Результат интеллектуальной деятельности: ГАСИТЕЛЬ ЭНЕРГИИ ПОТОКА

Изобретение относится к гидротехнике, гидравлике, гидромеханике, а более конкретно к гидротехническим сооружениям, предназначенным для гашения энергии нестационарных потоков жидкости.

Известны гасители энергии, в которых энергия потока понижается за счет увеличения потерь по длине напора. Это достигается либо установкой местных сопротивлений (например, дополнительное сопротивление в уравнительных резервуарах), либо за счет увеличения потерь по длине (например, в волноломах за счет разделения горизонтальными пластинами свободно набегающей волны на отдельные слои, которые движутся между пластинами).

Известен гаситель энергии потока, включающий цилиндрический водобойный колодец, делитель потока и два водовода, тангенциально соединенные с колодцем, плиты перекрытия выполнены криволинейными в вертикальной плоскости симметрии колодца, выпуклостью, направленной вверх (Авт. св. SU 1043246, кл. Е02В 8/06, 1983).

Недостатком данной конструкции является то, что возвышающие криволинейные плиты находятся под воздействием пульсационньгх нагрузок потока. В результате снижается эксплуатационная надежность бетонных плит. Кроме того, после выходного отверстия вода имеет остаточное волнообразование по длине отводящего канала, а, следовательно, и местные скорости сохраняют высокие значения на большом расстоянии от гасителя, что приводит к размыву русла. Следует отметить, что отводящая часть канала вынуждена иметь более увеличенную (распластанную) ширину для растекания выходящего потока из отверстия при колебаниях уровней воды в канале. Таким образом, затягивается время переходного процесса на пути нестационарного турбулентного потока.

Известен также гаситель энергии потока, включающий цилиндрический водобойный колодец, делитель потока в два отвода, тангенциально соединенные с колодцем, плиты гасителя установлены на стоках с возможностью вертикального их перемещения и выполнены со стенками, расположенными по их периметру (Авт. св. SU 1059054, кл. Е02В 8/06, 1983).

Недостатком известного гасителя является то, что оно усложнено конструкцией плит, связанных с пригрузочными емкостями, заполняемыми водой. При этом не исключается ударное воздействие на элементы крепления отводящего канала, а это не способствует достаточному сглаживанию поверхности воды. Таким образом, эффективность гашения энергии потока в отводящем канале недостаточна. Кроме того, усложнение конструкции плит из-за сложных железобетонных работ требует устойчивости их всплытия в вертикальном положении, ограниченных стойками плит, при этом их может заклинить при перемещениях, в случаях перекосов, так как усилие равнодействующей гидростатического давления в колодце в разных точках происходит не равномерно по всей напорной плоскости плит.

Следует отметить, что под нестационарным понимается поток жидкости, в котором расход (скорость) изменяется во времени. К нестационарным течениям относятся широко встречаемые в технике переходные процессы, при которых расход меняется от одного до другого установившегося движения. В частном случае, расход изменяется от нуля до установившегося максимального значения, отводимого в отводящий водовод.

Таким образом, если имеет место накопление энергии в колодце в виде турбулентного перемешивания жидкости, то происходит нестационарный период переходного процесса. Этот процесс образования движения нестационарности может отрицательно сказываться на отсутствии сглаживания волны потока в отводящем канале.

Задачей изобретения является повышение эффективности работы и исключение сбойности в местах сопряжения с отводящим каналом нестационарного потока жидкости, т.е. при любом горизонте воды в отводящем канале.

Технический результат достигается тем, что гаситель энергии потока, включающий водобойный колодец, размещенный между водоводом и отводящим каналом, делитель потока, снабжен консольным делителем потока в виде остроконечного с вогнутыми боковыми гранями обтекателей относительно дна колодца, прикрепленных верхним концом к плите перекрытия и к боковым стенкам колодца напротив подводящего водовода и обращенных к нему острым концом, при этом в отводящем канале на выходном участке колодца расположено подпорное сооружение, выполненное в виде Г-образной плиты с козырьком, направленным вниз, причем последний соединен со щитом через поперечную ось вращения, обеспечивающим возможность его углового перемещения относительно козырька, и щит сверху снабжен регулирующим органом в виде пружин, а снизу - поплавком-противовесом.

Кроме того, нижние концы остроконечного делителя с вогнутыми гранями обтекателей размещены на уровне в одной плоскости дна водовода и отводящего канала и обращенны к дну колодца.

Кроме того, щит с поплавком выполнен с размерами в плане, соответствующими внутренним размерами отводящего канала с возможностью контактирования с дном отводящего канала.

