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 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 вверх и в сторону верхнего бьефа вогнутой гранью в четверть цилиндрической поверхности, радиус которой равен длине смесительной камеры (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 в целом, и оно недостаточно эффективно при работе в открытом режиме канала из-за недостатков конструкции, при этом оно громоздко и, как следствие, материалоемко.

Известна конструкция гасителя энергии водосбросного устройства, включающая 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 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).

Недостатки известного устройства: сложность и, как следствие, большая материалоемкость, а это ведет к усложнению эксплуатационной надежности, т.е. дополнительно имеет подпорные сооружения для полного гашения потока. Кроме того, 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, 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, выполненный в виде турбины винтолопастной с возможностью вращения относительно своей оси и прикрепленной к проходящему через уплотнение в крышке колодца прикрепленному в верхней части механизму изменения положения турбины, причем дополнительная камера гашения имеет внутреннюю кольцевую горизонтальную полку, закрепленную выше турбины с кольцевым зазором над турбиной, кроме того, колодец в верхней части 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 гасителя является недостаточная интенсивность гашения кинетической энергии потока из-за переменных скоростей вращения только самого в работе завихрителя в виде турбины винтолопастной. Кроме того, необходимо менять давление над пережимом колодца с помощью высотного (вертикального) положения завихрителя потока с помощью винтового механизма, а значит, в расширяющейся в верхней камеры ослабевает вращение воды, снижает диапазон изменения крутящего момента, передаваемых от лопастей турбины винтолопастной, зависящей от напора воды, поступающей из подводящего водовода. Это требует к снижению производительности, при этом возможно привести к недостаточному перемешиванию поступающего потока вверх и разрыву сплошности перемешиваемой среды. Кроме того, выполнение конфузора, представляющего собой эллипс, заставляет совместно совершать вращательное движение при выполнении приведенных размеров длин осей эллипса конфузора и диаметра колодца, приводящие к дополнительному гашению кинетической энергии потока, и тем самым, к росту производительности в целом.

Технический результат от использования заявляемого изобретения заключается в повышении эффективности и снижении придонных скоростей в потоке и упрощение конструкции.

Технический результат достигается тем, что в гасителе энергии водного потока, характеризующемся тем, что он имеет водовод, завихритель потока с возможностью вращения на валу, проходящем через уплотнение в крышке колодца, имеет перегородку, закрепленную выше над завихрителем потока с кольцевым зазором, кроме того, колодец в верхней части с внешней стороны имеет отводящий лоток, при этом дно отводящего лотка соединено с отводящим трубопроводом, имеющим регулировочную задвижку, согласно изобретению, колодец разделяется на две неравные камеры кольцевой направленной вниз наклонной перегородкой, отделяющей верхнюю камеру колодца от нижней камеры колодца и имеющей кольцевой зазор, нижняя камера колодца выполнена выпуклостью вниз и снабжена гасительной вращающейся чашей с отогнутыми вверх концами в месте сужения камеры, снабженной приводом вращения в виде вала с электродвигателем, закрепленным на крышке колодца через соединительную муфту с частотным преобразователем для плавного регулирования числа оборотов вала, при этом верхняя камера колодца является камерой гашения в виде цилиндра с размещенной в ней неподвижной конусообразной перегородкой с перфорацией отверстиями в виде чаши, направленной в сторону кольцевой наклонной перегородкиПроведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков тождественным всем признакам заявляемого технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие технического решения условию патентоспособности «новизна».

Такое выполнение гасителя энергии водного потока из взаимосвязанных элементов способствует гашению энергии потока за счет: во-первых, разделение (расщепления) потока в колодце, выполненного нижней расширяющейся частью вниз, в полости сужения которого размещен завихритель потока в виде вращающейся чаши с отогнутыми концами вверх, жестко связана с приводом ее вращения посредством мотора в виде электродвигателя через соединительную муфту с электроприводом для плавного регулирования числа оборотов вала; во-вторых, в средней части камеры гашения в виде цилиндра закреплена неподвижная кольцевая наклонная перегородка вниз; в-третьих. Верхний отсек камеры гашения имеет неподвижную конусообразную перегородку с перфорацией в виде чаши в сторону наклонной кольцевой перегородки, и далее поток поступает в верхней части в отводящий лоток с отводящим трубопроводом; в-четвертых, приводной вал в нижней части дополнительно закреплен с чашей в сужающейся части колодца с выпуклостью вниз, таким образом, что его основание размещено в радиально-упорном подшипнике, расположенном в цапфе, к которой симметрично крепятся поперечные стержни-кронштейны к боковым стенкам расширяющейся камеры. Кроме того, привод вала верхней части электродвигателя (мотора), имеет соединительную муфту от электродвигателя. В целом это снижет скорость, так как кинетическая энергия воды расходуется по пути на разделение потока в виде струй и их соударения между двумя камерами колодца с камерами гашения, далее - в отводящий лоток с выпускным отверстием, устроенным на уровне, совпадающей с отметкой дна отводящего лотка, дно последнего соединено 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 чертеже схематично показан гаситель энергии водного потока в разрезе.

