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

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

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 цилиндрической поверхности (Авторское свидетельство SU №1504307, Е02В 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 пробок течения в нем. Таким образом, от выходного отверстия (щели) в водобойной камере выходное отверстие расположено ближе к потолку 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 водосбросного устройства, включающий подводную трубу, конически расширяющийся водовод, 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 поверхность по направлению движения потока к водопропускным окнам в месте примыкания к ним внешней стенки патрубка (Патент RU №2484201, Е02В 8/06 от 24.01.2012).

Недостатки известного устройства: сложность и, как следствие, большая материалоемкость, а это ведет к усложнению эксплуатационной надежности, т.е. недостаточная эффективность его эксплуатации; устройство на выходе из колодца дополнительно имеет подпорные сооружения для полного гашения потока. Кроме того, у этого устройства недостаточная совершенность гидравлических местных сопротивлений при закручивание 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 конструкцию гасителя.

Известен гаситель энергии водного потока, характеризующийся тем, что он имеет горизонтальный участок водовода в виде подводящей трубы, колодец, соединенный с верхней части дополнительной расширяющейся камерой гашения, в которой размещен отражательный экран, выполненный в виде П-образной горизонтальной полки в виде кольца и снабженный механизмом изменения зазора, отводящий лоток с выпускным отверстием, выполненным на уровне, совпадающем с отметкой дна отводящего лотка, при этом дно отводящего лотка соединено с отводящим трубопроводом, имеющим регулировочную задвижку. При этом колодец в нижней части имеет крыльчатку, лопатки которой расположены по кругу и развернуты под углом к поперечному сечению подводной трубы, связанной с колодцем в виде усеченного конуса, обеспечивающего изменение вектора движения потока воды, выходящего из подводной трубы, с прямолинейного в круговой в сторону пережима в виде соосного патрубка, над которым в дополнительной расширяющейся камере размещен отражательный экран, выполненный в виде П-образной горизонтальной полки в виде кольца и снабженный механизмом изменения зазора над выходом воды, дополнительная камера гашения имеет внутреннюю кольцевую горизонтальную полку, козырек которой направлен на встречу водному потоку из пережима, создающего патрубком, с зазором между боковой стенкой П-образной горизонтальной полки и внутренней кольцевой горизонтальной полкой с козырьком, последняя расположена в одной плоскости дна отводящего лотка, соединенного с отводящим трубопроводом, имеющим регулирующую задвижку (Патент RU №2739597, Е02В 8/06 от 28.12.2020).

Недостатком известного гасителя является наличие усеченного конуса, имеет крыльчатку с лопатками, усложняет эксплуатацию его работы. Кроме того, внезапный пережим в патрубке в сторону расширяющей дополнительной камеры вверх, ведет к недостаточной эффективности его эксплуатации и у этого устройства недостаточно повышенная эффективность гашения кинетической энергии потока на выходе в дополнительную камеру гашения, а значит, у этого устройства недостаточная совершенность гидравлических местных сопротивлений при закручивании потока.

Наиболее близким к предложенному по назначению, технической сущности и достижению результату является гаситель энергии водного потока, включающий подводную трубу, конически расширяющийся водовод, который расположен в колодце, при этом расширяющаяся часть колодца имеет вид сферы выпуклостью вверх, снабженной закрепленным под куполом выше подводной трубы отражателем потока виде зубчатого пустотелого патрубка, размещенного соосно выходному отверстию подводной трубы, при этом полость расширяющейся части внутри сферы дополнительно имеет усеченный конус, расположенный узким входным отверстием, направленным вниз, соосно отверстию подводной трубы, а выходное отверстие расширяющегося усеченного конуса направлено вверх и ориентировано в направлении отражателя в виде зубчатого пустотелого патрубка, при этом боковые стенки сферы в верхней части снабжены кольцевым отражателем, расположенным водной плоскости с нижним концом отражателя потока в виде зубчатого пустотелого патрубка (Патент RU №2648699, Е02В 8/06 от 28.03.2018).

Недостатком известного гасителя является недостаточное снижение гашение кинетической энергии внутри потока, за счет недостаточных сопротивлений, возникающих от соударения потока внутри полости камеры (колодца). Это обстоятельство ухудшает более полного гашения в дополнительной камере, подключенной к выпускному отверстию с выпускной трубой.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является получение устройства, обеспечивающего существенное разделение водного потока, выходящего из водовода на расщепление удельных расходов по высоте вертикального колодца, который включает делитель потока, соединенный с внутренней криволинейной вертикальной стенкой с круговым концом, имеющей тангенциальный отводной канал, образованный между внутренней стенкой корпуса камеры и внешней криволинейной стенкой в полости колодца в сторону выполненного окна под сводом купола, перекрытого вертикальной изогнутой водопроницаемой решетки, закрепленной параллельно поверхности в месте выполнения изгибом радиусом 3,0 см корпуса камеры.

