RU2718803C1 - Water flow energy absorber - Google Patents

Abstract

FIELD: hydraulic engineering.

SUBSTANCE: power dissipator relates to hydraulic engineering and can be used for water flow quenching after pressure water lines in a water well shaft. Energy damper comprises water line 1, inlet branch pipe 2, vertical well 3 equipped in upper part inside with taper spreader 4 with perforated holes in walls along its entire height. Outlet of vertical well 3 is connected with additional damping chamber 5 equipped in upper part with annular horizontal shelf 6. Bottom of chamber 5 is equipped with discharge pipeline 9 for water discharge. In quenching chamber 5 there is additionally located a vertical cantilever wall 8 with a gap below the bottom of the outlet hole of pipeline 9. Vertical inner walls of well 3 and external vertical walls of spreader 4 are equipped with spreaders 10, which are installed at an angle to vertical to opposite walls of them and form working chambers between walls of housing and perforated walls of spreader 4. Working chambers in the upper part of well 3 form a collector located between the side walls of well 3 and spreader 4. Spreaders 10 are staggered and made in the form of corrugated sheets with acute-angled vertices and recesses, at that vertices and recesses of each lower spreader 10 are shifted by half-step relative to tops above spreader 10.

EFFECT: technical result consists in improvement of efficiency of dissipating outlet and mixing of water in upper part of vertical well, further, water discharge into the quenching chamber with the annular horizontal flange and the vertical cantilever wall with a gap, which allows to simplify the design and to ensure reduction of bottom speeds in the flow.

3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для гашения водного потока после напорных водоводов в водобойном колодце.The invention relates to hydraulic engineering and can be used to extinguish a water stream after pressure pipes in a water well.

Известно устройство для гашения энергии потока, включающее водобойный колодец, расположенный под вертикальным выходным участком напорного водовыпуска круглого поперечного сечения, гаситель энергии потока, установленный над его дном соосно с выходным участком напорного водовыпуска, при этом гаситель энергии потока выполнен в виде круглой решетки с радиально расположенными стержнями (Авторское свидетельство SU №1392189, Е02В 8/06 от 30.04.1988).A device for absorbing flow energy is known, including a water well located under a vertical output section of a pressure head water outlet of circular cross section, a flow energy absorber installed above its bottom coaxially with the output section of a pressure water outlet, wherein the flow energy absorber is made in the form of a circular grating with radially arranged rods (Copyright certificate SU No. 1392189, ЕОВВ 8/06 dated 04/30/1988).

Недостатком известного гасителя является низкая эффективность гашения при расщеплении струи с последующей аэрацией потока, что не приводит к концентрации расхода в колодце при выходе его в отводящий канал, в результате местные скорости сохраняют высокие значения на большом расстоянии от гасителя, что приводит к размыву дна канала у гасителя. Кроме того, наличие всплесков смешивающихся потоков, а также неравномерность распределения по сечению колодца расхода, образующегося при его смешении, который должен бы гаситься круглой решеткой, недостаточно эффективно в работе гасителя энергии потока, т.е. сохраняются большие волнения водной поверхности, как в водобойном колодце, так и по длине отводящего канала.A disadvantage of the known damper is the low damping efficiency when splitting the jet followed by aeration of the flow, which does not lead to a concentration of flow in the well when it enters the outlet channel, as a result, local velocities maintain high values at a large distance from the damper, which leads to erosion of the channel bottom at quencher. In addition, the presence of bursts of miscible flows, as well as the uneven distribution over the cross section of the well of the flow resulting from its mixing, which should be extinguished by a round lattice, are not effective enough in the operation of the flow energy absorber, i.e. large disturbances of the water surface are preserved, both in the water well and along the length of the outlet channel.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является гаситель энергии водного потока, включающий горизонтальный участок водовода, кольцевую камеру гашения, экран выпуклостью вверх, вертикальный впускной патрубок, установленный в конце водовода, камера имеет прикрепленные к ее внутренней поверхности выступы-ограничители, экран выполнен с возможностью вертикального перемещения, при этом экран установлен соосно-впускному патрубку, водобойный колодец, впускной патрубок снабжен насадком, который снабжен цилиндром, установленным на наружной стенке насадка со стороны большего диаметра с возможностью осевого перемещения, конусным растекателем, установленным во внутренней полости насадка соосно с ней и с кольцевым зазором, при этом в полости между внутренней стенкой насадка и наружной стенкой конусного растекателя установлены направляющие пластины под углом к оси конусного растекателя, на одинаковом расстоянии одна от другой, причем угол наклона направляющих пластин к оси конусного растекателя больше угла наклона образующей конусного растекателя, кроме того, колодец имеет внутреннюю кольцевую горизонтальную полку, закрепленную ниже конусного растекателя с кольцевым зазором и размещенную выше выпускного отверстия отводящего трубопровода (Патент RU №2660931, Е02В 8/06 от 11.07.2018).The closest in technical essence to the proposed one is a water flow energy absorber, including a horizontal section of the water conduit, an annular extinguishing chamber, a convex upward screen, a vertical inlet pipe installed at the end of the water conduit, the chamber has protruding tabs attached to its inner surface, the screen is configured to vertical movement, while the screen is installed coaxial inlet pipe, water well, the inlet pipe is equipped with a nozzle, which is equipped with a cylinder, installed axially displaced on the outer wall of the nozzle from the larger diameter side with the possibility of axial displacement, installed in the inner cavity of the nozzle coaxially with it and with an annular gap, while guide plates are installed in the cavity between the nozzle inner wall and the outer wall of the conical distributor at an angle to the axis conical spreading device, at the same distance from one another, and the angle of inclination of the guide plates to the axis of the conical spreading device is greater than the angle of inclination of the generatrix of the conical spreading device, except t first, the well has an inner annular horizontal shelf fixed below rastekatelya conical annular gap and disposed above the outlet of the discharge pipe (Patent RU №2660931, E02V 8/06 from 11.07.2018).