Гаситель энергии водного потока содержит горизонтальный участок водовода 1, в концевом вертикальном расширении колодец 2 имеет выпуклость вниз, и в нижней части своей имеет круглый патрубок 3. Колодец 2 разделяется на две неравные камеры 4 и 5 кольцевой наклонной с зазором перегородки 6 в виде кольцевого отражателя. Электродвигатель 7 связан с валом 8, на котором жестко в нижней части закреплена гасительная чаша 9 с отогнутыми концами вверх с зазором в сторону боковых стенок камеры 4 выпуклостью вниз. Основание приводного вала 8 расположено в цапфе 10 с подшипником 11. Верхняя камера 5 имеет вид цилиндра. Кольцевая наклонная перегородка 6, отделяющая верхнюю камеру 5 колодца 2 от нижней камеры 4 колодца 2 имеет кольцевой зазор для пропуска воды под напором из водовода 1 и размещения соосно над патрубком 3 с закрепленной цапфой 10 с подшипником 11 посредством поперечных стержней-кронштейнов 12 с боковыми стенками камеры 4 колодца 2.

Верхняя камера 5 колодца 2 имеет конусообразную перегородку 13 с перфорацией и с отверстиями в виде чаши в сторону кольцевой наклонной перегородки 6, а в крышке 14 размещен радиально-упорный подшипник 15, верхний конец вала 8 связан через соединительную муфту 16 с электродвигателем 7, снабженного частотным преобразователем 17 для плавного регулирования числа оборотов приводного вала 8, т.е. частотный преобразователь 17 (блок управления не раскрывается конструктивно) управляет частотой вращения электродвигателя 7.

Колодец 2 с внешней стороны соединен с отводящим лотком 18 с выпускным отверстием 19, устроенным на уровне, совпадающем с отметкой дна отводящего лотка 19, дно последнего соединено с отводящим трубопроводом 20 с регулирующей задвижкой 21.

Гаситель энергии водного потока работает следующим образом.

Напорный поток из водоподающего трубопровода 1 (водовода) в расширяющейся части дна камеры 4 колодца 2, через патрубок 3 поднимается вертикально вверх, причем гасительная чаша 9 с отогнутыми концами вверх при вращении вала 8 в цапфе 10 с подшипником 11 от электропривода 7, снабженного частотным преобразователем 17 при минимальной угловой скорости в пределах 15-300 об/мин обеспечивает энергетическое состояние воздействие на поступающий поток воды снизу в камеру 4 колодца 2 и закручивает поток. При этом закручиваемый поток затем поднимается вверх и, соударяясь о плоскость кольцевой наклонной перегородки 6, позволяет частично гасит его кинетическую энергию. Соответственно обе неравных камеры 4 и 5 связаны между собой кольцевым зазором в перегородке 6, а затем весь поток проходит через перфорацию с отверстиями конусообразной перегородки 13 в виде чаши в сторону крышки 14, в процессе, которого происходит интенсивное гашение, т.е. практически полностью гасит свою кинетическую энергию при поступлении в отводящий лоток 18 с выпускным отверстием 19, устроенным на уровне, совпадающего с отметкой дна отводящего лотка 18, дно последнего соединено с отводящим трубопроводом 20 с регулирующей задвижкой 21. Необходимая разность высот воды в камере 5 колодца 2, и в отводящем лотке 18 поддерживается за счет регулирования задвижки 21 на отводящем трубопроводе 20 на уровне, позволяющем затопить поступающий поток воды в отводящий лоток 18. Это снижает поверхностный характер движение воды к потребителю.

