Гаситель энергии водного потока
Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для гашения водного потока в концевых устройствах закрытых трубопроводов и туннельных водопропускных сооружений. Гаситель энергии содержит водовод 1, колодец 2 в виде усеченного конуса и имеет крыльчатку 3 с лопатками 4. Лопатки расположены по кругу и развернуты под углом к поперечному сечению водовода. Угол наклона лопаток 4 обеспечивает изменение вектора движения воды. Благодаря конусной форме (усеченного конуса 2) колодца 2 окружная скорость и центробежная сила по центу нарастает, а внутренняя поверхность колодца 2 очищается от отложений различных в воде. Колодец 2 в верхней части пережима 5, образованного патрубком, соединяется с дополнительной расширяющейся камерой 6 гашения. Над выходным пережимом 5, образованным патрубком, в расширяющейся камере 6 установлена погружная П-образная горизонтальная полка 7 в виде кольца с возможностью регулирования выпуска воды из пережима 5, образованного патрубком, и создания свободного пространства между ее боковой стенкой и кольцевой горизонтальной полкой 9 с козырьком 10. Полка 9 с козырьком 10 совпадает с отметкой дна порога отводящего лотка 11, дно которого соединено с отводящим трубопроводом 13 с регулирующей задвижкой 14. Вода, поступившая в дополнительную камеру 6, проходит между стенками П-образной горизонтальной полки 7 и кольцевой горизонтальной полки 9 с козырьком 10, которые зависят от их конструктивного выполнения, механизма 8 и изменения положения механизма 8, который может быть выполнен в виде винтовой пары. Технический результат заключается в повышении эффективности работы неподвижной крыльчатки с лопатками в начале движения воды вверх в колодце в сторону кольцевой горизонтальной полки с козырьком и от расположения кольцевой горизонтальной полки с козырьком и П-образной горизонтальной полки между собой, образуя свободное пространство для выхода воды в камеру гашения; упрощается конструкция и снижаются придонные скорости в потоке. 2 ил.
Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для гашения водного потока после напорных водоводов в приемной камере.
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 эксплуатационную его работу. Кроме того, требуется закручивания потока для увеличения гидравлических местных сопротивлений, а значит, усложняет конструкцию гасителя. Другим недостатком является отсутствие регулирования отражательного подвижного экрана в сторону расположения кольцевой горизонтальной полки с козырьком.
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 поверхностью по направлению движения потока к водовыпускным окнам в месте примыкания к ним внешней стенки патрубка (Патент RU №2484201, Е02В 8/06 от 24.01-2013).
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; расположение телескопического патрубка (по варианту) с коленом приводит к исключению поступления атмосферного воздуха или подачи растворов реагентов с целью предотвращения гидробиологического обрастания внешней поверхности оголовка. 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 трубы размещен вертикальный колодец, образованный наклонными участками, при этом на стенках колодца установлены сопла направленные тангенциально к условному телу вращения воды л ориентированные одновременно в сторону водовода, колодец в верхней части имеет симметричные двухсторонние горизонтальные пережимы, образованные их вогнутостью вовнутрь колодца, или аэродинамические пережимы, образованные путем подачи сжатого воздуха от компрессора, при этом колодец в верхней части имеет дополнительную расширяющуюся камеру гашения, в которой над пережимом колодца соосно выше условного тела вращения воды размещен отражательный экран, выполненный в виде П-образной горизонтальной полки в виде кольца и снабженный механизмом изменения зазора над условным телом вращения воды, закрепленным на крышке колодца, кроме того, колодец в верхней части с внешней стороны имеет отводящий лоток с выпускным отверстием, выполненным на уровне, совпадающем с отметкой дна отводящего лотка, при этом дно отводящего лотка соединено с отводящим трубопроводом, имеющим регулирующую задвижку (Патент RU №2680909, Е02В 8/06 от 18.05.2018).
Недостатком известного гасителя является наличие сложной формы вертикального колодца, имеющего по высоте пережимы и, требуется дополнительный компрессор и больших энергозатрат для выработки и подачи сжатого воздуха через сопла в стенках колодца, направленные тангенциально к условному телу вращения воды, а значит, усложняет конструктивно сооружение и усложняет эксплуатацию его работы. Кроме того, сама форма движения условного тела вращения воды зависит от дополнительного применения компрессора, подающего сжатый воздух и направления движения условного тела вращения вверх через пережимы.
