ГАСИТЕЛЬ ЭНЕРГИИ ВОДНОГО ПОТОКА
DISSIPATING DEVICE OF WATER FLOW

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для гашения энергии потока в нижнем бьефе трубчатых водовыпусков и в концевых устройствах закрытых трубчатых туннельных водопропускных сооружений.
Известен гаситель энергии потока, включающий подводящую трубу, входящую в кожух, выполненный в виде усеченного конуса, поверхность которого перфорирована (Авторское свидетельство СССР №1036835, кл. Е02В 8/06, 1983).
Недостатком данного гасителя является то, что он работает эффективно при пропуске оптимального расхода, если расход выше или ниже оптимального, эффективность и надежность работы гасителя понижается, так, струи, вытекающие через перфорацию в кожух, мало изменяют направление потока, а следовательно, соударение их малоэффективно гасит энергию потока. Кроме того, оно не исключает закупорки мусором водовода. В результате этого уменьшается реактивное воздействие через перфорацию на водный поток, т.е. засоряются. Вследствие этого соударение струй также нарушается, меняется живое сечение перфорированной напорной трубы.
Наиболее близким к предложенному по назначению технической сущности и достигаемому результату является гаситель энергии потока для трубчатого водовыпуска, включающий установленный горизонтально в водобойном колодце трубчатый оголовок с отверстиями в боковых стенках и отражателем на торце, оголовок выполнен в виде расширяющегося усеченного конуса и снабжен расширяющимся завихрителем потока воды, установленным в начале оголовка, а отверстия в боковых стенках оголовка выполнены в виде поперечной щелевой перфорации, причем водобойный колодец выполнен в виде усеченного полукольца, угол конусности которого равен или больше угла конусности оголовка, причем отражатель выполнен в виде круглой поперечной пластины с трапецеидальными концентрическими отверстиями, при этом поперечная щелевая перфорация в боковых стенках оголовка выполнена с площадью отверстий, увеличивающейся к его торцу (Авторское свидетельство СССР №1435690, кл. Е02В 8/06, 1988).
Недостатком известного гасителя является то, что он работает эффективно при пропуске оптимального расхода, если расход выше или ниже оптимального, эффективность и надежность работы гасителя понижается, так как расход в торцевой пластине под большим напором прямолинейно через отверстия направлен сразу непосредственно по длине колодца (прямолинейность), что вызывает волновые явления в отводящем русле и размыв его, т.е. неполное использование внутреннего объема водобойного колодца для гашения водной энергии, поскольку в противном случае необходимо удлинять размеры колодца - это удорожание сооружения в целом. Конструкция выходной части гасителя чувствительна к наличию в водном потоке льда, мусора и длинномерных предметов, которые могут его вывести из строя.
Цель изобретения - повышение надежности его работы путем расширения эффективности гашения.
Указанная цель достигается тем, что гаситель энергии водного потока, включающий водобойный колодец, размещенный между подводящим напорным водоводом и отводящим руслом, отражатель в виде стенки и отверстия, водобойный колодец содержит камеру, выполненную из перегородок в виде консольных ломаных стенок, образующих выпускные щели, и имеет в центре на дне пирамидальный порог, кроме того, имеет установленный в ее внутренней полости дополнительный насадок, выполненный в виде направляющих перегородок, расположенных в плоскости их симметрии стенок относительно друг друга и направленных в сторону пирамидального порога, расположенного соосно в камере, при этом содержит вертикальную переливную стенку, нижний конец которой снабжен сообщенной с колодцем решеткой в виде дырчатых труб, при этом он снабжен установленной внутри колодца в сторону отводящего русла наклонной струенаправляющей стенкой, закрепленной к боковым стенкам колодца.
