ГАСИТЕЛЬ ЭНЕРГИИ ПОТОКА
FLOW ENERGY DAMPER

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для гашения энергии потока воды в нижнем бьефе гидротехнического сооружения.
Известен гаситель энергии потока, включающий подводящую трубу, входящую в кожух, выполненный в виде усеченного конуса, поверхность которого перфорирована (Авторское свидетельство SU №1036835, E02B 8/06 от 23.08.1982).
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 струи, вытекающие через перфорацию в кожух, мало изменяют направление потока, а следовательно, соударение их малоэффективно гасит энергию потока. Кроме того, занесение заглушенного торца усеченного конуса песком и гравием уменьшает реактивное воздействие через перфорацию на водный поток, т.е. они засоряются. В результате всего этого, соударение струй также нарушается, т.е. меняется живое сечение перфорированной напорной трубы.
Известен также гаситель энергии потока, включающий цилиндрический водобойный колодец, делитель потока в два отвода, тангенциально соединенные с колодцем, плиты гасителя установлены на стойках с возможностью вертикального их перемещения и выполнены со стенками, расположенными по их периметру (Авторское свидетельство SU №1059054, E02B 8/06 от 07.12.1983).
Недостатком известного гасителя является то, что оно усложнено конструкцией плит, связанных с пригрузочными емкостями, заполняемыми водой. При этом не исключается ударное воздействие на элементы крепления отводящего канала, а это не способствует достаточному сглаживанию поверхности воды. Таким образом, эффективность гашения энергии потока в отводящем канале недостаточна. Кроме того, усложнение конструкции плит из-за сложных железобетонных работ требует устойчивости их всплытия в вертикальном положении, ограниченных стойками плит, при этом их может заклинить при перемещениях, в случае перекосов, так как усилие равнодействующей гидростатического давления в колодце в разных точках происходит не равномерно по всей напорной плоскости плит.
Следует понимать, что под нестационарным понимается поток жидкости, в котором расход (скорость) изменяются во времени. К нестационарным течениям относятся широко встречаемые в технике 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 отсутствии сглаживания волны потока в отводящем водоводе.
Наиболее близким к предложенному по назначению, технической сущности и достигаемому результату является вихревой гаситель, который для повышения эффективности гашения избыточной энергии сбрасываемого потока включает горизонтальный участок водовода, кольцевую камеру гашения и носки-трамплины (Авторское свидетельство SU №1030474, E02B 8/06 от 23.07.1983).
Недостатки известного устройства:
взаимодействие струй и потоков в пределах кольцевой камеры способствует концентрации расхода на узком фронте, в результате местные скорости сохраняют высокие значения, что приводит к размыву дна гасителя;
сложность его конструкции и эксплуатации из-за наличия изменения струй трамплинами, при этом отсутствуют условия гашения энергии при изменении расходов и колебаниях уровней в камере, т.е. не изменяется живое сечение камеры гашения;
гидродинамическая нагрузка увеличивается, а следовательно, эффект закручивания недостаточен;
работа гасителя эффективна при пропуске оптимального расхода, если расход выше или ниже оптимального, эффективность и надежность понижается, так как носки-трамплины неподвижно закреплены;
успокоители носки-трамплины хотя и создают циркуляцию потока, однако они ограничивают радиальное движение в камере со стенками, а это не делает камеру экономичнее, так как необходимо делать камеру достаточно глубокой.
Техническим результатом является повышение эффективности работы в условиях переменного уровня воды в камере.
Указанный технический результат достигается тем, что гаситель энергии потока, включающий горизонтальный участок водовода, кольцевую камеру гашения, при этом кольцевая камера гашения снабжена закрепленным на ее выходном конце колодцем и имеет установленный в ее внутренней полости дополнительный обтекатель, выполненный ромбовидной формы, при этом дополнительный обтекатель имеет верхние вогнутые боковые стенки, а нижние - выполнены в виде конуса, вершина которого соосно направлена в сторону выпускного отверстия кольцевой камеры, кроме того, колодец имеет горизонтальную полку, соосно закрепленную в сторону выпускного отверстия кольцевой камеры, и горизонтальная полка размещена выше выпускного отверстия отводящего трубопровода.