Недостатком известного гасителя энергии водного потока является сложность устройства насадка с возможностью осевого перемещения на его наружной поверхности цилиндра с конусным растекателем, а значит, недостаточная эффективность его эксплуатации, а также недостаточный рассеивающий выпуск потока при соударении в сторону кольцевой горизонтальной полки в колодце. Кроме того, усложняется конструкция крепления конусного растекателя из-за необходимости перемещения его с помощью насадка ограниченного направляющих пластин, существует возможность его заклинивания при перемещениях, в случае перекосов, так как усилие со стороны боковых стенок может меняться не равномерно.A disadvantage of the known water flow energy absorber is the complexity of the nozzle device with the possibility of axial movement on its outer surface of the cylinder with a conical spreading device, which means that its operation efficiency is insufficient, as well as insufficient scattering flow outlet when impacting towards the horizontal annular shelf in the well. In addition, the mounting structure of the conical spreading device is complicated due to the need to move it with the help of the nozzle of the limited guide plates, it is possible to jam during movement, in case of distortions, since the force from the side of the side walls may not vary uniformly.

Следует понимать, что при нестационарным понимается поток жидкости, в котором расход (скорость) изменяются во времени. К нестационарным течениям относятся 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.It should be understood that when unsteady is understood the fluid flow in which the flow rate (speed) change over time. Unsteady flows include transients, in which the flow rate varies from one steady state to another. In the particular case, the flow rate changes from zero to the steady-state maximum value diverted to the outlet conduit.

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 отсутствие сглаживание воды потока в колодце. Кроме того, эффект гашения в известном гасителе несколько понижается в сторону падения на поверхность воды в колодце, т.е. отсутствует соударений струй потока между собой в верхней части колодца, а это не делает камеру колодца экономичнее.Thus, if there is an accumulation of energy in the well in the form of turbulent mixing of the liquid, an unsteady period of the transition process occurs. This process of the formation of an unsteady movement can adversely affect the absence of smoothing of the flow water in the well. In addition, the quenching effect in the known absorber is somewhat reduced towards falling on the surface of the water in the well, i.e. there is no collision of the flow jets with each other in the upper part of the well, and this does not make the well chamber more economical.

Технический результат заключается в повышении эффективности работы рабочей камеры снабженной рассекателями, установленными под углом к вертикали противоположных стенок колодца и перфорированными стенками растекателя и рассеивающего выпуска воды в дополнительную камеру гашения с кольцевой горизонтальной полкой с зазором, упрощение конструкции и снижение придонных скоростей в потоке.The technical result is to increase the efficiency of the working chamber equipped with dividers installed at an angle to the vertical of the opposite walls of the well and perforated walls of the spreader and diffusing water discharge into the additional quenching chamber with an annular horizontal shelf with a gap, simplifying the design and reducing bottom velocities in the stream.

