Результат интеллектуальной деятельности: ГАСИТЕЛЬ ЭНЕРГИИ ВОДНОГО ПОТОКА

Изобретение относится к гидротехнике, а именно к устройствам для гашения энергии водного потока в концевых устройствах закрытых трубчатых и туннельных водопропускных сооружений.

Известен гаситель энергии потока, включающий подводящее и отводящее русла, различной ширины, размещенную между ними преграду в виде трапеции, разделяющую подводящее русло на два одинаковых канала, направленных за преградой навстречу друг к другу (Авторское свидетельство SU №1550033, Е02В 8/06 от 15.03.1990).

Недостатком является низкая надежность гашения кинетической энергии, обусловленная прямоточностью движущихся навстречу друг другу потока.

Известен гаситель энергии потока для трубчатого водовыпуска, включающий установленный горизонтально в водобойном колодце трубчатый оголовок с отверстиями в боковых стенках и отражателем на торце, оголовок выполнен в виде расширяющегося усеченного конуса и снабжен расширяющимся завихрителем потока воды, установленным в начале оголовка, а отверстия в боковых стенках оголовка выполнены в виде усеченного полукольца, угол конусности которого равен или больше угла конусности оголовка, причем отражатель выполнен в виде круглой поперечной пластины с трапецеидальными концентрическими отверстиями, при этом поперечная щелевая перфорация в боковых стенках оголовка выполнена с площадью отверстий, увеличивающейся к его торцу (Авторское свидетельство SU №1435690, Е02В 8/06 от 07.11.1988).

Недостатком известного гасителя является то, что он работает эффективно при пропуске оптимального расхода, если расход выше или ниже оптимального, эффективность и надежность работы гасителя понижаются, так как расход в торцевой пластине под большим напором прямолинейно через отверстия направлен сразу непосредственно по длине колодца (прямолинейность), что вызывает волновые явления в отводящем русле и его размыв, т.е. неполное использование внутреннего объема водобойного колодца для гашения водной энергии, поскольку в противном случае необходимо удлинять размеры колодца - это удорожание сооружения в целом. Конструкция выходной части гасителя чувствительна к наличию в водном потоке льда, мусора и длинномерных влечений, которые могут его вывести из строя.

Известен водобойный колодец с отбойной стенкой, включающий водобойный колодец с установленной на уровне подводящего водовода Г-образной водобойной стенкой (Многоязычный словарь по ирригации и дренажу. / Под ред. ШУБЛАДЗЕ К.К. - М.: Русский язык, 1978, с. 209, №5930).

Недостатком является высокая случайно-вероятная однонаправленность поворота потока, приводящая к образованию вихрей, что снижает эффективность и надежность гашения водного потока.

Наиболее близким к предложенному по назначению технической сущности и достигаемому результату является гаситель энергии водного потока, включающий водобойный колодец с криволинейной в вертикальной плоскости водобойной стенкой, установленной на уровне подводящего канала (водовода), имеющего концевую часть в виде консоли и расположенное на дне колодца отверстие, перерываемое вогнутой дросселирующей пластиной (Авторское свидетельство SU №1562396, Е02В 8/06 от 07.05.1990).

Недостатком является высокая случайно-вероятная однонаправленность закручиваемости потоков, приводящая к суммированию кинетической энергии образующихся вихрей, что снижает эффективность и надежность гашения водяного потока.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение равномерности распределения удельных расходов по ширине гасителя и снижение придонных скоростей в потоке.

Технический результат достигается тем, что гаситель энергии водного потока, включающий водобойный колодец, вертикальную стенку, установленную навстречу подводящего водовода и имеющего концевую часть в виде консоли, а на дне колодца выполнено отверстие в сторону отводящей трубы, колодец снабжен установленными над отверстием дна колодца горизонтальными разделительными перегородками, одна сторона которых примыкает к торцу подводящего водовода, выполненного в виде подводящей трубы, а другая сторона которых углом излома, направлена вниз, выведена за контур водосливного лотка с донным отверстием, которое соосно расположено с отверстием дна колодца на выходе потока в отводящую труб, и водослив лотка в нижней центральной части задней стенки выполнен трапециодальными вырезами в сторону выхода потока в отводящий трубопровод из колодца, при этом части излома горизонтальных разделительных перегородок расположенные по отношению к частям последних под углом α₁, α₂, α₃ и длина горизонтальных разделительных перегородок в плане выполнена по высоте ступенями по отношению к длине водосливного лотка.

Кроме того, донное отверстие колодца выполнено кольцевым Г-образным козырьком, выступающим в сторону отводящей трубы.

Кроме того, донное отверстие водосливного лотка в центе его выполнено диаметром меньше, чем диаметр отверстия в дне колодца.

Кроме того, верхняя кромка водосливного лотка размещена ниже дна подводящей трубы, а верхняя грань отводящего трубопровода колодца расположена выше верхней кромки водосливного лотка.

На фиг. 1 показана принципиальная схема устройства для гашения энергии водного потока, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - задняя стенка водосливного лотка с трапецеидальным вырезом, аксонометрия.