Такое выполнение гасителя энергии потока из взаимосвязанных элементов позволит увеличить интенсивность гашения энергии от уровня воды над дополнительным обтекателем, выполненным ромбовидной формы, способствует устойчивому его наполнению перед поступлением на обтекатель, который имеет верхние вогнутые стенки, а нижние - выполнены в виде конуса, далее поток воды соударяется навстречу друг другу в камере гашения и через выпускное отверстие соединяется в один поток, происходит соударения общего потока воды о плоскость горизонтальной полки, закрепленной в колодце, при этом горизонтальная полка размещена выше выпускного отверстия отводящего трубопровода. В свою очередь это уменьшит динамическое воздействие на стенки камеры гашения и дно колодца, т.е. эффективность гашения энергии потока к дну колодца увеличится, отсутствует размыв его дна. Расположение выпускного отверстия отводящего трубопровода ниже горизонтальной полки исключает возможность пульсационных воздействий также и на отводящий трубопровод.
На фиг. 1 изображен гаситель энергии потока, вид в плане; на фиг. 2 - продольный разрез А-А на фиг. 1.
Гаситель энергии потока включает водовод 1 с вертикальным патрубком 2, камеру 3 цилиндрической формы для гашения энергии воды и камера 3 имеет прикрепленный в ее внутренней полости дополнительный обтекатель 4, выполненный ромбовидной формы с вогнутыми верхними стенками 5, а нижние стенки 6 выполнены в виде усеченного конуса, вершина 7 которого, соосно направлена в центр выпускного отверстия 8 камеры 3, при этом камера 3 имеет загнутые по радиусу нижние кромки 9. Горизонтальная полка 10 установлена в водобойном колодце 11 с зазором и соосно к выпускному отверстию 8 камеры 3, при этом горизонтальная полка 10 размещена выше выпускного отверстия отводящего трубопровода 12.
Гаситель энергии потока работает следующим образом.
Вода поступает из водовода 1 в камеру 3 цилиндрической формы и распределяется по ее окружности обтекателем 4 с вогнутыми боковыми гранями 5, проходит далее в зазоры между стенками камеры, потоки закручиваются и соударяются между собой. В процессе соударения между собой части потоков к центру выпускного отверстия 8 камеры 3, которая имеет загнутые по радиусу нижние кромки 9, образует дополнительное уже сжатие потока на выходе из камеры 3, что вызывает подпор в сторону нижних граней 6 в виде усеченного конуса 7, который соосно направлен в центр выпускного отверстия 8. Взаимодействие всего потока за счет наличия размещения соосно выпускного отверстия 8 горизонтальной полки 10 приводит к дополнительному соударению и растеканию потока по периметру водобойного колодца 11, а также приводит к образованию дополнительных рассредоточенных струй потока с соударением их в толщу наполняемой водой колодца, т.е. соударение струй происходит с водной подушкой в колодце 11, в котором происходит окончательное гашение энергии. В процессе гашения участвует весь объем потока в водобойном колодце 11. Таким образом, перед выпускным отверстием отводящего трубопровода 12 поток становится установившимся.
Наличие прикрепленной горизонтальной полки 10 и размещения ее в колодце 11 соосно к выпускному отверстию 8 камеры 3 выше выпускного отверстия отводящего трубопровода 12 способствует также гашению выходящего оттока из камеры 3 в водобойный колодец 12.
Таким образом, это позволяет, исходя из взаимосвязи и взаимозависимости основных узлов гасительного сооружения, повысить эффективность гашения избыточной кинетической энергии воды, эффективность работы повышается, препятствует вертикальному выпуску воды сразу непосредственно в колодец и размыв его дна, а также происходит выравнивание удельных расходов в отводящем трубопроводе или отводящем русле. Благодаря поэтапному гашению потока при поступлении потока из горизонтального водовода в камеру, в полости которой размещен обтекатель ромбовидной формы, и закрепленной полке, соосно размещенной выше выпускного отверстия отводящего трубопровода, динамические нагрузки на конструкцию колодца не столь высоки по сравнению с прототипом.