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 водобойном колодце.

Известен гаситель энергии, 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 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, Е02В 8/06 от 10.08.2014).

Недостатком известного гасителя является то, что отсутствует возможность контролировать как верхний, так и нижний уровень в камере, разделяющей на две части виброэкран, а значит, снижается эффективность и частично надежность в работе, т.е. в процессе эксплуатации отсутствует гибкое регулирование гашение потока при изменяющихся расходах в поводящем водоводе от максимального до минимального, а значит, давление также в камере меняется в широком диапазоне поступающего расхода. Кроме того, в случае частого изменения часто возмущающих интенсивных давлений воды, когда колебательные пружины, сжимаясь на подвижных стойках, могут постепенно менять свою жесткость, а значит, возможна их поломка при длительной эксплуатации, при этом механические удары между верхними и нижними ограничителями, размещенного виброэкрана претерпевают большие динамические нагрузки. Таким образом, основным недостатком является недостаточная эффективность и надежность, а также устойчивость виброэкрана в случае перекоса по вертикали.

Известен гаситель энергии водного потока, включающий горизонтальный участок водовода, кольцевую камеру гашения, виброэкран сферической формы выпуклостью вверх, вертикальный впускной патрубок, установленный в конце водовода, камера имеет прикрепленные к ее внутренней поверхности выступы-ограничители, виброэкран выполнен с возможностью вертикального перемещения и имеет стойку в виде направляющего регулировочного винта, снабженного пружиной, камера снабжена дополнительно экраном в виде тарелки, установленной соосно виброэкрану, при этом дно тарелки жестко закреплено к выступам-ограничителям со стороны выпускного патрубка, диаметр экрана который меньше, чем диаметр виброэкрана, причем корпус виброэкрана выполнен с водоприемными окнами, края его имеют загнутую вверх по радиусу боковую стенку (Патент RU №2574472, Е02В 8/06 от 10.02.2016).

Недостатком известного гасителя энергии водного потока является сложность устройства и, как следствие, большая материалоемкость, а это ведет к усложнению эксплуатационной надежности, т.е. недостаточная эффективность его эксплуатации. Кроме того, упругая пружина имеет свойство усталости металла при длительной эксплуатации, в результате может произойти ее поломка и необходимость замены, так как виброэкран может опуститься вниз на дополнительный экран и перекрыть его. Другим недостатком является то, что волновой поток при выходе из заглубленного патрубка, который достаточно полно перекрывает отводящий трубопровод, обладает низкой эффективностью гашения.

Наиболее близким к предложенному по назначению, технической сущности и достигаемому результату является гаситель энергии водного потока, горизонтальный участок водовода, камеру гашения, экран, вертикальный впускной патрубок, установленный в конце водовода, камера имеет прикрепленные к ее внутренней поверхности выступы-ограничители, экран с выпускными отверстиями выполнен с возможностью вертикального перемещения и имеет направляющие регулировочные винты, при этом экран установлен соосно выпускному патрубку, водобойный колодец. Камера снабжена перфорированными конусными вставками с общим малым основанием, ориентированным в сторону выпускного патрубка, а впускной патрубок частично размещен внутри корпуса камеры и выполнен расширяющимся, при этом гаситель дополнительно снабжен упругими демпферами и жестким кольцевым упором, расположенным внутри корпуса камеры со стороны малого основания, перемещающимся соосно в нем в осевом направлении при помощи регулировочных винтов с контрогайками через торцевую стенку корпуса, причем один из демпферов, жестко закреплен на внутренней торцевой стенке корпуса камеры со стороны впускного патрубка, а второй - на жестком кольцевом упоре, при этом, в месте выхода потока из колодца отверстие последнего перекрыто вертикальной стенкой и подключенного к корпусу в виде дополнительной камеры гашения с порогом, причем вертикальная стенка закреплена ниже выпускного отверстия отводящего трубопровода (Патент RU №2705849, Е02В 8/06 от 12.11.2019).