Технический результат достигается тем, что гаситель энергии водного потока, содержащий водовод, вертикальная часть которого сообщена с колодцем с камерой гашения, который в концевом вертикальном расширении имеет вид сферы выпуклостью вверх, согласно изобретения, в полости колодца в его средней части соосно выходному отверстию вертикальной части водовода установлен делитель потока, который соединен с внутренней вертикально закрепленной криволинейной стенкой с круговым концом направленным в сторону указанного выходного отверстия, при этом между внешней поверхностью криволинейной стенки и боковой стенкой колодца образован отводной канал, выходное отверстие которого сообщено с камерой гашения через закрепленную вертикально с изгибом водопроницаемую решетку, установленную параллельно изгибу канала и закрепленную одним концом к верхней части криволинейной стенки, а другим - к куполу сферы.

Кроме того, на внутренней боковой стенке колодца закреплен отражатель потока под углом 45° к горизонту, направляющий движение водного потока в сторону криволинейной стенки.

Кроме того, боковая внешняя сторона криволинейной стенки, ее круговой конец и боковые стенки колодца связаны между собой жесткими стержнями.

В результате анализа литературных источников не обнаружено идентичного выполнении предлагаемого устройства. При этом отличительные от прототипа признаки придают заявляемой совокупности новые свойства, проявляющиеся в положительном эффекте.

Применение выше выпускного отверстия подводного водовода делителя потока и расщепление на удельные расходы на два канала внутри корпуса камеры за счет его соединения с внутренней вертикальной криволинейной стенкой, где ее один конец заканчивается сверху во внутрь, а, с другой стороны, канал образован тангенциальным входом между внутренней стенкой сферы в ограниченном по размерам отводным каналом, при этом поверхность боковой стенки в верхней части сферы установлен тангенциальный ввод ее поверхности с изгибом радиусом 3,0 см.

Сообщение другого канала внутри камеры через закрепленный под углом 45° к горизонту на внутренней боковой стенке сферы отражатель потока, кромка которого направлена в сторону изгиба внутренней вертикальной криволинейной стенки с круговым концом, где происходит закручивание потока воды со значительными потерями (сопротивлениями) между слоями кинетической энергии внутри потока, уменьшая при этом центробежную силу, ударяясь о стенки, затем дополнительно гасится верхним горизонтальным отражателем перед выходным отверстием с выпускной трубой с отводящим закрытым колодцем в виде дополнительной камеры гашения, обеспечивает более полное гашение воды, которая поступает в отводящий канал или трубопровод.

В итоге, при работе предлагаемого гасителя достигается положительный эффект, превосходящий эффект прототипа. Новая совокупность признаков заявляемого сооружения, обеспечивающая получение положительного эффекта, обладает существенными отличиями.

На чертеже схематически показан гаситель энергии водного потока, разрез.

Гаситель энергии водного потока содержит горизонтальный участок водовода 1, в концевом вертикальном расширении колодец имеет вид сферы 2, в полости он содержит делитель потока 3, расположенный в средней части соосно выходному отверстию 4 водовода 1. Колодец, выполненный в виде сферы 2, в полости своей содержит внутреннюю вертикальную криволинейную стенку 5, один конец которой связан жестко с делителем потока 3, а другой её конец 6 выполнен круговым в сторону выходного отверстия 4 водовода 1, и закрепленным под углом 45° к горизонту отражателем потока 7 к внутренней стенке сферы 2. Выше кругового конца 6 стенки 5 размещен горизонтальный отражатель 8 (экран), но ниже впускного отверстия 9 трубы 10. Между внешней вертикальной криволинейной стенкой 5 с боковой стенкой сферы 2 образован тангенциальный вход отводного канала 11, поверхность его в верхней части выполнена с изгибом радиусом 3,0 см.