Выполнение гасителя энергии из взаимосвязанных элементов способствует гашению водного потока в водобойном колодце за счет наличия остроконечного делителя с вогнутыми боковыми гранями обтекателей и взаимодействия струй потоков, препятствующих осевому движению потока, используя эффект закручивания один навстречу другому. Порог колодца снабжен горизонтальной полкой, соединенной с дном отводящего канала, и препятствует вертикальному движению части потока в колодце, отразившегося от дна его при турбулентном перемешивании воды в нем, что также влияет на движение воды в отводящий канал. При этом донная часть потока на выходе направляется под успокоительную Г-образную плиту перекрытия с козырьком. Кроме того, щит с пружинами сверху и поплавком снизу создает вибрацию щита относительно пульсационного волнения водной поверхности, что способствует окончательному сглаживанию поверхности воды в отводящем канале, и поток имеет спокойную поверхность.

Конструкция гасителя достаточно проста.

Автору не известны устройства, содержащие аналогичную взаимосвязь при решении задачи повышение эффективности сглаживания поверхности воды, выходящего из водобойного колодца в отводящий канал.

На фиг. 1 изображен гаситель энергии потока, план; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Гаситель энергии потока включает водобойный колодец 1 с дном 2 и боковыми стенками 3, сопряженные с водобойным колодцем 1, водовод 4 и отводящий канал 5, ширина которого меньше ширины колодца 1, и консольный делитель 6 потока в виде остроконечного с вогнутыми боковыми стенками 7 обтекателей. Делитель 6 установлен с зазором в узле сопряжения относительно дна 2 колодца 1, при этом боковые грани 7 прикреплены верхним концом к плите перекрытия 8, а боковые их торцы прикреплены к боковым стенкам 3 колодца 1. Выходной порог 9 колодца 1 расположен выше дна 2 и выполнен с горизонтальной полкой 10 в верхней части. В месте выхода потока воды из колодца 1 в отводящий канал 5 верхняя часть отводящего канала 5 перекрыта Г-образной плитой 11 с козырьком 12. При этом свободный конец козырька 12 имеет шарнир, обеспечивающий возможность углового перемещения щита 13 относительно его продольной оси 14 вращения. Щит 13 сверху снабжен пружинами 15, а снизу поплавком-противовесом 16, при этом щит 13 выполнен с размерами в плане, соответствующими внутренним размерам отводящего канала 5, с возможностью контактирования с дном отводящего канала 5. Нижние концы обтекателя с вогнутыми боковыми гранями 7 размещены на уровне в одной плоскости дна водовода 4 и отводящего канала 5 и обращенны к дну 2 колодца 1.

Гаситель энергии потока работает следующим образом.

Поток воды, поступающий из водовода 4, набегает на консольный остроконечный делитель 6 с вогнутыми боковыми гранями 7 обтекателей и делится на две части, и после огибания делителя 6 части потока, направляемые боковыми гранями 7, закручиваются и соударяются между собой. Взаимодействие каждой части потока за счет наличия консольного делителя 6 приводит к образованию вихревой циркуляции, препятствующей осевому движению потока. В процессе гашения энергии участвует весь объем водобойного колодца 1, и через выходное отверстие над горизонтальной полкой 10 поток поступает в отводящий канал 5. Следует также отметить, что происходит дополнительное соударение струй с водной подушкой в колодце 1 за счет перепада Z уровней между дном 2 колодца 1 и подводящим каналом 4.

Наличие Г-образной плиты 11 с козырьком 12 и прикрепленного к свободному концу козырька 12 через ось 14 вращения щита 13, который снабжен пружинами 15 с поплавком-противовесом 16, способствует сглаживанию пульсирующего движения поверхности воды, выходящей из водобойного колодца 1 в отводящий канал 5.

При изменении уровня воды в водобойном колодце 1 и в отводящем канале 5 щит 13 поворачивается на продольной оси 14, вибрирует за счет отжатия пружин 15 щита 13 с поплавком-противовесом 16 к водной волнистой поверхности потока. Для предотвращения опускания щита 13 в глубину отводящего потока и динамического его давления предусмотрен поплавок-противовес 16 и пружины 15. Установленный поплавок-противовес 1 снизу (с внутренней стороны) щита 13, т.е. со стороны дна отводящего канала 5, облегчает поворот щита 13, одновременно сжимая пружины 15, поэтому в конечном итоге отсутствует форма распластанного потока и резкого расширения на переходном участке отводящего канала 5, сопряженного с колодцем 1. Наличие щита 13, прикрепленного через ось 14 вращения к кромке козырька 12, с размерами в плане, соответствующими внутренним размерам отводящего канала 5, обеспечивает заданную структуру сглаживанию пульсирующего движения поверхности воды в отводящем канале 5.

Таким образом, это позволяет, исходя из взаимосвязи и взаимозависимости основных узлов гасительного сооружения, повысить эффект гашения избыточной кинетической энергии воды, эффективность работы повышается, что позволяет уменьшить длину крепления.

Экономическая эффективность от применения предложенного гасителя энергии потока складывается из:

упрощения процесса гашения избыточной энергии потока, благодаря чему снижаются затраты на строительство водобойного колодца;

упрощение конструкции устройства при наличии Г-образной плиты с козырьком и соединенного с ним щита с поплавком и с пружинами, в результате чего снижаются затраты на их изготовление.