ГАСИТЕЛЬ ЭНЕРГИИ ВОДНОГО ПОТОКА Российский патент 2024 года по МПК E02B8/06 

Изобретение относится к гидротехнике, гидравлике, гидромеханике, а более конкретно к гидротехническим сооружениям, предназначенным для использования в составе гидроузлов для гашения водного потока в концевых устройствах закрытых трубопроводов и туннельных водопропускных сооружениях.

Известно устройство для гашения энергии потока, включающее водобойный колодец, расположенный над вертикальным выходным участком напорного водовыпуска круглого поперечного сечения, гаситель энергии потока, установленный 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 №1392129, 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 сечение колодца расхода, образующегося при его смешении, который должен гаситься 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.

Известен гаситель энергии водного потока, характеризующийся тем, что он имеет горизонтальный участок водовода в виде подводной трубы, в концевом вертикальном расширении которой размещен вертикальный колодец, образованный наклонными участками, завихритель потока, при этом колодец в верхней части имеет дополнительную камеру гашения, в которой над пережимом колодца размещен завихритель потока в виде турбины винтолопастной с возможностью вращения относительно своей оси и прикрепленной к проходящему через уплотнение в крышке колодца прикрепленному в вертикальной части механизму изменения положения турбины, причем дополнительная камера гашения с внешней стороны имеет отводящий лоток, при этом дно отводящего лотка соединено с отводящим трубопроводом, имеющим регулирующую задвижку (Патент RU №2701298, Е02В 8/06 от 25.09.2019).

Недостатком известного устройства: сложность и, как следствие, это ведет к усложнению эксплуатационной надежности, т.е. недостаточная эффективность его эксплуатации; устройство на выходе из пережима в сторону дополнительной камеры имеет лопастную вращающуюся турбину сложной по конструкции выполнения для вращения воды, поступающей из пережима колодца в сторону внутренней кольцевой горизонтальной полки, что недостаточно гасит энергию потока при вероятных колебаниях режимных параметров при вращении турбины винтолопастной, и угол кривизны лопастей, которых определяется согласно зависимости, по формуле гидравлики.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является гаситель энергии водного потока, включающий подводящую трубу, в котором установлен завихритель потока, вертикальную камеру, при этом конически расширяющийся водовод в виде выпускного патрубка, вертикальная камера которого выполнена в виде закрытого стакана с кольцевой перегородкой, при этом выпускной патрубок выполнен из двух секций, между которыми размещен обтекатель и тангенциальные патрубки с отверстиями для подачи воды по отношению к выпускному патрубку в месте их разъема, причем боковая стенка кольцевой перегородки снабжена перепускным окнами в сторону боковой стенки корпуса закрытого стакана, верхняя часть которого со стороны отводящего трубопровода выполнена в виде выпускного отверстия, совпадающего с отметкой дна отводящего лотка (Патент RU №2661741, Е02В 8/06 от 19.07.2018).

Недостатком известного устройства является наличие разъемных двух секций, между которыми размещен обтекатель с тангенциальными патрубками усложняет эксплуатационную работу. Кроме того, требуется закручивание потока для увеличения гидравлических местных сопротивлений, а значит, усложняет конструкцию гасителя, при этом, у этого устройства - недостаточная совершенность гидравлических местных сопротивлений при закручивании потока, и это не делает камеру колодца экономичнее.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение эффективности и надежности работы за счет равномерности разделяемого потока в зависимости от скорости течения воды, поступающей в корпус колодца и последующего соединения в верхней части колодца и упрощение конструкции.

Технический результат достигается тем, что гаситель энергии водного потока, включающий подводящую трубу, конически расширяющий водовод, который расположен в колодце, причем верхняя часть его со стороны отводящего трубопровода выполнена в виде выпускного отверстия, совпадающая с отметкой дна отводящего лотка, согласно изобретению, колодец содержит множество вертикальных стенок, определяющих общую форму колодца в виде многогранника, сужающегося вверх, внутренние стенки содержат закрепленные трубчатые элементы, зеркально расположенные друг к другу на боковых стенках колодца, определяющих форму колодца, являющегося многогранным, выходные верхние концы которых заглушены, а входные нижние концы с входными отверстиями ориентированы в направлении расширяющегося водовода, боковые стенки многогранного колодца в верхней своей части соединены перегородкой, выполненной в виде решетки, разделяющей камеру гашения на две неравные части, при этом выше нижних концов трубчатых элементов с входными отверстиями, трубчатые элементы дополнительно соединены друг с другом поперечной перегораживающей перегородкой также в виде решетки, над верхней перегородкой в виде решетки закреплены перфорированные трубы с отверстиями, не менее двух, свободные концы их заглушены, при этом дополнительная камера гашения колодца в верхней своей части с внешней стороны имеет отводящий лоток, дно которого соединено с отводящим трубопроводом, имеющим регулировочную задвижку.

Кроме того, по варианту выполнения, трубчатые элементы в своей верхней части над перегородкой в виде решетки, могут быть снабжены, по меньшей мере, двумя дополнительными перфорированными трубами с отверстиями, и они размещены под углом к горизонтальной плоскости решетки в пределах 15-30°.

Выполнение гасителя из взаимосвязанных элементов способствует гашению энергии водного потока за счет разделения (расщепления) потока по всей ширине многогранного колодца, верхняя часть которого сужается в сторону перекрытия его крышкой, причем дополнительная камера гашения является сужающейся и выполнена с боковыми трубчатыми элементами, зеркально расположенных друг к другу, при этом одни концы заглушены со стороны дополнительной камеры гашения, а вторые входные концы загнуты с отверстиями и направлены в сторону внутренней полости трубчатых элементом навстречу потоку. При этом внутренняя полость камеры гашения колодца разделена верхней соединяющей перегородкой выполненной в виде решетки, на две неравные части: верхнюю и нижнюю камеры. Нижние входные концы трубчатых элементов с отверстия дополнительно соединены также поперечной перегородкой выполненной в виде перегородки друг с другом со стороны расширяющегося водовода, а верхняя часть трубчатых элементов связанная верхней перегородкой в виде решетки, имеет перфорированные трубы с отверстия с зазором над решеткой, не менее двух, одни концы которых над решеткой заглушены (закрыты), а другие концы загнуты внутри трубчатых элементов и направлены в сторону поступления воды. По варианту выполнения, закрепленные трубчатые элементы с перфорированными отверстиями в своей верхней части над перегородкой, выполненной в виде решетки, могут быть снабжены, по меньшей мере, двумя ч дополнительными перфорированными трубами с отверстиями, которые размещены под углом к горизонтальной плоскости решетки в пределах 15-30°. Все это в совокупности действия поступающего потока снижает скорости, так как кинетическая энергия воды расходуется на разделения потока перед нижней закрепленной перегородкой в виде решетки и, часть потока ориентирована в направлении вверх по трубчатым элементам, которые в своей верхней части имеют перфорированные трубы, одни концы которых заглушены (закрыты) с зазором над верхней перегородкой в виде решетки. В целом это обеспечивает соударение струй и снижает скорости потока, так как кинетическая энергия расходуется на разделение потока в виде струй и их смешения, прежде чем вода поступить в верхнюю часть под крышку расширяющей гасительной камеры колодца. Далее вода поступает в отводящий закрытый лоток с отводящим трубопроводом с регулирующей задвижкой. Таким образом, это обеспечивает более полное гашение воды, которая поступает в отводящий лоток. При этом предлагаемое устройство просто по конструкции и позволит повысить эффективность работы гасителя энергии.

На фиг. 1 изображен гаситель энергии водного потока, продольный разрез; на фиг. 2 вариант выполнения гасителя энергии с дополнительными перфорированными трубами с отверстиями, поперечный разрез.

Гаситель энергии водного потока содержит горизонтальный участок подводящей трубы 1, в концевом вертикальном расширении основания примыкает вертикальный колодец 2, который содержит множество вертикальных стенок, определяющих общую форму колодца 2 в виде многогранного сужающего верх. Внутренние стенки колодца снабжены размещенными трубчатыми элементами 4 с зеркально расположенными друг к другу на боковых стенках 3 и 5 колодца с трубчатыми элементами 6 в нижней части и, с выполненными изогнутыми под углом трубы 7 и 8 в верхней части колодца. Полости трубчатых элементов 4 и 6 сообщаются нижними впускными отверстиями концов труб с основанием 9 колодца с напорной водой. Перегородка 10 в виде решетки, связанная с трубчатыми элементами в верхней части, разделяет колодец 2 на две неравные камеры гашения 11 и 12, одна из которых камера 11 является расширяющейся в сторону крышки 13, а другая камера гашения 12 является сужающейся. Два трубчатых элемента 4 и 6 выполнены в виде водопропускных вертикальных труб, снабженных впускными нижними отверстиями на концах (торцах) труб 14 и 15 трубчатых элементов 4 и 6. Концы трубчатых элементов 4 и 6 размещены в полости основания 9 расширяющегося колодца и соединены между собой второй поперечной перегородкой 16, выполненной в виде решетки, при этом верхние концы 17 и 18 трубчатых элементов 7 и 8 расположены в камере гашения 12 и заглушены с зазором над перегородкой 10 в виде решетки. При этом в боковых стенках 3 и 5 колодца выполнены пазы (не показаны), в которых крепятся трубчатые элементы 4 и 6 по всей высоте колодца с камерами гашения 11 и 12, колодец который содержит множество вертикальных стенок, определяющих форму колодца в виде многограннника, сужающего вверх, в частности имеет отрезки труб на внутренней стороне, состыкованных под углом между собой жестко. Трубчатые элементы 4 и 6 могут быть выполнены также из проката стандартного или специального профиля (не показано). При этом верхняя часть изогнутых под углом трубчатых элементов 7 и 8 с вертикальными трубчатыми элементами 4 и 6 в стыке между собой соединены, не менее, чем двумя, перфорированными трубами 19 и 20 с отверстиями, концы которых расположены с зазором выше над верхней перегородкой 10, выполненной в виде решетки.

В другом варианте выполнения (фиг. 2), сужающая камера гашения 12 колодца 2 может быть снабжена, по меньшей мере, дополнительно двумя перфорированными трубами 21 и 22, размещенными под углом 15-30° к горизонтальной плоскости решетки 10, концы (торцы) которых также заглушены (закрыты) и расположены в заданном порядке, в сторону, соответственно, и наклонно к перфорированным трубам 19 и 20. При этом верхние концы труб 21 и 21 изогнуты в сторону движения воды по трубчатым элементам 4 и 6.

Камера гашения 12 колодца 2 под крышкой 13 в верхней части с внешней стороны соединена с отводящим лотком 24 с выпускным отверстием 25, устроенным на уровне, совпадающем с отметкой дна отводящего лотка 24, дно последнего соединено с отводящим трубопроводом 26 с регулирующей задвижкой 27.

Поскольку обеспечивается разделение всего потока, выходящего из водовода 1 в колодец, который содержит множество вертикальных стенок, определяющих форму колодца в виде многогранного сужающего вверх с закрепленными к боковым стенкам его с трубчатыми элементами 4, 6, 7, 8, с перфорированными трубчатыми элементами 19 и 20 с отверстиями, концы (торцы) которых закрыты, а также имеются нижняя и верхняя перегородки 16 и 10 решетки, соответственно, то в сочетании с ними с низкой скоростью потока поступления вверх он под крышкой 13 выходит в отводящий лоток 24 с регулирующей задвижкой 27 на трубопроводе 26, учитывая выходную скорость потока воды, гасит кинетическую энергию в целом.

Гаситель энергии водного потока работает следующим образом.

Напорный поток из подающего трубопровода 1 поднимается вертикально вверх через основание 9 на дне колодца 2, выполненного в форме в виде многогранника, сужающегося вверх, разделяется (дробится), размещенными трубчатыми элементами 4 и 6 на несколько струй, далее поток воды поднимается вверх через трубчатые элементы 4, 6, 7, 8, и направляется в сторону открытых отверстий концов перфорированных труб 19 и 20 с отверстиями с зазором над верхней горизонтальной плоскостью перегородки 10 в виде решетки. Другая часть потока поступает через закрепленную нижнюю перегородку 16 в виде решетки в расширяющуюся камеру 11 (решетки 10 и 16 образуют своего рода сетчатый экран), далее она камера гашения заполняется, поток поднимается вертикально вверх, в сторону перегородки 10 (решетки), в процессе, которого происходит большая часть его интенсивное гашение, затем поток соединяется в общий поток под крышкой 13, поступающий также из перфорированных труб 19 и 20 (также по варианту выполнения из труб 21 и 22) и практически полностью гасит свою кинетическую энергию при поступлении, и с учетом наполнения отводящего лотка 24, в результате, образуется окончательное ослабление интенсивности гашения кинетической энергии, что приводит к выравниванию эпюры давления, где отводящий лоток 24 устроен на уровне, совпадающем с отметкой дна отводящего лотка 24. Из отводящего лотка 24 вода отводится по отводящему трубопроводу 26 с установленной на нем регулирующей задвижки 27. Необходимая разность высот воды в верхней сужающейся камеры гашения 12 колодца 2 и отводящем лотке 24 поддерживается за сет регулирования задвижки 27 на отводящем трубопроводе 26 на уровне, позволяющем затопить поступающий поток воды в отводящий лоток 24. Это снижает поверхностный характер движения воды к потребителю.

Трубчатые элементы 4 и 6 в сочетании с другими элементам колодца 2, содержащего множество вертикальных стенок, определяющих общую форму колодца, являющимся многогранным, выполняют в целом положительный эффект. Таким образом, сочетание и трубчатых элементов 4 и 6 в виде состыкованных под углом отрезков труб из проката или специального профиля (не показано), например швеллера, незамкнутой стороны и закрепленного к боковой стенке 3 и 5 с позициями 7 и 8 и других профилей (не показано).

Предлагаемое устройство колодца 2 по высоте может быть усовершенствовано в еще большей степени в случае варианта выполнения с двумя под углом 15-30° дополнительными устройствами перфорированными трубами 21 и 22 с отверстиями, расположенных в сужающейся камере гашения 12 выше перегородки 10 в виде решетки 10, и выше перфорированных элементов 19 и 20, что увеличивает эффективность гашения потока в камере 12. Выполнение отверстий перфорированных труб 19, 20 и 21, 22 решается конструктивно опытным путем, причем длина их также определяется оптимально над решеткой 10 для свободного расстояния между их концами в сторону центра решетки 10.

Предлагаемое устройство может быть использовано для гашения энергии водного потока в различных гидротехнических сооружениях. Особенность предлагаемого сооружения заключается в его простоте и использование сокращает затраты гасителей энергии воды, а следовательно, повышается надежность гасителя энергии водного потока. Кроме того, снижаются придонные скорости потока в камере, что сокращает строительную стоимость сооружения в целом на конструкцию колодца, выполненного из множества вертикальных стенок, определяющих форму колодца являющимся многогранным с закрепленными другим элементами внутри полости его.

Хотя изобретение описано со ссылкой на несколько конкретных вариантов осуществления, очевидно, что оно никоим образом не ограничивается ими, и что оно включает в себя все технические эквиваленты описанных средств и их сочетания при условии, что они находятся в пределах объема изобретения.

Использование глагола «содержать» или включать в себя», в том числе их производных, не исключает наличия других элементов или других этапов в дополнение к упомянутым в дополнительном пункте формулы изобретения.

Изобретение относится к гидротехнике, гидравлике, гидромеханике для гашения водного потока в концевых устройствах трубопроводов и туннельных водопропускных сооружений. Гаситель энергии водного потока, включающий подводящую трубу, конически расширяющий водовод, который расположен в колодце, причем верхняя часть его со стороны отводящего трубопровода выполнена в виде выпускного отверстия, совпадающего с отметкой дна отводящего лотка, причем колодец содержит множество вертикальных стенок, определяющих общую форму колодца в виде многогранника, сужающегося вверх, внутренние стенки содержат закрепленные трубчатые элементы, зеркально расположенные друг к другу на боковых стенках колодца, определяющих форму колодца, являющегося многогранным, выходные верхние концы которых заглушены, а входные нижние концы с входными отверстиями ориентированы в направлении расширяющегося водовода, боковые стенки многогранного колодца в верхней своей части соединены перегородкой, выполненной в виде решетки, разделяющей камеру гашения на две неравные части, при этом выше нижних концов трубчатых элементов с входными отверстиями трубчатые элементы дополнительно соединены друг с другом поперечной перегораживающей перегородкой также в виде решетки, над верхней перегородкой в виде решетки закреплены перфорированные трубы с отверстиями, не менее двух, свободные концы их заглушены, при этом дополнительная камера гашения колодца в верхней своей части с внешней стороны имеет отводящий лоток, дно которого соединено с отводящим трубопроводом, имеющим регулировочную задвижку. Технический результат заключается в повышении высокой степени защиты отводящего канала потребителя от динамических воздействий избыточной энергии высокоскоростного потока. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Гаситель энергии водного потока, включающий подводящую трубу, конически расширяющий водовод, который расположен в колодце, причем верхняя часть его со стороны отводящего трубопровода выполнена в виде выпускного отверстия, совпадающего с отметкой дна отводящего лотка, отличающийся тем, что колодец содержит множество вертикальных стенок, определяющих общую форму колодца в виде многогранника, сужающегося вверх, внутренние стенки содержат закрепленные трубчатые элементы, зеркально расположенные друг к другу на боковых стенках колодца, определяющих форму колодца, являющегося многогранным, выходные верхние концы которых заглушены, а входные нижние концы с входными отверстиями ориентированы в направлении расширяющегося водовода, боковые стенки многогранного колодца в верхней своей части соединены перегородкой, выполненной в виде решетки, разделяющей камеру гашения на две неравные части, при этом выше нижних концов трубчатых элементов с входными отверстиями трубчатые элементы дополнительно соединены друг с другом поперечной перегораживающей перегородкой также в виде решетки, над верхней перегородкой в виде решетки закреплены перфорированные трубы с отверстиями, не менее двух, свободные концы их заглушены, при этом дополнительная камера гашения колодца в верхней своей части с внешней стороны имеет отводящий лоток, дно которого соединено с отводящим трубопроводом, имеющим регулировочную задвижку.

2. Гаситель по п. 1, отличающийся тем, что по варианту выполнения трубчатые элементы в своей верхней части над перегородкой в виде решетки могут быть снабжены, по меньшей мере, двумя дополнительными перфорированными трубами с отверстиями, и они размещены под углом к горизонтальной плоскости решетки в пределах 15-30°.