ГАСИТЕЛЬ СКОРОСТИ ПОТОКА ЖИДКОСТИ Российский патент 2024 года по МПК E02B8/06 

Изобретение относится к гидротехнике, а более конкретно к гидротехническим сооружениям, предназначенным для водосбросных систем со значительным колебанием уровня воды в нижнем бьефе.

Из уровня техники известен гаситель энергии водного потока, включающий водобойный колодец с дном и боковыми стенками, сопряженные с водобойным колодцем подводящий водовод и отводящий канал, ширина которого меньше ширины колодца, а плоский плавающий щит установлен в водобойном колодце с возможностью вертикального перемещения, при этом он снабжен ограничителем перемещения щита, выполненным в виде горизонтальных выступов на боковых стенках водобойного колодца, расположенных под щитом на уровне верхней кромки выходного отверстия подводящего водовода, и горизонтальным плавающим козырьком, выполненным с отогнутой вверх передней гранью, с помощью которой он прикреплен к низовой кромке щита, а плавающий щит выполнен с размещенными в плане, соответствующими внутренним размерам водобойного колодца, причем с закруглением вверх, а подводящий водовод выполнен напорным (Авторское свидетельство SU №1357492, Е02В 8/06 от 07.12.1987).

Недостатком данного устройства является работа только на поверхности водобойного колодца, что снижает эффективность снижения скорости потока воды, т.е. снижение скорости потока недостаточно высока.

Наиболее близким аналогом (прототипом) заявленного изобретения является гаситель энергии водного потока, включающий водобойный колодец с дном и боковыми стенками, сопряженные с водобойным колодцем подводящий водовод и отводящий канал, ширина которого меньше колодца, горизонтальное плавающее устройство, и подводящий водовод выполнен напорным, при этом он снабжен наклонно установленной внутри напорного водовода перегородкой с отверстиями в нижней части, при этом успокоитель выполнен в виде продольного эластичного полотнища, которое одним концом жестко прикреплено к перегородке, а нижний конец его выполнен трубчатой эластичной полостью для создания дополнительного веса, причем трубчатую эластичную полость располагают не ниже уровня конца перегородки, причем верхний конец водовода соединен с козырьком через шарнир и снабжен регулируемым противовесом, установленным в сторону направления падающего потока (Патент RU №2647895, Е02В 8/06) от 21.03.2018).

Известное устройство позволяет снизить как дно колодца, так и отводящий канал в целом от размыва, имеющим достаточную длину по конструкции. Однако ввиду наличия успокоителя в виде эластичного полотнища с трубчатой эластичной полостью в конце полотнища, а также горизонтального участка водобойного колодца, эффективность гашения поверхностного волнового потока и снижения его поверхностной скорости недостаточно высока, а также отсутствует очистка наносов за пределы гасителя с уменьшенным расходом воды.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является создание гасителя скорости потока жидкости до скоростей, обеспечивающих равномерное ламинарное движение потока жидкости, поступающей в водобойный колодец и снижение волновых поверхностных явлений за счет усиления торможения жидкости в сторону отводящего трубопровода или канала.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение эффективности снижения скорости потока жидкости, поступающей в водобойный колодец.

Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что заявленный гаситель скорости потока жидкости, содержащий водобойный колодец с дном и боковыми стенками, с сопряженный с водобойным колодцем подводящий водовод, который выполнен напорным, отводящий трубопровод и наклонные перегородки, согласно изобретения, гаситель скорости потока жидкости содержит водобойный колодец, выполненный в форме пирамидальной камеры, связанной в конце сужающимся участком в сторону расположения в верхней части своей с дополнительным колодцем, выполненного в форме полукруга с углублением, который соединен с отводящим трубопроводом, при этом наклонные полки размещены на прямом участке над дном колодца в плане и по высоте ступенчато и направлены в сторону направления падающего потока напорного водовода, боковая стенка выполнена ступенчато пологой откосом с горизонтально ступенчатым дном, кроме того, в дне камеры колодца образован промывной приямок, отверстие которого выполнено меньше, чем диаметр отверстия отводящей промывной трубы, а в дополнительном колодце в форме полукруга с углублением, выполнено заградительное устройство в виде турбины с лопастями, погруженной в воду с возможностью вращения.

Кроме того, промывной приямок дна камеры колодца выполнен отверстием с кольцевым Г-образным козырьком, выступающим в сторону отводящей промывной трубы.

