RU2523530C1

RU2523530C1 - Dissipating device of water flow

Info

Publication number: RU2523530C1
Application number: RU2013113609/13A
Authority: RU
Inventors: Михаил Иванович Голубенко
Original assignee: Михаил Иванович Голубенко
Priority date: 2013-03-26
Filing date: 2013-03-26
Publication date: 2014-07-20

Abstract

FIELD: construction.SUBSTANCE: dissipating device comprises a flow conduit 1 with shoulder 2 in the annular chamber 3, conjugated with the additional square chamber 4. Dissipating chamber 3 is provided with longitudinal walls 5, attached on the bottom by the additional rectangular dissipating chamber 4 in the form of two vertical water escape separating walls parallel to its walls, and at the outlet section of annular chamber - convergently at an angle to one another. The upper end of walls 5 of confuser has wall 16 radially incurved, mounted with gap to opposite free gap between the sidewalls of chamber 3. The lower end of vertical baffles 5 to the side of tailrace channel 15 is located in front of the flushing gallery 8 with transition curvilinear walls 9, located over the side walls of gallery 8 and interfaced with output threshold 12 of gallery 8. The output threshold 12 is located above the chamber 4 bottom and designed with horizontal shelf 14 and coupled with bottom of tailrace channel 15. The bottom of gallery 8 is coupled with pipeline 10 with plain gate 11 through the opening. Due to collision of jets in chambers 3 and 4 at sites: drop, curvilineal walls curved radially, overflow through the walls, as well as generation of water flow occurs in gallery in front of output threshold 12, energy dissipation is provided, reduction of bottom velocities at outlet and smooth entry into the tailrace channel are achieved. Performance of flushing gallery with threshold with horizontal shelf permits to create helical motion in it, friction between the flow layers and eliminate siltation of gallery at the same time.EFFECT: improving work efficiency under conditions of variable water flows, increase of the device reliability.2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для гашения энергии водного потока в различных водосбросных сооружениях.The invention relates to hydraulic engineering and can be used to extinguish the energy of a water stream in various spillway structures.

Известен высоконапорный глубинный водосброс, выполненный в виде трубы и снабженный сужением на конце ее напорной части, сужение выполнено в виде выступов пирамидальной формы, установленных по периметру трубы, с высотой по диаметру не более его четверти и углом наклона водорезного ребра не более 15° к продольной оси трубы (Авторское свидетельство СССР №905362, кл. Е02В 8/06, 1982).Known high-pressure deep spillway, made in the form of a pipe and equipped with a narrowing at the end of its pressure part, the narrowing is made in the form of pyramidal projections installed around the perimeter of the pipe, with a diameter of no more than a quarter in height and an angle of inclination of the water-cutting rib of not more than 15 ° to the longitudinal pipe axis (USSR Author's Certificate No. 905362, class EB02 8/06, 1982).

Это устройство обладает низкой эффективностью гашения энергии потока, так как не обеспечивается взаимное вращение струй и не исключается ударное воздействие их на элементы крепления отводящего русла. Кроме того, размах колебаний в конечном створе устройства, т.е. в конце участка растекания воды, вновь создает волновые движения вследствие большой скорости потока за выступами и вызывает необходимость применения дорогостоящих средств защиты откосов отводящего русла (канала).This device has a low efficiency of quenching the energy of the flow, since mutual rotation of the jets is not provided and their impact on the fastening elements of the outlet channel is not ruled out. In addition, the amplitude of the oscillations in the final alignment of the device, i.e. at the end of the water spreading section, it again creates wave motions due to the high flow velocity behind the protrusions and necessitates the use of expensive means of protecting the slopes of the outlet channel (channel).