Гаситель энергии водного потока содержит круговой или прямоугольный колодец 1, подводящую трубу 2, разделенной горизонтальными разделительными перегородками 3, 4, 5, причем свободные концы горизонтальных перегородок 3-5 расположены по отношению к частям горизонтальных перегородок 3-5 под углами α₁, α₂, α₃, при этом длина их в плане выполнена по высоте ступенями по отношению к длине водоливного лотка 6 с донным отверстием 7 в основании его, боковые стенки 8 и водобойная задняя стенка 9, образуют водослив 6, отводящий трубопровод 10 колодца 1. Причем водосливной лоток 6 в области выходного конца подводящей трубы 2 примыкает водосливной лоток 6. Водобойная задняя стенка 9 на дне водосливного лотка 6 сделана двумя трапецеидальными вырезами 11. При сопряжении лотка 6 с дном колодца 1, донное отверстие 7 соосно расположено донному отверстию 12 колодца 1 на входе в отводящую трубу 13. Причем донное отверстие 12 колодца 1 выполнено кольцевым Г-образным козырьком 14, полка которого направлена вниз в сторону отводящей трубы 13, при этом донное отверстие 7 водосливного лотка 6 в центре его выполнено диаметром меньше, чем диаметр отверстия 12 дна колодца 1 с отводящей трубой 13. Верхняя граница кромки водосливного лотка 6 с боковыми стенками 8 и задней водобойной стенки 9 расположены на отметке низа подводящей трубы 2, а верхняя грань 15 отводящего трубопровода 10 колодца 1, расположена на отметке выше верхних кромок стенок 8 и 9 водосливного лотка 6. Причем сделанные трапецеидальные вырезы 11 в задней водобойной стенке 9 у дна лотка 6 расположены в плоскости симметрии гасителя 1 и направлены в сторону движения потока в отводящий трубопровод 10 колодца 1.

Гаситель энергии водного потока работает следующим образом.

Сбрасываемый через гаситель энергии расход воды меньше предельного поступает по подводящей трубе 2 к разделительному колодцу 1 и, попадая в водосливной лоток 6, сбрасывается через донное отверстие 7, в соосно расположенное отверстию 12 дна колодца 1, и далее поступает в отводящую трубу 13.

Расходы воды, превышающие предельную в подводящей трубе 2, при входе в колодец 1 делятся в нужном направлении тремя горизонтальными перегородками 3, 4, 5, ограничивающее поступление через донное отверстие 7 лотка 6, т.е. делятся на три потока по горизонтали. Один поток над перегородкой 3 поступает непосредственно в водосливной лоток 6, происходит соударение струй в нем водного потока, в результате чего лоток 6 заполняется водой. Это частично благоприятные условия для перелива части его через гребень водослива 6, а другая часть под напором в виде компактных струй, образованных через проход в виде образованных трапецеидальных вырезов 11, нижние части потока поступают в колодец 1. Другой поток над горизонтальными перегородками 4 и 5, минуя водосливной лоток 6, направляется в пространство за водосливом 6, выполненным боковыми стенками 8 и задней стенкой 9, где все струи объединяются в один общий поток, далее поток поступает в отводящий трубопровод 10 колодца 1. Закрытый колодец 1 препятствует вылету образующихся брызг за пределы гасителя энергии. После этого при сопровождении интенсивной аэрацией соударяющихся потоков (в виде отдельных струй) происходит эффективное гашение энергии водного потока.

Изменения горизонтальных разделительных перегородок 3-5, конструктивно выполненных также ступенями с изломом в горизонтальной плоскости, распределяют расход воды над водосливным лотком 6 на несколько частей по сечению колодца 1, в результате чего увеличивается также его пропускная способность, распределяют энергию по площади колодца, исключая локальный размыв в отводящем трубопроводе 10, и далее за ним, чем обеспечивается достижение требуемого эффекта.

Наклонное днище лотка 6 и дно после стенки 9 колодца 1 с уклоном в сторону отводящего трубопровода 10 необходимы для промывки гасителя в целом от наносов и льда, которые могут заполнить придонную часть гасителя энергии, в частности, когда он не работает.

Таким образом, за счет того, что в колодце 1 устанавливаются разделительные горизонтальные перегородки 3-5 со ступенями по высоте и примыкающие к торцу подводящей трубы 2, обеспечивается расслоение поступающего потока с отделением нижнего, наиболее загрязненного донными и взвешенными наносами в отводящий водосливной лоток 6, далее через отверстия 7 и 12 в отводящую трубу 13. А за счет того, что горизонтальная перегородка 5 выведена за контур лотка 6, обеспечивается и отведение в колодец 1 верхнего наиболее загрязненного потока плавающим мусором при превышении расхода выше предельного в подводящей трубе 2.

Волновой поток, поступающий соосно расположенным отверстиям 7 и 12, под кольцевым Г-образным козырьком 14, полка которого направлена вниз, в сторону отводящей трубы 13, не позволяет оседать также концентрирующимся в камере колодца при вращательном движении воды илистым и мелким частицам наносов, они скатываются вниз по направлению к отводящей трубе 13, где поток вращается с большой скоростью. Это приводит к переводу мелких фракций наносов во взвешенное состояние, их выносу через отводящую трубу 13, перекрываемое сверху основанием дна колодца 1 с лотком 6. Все в совокупности и обусловливает достижение поставленной цели при значительном снижении затрат на строительство, эксплуатацию подобных объектов гидротехнического строительства, в том числе и для гасителя энергии. Кроме того, в результате происходит соударение струй, дополнительное гашение энергии и дальнейшее повышение равномерности распределения удельных расходов по ширине гасителя.

При таком расположении перегородок в колодце осуществляется сокращение размеров разделительного колодца за счет того, что часть потока из подводящей трубы транзитом отводится по системе трубопроводов за пределы гасителя, и другая, отводимая на очистку, в случае больших расходов требует меньшей длины.

Экономическая эффективность предлагаемого гасителя заключается в объединении в одном технологическом цикле задач оптимального гашения отводимого потока в отводящий трубопровод наиболее загрязненного слоя потока воды из подводящей трубы, улучшая гидравлические условия работы отводящего трубопровод, что дает возможность уменьшить величину отводимого на очистку расхода, а это снижает эксплуатационные затраты по обслуживанию гасителя энергии в целом.