Кроме того, под крышкой камеры колодца перед сужающимся ее участка и выходом потока в дополнительный колодец с углублением, в боковых стенках размещен криволинейный подпорный козырек, обращенным вогнутостью в сторону пологого откоса пирамидальной камеры колодца с горизонтально ступенчатым дном, причем козырек прикреплен на горизонтальной оси вращения и снабжен со стороны сужающегося участка пружиной сжатия.

Выполнение гасителя скорости потока жидкости в совокупности взаимосвязанных элементов и обуславливает достижение поставленной цели при значительной эксплуатационной надежности для подобных объектов гидротехнического строительства, в том числе гасителя скорости потока жидкости. Наличие внутри водобойного колодца с выполнением его пирамидальной формы камеры в конце напорного водовода с наклонными полками, выполненных, ступенчато по высоте, а также наличие в сторону выхода жидкости и в сторону полукруглого в плане углублением дополнительного колодца, в котором установлен заградительное устройство в виде турбины, при вращении обтекая ее, приводит к полному гашению кинетической энергии потока жидкости и позволяет значительно уменьшить волнение водной поверхности непосредственно в самом затопленном в водобойном колодце с данной формой выполнения. При этом поток, поступающий к отверстию в де колодца под кольцевой Г-образный козырек, и в отводящую трубу с наносами при уменьшенном расходе в сторону отводящей трубы, не позволяет оседать концентрирующимся в камере колодца при вращении движения воды (жидкости) илистым и мелким частицам наносов, они скатываются вниз по направлению к отводящей трубе, где поток вращается с большой скоростью.

Сущность заявляемого изобретения иллюстрируется графическим материалом, разрез.

Гаситель скорости потока жидкости, включает водобойный колодец с приемной камерой 1 пирамидальной формы в плане с дном 2 и приямок 3 с боковыми стенками, которые имеют вид усеченного конуса, сопряженные с водобойным колодцем приемной камеры 1. При этом прямое дно 2 имеет переходной наклонный участок 4 в сторону дна приямка 3 с отверстием 5 в основании его, отводящую промывную трубу 6. Причем, донное отверстие 7 связано с отводящей промывной трубой 6. Причем донное отверстие 5, дна приямка 3, выполнено кольцевым Г-образным козырьком 8, полка которого направлена вниз в сторону отводящей трубы 6, при этом донное отверстие 5, ниже дна приямка 3, выполнено диаметром меньше, чем диаметр отверстия 7 с отводящей трубой 6.

Входная часть колодца приемной камеры 1 с прямым дном 2 перед подводящим напорным водоводом 9 включает наклонные полки 10 ступенчато в плане по высоте колодца камеры 1. Причем верхняя часть приемной камеры 1 колодца выполнена сужающимся в сторону образованного полукруглого в плане дополнительного колодца 11 с углублением и с отводящим трубопроводом 12.

Дополнительный колодец 11 с углублением (форма полукруга) имеет закрепленный на оси 13 заградительное устройство в виде турбины 14 с лопастями, погруженными в толщу воды с возможностью вращения. При этом в боковых стенках колодца приемной камеры 1 перед сужающимся участком с дополнительным колодцем 11 закреплен криволинейный подпорный козырек 15 на оси 16 вращения с упругой пружиной 17, сжатия, что позволяет частично гасит волновую поверхность воды и сжатия потока в движении в сторону сужающегося участка вверх с дополнительным колодцем 11, а значит, обеспечить, таким образом, лучшую скорость вращения турбины 14 с лопастями, равномерность гидравлического влияния на вращение турбины 14 с лопастями.

В качестве материалов для изготовления элементов устройств гасителя скорости потока жидкости может быть использована сталь, прочный пластик или композитные материалы.

В зависимости от параметров колодца, требуемых характеристик потока жидкости на входе и выходе из гасителя скорости, физических свойств жидкости, наличия и размера механических примесей в составе жидкости определяются следующие конструктивные параметры заявляемого устройства:

- количество и толщина наклонных полок 10;

- диаметр донного отверстия 5 и отводящей промывной трубы 6;

- высота расположения криволинейного вращающегося на оси 16 козырька 15, и величина зазора (сужения) в сторону наклона к боковой стенке колодца вверх;

- диаметр вращающейся турбины 14 с лопастями.