Технический результат достигается тем, что гаситель энергии водного потока, характеризующийся тем, что он имеет горизонтальный участок водовода в виде подводной трубы, в конце которого размещен вертикальный впускной патрубок, колодец снабжен прикрепленным конусным растекателем, установленным внутри колодца с кольцевым зазором между внутренними стенками колодца, последний имеет внутреннюю кольцевую горизонтальную полку, размещенную выше выпускного отверстия отводящего трубопровода, согласно изобретения, корпус конусного растекателя имеет дополнительно перфорированные отверстия в стенках по всей его высоте, вертикальные внутренние стенки колодца и внешние вертикальные стенки растекателя снабжены рассекателями, установленными под углом к вертикали к противоположным стенкам их, и образуют рабочие камеры между стенками корпуса и перфорированными стенками растекателя, причем рассекатели расположены в шахматном порядке и направлены, внутрь рабочих камер вниз по ходу движения потока воды, причем перфорированные стенки расстекателей выполнены в виде гофрированных листов с остроугольными вершинами и впадинами, при этом вершины каждого ниже расположенного рассекателя смещены на полшага относительно вершины выше расположенного рассекателя.The technical result is achieved by the fact that the damper energy of the water stream, characterized in that it has a horizontal section of the water pipe in the form of a submarine pipe, at the end of which there is a vertical inlet pipe, the well is equipped with an attached conical spreader installed inside the well with an annular gap between the inner walls of the well, the latter has an inner annular horizontal shelf located above the outlet of the outlet pipe, according to the invention, the body of the conical spread I have additionally perforated holes in the walls along its entire height, the vertical inner walls of the well and the external vertical walls of the breeder are equipped with dividers installed at an angle to the vertical to their opposite walls, and form working chambers between the walls of the housing and the perforated walls of the breeder, and the dividers are located in staggered and directed, inside the working chambers downstream of the flow of water, and the perforated walls of the crackers are made in the form of corrugated sheets with acute-angled peaks and troughs, while the vertices of each below the located divider are shifted by half a step relative to the vertices above the located divider.

Кроме того, рассекатели закреплены к боковым стенкам колодца и растекателя с помощью уголковых опорных фланцев.In addition, the dividers are fixed to the side walls of the well and the spreader with the help of corner support flanges.

Кроме того, дополнительная камера гашения колодца снабжена вертикальной консольной стенкой с зазором, размещенную ниже дна выпускного отверстия отводящего трубопровода.In addition, the additional chamber for extinguishing the well is provided with a vertical cantilever wall with a gap located below the bottom of the outlet of the outlet pipe.

Выполнения гасителя из взаимосвязанных элементов способствует гашению энергии за счет устройства растекателя с перфорированными стенками по всей его высоте, который помещен вовнутрь колодца, снабженных рассекателями под углом к их стенкам и образующих рабочую камеру гашения, причем рассекатели расположены в шахматном порядке и направлены вниз по ходу движения потока воды, причем стенки рассекателя выполнены в виде гофрированных листов с остроконечными вершинами и впадинами, при этом вершины каждого ниже расположенного рассекателя смещены на полшага относительно вершин выше расположенного рассекателя. Кроме того, дополнительно поддерживается разность высот воды в дополнительной камере гашения колодца и отводящем лотке за счет вертикальной консольной подпорной стенки в дополнительной камере гашения, размещенной ниже дна выходного отверстия отводящего трубопровода.The implementation of the damper from interconnected elements contributes to the suppression of energy due to the device spreading with perforated walls along its entire height, which is placed inside the well, equipped with dividers at an angle to their walls and forming a working extinction chamber, and the dividers are staggered and directed downward water flow, moreover, the walls of the divider are made in the form of corrugated sheets with peaked peaks and troughs, while the vertices of each lower located divider with placed half a step relative to the peaks above the divider. In addition, the water height difference is additionally maintained in the additional chamber damping chamber and the outlet tray due to the vertical cantilever retaining wall in the additional damping chamber located below the bottom of the outlet opening of the outlet pipe.

На чертеже изображена схема гасителя энергии водного потока, разрез.The drawing shows a diagram of the damper energy of the water flow, section.

