ГАСИТЕЛЬ ЭНЕРГИИ ВОДНОГО ПОТОКА
WATER FLOW ENERGY DAMPER

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для гашения водного потока после напорных водоводов в водобойном колодце.
Известен гаситель энергии потока, включающий горизонтальный участок водовода, кольцевую камеру гашения, она снабжена виброэкраном сферической формы выпуклостью верх, размещенным соосно отверстию вертикального впускного патрубка, установленного в конце водовода, камера имеет ограничители, взаимодействующие с кольцевым упором в виде диска, а виброрэкран выполнен с возможностью вертикального перемещения и имеет стойки в виде направляющих регулировочных болтов, снабженных пружинами (Патент RU №2524987, Е02В 8/06 от 10.08.2014).
Недостатком известного гасителя энергии потока является то, что отсутствует возможность контролировать как верхний, так и нижний уровень в камере, разделяющей ее на две части виброэкраном, а значит, снижается эффективность и частично надежность в работе, т.е. в процессе эксплуатации отсутствует гибкое регулирование гашения потока при изменяющихся расходах в подводящем водоводе от максимального до минимального. Кроме того, отсутствует работа в виде рассеивающего выпуска в месте поступления потока в приемную камеру, таким образом, основным недостатком является недостаточная эффективность и надежность, а также неустойчивость виброэкрана по вертикали.
Известен также гаситель энергии водного потока, включающий горизонтальный участок водовода, кольцевую камеру гашения, виброэкран сферической формы выпуклостью вверх, вертикальный впускной патрубок, установленный в конце водовода, камера имеет прикрепленные к ее внутренней поверхности выступы-ограничители, виброэкран выполнен с возможностью вертикального перемещения и имеет стойку в виде направляющего регулировочного винта, снабженного пружиной, камера снабжена дополнительно экраном в виде тарелки, установленной соосно виброэкрану, при этом, дно тарелки жестко закреплено к выступам-ограничителям со стороны выпускного патрубка, диаметр экрана которой меньше, чем диаметр виброэкрана, причем корпус виброэкрана выполнен с водоприемными окнами, и края его имеют загнутую вверх по радиусу боковую стенку (Патент RU №2574472, Е02В 8/06 от 10.02.2016).
Недостатком известного гасителя энергии водного потока является сложность устройства и, как следствие, большая материалоемкость, а это ведет к усложнению эксплуатационной надежности, т.е. недостаточная эффективность его эксплуатации. Кроме того, упругая пружина имеет свойство усталости металла при длительной эксплуатации, в результате может произойти ее поломка и необходимость ее замены, так как виброэкран может опуститься вниз на дополнительный экран и перекрыть его. Другим недостатком является отсутствие снижения эффективности работы рассеивающего выпуска в сторону колодца.
Наиболее близким к предложенному по назначению, технической сущности и достигаемому результату 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 помнить, что под 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 сглаживания воды потока в колодце. Кроме того, эффект гашения в известном гасителе несколько понижается в сторону падения на поверхность воды в колодце, т.е. отсутствует эффект закручивания в верхней части колодца, а это не делает камеру колодца экономичнее.
Техническим результатом является повышение эффективности работы в условиях переменного уровня воды в расширяющейся камере в сторону пережима на диффузорном участке и упрощение конструкции.
Технический результат достигается тем, что гаситель энергии водного потока, характеризующийся тем, что он имеет горизонтальный участок водовода, вертикальный впускной патрубок, установленный в конце водовода, водобойный колодец, при этом колодец имеет внутреннюю кольцевую горизонтальную полку, размещенную выше выпускного отверстия отводящего трубопровода, согласно изобретения, верхняя часть
водобойного колодца снабжена в центре вертикальной пустотелой трубой с впускным отверстием, имеющей вход в конце впускного патрубка, сопряженного с водобойным колодцем, имеющим дополнительную расширяющуюся камеру, которая через пережим соединена с нижней частью колодца, и труба в конце связана с конусообразным обтекателем по периметру с наружной стороны пустотелой трубы, причем верхние вогнутые боковые стенки направлены в сторону пережима колодца, а нижний обтекатель выполнен усеченным конусом и имеет верхнюю вогнутую стенку основание, которого соосно направлено в сторону выпускного отверстия пустотелой трубы, а вершина усеченного конуса направлена в сторону кольцевого зазора кольцевой горизонтальной полки, при этом пережим расположен в сторону диффузорного участка колодца, с разделением струй потока и зона диффузорного участка дополнительно снабжена завихрителем с наружной стороны пустотелой трубы.
Кроме того, завихритель расположен в зоне сужения колодца, и выполнен в виде лопаток.
Кроме того, диффузор в конце связан со стенками водобойного колодца в сторону кольцевой горизонтальной полки.
