ГАСИТЕЛЬ ЭНЕРГИИ ВОДНОГО ПОТОКА
WATER FLOW ENERGY DAMPENER

Изобретение относится к гидротехнике, гидравлике, гидромеханике, а более конкретно к гидротехническим сооружениям, предназначенным для использования в составе гидроузлов, снабженных трубчатыми водовыпусками.
Известны гасители энергии потока SU 1030474, 1043246, 1569375. В результате расщепления потока на струи и их соударения происходит падение скорости потока, следствием чего является интенсивное гашение его энергии.
Известен водосброс, включающий расположенную в теле подпорного сооружения выше нижнего бьефа смесительную камеру, напорные галереи с затворами, сообщенные с верхним бьефом и подключенные к смесительной камере навстречу друг другу, воздуховод, сообщающий смесительную камеру с атмосферой, водобойную камеру, расположенную под смесительной камерой, и отводящий водовод, соединяющий водобойную камеру с нижним бьефом, при этом он снабжен поперечной водобойной стенкой, установленной в водобойной камере под смесительной камерой и выполненной с обращенной вверх и в сторону верхнего бьефа вогнутой гранью в четверть цилиндрической поверхности, радиус которой равен длине смесительной камеры (Авторское свидетельство SU №1504307, Е02В 8/06 от 30.08.1989).
Недостатком известного водосброса является то, что после соударения потоков в смесительной камере в водобойной камере отсутствует заметное в большей степени вращение, которое в основном отходит от центра камеры, образуется распластанность вращающегося потока из-за прямоугольной формы камеры в поперечном сечении, т.е. отсутствует квадратная форма камеры. Другим недостатком является то, что в теле подпорного сооружения - плотины камера соединена с отводящим водоводом в виде трубы с подтоплением с нижнего бьефа для снижения кинетической энергии потока, выходящего из водовода. Однако в таких водоводах - это малая пропускная способность затопленных с выходящим воздухом, в котором движение потока происходит в виде пробкового течения в нем. Таким образом, от выходного отверстия (щели) в водобойной камере выходное отверстие расположено ближе к потолку отводящей трубы (водовода), происходит воздушное скопление, так как нижний бьеф подтоплен, и такие пробки не могут быть ликвидированы полностью. Кроме того, не исключается возможность гидравлического удара, что отрицательно сказывается на надежности сооружения в целом, и оно недостаточно эффективно при работе в открытом режиме канала из-за недостатков конструкции.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для гашения энергии потока, включающее водобойный колодец, расположенный под вертикальным выходным участком напорного водовыпуска круглого поперечного сечения, и гаситель энергии потока, установленный в колодце над его дном соосно с выходным участком напорного водовыпуска, при этом гаситель энергии потока выполнен в виде круглой решетки с радиально расположенными стержнями (Авторское свидетельство SU №1392189, Е02В 8/06 от 30.04.1988).
Недостатком известного гасителя является низкая эффективность гашения при расщеплении струи с последующей аэрацией потока, что не приводит к концентрации расхода в колодце при выходе его в отводящий канал, в результате местные скорости сохраняют высокие значения на большом расстоянии от гасителя, что приводит к размыву дна канала у гасителя. Кроме того, наличие всплесков смешивающихся потоков, а также неравномерность распределения по сечению колодца расхода, образующегося при его смешении, который должен был бы гасится круглой решеткой, недостаточно эффективно в работе гасителя энергии потока, т.е. сохраняются большие волнения водной поверхности как в водобойном колодце, так и по длине отводящего канала. При этом решетка несет большие динамические нагрузки (гидроудар под тяжестью падающего скоростного потока), что вызывает ее разрушение в работе, в частности, также и падающих наносов и мусора. Очистка решетки затруднена и может привести к аварии сооружения.
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение эффективности и надежности работы за счет увеличения равномерности разделяемого потока и последующего соединения на дне водобойного колодца.
Технический результат достигается тем, что гаситель энергии водного потока, включающий водобойный колодец, расположенный под вертикальным выходным участком напорного водовыпуска круглого поперечного сечения, и гаситель энергии потока, установленный в колодце над его дном соосно с выходным участком напорного водовыпуска и выходным диффузорным участком, он снабжен установленным вначале внутри выходного диффузорного участка завихрителем потока воды, прикрепленным к стержню, который снабжен опорной крестовиной, установленной в его входном сечении, а сопряжение диффузорного участка с соосно закрепленным коническим выпускным патрубком выполнено с зазором, при этом конический выпускной патрубок выполнен диаметром, меньшим диаметра выходного диффузорного участка.