Известен также вихревой гаситель энергии потока, включающий горизонтальный участок водовода, установленные в конце его и расположенные по периметру носки-трамплины, и расширение водовода, которое выполнено в виде кольцевой камеры гашения, а носки-трамплины расположены симметрично относительно вертикальной оси выходного сечения водовода так, что нижний носок-трамплин расположен диаметрально противоположно свободному промежутку между боковыми носками-трамплинами, при этом нижний носок-трамплин выполнен прямоугольного сечения, а боковые - треугольного (Авторское свидетельство СССР №1030479, кл. Е02В 8/06, 1982).Also known is the vortex damper of the flow energy, including a horizontal section of the conduit, installed at the end of it and located along the perimeter of the springboard socks, and the expansion of the water pipe, which is made in the form of an annular blanking chamber, and the springboard socks are located symmetrically relative to the vertical axis of the outlet section of the water pipe, that the lower toe-springboard is located diametrically opposite to the free gap between the lateral toes of the springboards, while the lower toe-springboard is made of rectangular cross section and high - triangular (USSR Author's Certificate No. 1030479, class ЕВВ 8/06, 1982).

К недостаткам данного гасителя относятся неполное использование внутреннего объема кольцевой камеры для гашения водной энергии при переменных расходах в напорном водоводе, поскольку в нем установлены только носки-трамплины в выходном сечении водовода. В результате этого работает только часть выходного участка водовода, расположенного при расщеплении потока на выходе в кольцевую камеру, при этом последняя обладает низкой эффективностью гашения энергии волнового потока, так как кольцевые камеры мало влияют на волновой поток при выходе в отводящее русло.The disadvantages of this absorber include the incomplete use of the internal volume of the annular chamber to extinguish water energy at variable flow rates in the pressure conduit, since only socks-jumps are installed in it in the outlet section of the conduit. As a result of this, only a part of the outlet section of the water conduit located when the flow is split at the exit to the annular chamber works, while the latter has low efficiency of quenching the energy of the wave flow, since the annular chambers have little effect on the wave flow when entering the discharge channel.

Цель изобретения - повышение эффективности работы в условиях переменных расходов воды.The purpose of the invention is to increase work efficiency in conditions of variable water flow.

Поставленная цель достигается тем, что в гасителе энергии водного потока, включающем горизонтальный участок водовода, расширение водовода, выполненное в виде кольцевой камеры гашения, камера гашения снабжена закрепленными продольными стенками на дне дополнительной прямоугольной камеры гашения в виде двух вертикальных водосливных перегородок параллельно стенкам ее, а на выходном участке кольцевой камеры - конфузорно под углом одна к другой, при этом верхний конец стенок конфузора имеет загнутую по радиусу стенку, установленную с зазором к противоположно свободному промежутку между боковой стенкой камеры, при этом нижний конец вертикальных перегородок, в сторону отводящего русла, расположен перед промывной галереей, боковые стенки над ней выполнены с криволинейной напорной гранью, причем последние сопряжены с выходным порогом галереи, и верхняя часть его снабжена горизонтальной полкой и плоским затвором на отводящем трубопроводе во входной его части. При этом верхний конец стенок конфузора, установленного во входной части кольцевой камеры, выполнен диаметром сечения, большим диаметра подводящего водовода, а нижний - выполнен меньшим диаметром сечения отводящего русла.This goal is achieved by the fact that in the damper of the energy of the water flow, including the horizontal section of the water conduit, the expansion of the water conduit, made in the form of an annular extinguishing chamber, the quenching chamber is provided with fixed longitudinal walls at the bottom of an additional rectangular quenching chamber in the form of two vertical spill walls parallel to its walls, and at the output section of the annular chamber, it is confused at an angle to one another, while the upper end of the walls of the confuser has a radius bent radially installed with a gap ohm to the opposite free gap between the side wall of the chamber, while the lower end of the vertical partitions, towards the outlet channel, is located in front of the wash gallery, the side walls above it are made with a curved pressure face, the latter being associated with the exit threshold of the gallery, and its upper part is provided a horizontal shelf and a flat shutter on the outlet pipe in its inlet. Moreover, the upper end of the walls of the confuser installed in the inlet of the annular chamber is made with a cross-sectional diameter larger than the diameter of the inlet conduit, and the lower one is made with a smaller cross-sectional diameter of the outlet channel.