Задачей заявляемого технического решения является создание конструктивно простого, технологичного в изготовлении не металлоемкого устройства гасительного сооружения.
Техническим результатом изобретения является снижение материалоемкости, упрощение конструкции гасителя энергии обеспечивающего снижение скорости потока в сторону отводящего лотка.
Технический результат достигается тем, что в гасителе энергии водного потока, характеризующийся тем, что он имеет горизонтальный участок водовода в виде подводной трубы, колодец, соединенный в верхней части с 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, согласно изобретения, 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 навстречу 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 регулировочную задвижку.
Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков тождественных всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленного технического решения условию патентоспособности «новизна».
Предлагаемый гаситель энергии водного потока имеет простую конструкцию и низкую металлоемкость, связанную с отсутствием применения компрессора и других его устройств в целом.
Предлагаемый гаситель энергии выгодно отличается от аналогов еще в том, что он повышает гашение кинетической энергии потока, обеспечивая начальное движение с прямолинейного на круговой с изменением вектора движения потока воды вверх в дополнительную камеру гашения за счет и дополнительной кольцевой горизонтальной полки с козырьком навстречу водному потоку с зазором и с выпуском в свободное пространство, соответственно, со стороны боковой стеной П-образной горизонтальной полки.
Следует обратить особое внимание на форму крыльчатки, установленной в нижней части колодца, лопатки которой расположены по кругу и развернуты под углом к поперечному сечению подводной трубы. Поток воды меняет свое прямолинейное течение до состояния кругового движения, т.е. движение происходит по спирали, что значительно по высоте колодца теряет кинетическую энергию воды за время прохождения ее вверх до П-образной горизонтальной полки с козырьком. Поток воды вначале разбивается, ударившись о лопатки, скорость его уменьшается уже на начальном этапе движения, теряет свою энергию. Центробежная сила, возникающего потока вверх, в процессе вращения касается внутренней поверхности стенок усеченного конуса (колодца). В свою очередь такая конструкция крыльчатки с лопатками в работе с ее КПД учитывает потери, возникающие вследствие поступления воды в сторону движения вверх.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 схематически показан гаситель энергии водного потока, разрез;
на фиг. 2 показан гаситель энергии, фрагмент расположения лопаток крыльчатки, вид сбоку.
Гаситель энергии водного потока содержит горизонтальный участок водовода 1 в виде подводной трубы, в концевом вертикальном расширении водовода 1 размещено основание вертикального колодца в виде усеченного конуса 2, крыльчатки 3 с лопатками 4, которые расположены по кругу и развороту под углом к поперечному сечению к подводной трубе. Усеченный конус 2 в верхней своей части имеет пережим 5 в виде круглого патрубка, который в нижней своей части соединен с колодцем 2, а в верхней части соединен с дополнительной расширяющейся камерой 6 гашения. В расширяющейся камере 6 над пережимом 5 в виде патрубка соосно размещен отражательный экран 7 с механизмом 8 положения изменения зазора выше пережима 5 с расширяющейся камерой 6, т.е. отражательный экран выполнен в виде установленной П-образной горизонтальной полки 7 в виде кольца, при этом последняя выполнена диаметром меньше диаметра расширяющейся камеры £ колодца 2, но больше диаметра пережима 5 в виде патрубка. Внутренние стенки камеры 6 гашения имеют отражатель в виде кольцевой горизонтальной полки 9 с козырьком 10 направленным в сторону отверстия в пережиме и с зазором в сторону боковой стенки П-образной горизонтальной полки 7 с возможностью свободного ее перемещения вверх или вниз с помощью механизма 8 положения.
В верхней части расширяющейся камеры 5 с внешней стороны отводящий лоток 11 соединен с перепускным (выпускным) отверстием 12 устроенным на уровне, совпадающем с отметкой дна отводящего лотка 11, дно которого соединено с отводящим трубопроводом 13 с регулирующей задвижкой 14.
Кольцевая горизонтальная полка 9 с козырьком 10 расположена в одной плоскости с отметкой дна отводящего лотка 11 и направлена в сторону отверстия пережим 5 в виде патрубка.
