Гаситель энергии водного потока



Гаситель энергии водного потока
Гаситель энергии водного потока

 


Владельцы патента RU 2609429:

Голубенко Михаил Иванович (RU)

Изобретение относится к гидротехнике, а именно к гидротехническим сооружениям, предназначенным для гашения энергии нестационарных потоков. Гаситель энергии водного потока включает подводящий водовод 1, напорный участок трубопровода 2, отводящий трубопровод 7, снабженный завихрителем потока 8. Подводящий трубопровод 2 выполнен в виде конфузора и подключен к выходному участку с консольно расширяющимся насадком 3, встроенным в герметичный корпус камеры 4, которая выполнена в форме тора. Выходная камера 4 соединена с дополнительным встроенным сопротивлением с входной расширяющей частью, консольно сужающейся к выходу насадка 6, подключенного к напорному трубопроводу 7 в виде диффузора с завихрителем потока 8 в сторону отводящего водовода 9. Разряжение и сжатие жидкости в камере 4, связанной с консольными насадками 3, 6 обуславливается работой конструкции полуторовой полости корпуса камеры 4. Таким образом, гашение кинетической энергии потока и уменьшение дальнейшей его скорости определяется выбранной формой камеры относительно ее оси - достигается повышение эффективности работы в условиях переменного уровня воды в камере гашения и надежности гашения кинетической энергии разделяемого и вновь соединяемого потока, исключается необходимость устройства колодца в нижнем бьефе канала. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к гидротехнике, а именно к гидротехническим сооружениям, предназначенным для гашения энергии нестационарных потоков.

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 (авторское свидетельство SU №1043246, E02B 8/06 от 23.09.1983).

Недостатком данной конструкции является то, что возвышающие криволинейные плиты находятся под воздействием пульсационных нагрузок потока. В результате снижается эксплуатационная надежность бетонных плит. Кроме того, после выходного отверстия вода имеет остаточное волнообразование по длине отводящего канала, 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 стойках с возможностью вертикального их перемещения и выполнены со стенками, расположенными по их периметру (авторское свидетельство SU №1059054, E02B 8/06 от 07.12.1983).

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, и не способствует достаточному сглаживанию поверхности воды. Таким образом, эффективность гашения энергии потока в отводящем канале недостаточна. Кроме того, усложнение конструкции плит из-за 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 неравномерно по всей напорной плоскости плит.

Известен также гаситель энергии потока, включающий водовод, закручивающее устройство, которое разделяет поток на струи и отводящий канал (авторское свидетельство SU №1712530, E02B 8/06 от 15.02.1992).

Недостатком известного гасителя является то, что при закручивании потока устройствами на горизонтальных участках в гасительной камере возникает интенсивная пульсация скоростей и давлений, а также неполное гашение кинетической энергии потока в отводящем канале. Струи воды, вытекающие из колодца, направлены практически в одну сторону, следовательно, соударение их малоэффективно гасит энергию потока. При этом сопряжение бьефов производится по типу отогнанного прыжка, на котором рассчитывается участок крепления дна отводящего канала, что приводит к недопустимым размывам. Кроме того, наличие такого течения потока перед выходом из отверстия не снижает придонные скорости в отводящем канале и создает волновые поверхностные явления, что снижает гидравлические условия работы отводящего канала.

Известен гаситель энергии потока, преимущественно селевого, включающий расположенные на одной оси подводящее и отводящее русла и размещенную между ними обтекаемую преграду, установленную на дне и разделяющую подводящее русло на два одинаковых по ширине канала, ограниченных с внешней стороны боковыми бортами подводящего русла и направленных за преградой навстречу друг к другу, преграда выполнена в плане в виде трапеции с лобовой гранью, установленной с обратным уклоном навстречу потоку и сопрягающейся с дном водотока, причем отводящее русло выполнено с шириной, меньшей ширины подводящего русла (авторское свидетельство SU №1550033, E02B 8/06 от 15.03.1990).