Такая конструкция гасителя энергии водного потока благодаря установленным в дополнительной прямоугольной камере на дне продольным стенкам конфузорно под углом одна к другой перед отводящим руслом и промывной галереей делит волновой поток в кольцевой камере при наличии сужающей центральной части в прямоугольной камере. Ввиду того что подпор воды между ними превышает удельные расходы в дополнительной камере, скорость продвижения всего потока затормаживается, часть потока задерживается в кольцевой камере, поступает через уступ и далее через промежутки ее боковых стенок, закручивается в загнутых стенках в начале конфузора и поступает в боковые каналы прямоугольной камеры гашения. Часть потока, обладающая повышенной удельной энергией, поступает через переливные продольные стенки также в боковые каналы прямоугольной камеры. В результате этого скорость потока воды по мере движения снижается. В концевой части продольных стенок боковые каналы также сужаются к центральной части благодаря наличию боковых криволинейных стенок над галереей, сопряженных с порогом отводящего русла. В этой части камеры соединяющиеся струи образуют безотрывное течение в отводящем русле. В процессе гашения энергии также участвует весь объем промывной галереи перед входной частью отводящего русла. Происходит дополнительный эффект гашения избыточной кинетической энергии воды в галерее в сторону отводящего русла, и поток приобретает параллельно-струйное движение, т.е. позволяет более равномерно сохранить движение потока по длине отводящего русла. Порог галереи, снабженный горизонтальной полкой выше дна прямоугольной камеры, препятствует вертикальному движению части потока в галерее вверх, отразившегося от дна ее при винтообразном вращении воды в ней, чему также способствует и наличие криволинейной боковой стенки над ней, и наносы по мере накопления отводятся потоком через отверстие в галерее и отводящую трубу. Конструкция гасителя не чувствительна к наличию в пропускаемом потоке мусора, наносов и длинномерных предметов.Due to the longitudinal walls installed in an additional rectangular chamber at the bottom, such a design of an energy absorber divides the wave flow in the annular chamber in the presence of a narrowing central part in the rectangular chamber, at an angle to one another in front of the outlet channel and the washing gallery. Due to the fact that the water supply between them exceeds the specific costs in the additional chamber, the speed of the entire flow is slowed down, part of the flow is delayed in the annular chamber, enters through the ledge and then through the intervals of its side walls, is twisted in curved walls at the beginning of the confuser and enters the side channels rectangular blanking chamber. The part of the stream with increased specific energy enters through the overflow longitudinal walls also into the lateral channels of the rectangular chamber. As a result, the flow rate of water decreases as it moves. In the end part of the longitudinal walls, the lateral channels also taper towards the central part due to the presence of lateral curved walls above the gallery, conjugated with the threshold of the outlet channel. In this part of the chamber, the connecting jets form a continuous flow in the outlet channel. In the process of extinguishing energy, the entire volume of the washing gallery in front of the inlet of the outlet channel is also involved. An additional effect of quenching the excess kinetic energy of the water in the gallery towards the outlet channel occurs, and the flow acquires a parallel-jet motion, i.e. allows you to more evenly maintain the flow along the length of the outlet channel. The threshold of the gallery, equipped with a horizontal shelf above the bottom of the rectangular chamber, prevents the vertical movement of part of the flow in the gallery upward, reflected from the bottom of it in a helical rotation of water in it, which is also facilitated by the presence of a curved side wall above it, and sediment is diverted by flow through a hole in the gallery and a discharge pipe. The design of the damper is not sensitive to the presence of debris, sediment and long objects in the transmitted flow.

На фиг.1 изображен гаситель энергии водного потока, вид сверху; на фиг.2 - то же, разрез А-А на фиг.1.Figure 1 shows the damper energy of the water stream, a top view; figure 2 is the same, a section aa in figure 1.