Такая конструкция гасителя из взаимосвязанных элементов позволит увеличить интенсивность гашения и погасить кинетическую энергию потока на меньшей длине колодца, а также уменьшить динамическое воздействие на преграду в виде ломанной наклонной консольной стенки, образующей выпускные щели. Конструкция камеры с пирамидальным порогом и с размещенным в ней насадком соосно-пирамидального порога по ширине колодца эффективно использует особенность гидравлической структуры потока. Кроме того, выход потока после камеры дополнительно снижает придонные скорости за счет установки подпорной переливной стенки с решеткой, выполненной в виде дырчатых труб в ее нижней части. Пройдя перелив через верхнюю кромку стенки, поток, попадая в концевую часть колодца, образованную наклонной струенаправляющей стенкой, закрепленной к боковым его стенкам, сглаживает поверхностный характер движения воды после стенки. В связи с этим происходит полное использование объема колодца для гашения энергии водных потоков, конструкция гасителя упростилась, что позволяет уменьшить длину крепления отводящего канала и повысить надежность работы сооружения путем расширения диапазона эффективного гашения избыточной энергии потока.
На чертеже схематично изображен гаситель энергии водного потока, общий вид.
Гаситель энергии водного потока включает водовод 1 для подвода потока к стенке колодца 2. Прямоугольный колодец 2 оборудован заглубленной под уровень камерой 3, состоящей из двух ломаных наклонных консольных стенок 4 и 5, закрепленных к боковым стенкам колодца 2. Причем дополнительный насадок 6 также выполнен из двух направляющих перегородок 7 и 8, расположенных внутри камеры по форме верхних концов стенок 4 и 5, и в камере 3, в центре которой на дне закреплен пирамидальный порог 9, соосно размещенный насадку 6. Между стенками 4 и 5 и направляющими перегородками 7 и 8 в верхней части выполнены продольные щели 10 и 11 в плоскости симметрии их относительно друг друга, а между дном колодца 2 и нижними концами стенок 4 и 5 оставлены щели 12 и 13. Перед выходным порогом 14 с горизонтальной полкой 15 колодца 2, к боковым стенкам которого примыкает подпорная вертикальная стенка 16 с решеткой в виде дырчатых труб 17, являющихся заборными, закрепленной одним концом к нижней кромке стенки 16, а другим - к дну 18 колодца 2. С целью сглаживания поверхностного характера движения воды после переливной стенки 16 в колодце 2 к его боковым стенкам закреплена под углом в сторону отводящего русла 19 наклонная струенаправляющая стенка 20. Колодец 2 в зоне расположения камеры 3 и насадок 6 сверху перекрыты плитой 21.
Гаситель энергии водного потока работает следующим образом.
Напорный поток, проходя по горизонтальному участку водовода 1, поступает в водобойный колодец 2. Струя воды ударяется о стенку 4, проходит изменение направления движения воды, расщепление и соударения струй водного потока, поступающего в гаситель энергии. В этой части колодца наблюдается сложное обратное движение воды. Одновременно одна струя направляется вверх в щель 10, а другая - в щель 12, направляемые стенкой 4. Взаимодействие струй потока через щели 10 и 12 приводит к образованию общего потока в камере 3, в которой размещен на дне пирамидальный порог 9. После этого поток воды движется через щели (отверстия) 11 и 13, образованные стенкой 5 и перегородкой 8. На выходной части колодца 2 происходит подпор воды с подпорной переливной консольной стенкой 16 и с решеткой в виде дырчатых труб 17, являющихся заборными. В результате уровень воды поднимается перед камерой 3 и переливающийся слой воды прижимается и сглаживает поверхностный характер движения воды после стенки 16, а наличие обратного течения перед выходным порогом 14 снижает дополнительно придонные скорости над ним, в конечном итоге создается поверхностный характер движения воды после гасителя энергии, улучшая гидравлические условия работы отводящего русла 19.
Такое выполнение гасителя энергии водного потока расширяет диапазон эффективного гашения избыточной энергии потока и повышает надежность работы сооружения. Благодаря возможности камеры и насадка с ломанными наклонными стенками и перегородками, воспринимающими динамическую нагрузку, снижается действие этой нагрузки как на сами элементы устройств, так и на гаситель в целом. Упрощается конструкция устройства, в результате чего снижаются затраты на его изготовление.