Гаситель энергии водного потока включает водовод 1 с выпускным вертикальным патрубком 2. Выпускной вертикальный патрубок 2 соединен с водобойным вертикальным колодцем 3, в котором в средней части размещен конусный растекатель с перфорированными стенками корпуса 4. Центральная камера между стенками колодца 3 и растекателя 4, являющаяся коллектором, образована перфорированными стенками с отверстиями меньшей величины крупных частиц наносов, поступающих с водой. Корпус верхней части колодца 3 соединен с нижней частью дополнительной камеры гашения 5 его, полость которой образована насадком в виде горизонтальной кольцевой полки 6, ориентированной ниже конусного растекателя 4, который с зазором расположен выше выходного отверстия 7 вертикального колодца 3 выпуска воды. Корпус вертикального колодца 3 внизу соединен с дополнительной камерой 5 гашения, в которой дополнительно также расположена вертикальная консольная стенка 8 с зазором ниже дна выпускного отверстия трубопровода 9. На внутренних стенках колодца 3 и наружных перфорированных стенках растекателя 4 выполнены в шахматном порядке рассекатели 10. Рассекатели установлены под углом к вертикали и направлены внутрь рабочих камер вниз по ходу потока воды. Рассекатели 10 представляют собой гофрированные листы с остроугольными вершинами и впадинами, при этом вершины каждого нижерасположенного растекателя смещены на полшага относительно вершин выше расположенного рассекателя. Рассекатели 10 закреплены к стенкам корпусов любым известным способом, например, с помощью угольных опорных фланцев 11 для жесткости.The water flow energy absorber includes a water conduit 1 with a vertical outlet pipe 2. A vertical outlet pipe 2 is connected to a vertical water well 3, in which a conical spreading device with perforated walls of the housing 4 is located in the middle part. The central chamber between the walls of the well 3 and spreading device 4, which is a collector formed by perforated walls with holes of a smaller size of large particles of sediment entering with water. The body of the upper part of the well 3 is connected to the lower part of the additional extinguishing chamber 5, the cavity of which is formed by a nozzle in the form of a horizontal annular shelf 6, oriented below the conical spreading device 4, which with a gap is located above the outlet 7 of the vertical well 3 of the water outlet. The case of the vertical well 3 at the bottom is connected to an additional blanking chamber 5, in which there is also a vertical cantilever wall 8 with a gap below the bottom of the outlet of the pipe 9. On the inner walls of the well 3 and the outer perforated walls of the spreader 4, the dividers are staggered 10. The dividers are installed at an angle to the vertical and directed into the working chambers downstream of the water flow. Dividers 10 are corrugated sheets with acute-angled peaks and troughs, while the vertices of each downstream spreader are shifted half a step relative to the vertices above the spaced divider. The dividers 10 are fixed to the walls of the housings in any known manner, for example, using carbon support flanges 11 for rigidity.

Гаситель энергии водного потока работает следующим образом.The energy absorber of the water stream operates as follows.

Вода поступает в водовод 1, проходит через выпускной патрубок 2 и, поступая на конусный растекатель 4, делится на несколько частей потока воды, один из которых пронизывает в поперечном направлении перфорированные боковые стенки с отверстиями корпуса растекателя 4 и заполняет его полость. Другая часть потока воды, разбиваясь на множество искривленных по высоте потоков воды, достигнув сначала первого ряда рассекателей 10, перемешивается между собой (частично гасится) и поступает на следующий ряд рассекателей 10, вершины которых сдвинуты на полшага относительно вершин рассекателей предыдущего ряда. Здесь поток воды снова разбивается на отдельные струи, перемешивается и отбрасывается в сторону противоположной стенки, и так далее. Практически погашенный вертикальный поток воды в районе выхода в дополнительную камеру гашения 5 соединяется вместе и соударяется в ней в толще воды с прикрепленной в нижней части кольцевой горизонтальной полки бис вертикальной консольной стенкой 8 с расположенной ниже дна выпускного отверстия отводящего трубопровода 9. В результате этого процесса происходит окончательное гашение потока воды.Water enters the water conduit 1, passes through the outlet pipe 2 and, entering the conical spreader 4, is divided into several parts of the water flow, one of which perforates the perforated side walls with holes of the spreader 4 body in the transverse direction and fills its cavity. The other part of the water flow, breaking up into many water-flow curved along the height, reaching first the first row of dividers 10, mixes with each other (partially extinguishes) and enters the next row of dividers 10, the vertices of which are shifted by half a step relative to the vertices of the dividers of the previous row. Here, the water flow is again divided into separate streams, mixed and discarded towards the opposite wall, and so on. A practically quenched vertical water flow in the area of exit to the additional quenching chamber 5 is connected together and collides in it in the water column with a vertical cantilever wall 8 attached to the bottom of the annular horizontal shelf 8 with the outlet pipe 9 located below the bottom of the outlet. As a result of this process, final quenching of the flow of water.

