ГАСИТЕЛЬ ЭНЕРГИИ ВОДНОГО ПОТОКА Российский патент 2020 года по МПК E02B8/06 

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для гашения водного потока после напорных водоводов в приемной камере.

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, содержащий водобойную камеру с нижним бьефом, при этом он снабжен поперечной водобойной стеной, 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 камере (Авторское свидетельство SU №1504307, E02B 8/06 от 30.08.1989).

Недостатком является то, что соударения потоков в смесительной камере в основном отходят 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, при этом оно громоздко и, как следствие, материалоемко.

Известен гаситель энергии потока, включающий горизонтальный участок водовода, кольцевую камеру гашения, она снабжена виброэкраном сферической формы выпуклостью вверх, размещенным соосно отверстию вертикального впускного патрубка, установленного в конце водовода, камера имеет прикрепленные к ее внутренней полости в верхней части вертикальные выступы-ограничители, взаимодействующие с кольцевым упором в виде диска, а виброэкран выполнен с возможностью вертикального перемещения и имеет стойки в виде направляющих регулировочных болтов, снабженных пружинами (Патент RU №2524987, E02B 8/06 от 10.08.2014).

Недостатком данного гасителя энергии потока является то, что отсутствует возможность контролировать как верхний, так и нижний уровни в камере, разделяющей ее на две части виброэкраном, а значит, снижается эффективность и частично надежность в работе, т.е. в процессе эксплуатации отсутствует гибкое регулирования гашения потока при изменяющихся расходах в напорном водоводе от максимального до минимального. Если в момент гашения приток воды в камеру будет меньше чем рассчитана камера, то ее заполнение будет недостаточно для гашения струй под виброэкраном сферической формы, затем выходящих в выпускной патрубок, это связано с тем, что поток быстро сходит с наружной поверхности с вершины сферической формы виброэкрана и поступает еще с некоторой не погашенной части скорости непосредственно под свод виброэкрана. Такое его положение ограничивает функциональные возможности для повышения эффекта гашения. Кроме того, сложность устройства также в том, что полость виброэкрана в коньковой части снабжена отрезком перфорированной трубы, соединяющейся патрубком 22 с гибким рукавом 23 и патрубком 24 с вакуум-насосом 25 для удаления, скопившегося в нем воздуха, выделяющегося из воды. Это связано с целью отсутствия влияния его давления на усилие пружин сжатия от воздействия воды, а стойки 11 и 12 являются при этом подвижными, и не фиксируются жестко гайками с основанием крестовин, что может вызывать, в некоторых случаях, неустойчивость виброэкрана по вертикали.

Наиболее близким к предложенному по назначению, технической сущности и достижению результату является гаситель энергии водосбросного устройства, включающий подводную трубу конически расширяющийся водовод, в котором установлен завихритель потока и отражатель с отверстиями, при этом 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 зафиксированного 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, E02B 8/06 от 24.01.2012).

Недостатки известного устройства: сложность и, как следствие, большая материалоемкость, а 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; расположение телескопического патрубка (по варианту) с коленом приводит к исключению поступления атмосферного воздуха или подачи растворов реагентов с целью предупреждения гидробиологического обрастания внешних поверхностей оголовка. Кроме того, у этого устройства - недостаточная совершенность гидравлических местных сопротивлений при закручивании потока.

Технический результат от использования заявленного изобретения заключается в повышении эффективности и распределении удельных расходов по ширине гасителя и снижения придонных скоростей в потоке и упрощении конструкции.

Технический результат достигается тем, что в гасителе энергии водного потока, включающем подводную трубу, конически расширяющийся водовод, который содержит вертикальную камеру в виде усеченного конуса, поверхность которого установлена в колодце вниз расширяющейся частью соосно патрубку, согласно изобретения, расширяющийся водовод в виде патрубка введен в верхнюю часть вертикальной цилиндрической камеры, внутри ее установлен обратный клапан, выполненный в виде цилиндрического стакана, установленного вверх дном с выпускным воздушным отверстием в верхней части корпуса камеры, при этом цилиндрическая камера снабжена фиксатором верхнего положения клапана, выполненным в виде пары магнит-ферромагнетик, расположенных соответственно в нижних точках цилиндрического стакана и цилиндрической части корпуса камеры, при этом крышка колодца снабжена полукруглой канавкой с выпускным воздушным отверстием соосно отверстию крышки цилиндрического стакана, при этом обратный шаровой клапан зафиксирован приливами, образующими с канавкой разомкнутое кольцо с выполненным воздушным отверстием в крышке колодца в его верхней части, причем верхняя часть корпуса камеры присоединена жестко к верхней части крышки колодца.

