УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОД АКВАТОРИЙ БУХТ И ЗАЛИВОВ С МНОГОУГОЛЬНОЙ ВНУТРЕННЕЙ ВИНТОВОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ ТРУБОПРОВОДОВ
DEVICE FOR CLEANING OF WATER AREAS OF BAYS AND GULFS WITH MULTIANGULAR INNER SCREW SURFACE OF PIPELINES

Изобретение относится к гидротехнике и, в частности, к устройствам для очистки застойных вод акваторий бухт и заливов водой прибрежных течений, проходящих мимо них транзитом. Может быть использовано для очистки заливов рек путем направления течений в их застойные воды и усиления циркуляции воды в них.
Известна карта (фиг. 1) морских течений Черного моря (htth://blacksea-map/ru/map_black_sea_current_map576665_0_0.htm). На ней видны течения, опоясывающие все Черное море, в том числе показаны течения вблизи берегов со скоростями до 40 см/с проходящие вблизи Геленджикской бухты (фиг. 2), но не заходящие в нее, так же как в Цемесскую и в другие бухты курортных городов Черного моря (Геленджик и его окрестности. Краснодар, 1964, Колесникова А.А., Казицин В.В., Щеглов Д.Е., Геленджик. Справочник-путеводитель, 2 изд. Краснодар, 1969). Поэтому циркуляция воды, например, в Геленджикской бухте замедлена - скорость течений в ней недостаточна - 0,1 мм/с, что отрицательно сказывается на экологическом состоянии этой бухты, накопления загрязнений в виде мусора, наносов и плавающих включений.
Техническим решением является очистка застойных и загрязненных вод акваторий бухт и заливов путем создания внутри них постоянной циркуляции чистой морской воды с помощью предлагаемого изобретения за счет поворота и направления прибрежных течений вглубь их акватории, увеличения скорости искусственно созданных течений с последующим выводом в открытое море этими течениями загрязнений бухт и заливов.
Известно устройство для очистки вод акваторий бухт (патент РФ №2479690, МПК В02В 15/00, опубликовано 20.04.2013, бюл. №11), включающее блок из одного и более изогнутых винтовых трубопроводов, соединенных между собой боковыми сторонами и смонтированных в одном блоке, который закреплен на пути потока прибрежных течений для изменения направления части потоков воды, увеличения их скорости и введения этих потоков в акваторию бухт, при этом каждый винтовой трубопровод выполнен изогнутым под углом от 45° до 170° с многозаходной винтовой поверхностью, снабженной винтовыми канавками внутри и снаружи винтового трубопровода под углом к его оси в виде карманов многоугольной формы в форме различных геометрических фигур с четырьмя и более боковыми сторонами, причем расстояние между прямыми линиями сгиба равно длине каждого элемента многоугольника, при этом карманы по внутренней и наружной поверхностям могут отличаться как по форме, так и размерам по периметру винтового трубопровода, смонтирован из секций, каждая из которых выполнена в виде кругового сектора, изготовленного из полосы, свернутой в кольцо с многогранной поверхностью и образованием разных по размерам четырехугольников с двумя параллельными сторонами, расположенными параллельно друг другу, при этом секции соединены друг с другом свободными сторонами упомянутых четырехугольников в виде пустотелого винтового трубопровода.
Недостатком известного устройства являются ограниченные технологические возможности из-за круговой формы трубопроводов, выполненных из секций в форме круговых секторов, что ограничивает подачу потоков воды внутрь акваторий заливов и бухт.
Технической задачей являются расширения технологических возможностей и обеспечения подачи потоков воды из акваторий моря внутрь акваторий заливов и бухт и отведение этих потоков на удаление от устья бухт и заливов.