Устройство содержит водовод 1 с уступом 2 в кольцевой камере 3, сопряженной с дополнительной прямоугольной камерой 4, в которой установлены разделительные переливные продольные стенки 5, имеющие излом. Разделительные стенки 5, сближаясь, образуют центральный 6 и боковые 7 каналы неодинаковой ширины, в конце стенок 5 устанавливается промывная галерея 8 с переходными криволинейными стенками 9, расположенными над боковыми стенками галереи 8. Дно галереи 8 сопряжено через отверстие с трубопроводом 10 грязной воды с плоским затвором 11. Выходной порог 12 галереи 8 расположен выше дна 13 камеры 4 и выполнен с горизонтальной полкой 14 в верхней части длиной (0,15-0,20)L, где L - длина галереи, и сопряжен с дном отводящего русла 15. Высота боковых стенок камер 4 после кольцевой камеры 3 уменьшается. При этом на выходном участке кольцевой камеры 3 верхний конец продольной стенки 5 имеет загнутую по радиусу стенку 16 с зазором к противоположно свободному промежутку между боковыми стенками кольцевой камеры 3 с углом охвата более 120° и стенка 16 сопряжена с уступом 2 водовода 1. Кроме того, установленные переливные стенки 5 закреплены на дне камер 3 и 4 соосно выходному участку кольцевой камеры, причем верхний конец стенок конфузора, установленный во входной части кольцевой камеры 3, выполнен сечением диаметра, большим диаметра подводящего водовода 1, а нижний - выполнен соосно в сторону отверстия отводящего русла 15. Угол излома перегородок α≤10-13° принят из условия исключения образования косых прыжков в сужающемся канале 6 и прямолинейного движения в сторону отводящего русла 15 с переходными криволинейными стенками 9, расположенными у стен галереи 8. Длина участка сближения перегородок зависит от соотношения пропорции распределения расхода по ширине центрального 6 и боковых 7 каналов в камере 4, соответственно, связана с длиной перегородок конфузора, а также последнего с шириной кольцевой камеры 3 (геометрические размеры подбираются расчетом, не показано). Для изменения расхода воды через отверстие промывной галереи 8 от наносов служит плоский затвор 11. В практике гидротехнического строительства параметры промывной галереи должны иметь квадратное или круглое поперечное сечение, на которые можно ориентироваться при назначении размеров галереи, при этом в условиях бурного потока промывной расход может стабилизироваться для различных открытий плоского затвора 11, т.е. автоматический сброс грязной воды независимо от изменения уровня (расхода) в предложенном сооружении.The device comprises a water conduit 1 with a ledge 2 in an annular chamber 3, conjugated with an additional rectangular chamber 4, in which dividing overflow longitudinal walls 5 are installed, having a kink. The dividing walls 5, approaching each other, form a central 6 and side 7 channels of unequal width, at the end of the walls 5 a washing gallery 8 is installed with transitional curved walls 9 located above the side walls of the gallery 8. The bottom of the gallery 8 is connected through a hole to the dirty water pipe 10 with a flat shutter 11. The exit threshold 12 of the gallery 8 is located above the bottom 13 of the chamber 4 and is made with a horizontal shelf 14 in the upper part of the length (0.15-0.20) L, where L is the length of the gallery, and is connected to the bottom of the outlet channel 15. Height the side walls of the cameras 4 pos le annular chamber 3 is reduced. At the same time, at the output section of the annular chamber 3, the upper end of the longitudinal wall 5 has a radially bent wall 16 with a gap to the opposite free gap between the side walls of the annular chamber 3 with a coverage angle of more than 120 ° and the wall 16 is associated with the ledge 2 of the water conduit 1. In addition, installed overflow walls 5 are fixed at the bottom of chambers 3 and 4 coaxially to the output section of the annular chamber, and the upper end of the walls of the confuser installed in the inlet of the annular chamber 3 is made with a diameter cross section larger than the diameter of the supply water of the gadfly 1, and the lower one is made coaxially in the direction of the opening of the outlet channel 15. The angle of the break of the partitions α≤10-13 ° is taken from the condition that the formation of oblique jumps in the narrowing channel 6 and rectilinear movement towards the outlet channel 15 with transitional curvilinear walls 9 located at the walls of the gallery 8. The length of the approach section of the partitions depends on the ratio of the proportion of the distribution of flow along the width of the central 6 and side 7 channels in the chamber 4, respectively, associated with the length of the partitions of the confuser, as well as the latter with a width rotating arm chamber 3 (the geometrical dimensions are chosen by calculation, not shown). To change the flow rate of water through the opening of the washing gallery 8 from the sediment, a flat shutter 11 is used. In the practice of hydraulic engineering, the parameters of the washing gallery should have a square or circular cross-section, which can be guided by when designating the dimensions of the gallery, and in case of rapid flow, the washing flow can stabilize for various openings of the flat shutter 11, i.e. automatic discharge of dirty water regardless of changes in level (flow) in the proposed structure.