Недостатком известного гасителя энергии водного потока является сложность устройства перфорированной конусной вставки с возможностью осевого перемещения ограниченного небольшими упругими демпферами по высоте корпуса камеры, также укороченной по высоте, а значит, недостаточная эффективность его эксплуатации, кроме этого, недостаточный рассеивающий выпуск потока при соударении в сторону выпускного патрубка, сопряженного с колодцем при применение каскадных многоярусных наклонных перфорированных перегородок, связанных последовательно с трубопроводами с противоположной стороны корпуса камеры гашения с отверстиями, кроме того, сама форма движения потока воды зависит от перфорированной конусной вставки, ограниченной установленным жестким кольцевым упором, имеющим возможность перемещения соосно в осевом направлении корпуса и поджимом регулировочными винтами, однако это вызывает трудности трения между боковыми стенками корпуса камеры, в случае перекоса перфорированной конусной вставки, может ее заклинить при перемещениях, так как усилие со стороны винтов может меняться не равномерно.

Следует отметить, что эффект гашения в известном гасителе несколько понижается в сторону движения в камере, т.е. отсутствует многоярусный по высоте наклонные перегородки с отверстиями, где каналы поворота связаны последовательно соединенными по высоте корпуса камеры гашения трубопроводами, а это не делает камеру гашения экономичнее.

Технический результат от использования изобретения заключается в повышение эффективности и распределения удельных расходов по высоте гасителя и снижения придонных скоростей в потоке.

Технический результат достигается тем, что в гасителе энергии водного потока, включающем водовод, водобойный колодец, камеру гашения, причем камера гашения снабжена выпускным патрубком, в месте выхода потока из водобойного колодца отверстие последнего перекрыто вертикальной стенкой и подключено к дополнительной камере гашения с порогом, камера гашения по высоте разделена на отдельные многоярусные каскады кольцевыми наклонными перегородками с отверстиями в виде сетчатого полотна с наклоном вниз, которые жестко крепятся к боковым стенкам камеры гашения, многоярусные каскады последовательно соединены между собой трубопроводами, расположенными поочередно с противоположных сторон корпуса камеры гашения, для чего в боковых стенках корпуса камеры гашения выполнены сквозные отверстия, соответствующие форме поперечного сечения в трубопроводах, камера гашения снабжена неподвижным конусообразным элементом, выполненным вершиной в сторону выпускного отверстия патрубка водовода, при этом верхняя водопроницаемая перегородка выполнена в плане горизонтальной и в центре имеет водопроницаемую решетку куполообразной формы, размещенную ниже основания неподвижного конусообразного элемента.

Кроме того, впускной патрубок водовода на конце снабжен тонкостенным отражателем, установленным с кольцевым зазором и ориентированным выше конусообразного элемента.

Кроме того, к боковым стенкам камеры гашения в нижней ее части закреплен отражатель потока с кольцевым зазором, ориентированным в сторону дна колодца и расположенным выше выходного отверстия камеры гашения».

Выполнение гасителя из взаимосвязанных элементов способствует гашению энергии водного потока за счет снабжения камеры гашения установленными многоярусными наклонными перегородками с отверстиями и жестко закрепленными перегородками в виде сетчатого полотна с наклоном вниз. При этом часть потока из многоярусного по высоте с перегородками с отверстиями поступает последовательно соединенные между собой трубопроводы, расположенными с противоположных сторон стенок колодца камеры гашения со сквозными отверстиями в стенках корпуса камеры гашения по окружности в сторону наклонных перегородок в виде сетчатого полотна. Кроме того, это также происходит за счет поступательного движения воды из трубопроводов, происходит как соударения струй, поступающих из отверстий перегородок, также проводит и промывку одновременно каждого канала по высоте камеры гашения от накопления на ней мелких наносов на перегородке с отверстиями (в виде сетчатого полотна). Кроме того, верхняя проницаемая горизонтальная в плане перегородка в центре имеет водопроницаемую решетку по форме куполообразной вниз ниже основания неподвижно жестко закрепленного конусообразного элемента.