Высокая случайно-вероятная однонаправленность соударяющихся потоков в отводящем канале, приводящая к суммированию кинетической энергии по центру между жесткими закрепленными к дну водобойными стенками, образует подъем воды вверх, что вызывает большие всплески и волнения за ними при расширении потока, размывание откосов канала, что снижает эффективность и надежность гашения водяного потока. Таким образом, эффективность гашения избыточной кинетической энергии потока в известном устройстве значительно снижена, при этом определяет жесткие требования к конструкции гасителя.

Известен вихревой гаситель энергии потока, включающий горизонтальный участок водовода, установленные в конце его и расположенные по периметру носки-трамплины, и расширение водовода, расширение водовода выполнено в виде кольцевой камеры гашения, а носки-трамплины расположены симметрично относительно вертикальной оси выходного сечения водовода так, что нижний носок-трамплин расположен диаметрально противоположено свободному промежутку между боковыми носками-трамплинами (авторское свидетельство SU №1030474, E02B 8/06 от 23.07.1983).

Недостатки известного устройства:

взаимодействие струй и потоков в пределах кольцевой камеры способствует концентрации расхода на узком фронте, в результате местные скорости сохраняют высокие значения, что приводит к размыву дна от гасителя;

сложность его конструкции и эксплуатации из-за наличия изменения струй трамплинами, при этом отсутствуют условия гашения энергии при изменении расходов и колебаниях уровней в камере, т.е. не изменяется живое сечение камеры гашения;

гидродинамическая нагрузка увеличивается, а следовательно, эффект закручивания недостаточен;

работа гасителя эффективна при пропуске оптимального расхода, если расход выше или ниже оптимального, эффективность и надежность понижается, так как носки-трамплины неподвижно закреплены;

успокоители носки-трамплины, хотя и создают циркуляцию потока, однако они ограничивают радиальное движение в камере со стенками, а это не делает камеру экономичнее, так как необходимо делать камеру достаточно глубокой;

высокая случайно-вероятностная однонаправленность закручиваемости потоков, приводящая к суммированию кинетической энергии образовавшихся вихрей, что снижает эффективность и надежность гашения водяного потока;

выходной участок водовода, расположенный при расщеплении потока на выходе в кольцевую камеру, обладает низкой эффективностью гашения энергии волнового потока.

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 котором расход меняется от одного до другого установившегося движения. В частном случае расход меняется 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 водоводе (канале).

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, - повышение эффективности и надежности процесса гашения кинетической энергии разделенного потока за счет последующего соединения закручиваемых во взаимно противоположных направлениях его частей в условиях переменного уровня воды в камере.

Технический результат достигается тем, что гаситель энергии водного потока, включающий горизонтальный подводящий участок водовода, кольцевую камеру гашения, снабжен дополнительными установленными на входе консольно расширяющимся насадком, а на выходе консольно сужающимся насадком, установленными большими основаниями навстречу друг к другу в кольцевой камере, которая выполнена в форме тора, образованного входной и выходной камерой, при этом насадки соединены соответственно с помощью поводящего и отводящего трубопроводов для подвода и отвода воды, последний снабжен местным сопротивлением в виде завихрителя потока, производящего дополнительное гашение нестационарного потока.

Кроме того, подводящий участок трубопровода выполнен в виде конфузора, а завихритель потока расположен в горизонтальном отводящем участке трубопровода выполненного в виде диффузора.

Автору не известны устройства, содержащие аналогичную взаимосвязь при решении задачи повышение эффективности и надежности процесса гашения кинетической энергии потока, выходящего из камеры в отводящий водовод (канал).

На чертеже представлена схема разреза гасителя энергии водного потока.

Гаситель энергии водного потока включает подводящий водовод 1, напорный участок трубопровода 2, выполненный в виде конфузора. Трубопровод 2 подключен к выходному консольно расширяющемуся насадку 3, встроенному в герметичный корпус в виде камеры 4 разделения и смешения потоков с плитой - перекрытия 5. Выходная часть камеры 4 соединена с дополнительным встроенным сопротивлением с входной расширяющей частью консольно сужающегося к выходу насадка 6, и сужающаяся часть его подключена к напорному трубопроводу 7 в виде диффузора с завихрителем потока 8, который соединен с отводящим водоводом 9.

Гаситель энергии водного потока работает следующим образом.