Кроме того, к боковым стенкам водобойного колодца в одной плоскости дна отводящего канала закреплен отражатель потока с кольцевым зазором, ориентированный выше выходного конца диффузорного участка.
Выполнение гасителя энергии водного потока в совокупности взаимосвязанных элементов и обуславливает достижение поставленной цели при значительной эксплуатационной надежности для подобных объектов гидротехнического строительства, в том числе для гасителя энергии водного потока. Наличие внутри выходного диффузорного участка завихрителя потока приводит к расщеплению на множество струй и равномерно растекается в сторону концевой части выходного отверстия диффузорного участка и выходит, расширяясь в сторону соосно закрепленного с зазором конически выпускного патрубка, имеющего диаметр, меньший диаметра выходного диффузорного участка. При прохождении конически выпускного патрубка часть потока, расширяясь, обтекает с наружной стороны (поверхности) конически выпускной патрубок, а другая часть потока сжимается внутри него, где в результате на выходе этих струй на дне водобойного колодца образуется общий расширяющийся в плане поток. Происходит снижение величины местных, в том числе и придонных, скоростей в потоке, а наличие закрепленного отражателя потока к стенкам водобойного колодца на уровне дна отводящего канала с кольцевым зазором выше выходного конца диффузорного участка позволяет уменьшить волнения водной поверхности, это позволяет уменьшить крепление дна отводящего канала.
На чертеже представлен гаситель энергии водного потока, продольный разрез.
Гаситель энергии водного потока содержит напорный водовыпуск 1 с затвором 2, переходной участок трубы 3 и выходной диффузорный участок 4. Внутри выходного диффузорного участка 4 установлен завихритель потока воды 5. Завихритель потока воды 5 выполнен в виде гребного винта, который закреплен к стержню 6 в трубе 7, который снабжен опорной крестовиной 8, установленной во входном сечении переходного участка трубы 3, связанного с выходным диффузорным участком 4. К нижней части выходного диффузорного участка 4 соосно закреплен с зазором конический выпускной патрубок 9 со стержнями 10, прикрепленными к стенкам водобойного колодца 11. Отверстие конического выпускного патрубка 9 выполнено уменьшающимся в сторону дна водобойного колодца 11, т.е. конический выпускной патрубок 9 установлен над дном водобойного колодца 11, и конический выпускной патрубок 9 выполнен диаметром, меньшим диаметра выходного диффузорного участка 4. Внутренние стенки водобойного колодца 11 снабжены в одной плоскости дна подсоединенного отводящего канала 12 отражателем 13 с кольцевым зазором, ориентированным выше выходного конца диффузорного участка 4. Очертание конического выпускного патрубка 9 имеет кольцевой выступ на внешней поверхности 14.
Гаситель энергии водного потока работает следующим образом.
Напорный поток воды по водовыпуску 1 поступает через затвор 2 с переходным участком трубы 3 в переходной участок 3, далее в выходной диффузорный участок 4.
При вращении завихрителя потока воды 5 в виде гребного винта, проходя в сторону выходного диффузорного участка 4, происходит расщепление на множество струй, что обеспечивает хорошее расширение потока в конце выходного диффузорного участка 4. При расщеплении часть кинетической энергии поступательного движения потока воды поступает через конический выпускной патрубок 9, а другая часть потока обтекает его по внешней поверхности 14. При этом конический выпускной патрубок 9 находится в водобойном колодце 11 и с зазором соосно выходному диффузорному участку 4, при прохождении которого поток, как расширяясь, так и сужаясь, гасится и скорости в водобойном колодце практически полностью гасятся.
Наличие отражателя 13 с кольцевым зазором, закрепленного выше выходного конца диффузорного участка 4 на боковых стенках водобойного колодца 11 в одной плоскости дна отводящего канала 12, способствует успокоению поверхностных волнений воды (прикрывают) в водобойном колодце 11, не допуская вынос волн из него, гасятся, и скорости по всему живому сечению в отводящем канале 12 имеют одинаковые значения.
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 дна водобойного колодца, они натекают и проходят на конический выпускной патрубок и оказываются под расположением отражателя с кольцевым зазором, где соударяются между собой и, объединившись, направляются в сторону отводящего канала.
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.