Поскольку обеспечивается подвижным механизмом 8 изменения зазора над пережимом 5 в виде патрубка над выходным его отверстием и расширения потока в дополнительной расширяющейся камере 6, кольцевая горизонтальная полка 9 с козырьком 10 дополнительно тормозит движению воды вверх, она теряет энергию в процессе вращения при выходе из пережима 5 с учетом расположения с зазором боковой стенки П-образной горизонтальной полки 7, и в сочетании, соответственно с их формой и с выходной скоростью воды из пережима 5 в виде патрубка, поток воды камеры 6 гашения гасит кинетическую энергию в целом. Отводящий лоток 11 соединен с отводящим трубопроводом 13 с регулирующей задвижкой 14, соответственно, также происходит снижение придонных скоростей в устройстве.
Гаситель энергии водного потока работает следующим образом.
Напорный поток из подводящего водовода 1 поднимается вверх, и через патрубок 5 (пережим) поступает в расширяющуюся камеру 6 из колодца 2 в виде усеченного конуса, при этом на начальном этапе движения воды она проходит через крыльчатку 3 с лопатками 4 (неподвижную)), изменяет направление своего движения и получает движение в усеченном конусе 2 (колодца) в сторону пережима 5 в виде патрубка. Благодаря конусной форме (усеченного конуса 2) корпуса окружная скорость и центробежная сила нарастает, что обеспечивает очищение от прилипших тел к внутренним стенкам камеры 2 (колодца), происходит частичное торможение потока воды о внутреннюю поверхность камеры 2. Вода перед пережимом 5 в виде патрубка «сжимается» и поступает в расширяющуюся камеру 6 под отражатель 7 и под кольцевую горизонтальную полку 9 с козырьком 10, проходит между свободным пространством между ними вверх, и заполняет камеру 6 водой, достигая отметки перепускного (выпускного) отверстия 12 с учетом наполнения отводящего лотка 11, в котором происходит заполнение поступающей воды, устроенное на уровне, соответствующей отметки и горизонтальной кольцевой полки 9 с козырьком 10 и дна отводящего лотка 11. Из отводящего лотка 11 вода отводится по отводящему трубопроводу 13 с установленным на нем регулирующей задвижки 14. Необходимая разность высот воды в камере 6 гашения колодца 2 и отводящем лотке 11 поддерживается за счет регулирования задвижки 14 на отводящем трубопроводе 13 на уровне, позволяющем затопить поступающий поток воды в отводящий лоток 11. Это снижает поверхностный характер движения воды к потребителю.
Наибольшая эффективность гасителя энергии достигается при соблюдении размещении с возможностью регулирования высоты перемещения П-образной горизонтальной полки 7 погруженной в воду относительно как пережима 5, соответственно к свободному пространству (кольцевого отверстия) по отношению в сторону расположения горизонтальной кольцевой полки 9 с козырьком 10, закрепленным к внутренней стенке расширяющейся камере 6, и возможность менять давления относительно выходу между ними воды при заполнении дополнительной камеры 6. Эта площадь поперечного сечения свободного пространства связана с геометрическими параметрами между собой отражателя 7 и полки 9 с козырьком 10, расположенных в камере 6.
Таким образом, это позволяет, исходя из взаимосвязи и взаимозависимости основных узлов гасительного сооружения, повысить эффективность гашения избыточной энергии воды; эффективность работы повышается вначале установленной крыльчатки (неподвижной), состоящей из лопаток, выполненной из металла и соединенных между собой. Угол наклона лопаток и их размер выбирается экспериментально в зависимости от диаметра расширяющегося водовода в виде подводной трубы у основания колодца, в целом динамические нагрузки на конструкцию колодца не столь высоки по сравнению с прототипом.
Предлагаемое устройство может быть использовано для гашения энергии водного потока в различных гидротехнических сооружениях. Особенность предлагаемого сооружения заключается в его простоте конструкции и использование сокращает затраты гасителей энергии воды, а следовательно, повышается надежность гасителя водного потока, кроме того, снижаются придонные скорости потока в камере, что сокращает строительную стоимость сооружения в целом.
Гаситель энергии водного потока, характеризующийся тем, что он имеет горизонтальный участок водовода в виде подводной трубы, колодец, соединенный в верхней части с 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, отличающийся тем, что 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 навстречу 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 регулировочную задвижку.