Такое выполнение гасителя энергии водного потока из взаимосвязанных элементов позволит увеличить интенсивность гашения энергии от уровня воды в дополнительной расширяющейся камере в верхней части колодца над дополнительным конусообразным обтекателем, закрепленным по периметру с наружной стороны пустотелой трубы, который имеет верхние вогнутые стенки в сторону пережима с диффузором входа в нижнюю часть колодца, а также в камере смешения от закрепленного завихрителя, где поток закручивается, и далее поступает в сторону кольцевого зазора кольцевой горизонтальной полки, поток соударяется навстречу друг другу, далее часть потока поступает и через вертикальную пустотелую трубу, падает на верхнюю вогнутую стенку основание которого соосно направлено в сторону выпускного отверстия трубы, при этом нижний второй обтекатель в виде усеченного конуса размещен выше кольцевой горизонтальной полки и выше выпускного отверстия отводящего трубопровода. В свою очередь это уменьшает динамическое воздействие на дно водобойного колодца и его стенки, т.е. эффективность гашения энергии потока к дну колодца увеличивается, отсутствует размыв его дна. Кроме того, исключает возможность пульсационных больших колебаний в самом колодце и в отводящем трубопроводе, а значит, и закрутка потока на поверхности воды резко снижается, реализуется массообмен потока по высоте водобойного колодца.
На чертеже схематически показан гаситель энергии водного потока, разрез.
Гаситель энергии водного потока включает водовод 1 с выпускным вертикальным патрубком 2 и завихритель 3, вертикальную пустотелую трубу 4 с впускным отверстием 5 и выпускным отверстием 6, обтекатель 7, выполненный конусообразной формы с вогнутыми боковыми стенками 8, а против выпускного отверстия 6 соосно имеется прикрепленный нижний (второй) обтекатель 9 в виде усеченного конуса, вершина 10 которого соосно направлена в центр выпускного отверстия кольцевой горизонтальной полки 11. Кольцевая горизонтальная полка 11 закреплена в водобойном колодце 12 ниже усеченного конуса вершины 10, при этом кольцевая горизонтальная полка 11 с кольцевым зазором расположена выше выпускного отверстия трубопровода 13. Водобойный колодец 12 имеет пережим 14, соединяющий две его части: нижнюю 15 и верхнюю 16 части, верхняя часть которой выполнена в виде дополнительной расширяющейся камеры 16 гашения.
Выход пустотелой трубы 4 расположен вблизи входа в диффузорный участок 17 камеры 16 гашения. Завихритель 3 расположен на входе в диффузорный участок 17 камеры 16 гашения, и завихритель 3 выполнен в виде лопаток.
Гаситель энергии водного потока работает следующим образом.
Вода поступает из водовода 1, проходит через выпускной патрубок 2 и далее разделяется на несколько струй потока, одна из которых поступает в вертикальную пустотелую трубу 4 с водовыпускным отверстием 5 и выпускным отверстием 6, а другая часть потока поступает непосредственно в камеру 16 гашения. На выходе из пустотелой трубы 4 имеется обтекатель 7 выполненный с вогнутыми боковыми стенками 8, поток проходит из камеры 16 гашения и через завихритель 3, где поток закручивается и поступает в диффузорный участок 17, камеры 16 гашения. Из диффузорного участка 17 поток воды поступает на обтекатель конусообразной формы с вогнутыми боковыми стенками 8, где закручиваются, также и соударяются между собой. В процессе соударения между собой части потока направляются в сторону размещения кольцевой горизонтальной полки 11 ниже обтекателя 9 в виде усеченного конуса и вновь происходит соударение с потоком, поступающим через выпускное отверстие 6 трубки 4, соосно расположенной над нижним обтекателем 9 и соударяется с ним с вогнутой стенкой основания обтекателя 9, вершина которого (усеченного конуса) направлена в сторону кольцевого зазора кольцевой горизонтальной полки 11. Обтекатель 9 в виде усеченного конуса образует дополнительное сжатие потока выходящего через завихритель 3 и обтекатель 7 с вогнутыми боковыми стенками 8. Взаимодействие всего потока за счет наличия всех элементов колодца приводит к дополнительному рассредоточению струй потока, соударению и растеканию потока, а также их соударением в толщу наполняемой водой нижнюю часть колодца 12, т.е. теперь уже ослабленное соударение происходит с водной подушкой в колодце 12, в котором происходит окончательное гашение энергии. В процессе гашения разделяемый поток участвует во всем объеме потока, доходя до нижней части водобойного колодца 12.
Таким образом, полученный эффект достигается за счет эффективной закрутки потока по пути его поступления в колодец 12, что обеспечивает установившееся поток воды перед отводящим трубопроводом 13. Процесс гашение потока реализуется в широком диапазоне изменения расхода воды при поступлении его из водовода 1 с выпускным вертикальным патрубком 2. Все это в целом позволяет упростить конструкцию самого гасителя энергии и устройства для его заполнения и гашения кинетической энергии потока, повышается эффективность его работы за счет максимального гашения кинетической энергии падающего потока в водобойный колодец.
Для оценки эффективности предложенного сооружения гасителя энергии водного потока, наличие пустотелой трубы по центру колода, двух отражателей сверху и снизу относительно соосно установленных в зоне диффузорного участка с пережимом и дополнительных завихрителей в целом с кольцевой горизонтальной полки, оказывается весьма эффективным и может быть применено для объектов гашения водного потока после напорных водоводов в водобойном колодце, благодаря поэтапному гашению потока из горизонтального водовода в колодец, в котором размещены предложенные элементы устройства.