Следует отметить на примере: так как в верхней части камеры 5 закреплена кольцевая перегородка 6 с перфорацией по всему периметру цилиндра в виде чаши, т.е. с отверстиями, это вызывает торможение выхода струй потока под крышку 14 колодца 2, дополнительно перемешивается, способствует эффективному гашению воды. В этом случае, скорость снижена уже перед отводящим лотком 18. Однако работа обеих отсеков колодца 2 будет устойчива за счет выполнения на крышке 14 сверху приводного вала 8, связанного через соединительную муфту 16 с электродвигателем 7, снабженного частотным преобразователем 17 для плавного регулирования числа оборотов приводного вала 8 с закрепленной на нем в нижней части гасительной чаши 9 с отогнутыми концами вверх с зазором в сторону боковых расширенной части камеры 4 колодца 2, обеспечивая при этом через входные зазоры вверх вращение потока воды в сторону кольцевой наклонной перегородки 6.

Таким образом, исходя из взаимосвязи и взаимозависимости, и оригинальности предлагаемого изобретения с узлами гасительного сооружения, повысить эффективность гашения избыточно - кинетической энергии воды разделяемого потока и снизить придонные скорости потока, особенно высококинетических потоков сооружения. Это сокращает строительную стоимость сооружения, следовательно, выход воды из отводящего лотка в отводящий трубопровод исключает размыв дна отводящего канала к потребителю, снижает динамические нагрузки в целом на конструкцию колодца, имеющего две неравные части камер с разной формой выполнения с их элементами, не столь высоки по сравнению с известными.

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано в концевых устройствах закрытых трубопроводов и туннельных сооружениях. Гаситель энергии водного потока имеет водовод, завихритель потока с возможностью вращения на валу, проходящем через уплотнение в крышке колодца, имеет перегородку, закрепленную выше над завихрителем потока с кольцевым зазором, кроме того, колодец в верхней части с внешней стороны имеет отводящий лоток, при этом дно отводящего лотка соединено с отводящим трубопроводом, имеющим регулировочную задвижку. Причем, колодец разделяется на две неравные камеры кольцевой направленной вниз наклонной перегородкой, отделяющей верхнюю камеру колодца от нижней камеры колодца и имеющей кольцевой зазор, нижняя камера колодца выполнена выпуклостью вниз и снабжена гасительной вращающейся чашей с отогнутыми вверх концами в месте сужения камеры, снабженной приводом вращения в виде вала с электродвигателем, закрепленным на крышке колодца через соединительную муфту с частотным преобразователем для плавного регулирования числа оборотов вала, при этом верхняя камера колодца является камерой гашения в виде цилиндра с размещенной в ней неподвижной конусообразной перегородкой с перфорацией отверстиями в виде чаши, направленной в сторону кольцевой наклонной перегородки. Таким образом, на всех участках поток интенсивно гасится в целом, достигается высокая степень защиты колодца, выполненного из двух отсеков разной формы и устройств относительно друг друга по отношению к валу вращения, и связаны с избыточной энергии высокоскоростного потока подводящего водовода, что вызывает надежность работы устройства. 1 ил.

Гаситель энергии водного потока, характеризующийся тем, что он имеет водовод, завихритель потока с возможностью вращения на валу, проходящем через уплотнение в крышке колодца, имеет перегородку, закрепленную выше над завихрителем потока с кольцевым зазором, кроме того, колодец в верхней части с внешней стороны имеет отводящий лоток, при этом дно отводящего лотка соединено с отводящим трубопроводом, имеющим регулировочную задвижку, отличающийся тем, что колодец разделяется на две неравные камеры кольцевой направленной вниз наклонной перегородкой, отделяющей верхнюю камеру колодца от нижней камеры колодца и имеющей кольцевой зазор, нижняя камера колодца выполнена выпуклостью вниз и снабжена гасительной вращающейся чашей с отогнутыми вверх концами в месте сужения камеры, снабженной приводом вращения в виде вала с электродвигателем, закрепленным на крышке колодца через соединительную муфту с частотным преобразователем для плавного регулирования числа оборотов вала, при этом верхняя камера колодца является камерой гашения в виде цилиндра с размещенной в ней неподвижной конусообразной перегородкой с перфорацией отверстиями в виде чаши, направленной в сторону кольцевой наклонной перегородки.