Техническое решение достигается тем, что в устройстве для очистки вод акваторий бухт и заливов, с многоугольной внутренней винтовой поверхностью трубопроводов, включающее один и более изогнутых винтовых трубопроводов, соединенных между собой боковыми сторонами и смонтированных в одном блоке, который закреплен на пути потока прибрежных течений для изменения направления части потока воды, увеличения его скорости и введения этих потоков в акваторию бухт и заливов, при этом каждый трубопровод выполнен изогнутым под углом от 45° до 170° с многозаходной винтовой поверхностью, снабженной винтовыми канавками внутри и снаружи винтового трубопровода под углом к его оси в виде карманов многоугольной формы в виде различных геометрических фигур с четырьмя и более боковыми сторонами, каждый винтовой трубопровод выполнен в виде соосно установленных и жестко соединенных между собой пустотелых винтовых барабанов с расположенными по внутреннему периметру карманами в форме различных геометрических фигур, например четырех: конической формы винтовой барабан - приемная секция и двух прямолинейных винтовых барабанов - прямолинейных секций, между которыми жестко вмонтирован пустотелый сектор с углом изгиба 30°-180°, с расположенными по внутреннему их периметру карманов многоугольной формы в форме различных геометрических фигур с четырьмя и более боковыми сторонами, причем приемная секция - конической формы винтовой барабан, выполнена из не менее трех полос трапециевидной формы с разными размерами по ширине, с увеличением их по длине приемной части, скрученных в вертикальной плоскости в продольном направлении относительно собственной оси симметрии полосы и изогнутых по винтовой линии в поперечном направлении на конической оправке, а две пустотелые прямолинейные секции изготовлены в виде многозаходного винтового барабана, по меньшей мере, из одной полосы, согнутой по прямым линиям, размещенным под углом к кромкам полосы, с образованием одинаковых параллелограммов, расположенных на полосе попеременно в противоположные стороны, при этом полоса свернута в цилиндрические витки, соединенные друг с другом по продольным кромкам, с образованием на внутренней поверхности однонаправленных винтовых линий и винтовых карманов многоугольной формы, причем расстояние между прямыми линиями сгиба равно длине каждого элемента многоугольника, при этом форма и размеры карманов могут быть различными как по форме и размерам, так и по периметру прямолинейных секций, а пустотелый сектор изготовлен в виде многозаходного винтового барабана, снабженного винтовыми канавками внутри под углом к его оси, в виде карманов многоугольной формы в виде различных геометрических фигур с четырьмя и более боковыми сторонами, причем расстояние между прямыми линиями сгиба равно длине каждого элемента многоугольника и смонтированого из секций, изготовленных из полосы, свернутой в кольцо, с многогранной поверхностью и образованием разных по размерам четырехугольников с двумя параллельными сторонами, расположенными параллельно друг другу, при этом секции соединены друг с другом свободными сторонами упомянутых четырехугольников в виде пустотелого сектора.
По данным патентно-технической литературы не обнаружено техническое решение, аналогичное заявляемому, что позволяет судить об изобретательском уровне предлагаемого устройства для очистки вод акваторий бухт и заливов с прямоугольной формой внутренней винтовой поверхности трубопроводов.
Новизна заключается в том, что каждый винтовой трубопровод выполнен в виде соосно установленных и жестко соединенных между собой пустотелых винтовых барабанов, каждый винтовой трубопровод выполнен в виде соосно установленных и жестко соединенных между собой пустотелых винтовых барабанов с расположенными по внутреннему периметру карманами в форме различных геометрических фигур, например четырех: конической формы винтовой барабан - приемная секция, и двух прямолинейных винтовых барабанов - прямолинейных секций, между которыми жестко вмонтирован пустотелый сектор с углом изгиба 30°-180°, причем приемная секция - конической формы винтовой барабан, выполнена из не менее трех полос трапециевидной формы с разными размерами по ширине, с увеличением их по длине приемной части, скрученных в вертикальной плоскости в продольном направлении относительно собственной оси симметрии полосы и изогнутых по винтовой линии в поперечном направлении на конической оправке, а две пустотелые прямолинейные секции изготовлены в виде многозаходного винтового барабана по меньшей мере из одной полосы, согнутой по прямым линиям, размещенным под углом к кромкам полосы с образованием одинаковых параллелограммов, расположенных