Кроме того, корпус цилиндрического стакана выполнен с возможностью телескопического перемещения относительно верхней части корпуса камеры.

Кроме того, расширяющийся водовод, в виде патрубка введенный в верхнюю часть корпуса вертикальной цилиндрической камеры снабжен кольцевым струенаправляющим отражателем-экраном в форме тарелки донной части колодца.

Кроме того, диаметр разомкнутого кольцевого пространства в 1,5 раза больше, чем диаметр обратного шарового клапана.

Кроме того, верхняя часть корпуса камеры выполнена с отверстиями в боковых стенках.

Кроме того, кольцевой струенаправляющий отражатель-экран установлен при помощи крепления механизма перемещения зазора и выполнен диаметром большим, чем диаметр цилиндрического корпуса камеры в нижней части.

Выполнение гасителя из взаимосвязанных элементов способствует гашению энергии водного потока за счет многократного изменения направления движения поступающего потока воды через водовод в виде патрубка, верхняя часть которого в зоне расположения установленной цилиндрической камеры предотвращает подъем воды выше расположения внутри ее установленного обратного клапана в виде цилиндрического стакана вверх дном, который в верхнем своем положении под давлением воды и взаимопритяжения магнитного кольца с ферромагнитным кольцом фиксируется в верхнем положении, при этом воздух, выделяющийся из воды через воздушное отверстие в крышке клапана, а также через боковые отверстия в верхней части камеры поступает в сторону образующей канавки разомкнутого кольца и обратного шарового клапана, и после выпуска воздуха через выпускное воздушное отверстие в верхней части крышки колодца обратный шаровой клапан перекрывает его, и вода не выходит выше колодца. При интенсивном соударении струй и излива вниз между корпусом камеры и патрубком водовода и далее, ударяясь об отражатель-экран в форме тарелки, разворачивается на 180°, и заполняет по высоте колодец. В результате чего происходит эффективное остаточное гашение избыточной кинетической энергии водного потока. Крышка колодца в верхней части имеет углубление в виде развальцовки с ограничивающими отливами, образующим разомкнутое кольцо для ограничения перемещения обратного шарового клапана в процессе работы во всем поступлении расходов, а также улучшаются гидравлические характеристики потока за счет разряжения, образующего при выходе воздуха из полости цилиндрического стакана и из колодца в верхней его части. Причем при изменении эффективности гашения энергии падающего потока вниз, возможно перемещать отражатель-экран в форме тарелки вверх или вниз, устанавливая необходимый зазор между отражателем-экраном и нижней частью корпуса цилиндрической неподвижной камеры. При этом предлагаемое устройство просто по конструкции и позволит повысить эффективность работы гасителя энергии.

На чертеже схематически показан гаситель энергии водного потока, разрез (без воды).

Гаситель энергии водного потока включает горизонтальный участок водовода 1, в концевом вертикальном расширении размещен выпускной патрубок 2, который перекрыт сверху вертикальной цилиндрической камерой 3, обратный клапан в виде цилиндрического стакана 4, установленного дном вверх, крышка которого имеет воздушное отверстие 5. Верхняя часть цилиндрической камеры 3 жестко (возможен вариант съемно) присоединена к крышке 6 колодца 7, а также боковые стенки корпуса камеры 3 имеют отверстия 8 и 9 для выпуска воздуха.

Крышка 6 колодца 7 в верхней части имеет углубление 10, образующим с канавкой разомкнутого кольца 11 с приливами 12 для предотвращения выпадения обратного шарового клапана 13 из углубления 10 под крышкой 6 с выпускным воздушным отверстием 14, и возможность перемещения обратного шарового клапана 13 в процессе работы.