Таким образом, в целом реализуется массообмен потока по высоте корпуса камеры с водобойным колодцем с затопленным гидравлическим прыжком в сторону отводящего канала или отводящего трубопровода.

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

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 схематически показан гаситель энергии водного потока, разрез;

на фиг. 2 показан гаситель энергии, фрагмент формы отверстия трубопровода для выпуска воды, вид А на фиг. 1;

на фиг. 3 представлен поперечный разрез корпуса камеры гашения и перегородкой с отверстиями, вид Б-Б на фиг. 1.

Гаситель энергии водного потока включает водовод 1 с впускным патрубком 2 в нижней части, которого размещен неподвижный конусообразный элемент 3 вершиной вверх, закрепленный жесткими связями с боковыми стенками камеры 4 с помощью жестких стержней 5.

Камера гашения по высоте разделена наклонными перегородками 6 и 7 с отверстиями 8 на отдельные многоярусные каскады, каждый из которых закреплен к боковым стенкам камеры, при этом верхняя перегородка 9 в плане выполнена горизонтальной и имеет в центре водопроницаемую решетку 10 куполообразной формы направленное вниз и ниже основания куполообразного элемента 3.

Многоярусные каскады последовательно соединены между собой трубопроводами 11, 12, 13, расположенными поочередно с противоположных сторон корпуса камеры 4, для чего в боковых стенках корпуса камеры 4 выполнены сквозные отверстия 14, соответствующие форме поперечного сечения в трубопроводах 11, 12, 13. Все эти входные и выходные отверстия 14 в трубопроводах выполнены идентично высотой «а» и шириной «в» (фиг. 2). Количество отверстий 8 в круговых перегородках 6, 7, 9 может быть различным. Диаметр трубопроводов 11, 12, 13 равен сквозным отверстиям 14 в боковых стенках корпуса камеры 4. Сквозные отверстия 8 в перегородках круговых 6, 7, 9 меньше поперечного сечения (а и в) отверстий 14 трубопровода 11, 12, 13. При данных сквозных отверстиях 8 в перегородках 6, 7,9 мелкие наносы смываются в сторону входных отверстий 14 трубопроводов 11, 12, 13, что автоматически очищает полотно перегородок круговых от заваливания наносами сквозных отверстий 8. Таким образом, поперечное сечение трубопроводов 11, 12, 13 превышает сквозные отверстия 8 в перегородках круговых 6, 7, 9.

Конец впускного патрубка 2 имеет отбортовку в виде пластин круговых 15 вверх, что предотвращает гидравлические удары давления на крышку 16 корпуса камеры 4 и оказывает смешение потока, где общий поток поступает из водовода 1 с повышенными скоростями, разделяемого вершиной неподвижного конусообразного элемента 3.

Нижняя часть корпуса камеры 4 имеет закрепленный горизонтальный круговой отражатель 17 (экран) с кольцевым зазором, ориентированным в сторону дна 18 колодца 19, который имеет удлинение его в сторону отводящего трубопровода 20 (или канала). Дополнительная закрытая камера 21 гашения, которая расположена за вертикальной консольной стенкой 22, дно закрытой камеры 21 гашения которой расположено водной плоскости с дном 18 колодца 19, имеет порог 23. При этом закрытая камера 21 гашения, которая в конце имеет перегородку 24, в плане соединена через выпускное отверстие 25 с отводящим трубопроводом 20, причем вертикальная консольная стенка 22 закреплена ниже выпускного отверстия 25 отводящего трубопровода 20. Перегородка 24 предназначена для изменения напорного вытекающего потока из отверстия колодца 19, где общий поток выходит с пониженными донными и поверхностными скоростями.