Предпочтительно наклонные полки 10 выполнены тонкостенными для снижения негативного гидродинамического влияния конструкции указанного элемента на эффективность работы во входной части водобойного колодца приемной камеры 1.

Площадь выходной верхней части колодца пирамидальной формы приемной камеры в сторону расположения дополнительно колодца 11 с полукруглым углублением по высоте имеет на входе сужающийся участок в сторону расположения вращающейся турбины 14, что также создает подпор в сторону пирамидальной камеры 1 колодца. Это дополнительно позволяет задействовать гашение внутри пирамидальной камеры 1 колодца с криволинейной вращающейся на оси 16 козырька 15 с пружиной 17, сжатия, где волновая поверхность потока сглаживается в затопленном колодце. Такая конструкция снижает динамические нагрузки поступающего потока воды из напорного водовода 9, и оказывает положительное влияние на скорости потока в пирамидальной камере 1 колодца, а на выходе в отводящий трубопровод 12 может привести в целом к образованию устойчивой неразмывающей скорости, например, дна канала на выходе из гасителя потока скорости жидкости.

Гаситель скорости потока жидкости работает следующим образом.

В качестве примера использования заявленного гасителя скорости потока жидкости на чертеже показана конструкция, содержащая набор наклонных полок 10, расположенных в плане ступенчато по высоте колодца над прямым дном 2, т.е. в горизонтальном и вертикальном положениях сечений пирамидальной камеры 1, обеспеченной далее конструкцией гасителей устройств скорости потока жидкости. В результате приемная камера 1 колодца заполняется жидкостью равномерно по площади его, скорости, соответственно, будут меньше из-за затопления при выходе потока вверх с волновой поверхностью в сторону перекрытия успокоительно вращающимся на оси 16 козырька 15, пружины сжатия 17. Часть потока воды, поступающего в наклонный ступенчатый откос колодца, поступает в промывное отверстие 5 в дне приямка 3 с кольцевым Г-образным козырьком 8, полка которого направлена вниз, в сторону отводящей промывной трубы 6, не позволяет оседать концентрирующей в камере 1 колодца при вращательном движение воды илистым и мелким наносов, они скатываются вниз по направлению к отводящей Промывной (сбросной) трубе 6, где поток вращается с большой скоростью. Это приводит к переводу мелких фракций наносов во взвешенное состояние, их выносу через отводящую трубу 6, перекрываемую сверху основанием дна приямка 3 со ступенчатым пологим откосом 4 с прямым дном 2. При этом донное отверстие 5 выполнено меньше, чем диаметр отверстия 7 с отводящей промывной трубы 6.

Вода, заполняемая приемную камеру 1 колодца, движется вверх через сужающееся (узкое) пространство, перекрываемое криволинейным погружным в воду и подпружиненном на оси 16 козырьком 15 вращения. Далее вода поступает через сужающееся живое сечение на выходе в сторону углубления дополнительного колодца 11, в форме полукруга, в котором закреплена вращающееся турбина 14 с лопастями, непосредственно погруженная в толщу воды в дополнительном колодце 11, далее вода поступает равномерно в отводящий трубопровод 12 (канал, потребителю чистой воды). В связи с этим диаметр вращающихся поверхностей лопастей турбины 14 позволяет автоматически поддерживать со стороны приемной камеры 1 колодца заданный уровень даже при минимальном его заполнении.

Новое техническое решение по предлагаемой схеме вращающейся турбины с лопастями искусственно позволяет создать подпор одновременно с криволинейным козырьком в приемной камере колодца, и равномерно направить воду в отводящий трубопровод (потребителю).

Лопасти турбины 14 передают вращение через ось 13, которая закреплена в боковых стенках в углублении дополнительного колодца 11, вращается вокруг горизонтальной оси 13.

Частота вращения турбины (в об/мин) может определяться из выражения: n_t = 60U/πD, где U - окружная скорость концов лопастей турбины, м/с; D - диаметр турбины по концам лопастей, м; Окружная скорость концов лопастей турбины U = k_oV, где k_o - коэффициент окружной скорости; V - скорость жидкости в подпертом уровне, м/с, где (ϕ - коэффициент скорости, который можно принят 0,97; Н - напор перед турбиной, м).

Положение турбины в потоке воды, при. углублении с лопастями в движущийся поток в данном случае, позволяет, гасит его также в сторону отводящего трубопровода.