Гаситель энергии водного потока работает следующим образом.The energy absorber of the water stream operates as follows.

Поток воды поступает из подводящего водовода 1, далее поступает на уступ 2 и в кольцевую камеру 3, через конфузор направляет его в сужающийся центральный 6 и расширяющиеся 7 каналы. Ввиду того что поток воды ограничен сужением стенок 5 центральным каналом 6, образуется подпор в верхнем бьефе. Вследствие этого часть воды с уступа 2 поступает в зазоры между свободными промежутками боковой стенки кольцевой камеры, вновь сужается в сторону выхода воды в боковые 7 каналы. Данная часть потока, встречая на своем пути преграду в виде загнутого конца по радиусу стенки 16 ниже уступа, закручивается. А другая часть потока, переливаясь через стенки 5, поступает в боковые 7 каналы, где соединяется. Донные наносы интенсивно сдвигаются к отверстию галереи 8 под горизонтальную полку 14 размещенной выше дна 13 камеры 4 и далее выносятся в отводящий трубопровод 10, что не влияет на работу русла 15. Наносы, осевшие на дно галереи 8 при закрытом затворе 11, могут промываться периодически путем открытия затвора 11.A stream of water enters from the inlet conduit 1, then enters the ledge 2 and into the annular chamber 3, through the confuser directs it to the narrowing central 6 and expanding 7 channels. Due to the fact that the water flow is limited by the narrowing of the walls 5 by the central channel 6, a backwater is formed in the upstream. As a result, part of the water from ledge 2 enters into the gaps between the free gaps of the side wall of the annular chamber, tapers again towards the water outlet to the side 7 channels. This part of the stream, encountering an obstacle in the form of a bent end along the radius of the wall 16 below the ledge, is twisted. And the other part of the stream, overflowing through the walls 5, enters the lateral 7 channels, where it is connected. Bottom sediments are intensively shifted to the opening of the gallery 8 under the horizontal shelf 14 of the chamber 4 located above the bottom 13 of the chamber 4 and then carried out into the discharge pipe 10, which does not affect the operation of the channel 15. The sediments deposited on the bottom of the gallery 8 with the shutter 11 closed can be washed periodically by shutter opening 11.

Увеличение расходов поднимает уровень в центральном канале 6 и начинается больший перелив через стенки 5, а также увеличивается подпор на уступе 2, соответственно в начале конфузора, начинается большее обтекание верхнего конца стенок 16, встречая на своем пути загнутую по радиусу стенку, поток больше закручивается. Таким образом, увеличивается расход и скорость воды и, как следствие, соударение потоков. Возрастает гидродинамическое давление под полкой 14, где также приобретает вихревое движение, тормозящее движение между слоями воды, т.е. нижнего слоя потока воды, проходящего над галереей 8 и имеющего переходные криволинейные стенки 9 у стен галереи, сопряженные с отверстием отводящего русла 15.An increase in expenses raises the level in the central channel 6 and a greater overflow begins over the walls 5, and also the overpressure on the ledge 2 increases, respectively, at the beginning of the confuser, a larger flow begins around the upper end of the walls 16, meeting a wall bent along the radius, the flow spins more. Thus, the flow rate and speed of the water and, as a result, the collision of the flows increases. The hydrodynamic pressure under the shelf 14 increases, where it also acquires a vortex motion, which inhibits the movement between the layers of water, i.e. the lower layer of the flow of water passing over the gallery 8 and having transitional curved walls 9 at the walls of the gallery, paired with the hole of the outlet channel 15.