Угол наклона (фиг. 1) перегородок круговых 6 и 7 определяется расчетом на стадиипроектирования и связан с движением потока вниз, который в свою очередь является функцией скорости движения, таким образом, чтобы обеспечить движение части потока в сторону впускного отверстия трубопровода 11, 121, 13, расположенным поочередно с противоположных сторон корпуса камеры 4 гашения, далее обеспечить движение потока в сторону кольцевого отражателя 17 в колодец 19. Перегородки 11, 12, 13 также создают сопротивлению движению потоку воды, часть которого поступает в трубопровод 11, 12, 13, а другая часть потока воды одновременно поступает через отверстия 8 на следующий каскад устройств ниже по высоте корпуса камеры 4 и перемешивается другой частью потока воды стекающей под углом со стороны выходного отверстия трубопровода 11, 12, 13.

Гаситель энергии водного потока работает следующим образом.

Вода поступает из водовода 1, проходит через впускной патрубок делится конусообразным элементом 3 над горизонтальной кольцевой перегородки 9 с отверстиями 8, имеющая в центре водопроницаемую решетку 10 куполообразной формы, направленной вниз, при этом часть потока от боковых стенок конусообразного элемента направляется вверх, где встречается с отбортовкой кольцевых пластин 15, затем поток смешивается на верхней горизонтальной кольцевой перегородке 9 с отверстиями 8. Другая часть потока по трубопроводу 11 поступает в пространство под перегородку 6, где вновь часть потока поступает солевой стороны перегородки 6 в правую сторону в трубопровод 12. Далее поток воды из пространства заполняет полость под наклонной круговой перегородки 7, другая часть - заполняет через отверстия 8 перегородки 7 и т.д. Образующие полости каскада по высоте камеры 4 выполнены в виде многоярусных каскадных наклонных в сторону выпускных трубопроводов 11, 12, 13 (количество их может быть по высоте разными последовательно соединенных между собой трубопроводами 11, 12, 13 с впускными и выпускными отверстиями). Горизонтальная перегородка 9 с решеткой 10 выпуклой формы вниз, а также наклонные перегородки 6 и 7, соединенные трубопроводами 11, 12, 13 создают торможение потоку, двигающемуся вниз, и влияют на скорость воды, приводящие с учетом ее многократных поворотов к частичному гашению кинетической энергии. Это также происходит за счет конструкции размещения трубопроводов 11, 12, 13, дополнительно создает соударение струй в полости под каждой полкой 6, 7 и 9, и смешение потока. Одновременно можно отводить мелкие наносы, освобождая перегородки от оседания на них наносов (отсутствует кольматация наносов).

При движении потока воды по перегородкам с отверстиями и трубопроводами происходит расслоение потока, он направляется и продолжает двигаться вниз сначала в сторону выпускного отверстия кольцевого отражателя экрана 17. Практически погашенный вертикальный поток воды в районе выхода в дополнительную камеру гашения колодца 20 соединяется в ней в толще воды.

Заполнение водой в нижней части колодца 20 одновременно является слоем толщины воды заполнения уровня его, что гасит падающий поток сверху после его многоярусного каскадного поворотного и смешивания при движении за счет имеющихся полостей между перегородками 6, 7, 9, трубопроводов 11, 12, 13, а также кольцевого отражателя 17, а окончательное гашение кинетической энергии происходит в дополнительной закрытой камере 21, заполнение которой зависит от перегородки 24 над выпускным отверстием 25, а также через связь с расположением консольной стенки 22, закрепленной ниже выпускного отверстия отводящего трубопровода 20.

Эффективность тем выше, чем больше поток воды поступает в полость между перегородками, где происходит соударение массы струй, проходящих через отверстия в перегородке, через трубопроводы, а также кольцевого экрана 17 и дополнительной работы закрытой камеры 21 гашения со стороны перегородки 24 над порогом 23 и расположением консольной стенки 22, где поток направляется в сторону отводящего трубопровода 20. Окончательно погасив кинетическую энергию водного потока, обеспечивает возможность существенно предохранить отводящий канал от размыва в непосредственной близости отводящей трубы, связанной с камерой гашения.