Все в совокупности обуславливает и оригинальность предложенного сооружения для достижения поставленной цели при значительном снижении затрат на строительство, эксплуатацию подобных объектов гидротехнического строительства, в том числе и для гасителя скорости потока жидкости. Кроме того, повышается эффективность гасителя жидкости, когда поток отводится по системе трубопроводов за пределы гасителя, и другая, отводимая на очистку, в случае больших расходов требует меньшей длины колодца.

Экономическая эффективность предлагаемого изобретения заключается в объединении в одном технологическом цикле задач оптимального гашения отводимого потока в отводящую промывную трубу приямка наиболее загрязненного слоя потока воды из подводящего напорного водовода, улучшая одновременно гидравлические условия работы отводящего трубопровода (потребителя чистой воды), создает возможность уменьшить величину отводимого на очистку расхода, а это снижает эксплуатационные затраты на обслуживание гасителя скорости потока жидкости в целом, используя его новую конструкцию. Очищенную воду можно использовать и другим потребителям.

Изобретение относится к гидротехнике, а более конкретно к гидротехническим сооружениям для водосбросных систем со значительным колебанием водопропускных сооружений. Гаситель скорости потока содержит водобойный колодец 1, подводящий напорный водовод 9, отводящий трубопровод 12. Камера 1 колодца имеет уклон в сторону образованного в дне промывного приямка 3. Донное отверстие приямка 3 выполнено кольцевым Г-образным козырьком 7, полка которого направлена вниз в сторону отводящей промывной трубы 6. Кроме того, донное отверстие приямка 3 в центре выполнено диаметром меньше, чем диаметр отверстия 8 в дне приямка. Колодец, выполненный приемной камерой 1, является в форме пирамидальной камеры, связан в верхней части своим сужающимся в сторону дополнительного колодца 11 участком, выполненного в форме полукруга с углублением. Дополнительный колодец 11 в форме полукруга содержит в полости закрепленное заградительное устройство в виде вращающейся турбины 14 с лопастями, ось 13 которой закреплена в боковых стенках дополнительного колодца 11. Выход дополнительного колодца 11 для отвода чистой воды с отводящим трубопроводом 12 (потребителю). Успокоительный козырек 15 на оси вращения 16 с упругой пружиной 7 сжатия закреплен на боковых стенках в верхней части колодца под крышкой, так что создает проходное отверстие в сторону наклона к боковой поверхности стенки пирамидальной камеры 1 колодца. Осадок мелких наносов будет поступать через донное отверстие 5 в отводящую промывную трубу 6, а чистая вода поступает вверх потребителю. Гаситель обеспечивает эффективность работы за счет гашения энергии воды ступенчато в плане и по высоте гасителя. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Гаситель скорости потока жидкости, содержащий водобойный колодец с дном и боковыми стенками, сопряженный с водобойным колодцем подводящий водовод, который выполнен напорным, отводящий трубопровод и наклонные перегородки, отличающийся тем, что гаситель скорости потока жидкости содержит водобойный колодец, выполненный в форме пирамидальной камеры, связанной в конце сужающимся участком в сторону расположения в верхней части своей с дополнительным колодцем, выполненным в форме полукруга с углублением, который соединен с отводящим трубопроводом, при этом наклонные полки размещены на прямом участке над дном колодца в плане и по высоте ступенчато и направлены в сторону направления падающего потока напорного водовода, боковая стенка выполнена ступенчато пологой с откосом и с горизонтально ступенчатым дном, кроме того, в дне камеры колодца образован промывной приямок, отверстие которого выполнено меньше, чем диаметр отверстия отводящей промывной трубы, а в дополнительном колодце в форме полукруга с углублением выполнено заградительное устройство в виде турбины с лопастями, погруженной в воду с возможностью вращения.

2. Гаситель по п. 1, отличающийся тем, что промывной приямок дна камеры колодца выполнен с отверстием и с кольцевым Г-образным козырьком, выступающим в сторону отводящей промывной трубы.

3. Гаситель по п. 1, отличающийся тем, что под крышкой камеры колодца перед сужающимся ее участка и выходом потока в дополнительный колодец с углублением в боковых стенках размещен криволинейный подпорный козырек, обращенный вогнутостью в сторону пологого откоса пирамидальной камеры колодца с горизонтально ступенчатым дном, причем козырек прикреплен на горизонтальной оси вращения и снабжен со стороны сужающегося участка пружиной сжатия.