Поток воды, поступающий из подводящего водовода 1, далее поступает в напорный трубопровод 2, сжатый поток направляется в консольно расширяющий насадок 3. В камере 4 происходит разделение потока за счет дополнительного встроенного сопротивления консольно сужающего насадка 6 и полуторовой полости корпуса камеры 4. Часть потока воды, поступившая в камеру под насадками 3 и 6, приобретает кольцевое движение, при котором частично гасится кинетическая энергия, а часть потока воды, встречая на своем пути также преграду в виде выступающей части сужающего насадка 6, получает сопротивление насадка, образует гидравлический удар, имеющий возможность увеличить встречное давление на выход воды в сторону напорного трубопровода 7 в виде диффузора с завихрителем потока 8. Происходит торможение и смешение потоков воды, выходящей из полуторовой полости корпуса камеры 4. Благодаря центральному удару при встрече струй возникающий гидравлический удар распространяется в сторону сужающей части насадка 5 и имеет некоторый остаточный волновой характер с максимальной амплитудой давления для указанного потока, образовавшегося вследствие снижения статического напора из насадка 6. Для исключения возникшей при этом дополнительной кинетической энергии в выходной части диффузора 7 установлен завихритель потока 8, смещающий волновое движение в центральную зону на выходе из диффузора в сторону отводящего водовода 9. Следует уточнить, что для эффективного воздействия поступающего потока из консольно расширяющего насадка 3 в камеру 4 разделение и смешение увлекается во вращательное движение в герметичной полуторовой полости корпуса камеры 4, частично закрытой в средней части ее консольными насадками 3 и 6, т.е. часть потока воды, поступившая в камеру гашения, приобретает кольцевое движение навстречу друг к другу в полуторовой полости корпуса камеры 4. Смешение, соударение всех частей кольцевой струи по всему периметру, ее турбулизация, распространение потока по площади сечения перед расширяющейся входной частью насадка 6, последующее сжатие происходит в концевой сужающей части насадка 6, соединенного с диффузором 7 с завихрителем потока 8.

Разрежение и сжатие жидкости в указанных зонах обуславливается свойством конструкции тора, связанного с размещением в нем консольных насадков 3 и 6. В диффузоре скорость потоков выравнивается и поступает в отводящий водовод. Таким образом, гашение кинетической энергии потока и уменьшение дальнейшей его скорости определяется выбранной формой полуторовой полости корпуса камеры относительно ее оси, т.е. расположением между расширяющейся входом части насадка и соосно установленному относительно расширяющейся части с переходом в сужающуюся часть выходного насадка в зоне расположения камеры гашения, при этом выходной сужающий насадок соединен с началом диффузора в узкой его части входа.

Оригинальность предлагаемого изобретения заключается в том, что повышение эффективности гашения кинетической энергии и образование в нем вихрей нестационарности достигается движения по насадкам, размещенных консольно на расстоянии друг от друга и соосно в камере полутора с последующим контактом с завихрителем потока в диффузоре соединяющего потока, скорость которого выравнивается в данном трубопроводе при сопряжении с отводящим водоводом. Устройство компактно (простота конструкции, отсутствие подвижных частей) и уменьшает возможность образования локальных размывов дна отводящего водовода.

1. Гаситель энергии водного потока, включающий горизонтальный подводящий участок водовода, кольцевую камеру гашения, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным на входе консольно расширяющимся насадком, а на выходе консольно сужающимся насадком, установленными большими основаниями навстречу друг другу в кольцевой камере, которая выполнена в форме тора, образованного входной и выходной камерой, при этом насадки соединены соответственно с помощью подводящего и отводящего трубопроводов для подвода и отвода воды, последний снабжен местным сопротивлением в виде завихрителя потока, производящего дополнительное гашение нестационарного потока.

2. Гаситель по п.1, отличающийся тем, что подводящий участок трубопровода выполнен в виде конфузора, а завихритель потока расположен в горизонтальном отводящем участке трубопровода, выполненного в виде диффузора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к гидротехнике, гидравлике, гидромеханике, а более конкретно к гидротехническим сооружениям, предназначенным для гашения напорных водоводов в приемной камере и для снижения кинетичности потока при заполнении водой отстойных сооружений.

