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

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для гашения водного потока в концевых устройствах закрытых трубопроводов и туннельных водопропускных сооружений.

Известен гаситель энергии водосбросного устройства, включающий подводную трубу, конически расширяющийся, в котором установлен завихритель потока и отражатель с отверстиями, при этом он 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 фиксированного 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, Е02В 8/06 от 24.01.2012).

Недостатками являются сложность и, как следствие, большая металлоемкость. 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.

Известен гаситель энергии водного потока, включающий подводящую трубу, конически расширяющийся водовод, 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 разъемным 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 перепускными 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 гасителя является наличие разъемных двух секций, между которыми размещен обтекатель с тангенциальными патрубками усложняет эксплуатацию его работы. Кроме того, требуется закручивание потока для увеличения гидравлических местных сопротивлений, а значит, усложняет конструкцию гасителя. Другим недостатком является отсутствие регулирования подвижных связанных друг с другом кольцевых перегородок различной формы в поперечном сечении для изменения рассеивающего выпуска воды по высоте колодца, т.е. недостаточная совершенность местных гидравлических сопротивлений.

Наиболее близким к предложенному по назначению, технической сущности и достижению результату является гаситель водного потока, включающий подводящую трубу, конически расширяющийся водовод, вертикальную камеру, вертикальная камера выполнена в виде закрытого стакана, причем верхняя часть его со стороны отводящего трубопровода выполнена в виде выпускного отверстия, совпадающего с отметкой отводящего лотка, при этом потоконаправляющий колпак установлен над дополнительной камерой, которые соединены между собой жесткими связями, при этом потоконаправляющий колпак с дополнительной камерой снабжен механизмом изменения зазора над конически расширяющимся водоводом, причем дополнительная камера выполнена, сверху с выпускным коническим перекрытием, а снизу - с впускным коническим отверстием, наружные боковые стенки неподвижного усеченного конуса снабжены с охватом кольцевыми отражательными экранами разной длины по высоте относительно боковых его наклонных стенок, и он соединен жесткими связями с внутренними боковыми стенками камеры, а боковые внутренние стенки его соединены жесткой связью с направляющими, что усиливает интенсивность гашения энергии воды, причем верхняя часть камеры снабжена ниже отводящего лотка кольцевым отражательным экраном, кромки которого направлены вверх, в сторону крышки камеры (Патент RU №2737969, Е02В 8/06 от 07.12.2020).

Недостатки известного устройства: сложность и, как следствие, большая металлоемкость, а это ведет к усложнению эксплуатационной надежности, т.е. недостаточная эффективность его эксплуатации. Кроме того, у этого устройства отсутствует закручивание потока и снижение гидравлических сопротивлений.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является получения устройства, более простого конструктивного решения в технологичности изготовления и улучшения равномерности распределения потока воды по высоте колодца, определенного размера, и последующего соединения под крышкой колодца, обеспечивающего снижение скорости потока в сторону отводящего лотка.

Технический результат достигается тем, что гаситель энергии водного потока, включающий подводную трубу, конически расширяющийся водовод, вертикальную камеру, вертикальная камера выполнена в виде закрытого стакана, причем верхняя часть его со стороны отводящего трубопровода выполнена в виде выпускного отверстия, совпадающего с отметкой отводящего лотка, потоконаправляющий колпак снабжен механизмом изменения зазора над расширяющимся водоводом, причем верхняя камера снабжена ниже отводящего лотка кольцевым отражательным экраном, согласно изобретения, конец вертикального патрубка, связанный с подводной трубой, сверху имеет полый завихритель водного потока, омывающим внутреннюю сферическую поверхность отражательного экрана жестко закрепленного к механизму изменения зазора над полой трубой с завихрителем водного потока, и полая трубка имеет форму «гиперболоида вращения» и выполнена с возможностью вращения за счет скоростного напора, поступающего из подводной трубы в вертикальный патрубок в полость полого завихрителя, снаружи которого размещены вертикальные лопасти - перегородки, изогнутые по спирали Архимеда для формирования закрученного потока, омывающего под давлением сферическую поверхность отражательного экрана, при этом он снабжен сверху горизонтальной полкой в виде экрана, кроме того, полый завихритель водного потока имеет диаметр, составляющий 0,3-0,6 максимального диаметра сферического отражателя в виде экрана.

Кроме того, механизм изменения зазора выполнен в виде винтовой пары.

Кроме того, верхняя часть вертикального корпуса камеры под крышкой сообщена с отводящим лотком.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков тождественных всем признакам заявляемого технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие технического решения условию патентоспособности «новизна».

Такое выполнение гасителя энергии водного потока от взаимосвязанных элементов способствует гашению энергии водного потока, в котором над вертикальном патрубком, связанного с подводной трубой в колодце закреплен на конце вертикального патрубка полый завихритель водного потока, омывающим внутреннюю сферическую поверхность отражательного экрана и жестко связанного с закрепленной в одном узле с горизонтальной кольцевой полкой в виде дополнительного экрана вместе к механизму изменения зазора над полым завихрителем водного потока.

«Вихревой эффект» проявляется в закрученном потоке за счет большого напора воды, поступающего из подводной трубы в вертикальный патрубок, благодаря трубки вращения по форме «гиперболоида вращения», снаружи закреплены к ней вертикальные лопасти - перегородки, изогнутые по спирали Архимеда для формирования закрученного потока, омывающего (ударяющего) под давлением внутреннюю поверхность сферы устройства в обратную сторону направления вниз движения потока на боковые внутренние стенки колодца камеры. Завихритель потока имеет диаметр, составляющий диаметр меньше, чем диаметр сферического отражателя в виде экрана. При осевые слои закручиваемого (водного) потока воды, прикрытые сверху сферическим отражателем, затем поворачиваются вверх в сторону горизонтального кольцевого отражателя экрана, связанного с кольцевым отражателем экраном, закрепленным выше перед перепускным окном (отверстием), устроенное на уровне, совпадающем с отметкой дна отводящего лотка. Кроме того, это связано с механизмом изменения положения по высоте винтовой пары над крышкой колодца.

Компактное, рациональное конструирование нового устройства имеет практическое применение при любом изменения напора через полый завихритель водного потока в колодце.

Следует обратить внимание на форму трубки с прикрепленными к ней вертикальными лопастями - перегородками, изогнутые по спирали Архимеда для формирования закрученного потока на выходе из вертикального патрубка с подводящим водоводом. В свою очередь такая конструкция завихрителя водного потока в работе учитывает потери, возникающие вследствие поступления воды при выходе в сторону сферического экрана, имеющего размеры диаметра несколько больше размера диаметра конструкции полого завихрителя потока.

В итоге предлагаемое устройство просто по конструкции и позволит повысить эффективность работы гасителя.

Для проверки соответствия изобретению» изобретательский уровень» заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявляемого устройства с конструктивным решением всех узлов. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, определяющего заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявляемого изобретения преобразований на достижение технического результата, следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «изобретательский уровень».

Гаситель энергии водного потока представлен на чертеже, где на фиг. 1 изображен общий вид сооружения; на фиг. 2 - выполнение схемы завихрителя потока, вид сверху.

Гаситель энергии водного потока включает водовод 1 с вертикальным патрубком 2, расположенный в вертикальной камере 3. Круглый патрубок 2 водовода 1 заглублен в колодец камеры 3 на расстояние, равное 0,1-0,5 высоты колодца.

Вертикальный патрубок 2 в верхней части своей имеет завихритель водного потока 4, конструктивно состоит из полой трубки 5 в виде «гиперболоида вращения», с размещенными снаружи разделяющими лопастями - перегородками 6 спиралеобразной формы. Внутренняя поверхность «гиперболоида вращений» и взаимообращенные поверхности лопастей - перегородок в совокупности образуют каналы 7 завихрителя 4 в виде генерации потока воды, причем каждая криволинейная лопасть - перегородка 6 пронизывает всю полую «гиперболоида вращения» (завихрителя), независимо от их количества (по высоте трубки 5), в виду того, что каналы 7 имеют спиральную форму для завихрителя 4, происходит закрутка (в каждом канале) отдельно закрученного потока, выходящего в цилиндрический канал 5. Камера 3 гашения имеет кольцевой отражатель экран в виде горизонтальной полки 8 жестко связанный со сферическим экраном 9, ориентированными выше расположения полого завихрителя 4, при этом последний имеет диаметр, составляющий 0,3-0,6 максимального диаметра сферического отражательного экрана 9. Отражатели экраны 8 и 9 внутри камеры 3 закреплены вместе жестко к концу снабженным механизмом изменения 10 зазора выше завихрителя 4 колодца 3, пропущенным через уплотнение 11, механизм 10 которого выполнен в виде винтовой пары. Внутренние стенки камеры 3 гашения имеют отражатель горизонтальной перегородки 12 (экран), ориентированной выше расположения отражателей экранов 8 и 9. Таким образом, оба отражателя экрана 8 и 9 над завихрителем 4 крепятся к подвесному механизму изменения, например механизм изменения, выполнен в виде винта 10 к крышке 13 колодца 3 с уплотнением 11, что обеспечивает подъем или опускание вместе скрепленных друг с другом отражателей экранов 8 и 9 над завихрителем 4, погружаемых одновременно в воду, поступающей в расширяющуюся камеру 3. При такой связи и простоте всех элементов (сочетаний) в пространстве камеры 3 поток поступает через водопропускное отверстие в кольцевом экране 12, и выходит через перепускное окно 14 (отверстие), устроенное на уровне, совпадающем с отметкой дна отводящего лотка 15, дно которого соединено с отводящим трубопроводом 16 и регулирующей задвижкой 17, соответственно, происходит снижение придонных скоростей.

Пример конкретного выполнения.

Предлагаемая конструкция гасителя энергии водного потока работала следующим образом. Напорный поток поступал из водопадающего трубопровода 1, затем вода поступает снизу в вертикальный патрубок 2. Проходя через полую трубку 5, оказывает давление на спиральные вихреобразующие каналы 7 завихрителя 4 и имеющие спиральную форму, образуют закрученный поток под давлением напора воды из подводной трубы 1 с патрубком 2, и поток приводит его во вращение. Вода разделяется лопастями - перегородками 6, одновременно внутреннюю поверхность омывает (давит) отражатель сферического экрана 9, поток направляется сначала вниз, а затем разворачивается и направляется вверх в месте установки закрепленного экрана 8 отражателя экрана в виде горизонтальной полки. При этом тонкостенные лопасти завихрителя являются своеобразными перегородками (пластинами), проходя через которые поток воды под давлением их вращает (ускоряет), завихритель обеспечивает соударения о поверхность отражателя сферического экрана 9 и оказывает давление воды на внутреннюю поверхность, обмывает, затем направляется вниз в придонный поток со стороны вертикального патрубка 2 водовода 1, т.е. создания благоприятного частичного гашения кинетической энергии, а затем поток направляется вверх сначала в месте расположения кольцевого отражателя экрана 8 в виде горизонтальной полки, затем направляется через перепускное отверстие, отражателя экрана 12 с низкой скоростью в сторону крышки 13, и выходит через перепускное окно 14 (отверстие), устроенное на уровне, совпадающем с отметкой дна отводящего лотка 15, дно которого соединено с отводящим трубопроводом 16 и регулирующей задвижкой 17, соответственно, происходит снижение придонных скоростей.