Окно между куполом сферы 2 и изогнутой верхней части внутренней вертикальной криволинейной стенки 5 с вертикальной водопроницаемой решеткой 12, то в сочетании с ней с низкой скоростью потока поступления под купол 13 сферы 2, поток выходит в сторону впускного отверстия 9 трубы 10 и смешивается с потоком, поступившим вверх со стороны кругового конца 6 стенки 5 с низкой скоростью потока, затем смешанный поток выходит через выпускное отверстие 9 трубы 10 в колодец 14 в виде дополнительной камеры гашения в сторону отводящего канала 15 или трубопровода. Боковая внешняя криволинейная стенка 5, её круговой конец 6 и боковые стенки сферы 2 связаны между собой жесткими стержнями 16 и 17, соответственно.

Пример конкретного выполнения.

Предлагаемая конструкция гасителя энергии водного потока работала следующим образом. Напорный поток поступал из водоподающего трубопровода 1 в расширяющейся части делиться делителем потока 3 на две части. Одна часть потока поступает вверх в сторону закрепленного под углом 45° к горизонту боковой стенки сферы 2, отражателя потока 7 и направляется под углом к внутреннему круговому концу 6 стенки 5, где поток воды закручивался со значительными потерями между слоями кинетической энергии, т.е. внутри слоев потока, уменьшая при этом центробежную силу, при этом поток воды затем поднимался верх в сторону горизонтального отражателя 8 (экран), в процессе которого он отклоняется в сторону водопроницаемой криволинейной решетки 12, затем потоки соединяются в общий поток воды под куполом 13 и практически полностью гасят свою кинетическую энергию при поступлении через выпускное отверстие 9 трубы 10 в отводящий закрытый колодец 14.

Вторая часть потока воды поступила по тангенциальному входу в отводящий канал 11, поверхность которого в верхней части выполнена с изгибом радиусом 3,0 см корпуса сферы 2. Поток воды затем поступает в сторону вертикальной водопроницаемой решетки 12, затем соединяясь в общий поток воды, поступившей из другой части сферы 2.

Таким образом, происходит более эффективный выход потока в отводящую трубу 10 и облегчает работу ее в напорном режиме для окончательного гашения кинетической энергии в закрытом колодце 14 и уже непосредственно перед отводящим каналом 15 или трубопроводом. Отсюда, используя предложенную конструкцию гасителя водного потока, достигается, эффективная и надежная эксплуатация сооружения за счет увеличения гашения кинетической энергии, колодца выполненного в виде сферы с его новыми элементами крепления, преимущество которого по сравнению с прототипом увеличивает гашение кинетической энергии потока воды в движении.

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для гашения водного потока после напорных водоводов в приемном колодце. Гаситель энергии водного потока содержит водовод 1, вертикальная часть которого сообщена с колодцем с камерой гашения, который в концевом вертикальном расширении имеет вид сферы 2 выпуклостью вверх. В полости колодца в его средней части соосно выходному отверстию 4 вертикальной части водовода 1 установлен делитель потока 3, который соединен с внутренней вертикально закрепленной криволинейной стенкой 5 с круговым концом 6, направленным в сторону отверстия 4. Между внешней поверхностью криволинейной стенки 5 и боковой стенкой колодца образован отводной канал 11, выходное отверстие которого сообщено с камерой гашения через закрепленную вертикально с изгибом водопроницаемую решетку 12, установленную параллельно изгибу канала 11 и закрепленную одним концом к верхней части криволинейной стенки 5, а другим - к куполу сферы 2. Изобретение направлено на повышение эффективности гашения потока. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Гаситель энергии водного потока, содержащий водовод, вертикальная часть которого сообщена с колодцем с камерой гашения, который в концевом вертикальном расширении имеет вид сферы выпуклостью вверх, отличающийся тем, что в полости колодца в его средней части соосно выходному отверстию вертикальной части водовода установлен делитель потока, который соединен с внутренней вертикально закрепленной криволинейной стенкой с круговым концом, направленным в сторону указанного выходного отверстия, при этом между внешней поверхностью криволинейной стенки и боковой стенкой колодца образован отводной канал, выходное отверстие которого сообщено с камерой гашения через закрепленную вертикально с изгибом водопроницаемую решетку, установленную параллельно изгибу канала и закрепленную одним концом к верхней части криволинейной стенки, а другим - к куполу сферы.

2. Гаситель энергии по п. 1, отличающийся тем, что на внутренней боковой стенке колодца закреплен отражатель потока под углом 45° к горизонту, направляющий движение водного потока в сторону криволинейной стенки.

3. Гаситель энергии по п. 1, отличающийся тем, что боковая внешняя сторона криволинейной стенки, ее круговой конец и боковые стенки колодца связаны между собой жесткими стержнями.