Конец выпускного патрубка 2 выполнен плоским, над которым соосно размещен обратный клапан 4 в виде цилиндрического стакана, установленного вверх дном с воздушным отверстием 5. Корпус цилиндрического стакана 4 имеет возможность телескопического перемещения и оснащен фиксатором верхнего положения, выполненным в виде пары колец: магнитного кольца 15 и ферромагнитного кольца 16 внизу цилиндрической части корпуса камеры 3. При этом эжектирующие (воздушные) отверстия 5, 8, 9, 14 образуют вместе разряжение за пределами камеры 3 и колодца 7, образовавшегося при поднятии воды вверх над патрубком 2 и в колодце 7. Таки образом, цилиндрическая камера 3 позволяет не задерживать выделяющиеся у потока воздушные скопления, а значит, отсутствует гидроудар выше клапана 4. С нижней стороны корпуса камеры 3 на патрубке 2 с помощью механизма изменения (например, хомута) зазора установлен кольцевой струенаправляющий отражатель-экран 17 в форме тарелки (чашеобразной формы), который может менять свое вертикальное положение на патрубке 2 относительно неподвижной камеры 3, выполнен диаметром, большим, чем диаметр цилиндрического корпуса камеры 3 в нижней части.

Поскольку обеспечивается многократное изменение направление отводимой из цилиндрической водоприемной камеры 3 воды, то в сочетании с его высокой входной скоростью и падения на отражатель-экран 17 и низкой выходной скоростью при поступлении в колодец 7 поток воды гасит кинетическую энергию при входе в колодец 7.

Диаметр кольцевого пространства (углубления) под крышкой 6 над дном перевернутого стакана 4, образованного ниже отверстия 14 в крышке 6 колодца 7 с приливами 12 углубления 10 разомкнутого кольца 11 в 1,5 раза больше диаметра обратного шарового клапана 13, что обеспечивает возможность его перемещения в вертикальной плоскости и выпуска воздуха из гасителя через воздушное отверстие 14 в крышке 6 колодца 7. Обратный шаровой клапан 13 выполнен из материала плотностью 0,2…0,5 г/см³, что обеспечивает его всплытие при малых напорах воды в верхней части цилиндрической камеры 3.

Диаметр кольцевого струенаправляющего отражателя-экрана 17 в форме тарелки в нижней части колодца 7, и обхватывающего вертикальный патрубок 2 с креплением при помощи механизма перемещения, выполнен с зазором диаметром большим, чем диаметр цилиндрического корпуса камеры 3 в нижней части.

В целом в колодце 7 в начале отводящего канала 18 снижаются придонные скорости.

Гаситель энергии водного потока работает следующим образом.

Напорный поток из водоподающего водовода 1 поднимается вертикально вверх в расширяющийся патрубок 2. Поступающая вода через выпускное отверстие патрубка 2 приподнимает клапан 4, который под давлением воды и взаимопритяжения магнитного кольца 15 с ферромагнитным кольцом 16 фиксируется в верхнем положении, изливается вниз между корпусом камеры 4 и патрубком 2 и далее, ударяясь об отражатель-экран 17, разворачиваясь на 180° в толщу воды колодца 7 поток воды гасителя, дополнительно расширяясь в колодце 7, что обеспечивает возможность существенно предохранять отводящий канал 18 от размыва в непосредственной близости от колодца 7. Применения эжектирования (выпуска воздуха) через воздушные отверстия 5, 8, 9, 14 в сторону крышки 6 колодца 7, которая имеет углубление 10 с образующей канавкой разомкнутого кольца 11 с воздушным отверстием 14, применен обратный шаровой клапан 13, перемещается в процессе работы для выпуска воздуха, а при заполнении колодца 7 водой, обратный шаровой клапан 13 перекрывает под давлением воды отверстие 14 плотно и фиксируется под крышкой 6 колодца 7, что не позволяет проникать воды над крышкой 6, а также увеличивает расход воды, проходящий в гасителе водного потока.

Механизм изменения зазора, выполненный кольцевым струенаправляющим отражателем-экраном 17, выполнен большим диаметром, чем диаметр корпуса камеры 3 в нижней части позволяет менять (разворачивать) поток воды на 180° и, поступает в толщу потока воды при заполнении колодца 7.

Близость и возможность изменения расхода воды ниже кромок камеры 4, перемещают отражатель-экран 17 вверх или вниз, устанавливая необходимый зазор между отражателем-экраном 17 и нижней части корпуса камеры 3, также приводит к изменению давления относительно поднятия вверх обратного шарового клапана 13 в сторону крышки 6 с отверстием 14, с углублением 10 (развальцовку) с приливами 12, т.е. вода не выходит над крышкой 6. Вода непосредственно от перевернутого стакана 4 вверх дном поступает на отражатель-экран 17.

Таким образом, применение предлагаемого гасителя энергии водного потока позволит повысить эффективность и снизить придонные скорости потока в колодце, что сокращает строительную стоимость сооружения, следовательно, исключается необходимость устройства дополнительного колодца в нижнем бьефе канала.