Изобретение относится к гидротехническому строительству, а именно к сооружениям для соединения бурных потоков в каналах. Сопрягающее сооружение состоит из подводящего 1 и отводящего 2 каналов, между которыми выполнена донная галерея 3, разделенная на две неравные части, с отделяющей вертикальной поперечной стенкой 6.

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для гашения энергии потока воды в нижнем бьефе гидротехнического сооружения. Гаситель энергии потока включает горизонтальный участок водовода 1 и камеру 3 цилиндрической формы.

Изобретение относится к устройствам для отвода сточных вод канализационными сетями, транспортирования гравитационными водоводами и магистральными водопроводными сетями питьевой воды и может быть использовано в системах мелиорации и гидротехнических сооружений.

Устройство защитной системы городской застройки включает водонапорную оболочку, выполненную из композитных материалов, обладающих памятью формы, состоит из канала-лотока, имеющего параболическую или иную форму по периметру из композитного наноматериала, сохраняющего форму и повышенную шероховатость.

Изобретение относится к области водного транспорта и предназначено для повышения безопасности шлюзования судов. Устройство защиты ворот шлюза от навала судов состоит из двух узлов формирования встречной волны, расположенных перед воротами шлюза и подключенных к датчику измерения скорости движения судна, установленного на стенке камеры шлюза.

Изобретение относится к гидротехнике, а именно к устройствам для гашения энергии водного потока. Гаситель энергии водного потока включает водобойный колодец 3, размещенный между подводящим 1 и отводящим 2 каналами, делитель потока 4, размещенный в конце подводящего канала 1 и разделяющий его на два равных открытых канала 5, 6, сопряженных с диффузорами 7, 8, выходное сечение которых сопрягается тангенциально с камерами 9, 10 спирального в плане очертания.

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для гашения энергии потока воды в нижнем бьефе гидротехнического сооружения. Гаситель содержит водовод 1, кольцевую камеру гашения 3.

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано в качестве вспомогательного водосброса в грунтовом подпорном сооружении для пропуска паводков редкой повторяемости при наличии в составе гидроузла основного водосброса.

Изобретение относится к области противоселевых сооружений, а именно к области активных воздействий на селевые потоки с целью защиты от последних населенных пунктов, промышленных и гражданских сооружений, рекреационно-спортивных объектов и т.д.

Изобретение относится к гидротехническому строительству, а именно для гашении энергии после напорных водоводов в приемном колодце. Устройство для гашения энергии водного потока включает водобойный колодец 1, подводящий водовод 2 и отводящий канал 4. Верхняя часть колодца 1 имеет вид усеченного конуса 3, в полости которого установлены отражатели 5 потока, выполненные несколькими уровнями, установленные большими основаниями в сторону дна 7 колодца 1 и расположенные симметрично оси вертикального колодца 1. Напорная грань отражателей 5 обращена в сторону боковых стенок усеченного конуса 3. Ниже отражателей 5 потока в конце расширения усеченного конуса 3 и на расстоянии от нижнего основания отражателя 5 в стенках усеченного конуса 3 размещены боковые циклогасительные чаши 6. Дно 7 колодца 1 имеет удлинение его в сторону отводящего канала 4. Дополнительная закрытая камера 8 гашения расположена за вертикальной консольной стенкой 9 и дно камеры 8 расположено в одной плоскости с дном 7 колодца 1 и имеет порог 10. Камера 8 гашения в конце имеет перегородку 11 и в плане соединена через выпускное отверстие 12 с отводящей трубой 13 и с отводящим каналом 4. Перегородка 11 предназначена для изменения направления вытекающего потока из выпускного отверстия колодца 1 между вертикальной консольной стенкой 9, что окончательно снижает придонные и поверхностные скорости перед отводящей трубой 13. Таким образом, на всех участках поток интенсивно гасится в целом, достигается высокая степень защиты отводящего канала от динамических воздействий избыточной энергии высокоскоростного потока подводящего водовода, что повышает надежность устройства, сокращает длину отводящего канала и исключает необходимость устройства колодца в нижнем бьефе канала. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх