RU2816773C2 - Гаситель энергии водного потока - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для гашения водного потока в концевых устройствах закрытых трубопроводов и туннельных водопропускных сооружений. Гаситель энергии водного потока включает водовод, камеру с крышкой и конус, ориентированный в направлении отражателя потока, и кольцевой отражатель, причем отражатель потока выполнен в виде чаши с криволинейно-вогнутой поверхностью и конусом в центре чаши, при этом полость расширяющейся части камеры имеет пустотелый патрубок, входное отверстие которого направлено вниз и соосно отверстию водовода, а выходное отверстие направлено вверх, снабжено двумя установленными соосно друг другу диффузорами и ориентированными с зазором в направлении острого конца конуса в центре чаши, причем диффузор с меньшим основанием связан с выходным отверстием пустотелого патрубка, а большее основание диффузора с большим диаметром направлено в сторону острого конца конуса в центре чаши, конус которого боковыми стенками сопряжен с крышкой камеры, при этом пустотелый патрубок и диффузоры соединены жесткими связями с внутренними боковыми стенками камеры, что усиливает их устойчивость в сторону направления острого конца конуса в центре чаши, и боковые стенки верхней части диффузора с большим диаметром снабжены кольцевым отражателем. Технический результат заключается в повышении эффективности и надежности процесса интенсивного гашения кинетической энергии. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

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

Из уровня техники известен гаситель энергии водосбросного устройства, включающий подводную трубу, конический 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. 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 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 сферы выше подводной трубы отражателем потока в виде зубчатого пустотелого патрубка, размещенного соосно выходному, отверстию 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 в одной плоскости с нижнем концом отражателя потока в виде зубчатого пустотелого патрубка (Патент RU n 28/03/2018)/

Известный гаситель энергии водного потока позволяет гасить свою кинетическую энергию при поступлении через впускную трубу в отводящий закрытый колодец. Однако ввиду наличия расширяющегося конуса при расширении колодца в виде сферы по ходу движения воды, а также расширению усеченного конуса вверх в сторону зубчатого пустотелого патрубка и небольшого размера его вертикального участка эффективность снижения скорости потока воды недостаточно высока.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание гасителя энергии водного потока, обеспечивающего гашение равномерного выпуска потока, поступающего в отводящий лоток.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение эффективности снижения скорости потолка воды, поступающего в отводящий лоток.

Гаситель энергии водного потока включает водовод, камеру с крышкой и конус, ориентированный в направлении отражателя потока, и кольцевой отражатель, согласно изобретению, отражатель потока выполнен в виде чаши с криволинейно-вогнутой поверхностью и конусом в центре чаши, при этом полость расширяющейся части камеры имеет пустотелый патрубок, входное отверстие которого направлено вниз и соосно отверстию водовода, а выходное отверстие направлено вверх, снабжено двумя установленными соосно друг другу диффузорами и ориентированными с зазором в направлении острого конца конуса в центре чаши, причем диффузор с меньшим диаметром и меньшим основанием связан с выходным отверстием пустотелого патрубка, а большее основание диффузора с большим диаметром направлено в сторону острого конца конуса в центре чаши, конус которого боковыми стенками сопряжен с крышкой камеры, при этом пустотелый патрубок и диффузоры соединены жесткими связями с внутренними боковыми стенками камеры, что усиливает их устойчивость в сторону направления острого конца конуса в центре чаши, и боковые стенки верхней части диффузора с большим диаметром снабжены кольцевым отражателем.

Кроме того, края большого основания диффузора выполнены заостренными.

Кроме того, патрубок и соединенные диффузоры выполнены как одно целое тонкостенными.

Кроме того, наружная стенка нижнего диффузора выполнена с углом наклона боковой поверхности, не превышающим 60°.

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

Кроме того, меньшее основание диффузора, расположенного ниже верхнего диффузора, имеет площадь поперечного сечения, совпадающей с площадью поперечного сечения выходного отверстия патрубка.

Выполнение гасителя из взаимосвязанных конструктивных элементов как в виде чаши с криволинейно-вогнутой поверхностью, конусом в центре чаши с заостренным концом (вершиной), который крепится к крышке перекрытия камеры, пустотелого патрубка связанного с двумя диффузорами с различными диаметрами и площадью поперечного сечения (диффузор 8 меньшего диаметра с меньшим основанием и диффузор 9 большего диаметра с большим основанием), размещенных соосно друг другу, углом наклона боковой стенки диффузора к образующей боковой стенки камеры, а также соединенных с последней в виде жестких связей между собой, например, стержнями или посредством двух и более пластин, все это характеризует устойчивое их расположение в полости камеры, и соосно в сторону впускного отверстия расширяющегося водовода, позволяющим обеспечить зазор в сторону острого конца конуса в центре чаши, а также наличия кольцевого отражателя экрана, закрепленного в верхней части диффузора.

Все это устанавливается непосредственно в полость камеры, соответственно устанавливается перераспределение расхода, выходящего из водовода, а значит, в целом способствует и более полному гашению воды, которая поступает в отводящий лоток.

Сущность заявленного изобретения иллюстрируется графическим материалом на чертеже.

Гаситель энергии водного потока включает водовод 1, наклонную камеру 2, связанную с вертикальной камерой 3, под крышкой которой закреплен отражатель потока, выполненный в виде чаши 4 с криволинейно-вогнутой поверхностью и конусом 5 в центре чаши. Конус 5 имеет острый конец 6 (вершину). Полость камеры 2 с наклонными боковыми стенками в сторону впускного отверстия водовода 1 снабжена соосно закрепленным пустотелым патрубком 7, входное отверстие которого направлено вниз в сторону впускного отверстия водовода 1, а выходное отверстие патрубка 7 снабжено сверху двумя установленными соосно друг другу диффузором 8 меньшего диаметра с меньшим основанием и диффузором 9 большего диаметра с большим основанием с зазором, ориентированными в направлении острого конца 6 конуса 5 в центре чаши 4 камеры 3. Это является в качестве примера реализации исполнения гасителя энергии водного потока. В каждом конкретном случае определяется количество диффузоров, входящих для соединения с пустотелым патрубком в полости камеры 2, и в зависимости от диаметра патрубка 7. Кроме того, наружная боковая стенка диффузора 9 большего диаметра с большим основанием дополнительно имеет сверху на конце кольцевой отражательный экран 10.

Неподвижные потоконаправляющие патрубок 7, диффузоры 8 и 9 в камере 2 фиксируются жесткими связями 11 в виде стержней или соединительных пластин к боковым стенкам камеры 2. При этом соединительные связи 11, например, в виде пластин направлены вдоль вектора движения потока воды, чтобы не препятствовать их обтеканию по боковым поверхностям в сторону боковых стенок диффузоров 8 и 9.

Поскольку обеспечивается многократное изменение направления движения воды в камерах 2 и 3, то выход потока вертикально зависит от положения, в которых находятся навстречу друг другу, расположенных чашей и конусом с острым концом, и с зазором соосно в сторону неподвижно закрепленных диффузоров 8 и 9 с пустотелым патрубком 7 над впускным отверстием водовода 1, также с кольцевыми отражателями 10 и 12 в виде экраном, разделяя на отдельные струи между пространствами в камере 2, при котором поток воды поступает в расширяющуюся камеры 2 и вертикальную камеру 3 гашения.

Диффузоры 8 и 9 размещены соосно друг другу таким образом, что диаметр большого основания с зазором расположен ниже острого конца 6 конуса 5 в центре чаши 4. При этом диффузор 8 с меньшим диаметром меньшего основания связан с выходным отверстием патрубка 7, а большим диаметром большого основания диффузора 9 направлено вверх в сторону конуса 5 с острым концом 6. Благодаря чему каждый диффузор 8 и 9 расширяет и сжимает поступивший поток воды из патрубка 7 в сторону конуса 5 чаши 4, теряет часть своей скорости вверх.

При этом каждый диффузор 8 и 9 выполнен с углом наклона боковой наружной поверхности к вертикальной оси, не превышающим 60°, что дополнительно обеспечивает большую плавность растекания потока воды по площади их боковых наружных поверхностей воды в сторону соударения с кольцевыми отражателями 10 и 12 разной по высоте их расположения друг другу, и разной ширины, соответственно расположения в камере 2, что определяется на стадии проектирования сооружения. Это позволит в целом регулировать напором по высоте камеры 2 в сторону камеры 3 с закрепленной под крышкой чаши 4 с криволинейно-вогнутой поверхностью и конусом 5 в центре чаши 4, далее выходом через перепускное окно 13 (отверстие) отводящего лотка 14.

Патрубок 7 забирает часть воды в сторону закрепленных с ним диффузоров 8 и 9, которые соединены жесткими связями 11 также с боковыми стенками камеры 2, или пластинами, посредством пайки или сварки.

В целом заявленная конструкция гасителя энергии водного потока позволяет эффективно снижать скорость поступающей из водовода 1 благодаря его разделению потока на отдельные потоки элементами и соударения в конце с чашей 4 с криволинейно-вогнутой поверхностью, конусом 5 с вершиной 6, с кольцевыми отражательными экранами 10 и 12. Кольцевой отражательный экран 12 прикреплен на боковой стенке камеры 2 выше кольцевого отражательного экрана 10 на остром конце диффузора 9. Кроме того, это связано с конструкцией двух диффузоров 8 и 9 с разными диаметрами и основаниями, боковая наружная поверхность которых имеет наклон угла, не превышающим 60°.

В качестве материалов для изготовления элементов внутри камеры 2 и 3 для гасителя может быть использована сталь, пластик заданной прочности или композитные материалы.

Вершина 6 (острый конец) конуса 5 в центре чаши 4 обращена в сторону большего диаметра большого основания дефлектора 9. Края стенок выходного конца диффузора 9 могут быть выполнены заостренными под острым углом для лучшего их обтекания потоком на выходе из него воды в сторону направления чаши 4 с криволинейно-вогнутой поверхностью с конусом 5.

Предпочтительно, чтобы меньшее основание дефлектора 8 было равно площади поперечного сечения выходного отверстия патрубка 7. Такая нагрузка не оказывает негативного влияния на вхождение потока в диффузоры 8 и 9 в гасителе энергии потока.

В частном осуществлении изобретения, патрубок 7 может быть зафиксирован в стойке (не показано) контргайкой в сторону переходного участка водовода 1, соответственно, подтягиваться вверх или вниз в сторону острого угла 6 конуса 5, уменьшая или увеличивая зазор над диффузором 9, приводящее к дополнительному гашению потока воды, но таким образом, чтобы было выдержан минимальный предельный зазор между ними, обеспечивающий поступление потока воды в сторону окна 13 отводящего лотка 14. Перепускное окно 13 (отверстие) устроено на уровне, совпадающем с отметкой дна отводящего лотка 14, дно которого соединено с отводящим трубопроводом 15 и регулирующей задвижкой 16, соответственно, происходит снижение придонных скоростей.

Гаситель энергии водного потока работает следующим образом.

Напорный поток воды поступает из водоподающего трубопровода 1 в расширяющейся части, встречается с пустотелым патрубком 7 и разделяется на несколько струй, и под давлением поступает как в полость патрубка 7, так и обходит (обтекает) его боковые стенки вертикально вверх. Из полости патрубка 7 водяной поток под давлением поступает в полость каскада диффузоров 8 и 9, встречается с меньшим диаметром диффузора 8 и переходит в сторону большого диаметра и большого основания диффузора 9. Этот поток на выходе диффузора 9 встречается с острым разделительным концом 6 конуса 5, разделяется и распределяется далее в сторону направления движения на криволинейно-вогнутые поверхности чаши 4. Одновременно с этим другие потоки омывают наклонные боковые стенки камеры 2 и диффузоров 8 и 9, соударяются с кольцевыми отражателями 10 и 12 (экранами), гасят энергию потока воды, поднимающейся вверх потока в камеру 3, при этом также происходит гашение скорости внешнего потока с перемешиванием и снижение его вместе с потоком воды, выходящего в сторону отражателя в виде чаши 4 с криволинейно-вогнутой поверхностью и конуса 5 с острым концом 6, где поток, разделяясь, тормозит в движении за счет его вращающихся струй в чаши 4 под крышкой камеры 3, м в целом приводит к их разрушению и снижению скорости движения потока воды. После этого весь поток соединяется и поступает через перепускное окно 13 в отводящий лоток 14.

Результат по снижению скорости потока (метры в секунды) в камере 2 в сторону отводящего лотка 14 достигается конструкцией заявленного устройства, далее вода отводится через трубопровод 15 с регулирующей задвижкой 16.

Использование предлагаемого технического решения позволяет значительно расширить применение гасителя энергии водного потока в целом, это достигается в результате при движении струй через патрубок с диффузорами и кольцевыми отражателями в сторону чаши с криволинейно-вогнутой поверхностью с конусом, конец которого имеет острый угол и прикрепленный к крышке камеры.

Таким образом, использование гасителя энергии водного потока в соответствии с заявленным изобретением позволяет повысить эффективность снижения скорости потока воды, поступающей в отводящий лоток, благодаря поэтапному гашению потока при поступлении из подводящего водовода.

Claims (6)

1. Гаситель энергии водного потока, включающий водовод, камеру с крышкой и конус, ориентированный в направлении отражателя потока, и кольцевой отражатель, отличающийся тем, что отражатель потока выполнен в виде чаши с криволинейно-вогнутой поверхностью и конусом в центре чаши, при этом полость расширяющейся части камеры имеет пустотелый патрубок, входное отверстие которого направлено вниз и соосно отверстию водовода, а выходное отверстие направлено вверх, снабжено двумя установленными соосно друг другу диффузорами и ориентированными с зазором в направлении острого конца конуса в центре чаши, причем диффузор с меньшим основанием связан с выходным отверстием пустотелого патрубка, а большее основание диффузора с большим диаметром направлено в сторону острого конца конуса в центре чаши, конус которого боковыми стенками сопряжен с крышкой камеры, при этом пустотелый патрубок и диффузоры соединены жесткими связями с внутренними боковыми стенками камеры, что усиливает их устойчивость в сторону направления острого конца конуса в центре чаши, и боковые стенки верхней части диффузора с большим диаметром снабжены кольцевым отражателем.

2. Гаситель энергии по п. 1, отличающийся тем, что края большего основания диффузора с большим диаметром выполнены заостренными.

3. Гаситель по п. 1, отличающийся тем, что пустотелый патрубок и соединенные с ним диффузоры выполнены как одно целое и тонкостенными.

4. Гаситель по п. 1, отличающийся тем, что каждый диффузор выполнен с углом наклона боковой наружной стенки к вертикальной оси, не превышающим 60°.

5. Гаситель энергии по п. 1, отличающийся тем, что верхняя часть вертикального корпуса камеры под чашей сообщена с перепускным окном отводящего лотка.

6. Гаситель энергии по п. 1, отличающийся тем, что меньшее основание диффузора с меньшим диаметром, расположенное ниже верхнего, имеет площадь поперечного сечения, совпадающую с площадью поперечного сечения выходного отверстия пустотелого патрубка.

Images