Оригинальность конструктивного решения подтверждается объединением действия растекателя с перфорированными стенками с заполнением полости его корпуса водой и наличия турбулентности смешения потока воды при прохождении камер коллектора по вертикали, улучшения эффективности гашения в верхней части колодца.The originality of the constructive solution is confirmed by the combination of the action of the spreading device with perforated walls with filling the cavity of its body with water and the presence of turbulence in mixing the water flow when the collector chambers pass vertically, improving the efficiency of quenching in the upper part of the well.

Таким образом, исходя из взаимосвязи и взаимодействия основных узлов гасительного сооружения, повысит эффективность гашения избыточной кинетической энергии воды непосредственно в верхней части колодца, а затем окончательно в нижней части дополнительной камере гашения, являющейся продолжением водобойного колодца и, как следствие, повышает эффективность работы рассеивающего выпуска воды в зоне конусного рассекателя, далее выпуска воды в камеру гашения дна водобойного колодца, в которой расположена кольцевая горизонтальная полка с зазором и консольная стенка с зазором к ее дну. Это позволяет упростить его конструкцию и уменьшить общую металлоемкость гасителя без подвижных элементов узла, при этом снижаются придонные скорости в потоке для конкретных условий.Thus, based on the interconnection and interaction of the main nodes of the quenching structure, it will increase the efficiency of quenching the excess kinetic energy of water directly in the upper part of the well, and then finally in the lower part of the additional quenching chamber, which is a continuation of the water well and, as a result, increases the efficiency of the scattering outlet water in the zone of the cone divider, then the water is released into the quench chamber of the bottom of the water well, in which there is an annular horizontal shelf with Oromo and cantilevered wall with a gap to the bottom of it. This makes it possible to simplify its design and reduce the total metal consumption of the absorber without moving elements of the assembly, while bottom flow rates for specific conditions are reduced.

Claims (3)

1. Гаситель энергии водного потока, характеризующийся тем, что он имеет горизонтальный участок водовода в виде подводной трубы, в конце которого размещен вертикальный впускной патрубок, колодец снабжен прикрепленным конусным растекателем, установленным внутри колодца с кольцевым зазором между внутренними стенками колодца, последний имеет внутреннюю кольцевую горизонтальную полку, размещенную выше выпускного отверстия отводящего трубопровода, отличающийся тем, что корпус конусного растекателя имеет дополнительно перфорированные отверстия в стенках по всей его высоте, вертикальные внутренние стенки колодца и внешние вертикальные стенки растекателя снабжены рассекателями, установленными под углом к вертикали к противоположным стенкам их, и образуют рабочие камеры между стенками корпуса и перфорированными стенками растекателя, причем рассекатели расположены в шахматном порядке и направлены внутрь рабочих камер вниз по ходу движения потока воды, причем перфорированные стенки расстекателей выполнены в виде гофрированных листов с остроугольными вершинами и впадинами, при этом вершины каждого ниже расположенного рассекателя смещены на полшага относительно вершины выше расположенного рассекателя.1. A water flow energy absorber, characterized in that it has a horizontal section of a water conduit in the form of an underwater pipe, at the end of which a vertical inlet pipe is placed, the well is equipped with an attached conical spreader installed inside the well with an annular gap between the inner walls of the well, the latter has an inner annular a horizontal shelf located above the outlet of the discharge pipe, characterized in that the body of the conical spreading device is additionally perforated from Holes in the walls along its entire height, the vertical internal walls of the well and the external vertical walls of the breeder are equipped with dividers installed at an angle to the vertical to their opposite walls, and form working chambers between the walls of the housing and the perforated walls of the breeder, and the dividers are staggered and directed inside the working chambers downstream of the water flow, and the perforated walls of the crackers are made in the form of corrugated sheets with acute-angled peaks and troughs while the vertices of each below the located divider are shifted by half a step relative to the vertices above the located divider. 2. Гаситель по п.1, отличающийся тем, что рассекатели закреплены к боковым стенкам колодца и растекателя с помощью уголковых опорных фланцев.2. The damper according to claim 1, characterized in that the dividers are fixed to the side walls of the well and the spreader with the help of corner support flanges. 3. Гаситель по п.1, отличающийся тем, что дополнительная камера гашения колодца снабжена вертикальной консольной стенкой с зазором, размещенной ниже дна выпускного отверстия отводящего трубопровода.3. The damper according to claim 1, characterized in that the additional chamber for extinguishing the well is provided with a vertical cantilever wall with a gap located below the bottom of the outlet of the outlet pipe.

Images