели при значительном снижении затрат на строительство, эксплуатацию для подобных объектов гидротехнического строительства, в том числе для повышения эффективности и надежности гашения кинетической энергии разделяемого потока, а затем соединяющего потока, благодаря поэтапному гашению потока при поступлении потока из подводящего водовода.