Благодаря разделению потока сверху вниз динамические нагрузки на выходе потока из дополнительной камеры во многом уменьшаются по сравнению с прототипом, повышается эффективность работы сооружения в целом, за счет максимального гашения в корпусе камеры по высоте ее и далее подающего разделенного потока в водобойный колодец со всеми его элементами.

Поэтому в данном сооружении максимально используется пропускная гасительная способность движения потока при наличии всех элементов, расположенных внутри корпуса камеры гашения с перетоком воды с одной стороны в другую сторону с помощью трубопроводов, соединяющих полости между перегородками с отверстиями в виде полотен сетчатых, оказывается эффективность и может быть применено для объектов гашения водного потока после напорных водоводов в водобойном колодце, в котором дополнительно размещены предложенные элементы устройства.

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для гашения энергии водного потока после напорных водоводов в водобойном колодце. Гаситель энергии водного потока включает водовод, водобойный колодец, камеру гашения, причем камера гашения снабжена выпускным патрубком, в месте выхода потока из водобойного колодца отверстие последнего перекрыто вертикальной стенкой и подключено к дополнительной камере гашения с порогом. Камера гашения по высоте разделена на отдельные многоярусные каскады кольцевыми наклонными перегородками с отверстиями в виде сетчатого полотна с наклоном вниз, которые жестко крепятся к боковым стенкам камеры гашения, многоярусные каскады последовательно соединены между собой трубопроводами, расположенными поочередно с противоположных сторон корпуса камеры гашения, для чего в боковых стенках корпуса камеры гашения выполнены сквозные отверстия, соответствующие форме поперечного сечения в трубопроводах, камера гашения снабжена неподвижным конусообразным элементом, выполненным вершиной в сторону выпускного отверстия патрубка водовода, при этом верхняя водопроницаемая перегородка выполнена в плане горизонтальной и в центре имеет водопроницаемую решетку куполообразной формы, размещенную ниже основания неподвижного конусообразного элемента. Техническим результатом является повышение эффективности работы по пути нестационарного потока жидкости за счет местных соударений и снижаются придонные скорости в потоке. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Гаситель энергии водного потока, включающий водовод, водобойный колодец, камеру гашения, причем камера гашения снабжена выпускным патрубком, в месте выхода потока из водобойного колодца отверстие последнего перекрыто вертикальной стенкой и подключено к дополнительной камере гашения с порогом, отличающийся тем, что камера гашения по высоте разделена на отдельные многоярусные каскады кольцевыми наклонными перегородками с отверстиями в виде сетчатого полотна с наклоном вниз, которые жестко крепятся к боковым стенкам камеры гашения, многоярусные каскады последовательно соединены между собой трубопроводами, расположенными поочередно с противоположных сторон корпуса камеры гашения, для чего в боковых стенках корпуса камеры гашения выполнены сквозные отверстия, соответствующие форме поперечного сечения в трубопроводах, камера гашения снабжена неподвижным конусообразным элементом, выполненным вершиной в сторону выпускного отверстия патрубка водовода, при этом верхняя водопроницаемая перегородка выполнена в плане горизонтальной и в центре имеет водопроницаемую решетку куполообразной формы, размещенную ниже основания неподвижного конусообразного элемента.

2. Гаситель по п. 1, отличающийся тем, что впускной патрубок водовода на конце снабжен тонкостенным отражателем, установленным с кольцевым зазором и ориентированным выше конусообразного элемента.

3. Гаситель по п. 1, отличающийся тем, что к боковым стенкам камеры гашения в нижней ее части закреплен отражатель потока с кольцевым зазором, ориентированным в сторону дна колодца и расположенным выше выходного отверстия камеры гашения.