Предлагаемое изобретение соответствует критерию «промышленная применимость», поскольку осуществима с использованием известных технических средств по технологии разработки конструкции.

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для гашения водного потока в концевых устройствах закрытых трубопроводов и туннельных водопропускных сооружений. Гаситель энергии содержит водовод 1, вертикальный патрубок 2, который введен в верхнюю часть вертикальной цилиндрической камеры 3. Вертикальный патрубок 2 выполнен c выпускным отверстием. Над выпускным отверстием вертикального патрубка 2 размещен обратный клапан 4 в виде цилиндрического стакана, установленного вверх дном с выпускным воздушным отверстием 5 в верхней части корпуса камеры 3. Вертикальная цилиндрическая камера 3 установлена с зазором над патрубком 2 и верхняя часть камеры 3 присоединена к крышке 6 с отверстием 14 колодца 7. Обратный шаровой клапан 13 помещен в углубление 10, образующее канавку с разомкнутым кольцом 11 для предотвращения выпадения (фиксации) его и перемещения в пространстве в процессе работы. Боковые стенки в верхней части камеры 3 также имеют воздушные отверстия 8 и 9 для выпуска воздуха из колодца 7 под крышку 6 с отверстием 14. Гаситель оснащен фиксатором верхнего положения клапана 4, выполненным в виде пары магнит-ферромагнетик. С нижней стороны корпуса камеры 3 на патрубке 2 с помощью механизма изменения установлен струенаправляющий отражатель-экран 17 (чашеобразной формы). При подъеме воды клапан 4 перемещается вверх, воздух выходит через отверстие 5, далее через отверстие 14 в крышке 6 в атмосферу, а также воздух из колодца 7 через отверстия 8 и 9 выходит в отверстие 14 в крышке 6, открывая выход воде и заполняя при этом колодец 7, при этом положение клапана 4 фиксируется кольцами 15 и 16 пары магнит-ферромагнетик. Диаметр углубления разомкнутого кольцевого пространства в 1,5 раза больше диаметра обратного шарового клапана 13, а плотность его из выполненного материала 0,2…0,5 г/см³. Обеспечивается повышение эффективности и равномерности распределения расходов, снижение придонных скоростей в потоке и повышается надежность работы устройства. Конструкция устройства проста в эксплуатации. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Гаситель энергии водного потока, включающий подводную трубу, конически расширяющийся водовод, который содержит вертикальную камеру в виде усеченного конуса, поверхность которого установлена в колодце вниз расширяющейся частью соосно патрубку, отличающийся тем, что расширяющийся водовод в виде патрубка введен в верхнюю часть вертикальной цилиндрической камеры, внутри ее установлен обратный клапан, выполненный в виде цилиндрического стакана, установленного вверх дном с выпускным воздушным отверстием в верхней части корпуса камеры, при этом цилиндрическая камера снабжена фиксатором верхнего положения клапана, выполненным в виде пары магнит-ферромагнетик, расположенных соответственно в нижних точках цилиндрического стакана и цилиндрической части корпуса камеры, при этом крышка колодца снабжена полукруглой канавкой с выпускным воздушным отверстием соосно отверстию крышки цилиндрического стакана, при этом обратный шаровой клапан зафиксирован приливами, образующими с канавкой разомкнутое кольцо с выполненным воздушным отверстием в крышке колодца в его верхней части, причем верхняя часть корпуса камеры присоединена жестко к верхней части крышки колодца.

2. Гаситель по п. 1, отличающийся тем, что корпус цилиндрического стакана выполнен с возможностью телескопического перемещения относительно верхней части корпуса камеры.

3. Гаситель по п. 1, отличающийся тем, что расширяющийся водовод в виде патрубка, введенный в верхнюю часть корпуса вертикальной цилиндрической камеры, снабжен кольцевым струенаправляющим отражателем-экраном в форме тарелки донной части колодца.

4. Гаситель по п. 1, отличающийся тем, что диаметр углубления разомкнутого кольцевого пространства в 1,5 раза больше, чем диаметр обратного шарового клапана.

5. Гаситель по п. 1, отличающийся тем, что верхняя часть корпуса камеры выполнена с отверстиями в боковых стенках.

6. Гаситель по п. 3, отличающийся тем, что кольцевой струенаправляющий отражатель-экран установлен при помощи крепления механизма перемещения зазора и выполнен диаметром большим, чем диаметр цилиндрического корпуса камеры в нижней части.