на полосе попеременно в противоположные стороны, при этом полоса свернута в цилиндрические витки, соединенные друг с другом по продольным кромкам, с образованием по наружной поверхности однонаправленных винтовых линий и на внутренней поверхности винтовых карманов многоугольной формы, причем расстояние между прямыми линиями сгиба равно длине каждого элемента многоугольника, при этом форма и размеры карманов могут быть различными как по форме, так и размерам по периметру прямолинейных секций, а пустотелый сектор изготовлен в виде многозаходного винтового барабана, снабженного винтовыми канавками внутри под углом к его оси, в виде карманов многоугольной формы в форме различных геометрических фигур с четырьмя и более боковыми сторонами, причем расстояние между прямыми линиями сгиба равно длине каждого элемента многоугольника и смонтирован из секций, изготовленных из полосы, свернутой в кольцо, с многогранной поверхностью и образованием разных по размерам четырехугольников с двумя параллельными сторонами, расположенными параллельно друг другу, при этом секции соединены друг с другом свободными сторонами упомянутых четырехугольников в виде пустотелого сектора
Новизна заключается также в том, что образование сложной внутренней поверхности конической формы винтового барабана - приемной секции в виде сочетания криволинейных поверхностей, в каждой точке, которой возникают направленные в одну сторону составляющие движения потоков воды, и их закручивание за счет конусности приемной секции позволяет увеличить скорость и мощность потоков воды в двух прямолинейных винтовых барабанах - прямолинейных секций и вмонтированном между ними пустотелом секторе снабженных винтовыми канавками внутри под углом к их оси, в виде карманов многоугольной формы в форме различных геометрических фигур с четырьмя и более боковыми сторонами.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где: на фиг. 1 изображена карта течений Черного моря бухты; на фиг. 2 - карта бухты, например карта побережья Геленджикской бухты; на фиг. 3 - устройство для очистки вод акваторий бухт и заливов в виде блока из шести трубопроводов, смонтированных в три ряда, вид сверху; на фиг. 4 - сечение А-А на фиг. 3; фиг. 5 - один из трубопроводов в сборе из четырех соединенных жестко пустотелых винтовых барабанов, вид сверху на фиг.; 6 - приемная секция - конической формы пустотелый винтовой барабан, вид сбоку; на фиг. 7 - вид А на фиг. 5; на фиг. 8 - одна из полос трапециевидной формы, из которых смонтирована приемная секция - конической формы винтовой барабан, после скручивания в вертикальной плоскости в продольном направлении относительно собственной оси симметрии полосы; на фиг. 9 - полоса трапециевидной формы после сгиба по винтовым линиям на конической оправке; на фиг. 10 - разрез В-В на фиг. 9; на фиг. 11 - одна из прямолинейных секций - пустотелых прямолинейных винтовых барабанов с карманами прямоугольной формы, общий вид; на фиг. 12 - разрез Г-Г на фиг. 11; на фиг. 13 - полоса с размеченными линиями сгиба в виде прямых линий для карманов прямоугольной формы пустотелой прямолинейной секции на фиг. 11; на фиг. 14 - полоса, согнутая по прямым линиям с образованием карманов прямоугольной формы; фиг. 15 - аксонометрическая проекция полосы, свернутой в цилиндрический виток; на фиг. 16 - пустотелый сектор, вид сверху; на фиг. 17 - разрез D-D на фиг. 16; на фиг. 18 - полоса с размеченными прямыми линиями сгиба и линиями обрезки кромок четырехугольников; на фиг. 19 - полоса после обрезки кромок четырехугольников; на фиг. 20 - полоса после обрезки кромок четырехугольников, согнутая по прямым линиям сгиба; фиг. 21 - аксонометрическая проекция полосы, свернутой в кольцо - подсекцию; на фиг. 22 - устройство для очистки вод акваторий бухт и заливов в виде блока из восьми трубопроводов, смонтированных в один ряд, общий вид; на фиг. 23 - карта бухты с смонтированным на пути потока прибрежных течений предлагаемого устройства для очистки вод акваторий бухт и заливов с прямоугольной формой внутренней винтовой поверхности трубопроводов.
Предлагаемое устройство (фиг. 3, фиг. 4) выполнено в виде блока 1 из одного и более изогнутых под углом трубопроводов 2, соединенных между собой боковыми сторонами известными способами, например смонтированных в одном блоке 1, залитом по периметру бетоном в виде пирамиды по всей длине трубопроводов 2. Угол сгиба трубопроводов устройства определяется геометрией устья залива, бухты, а точнее углом между направлением прибрежнего течения моря и касательной к берегу устья бухты, залива, на фиг. 2, например угол β≈60°. Границы блока 1 показаны утолщенными линиями с двумя точками на фиг. 3 и фиг. 4.