Следует также отметить, вращение полого завихрителя 4 турбулизует поток под отражателями экранов 8 и 9 и интенсивно смешивается по высоте наполнения в нижней части колодца 3, отражаясь от его боковых стенок. В результате под двумя отражателями экранов 8 и 9 образуется зона реактивной циркуляции, в которой продолжается перемешивание поступающего потока воды. Таким образом, происходит процесс непрерывного и интенсивного перемешивания поступающей воды. При помощи 8 и 9, как одно целое устройство, где камера имеет наклонные боковые стенки колодца 3, в котором патрубок 2 водовода 1 заглублен на расстояние, равное 0,1-0,5 высоты камеры, при этом полый завихритель 4 образует зазор между внутренней плоскостью отражателя экрана 9, где диаметр завихрителя, составляющий 0,3-0,6 максимального диаметра отражателя сферического экрана 9. Все это позволит также регулировать напоры над выходным отверстием патрубка 2 водовода 1 по высоте в пространстве нижней части конусной (наклонной) камеры 3 с боковыми стенками, т.е. менять давление, при котором поток воды поступает в нижнюю часть камеры 3 гашения, прежде чем он сможет подняться вверх.

Использование предлагаемого технического решения позволяет значительно упростить устройство и расширить применение гасителей энергии водного потока, повышает эффективность гашения кинетической энергии потока в сторону крышки колодца при наличии дополнительного кольцевого экрана сверху в камере гашения с кольцевым зазором в виде перегородки, далее соударяются между собой, объединившись, направляются в сторону отводящего лотка.

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 вначале вращающего потока и разделяемого, а затем соединяющего потока в колодце, в котором размещены элементы устройства, как гаситель энергии водного потока в концевых устройствах закрытых трубопроводов и туннельных водопропускных сооружений.

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для гашения водного потока в концевых устройствах закрытых трубопроводов и туннельных водопропускных сооружений. В устройстве в полости колодца камеры гашения в его средней части установлен вертикальный патрубок с завихрителем потока, выполненный в виде «гиперболоида вращения», направленным в сторону отражательного сферического экрана, жестко закрепленного друг с другом с расположенным над ним кольцевым отражателем экрана над завихрителем водного потока, при этом форма нижнего отражательного экрана выполнена со сферической поверхностью в направлении в сторону указанного завихрителя водного потока, при этом последний имеет диаметр, равный 0,3-0,6 максимального диаметра, закрепленного к плоскости поверхности сферы, завихритель водного потока выполнен по спирали Архимеда для формирования закрученного смешения воды, омывающего под давлением нижнюю часть сферической поверхности, при этом отражательный сферический экран соединен с механизмом изменения зазора над поверхностью завихрителя водного потока, закрепленного к вертикальному патрубку. Техническим результатом является повышение эффективности работы рассеивающего выпуска воды в сторону внутренней плоскости отражателя сферического экрана, связанного с отражателем горизонтального экрана, упрощается конструкция и снижаются придонные скорости в потоке. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Гаситель энергии водного потока, включающий подводную трубу, вертикальная часть которой сообщена с колодцем с камерой гашения, который в концевом вертикальном расширении соединен с отверстием отводящего лотка, отражательный экран снабжен механизмом изменения зазора над выпускным отверстием вертикальной части трубы подводящей, отличающийся тем, что в полости колодца камеры гашения в его средней части установлен вертикальный патрубок с завихрителем потока, выполненный в виде «гиперболоида вращения», направленным в сторону отражательного сферического экрана, жестко закрепленного друг с другом с расположенным над ним кольцевым отражателем экрана над завихрителем водного потока, при этом форма нижнего отражательного экрана выполнена со сферической поверхностью в направлении в сторону указанного завихрителя водного потока, при этом последний имеет диаметр, равный 0,3-0,6 максимального диаметра, закрепленного к плоскости поверхности сферы, завихритель водного потока выполнен по спирали Архимеда для формирования закрученного смешения воды, омывающего под давлением нижнюю часть сферической поверхности, при этом отражательный сферический экран соединен с механизмом изменения зазора над поверхностью завихрителя водного потока, закрепленного к вертикальному патрубку.

2. Гаситель по п. 1, отличающийся тем, что механизм изменения зазора выполнен в виде винтовой пары.

3. Гаситель по п. 1, отличающийся тем, что верхняя часть вертикального корпуса камеры под крышкой сообщена с отводящим лотком.