Вследствие суммарной всей генерации как перепад вихрей, так и переливающейся воды через стенки 5 в боковые каналы 7 происходит гашение энергии соединяемых потоков в начале отводящего русла 15. Кроме того, полка 14, выполненная в верхней части уступа 12 выше дна 13 камеры 4, предохраняет от распространения по отводящему руслу также волнений, возникающих при изменении общего расхода и при соударении потока под полкой 14, с образованием в галерее 8 воздушного винтового движения (вращения) потока воды.Due to the total generation, both the difference between the vortices and the overflowing water through the walls 5 to the side channels 7, the energy of the connected flows is quenched at the beginning of the outlet channel 15. In addition, the shelf 14, made in the upper part of the step 12 above the bottom 13 of the chamber 4, protects against the propagation along the outlet channel of the unrest that occurs when the total flow rate changes and when the flow collides under the shelf 14, with the formation in the gallery 8 of an air screw movement (rotation) of the water flow.

Таким образом, поток делится на части, одна из которых направляется в его сужающий центральный канал, соосно направленный в сторону подводящего водовода с уступом, за счет интенсивного соударения частей потока происходит эффективное гашение избыточной кинетической энергии водного потока. Предлагаемый гаситель может эффективно работать в уловителях малого заглубления дна камер гашения относительно дна отводящего русла, что особенно важно в условиях производства работ для исключения глубоких колодцев, стоимость которых достигает не менее 30% стоимости самого сооружения. Конструкция гасителя не чувствительна к наличию в пропускаемом потоке мусора, наносов и длинномерных предметов. Создаются условия соединения двух и более потоков, выходящих из камер гашения, предотвращаются выплески воды в отводящем русле, равномерно распределяя расход воды по ширине русла, что уменьшает возможность образования локальных размывов его дна.Thus, the flow is divided into parts, one of which is directed to its narrowing central channel, coaxially directed towards the inlet conduit with a ledge, due to the intensive collision of the flow parts, the excess kinetic energy of the water flow is effectively quenched. The proposed damper can effectively work in traps of small deepening of the bottom of the damping chamber relative to the bottom of the discharge channel, which is especially important in the conditions of work to exclude deep wells, the cost of which reaches at least 30% of the cost of the structure itself. The design of the damper is not sensitive to the presence of debris, sediment and long objects in the transmitted flow. The conditions are created for connecting two or more streams exiting the quenching chambers, water splashes in the discharge channel are prevented, evenly distributing the water flow along the channel width, which reduces the possibility of formation of local erosion of its bottom.

Claims

1. The energy absorber of the water flow, including a horizontal section of the water conduit, the expansion of the water conduit, made in the form of an annular extinguishing chamber, characterized in that in order to increase efficiency in conditions of variable water flow rates, the quenching chamber is provided with fixed longitudinal walls at the bottom of the additional rectangular quenching chamber in the form two vertical spillway walls parallel to its walls, and at the output section of the annular chamber - confuser at an angle to one another, while the upper end of the walls is embarrassing ra has a wall bent along the radius, installed with a gap to the opposite free gap between the side wall of the chamber, while the lower end of the vertical partitions, towards the outlet channel, is located in front of the washing gallery, the side walls above it are made with a curved pressure face, the latter being paired with the exit threshold of the gallery, the upper part of which is equipped with a horizontal shelf, and a flat shutter on the outlet pipe in its inlet part.

2. The damper according to claim 1, characterized in that the upper end of the walls of the confuser installed in the inlet of the annular chamber is made with a cross-sectional diameter larger than the diameter of the supply conduit, and the lower one is made with a smaller cross-sectional diameter of the discharge channel.