Каждый трубопровод 2 выполнен изогнутым под углом 30°-180°. Для примера на фиг. 5 показан трубопровод 2, изогнутый под углом β≈60°, выполненный в виде соосно установленных и жестко соединенных между собой пустотелых винтовых барабанов с расположенными по внутреннему периметру карманами в форме различных геометрических фигур, например четырех: конической формы винтовой барабан - приемная секция 3, и двух прямолинейных винтовых барабанов - прямолинейных секций 4 и 5, между которыми жестко вмонтирован пустотелый сектор 6. Пустотелые винтовые барабаны, например приемная секция 3, прямолинейная секция 4, сектор 6 и прямолинейная секция 5 соединены поочередно друг с другом по линиям стыковки 1-1, II-II, III-III с образованием пустотелого трубопроводов 2 с прямоугольной формой внутренней винтовой поверхности по внутреннему периметру в виде карманов прямоугольной формы.
1
Приемная секция 3 выполнена из не менее трех полос трапециевидной формы, например из шести полос 7, 8, 9, 10, 11, 12 трапециевидной формы (фиг. 6, фиг. 7) с разными размерами по ширине, с увеличением их по длине, скрученных в вертикальной плоскости в продольном направлении относительно собственной оси симметрии полосы, например полоса 7 (фиг. 8), и изогнутых по винтовой линии в поперечном направлении на конической оправке 13 (фиг. 9, фиг. 10). Полосы 7, 8, 9, 10, 11, 12 после сгиба соединяют друг с другом боковыми сторонами известными методами, например сваркой, с образованием по периметру приемной секции 3 конической формы, например шести винтовых линий и внутренних винтовых канавок с переменным, уменьшающимся по длине шагом S, одна из которых 14-15 показана на фиг. 6 и фиг. 7 утолщенной линией.
Приемная секция может быть изготовлена и другим способом.
Приемная секция 3 присоединена жестко к прямолинейной секции 4 известными способами, а также с помощью переходной втулки (на чертежах не показана).
Две пустотелые прямолинейны секции 4 и 6 с карманами многоугольной формы, например прямоугольной формы, (фиг. 11, фиг. 12) изготовлены, по крайней мере, из одной полосы 16, соединенной по продольным кромкам 17 (показаны на фиг. 11 штрихпунктирной линией) известными методами, например сваркой, с образованием по наружной и внутренней поверхностям винтовых линий (на фиг. 11 одна из винтовых линий показана утолщенной линией 18-19-20-21-22-23-24-25-26-27-28-29) и винтовых поверхностей (фиг. 12) прямоугольной формы в виде карманов наружной поверхности 30, 31, 32, 33, 34, 35 и карманов внутренней поверхности 36, 37, 38, 39, 40, 41.
1
2
3
Полоса 16 (фиг. 13, фиг. 14) согнута по прямым линиям 42 под одинаковыми углами α к продольным кромкам 17 полосы 16, размещенных на расстояниях равных длине элементов многоугольника карманов, например для кармана 33 на расстояниях L, L, L.
Полоса 16 после сгиба по прямым линиям (фиг. 13, фиг. 14) свернута в цилиндрические витки (фиг. 15), соединенные друг с другом по продольным кромкам 17 известными методами, например сваркой, в одну из двух прямолинейных секций, например 4 и 6.
Пустотелые прямолинейные секции 4 и 6 могут быть изготовлены и другими способами.
Пустотелый сектор 6 (фиг. 16, фиг. 17) с многогранной винтовой поверхностью по его внутреннему и наружному периметру может быть изготовлен из секций 43 (одна из секций на фиг. 16 выделена сплошными утолщенными линиями), соединенных между собой известными методами, например сваркой, клейкой и т.п., с образованием по наружной и внутренней поверхностям винтовых линий (на фиг. 16 одна из винтовых линий показана утолщенной линией 44-45-46-47-48-49-50-51-52) и винтовых поверхностей многоугольной формы в виде различных геометрических фигур с четырьмя и более боковыми сторонами, например прямоугольник, трапеция, ромб и т.п., в виде (фиг. 17) карманов наружной поверхности 53, 54, 55, 56, 57, 58 и карманов внутренней поверхности 59, 60, 61, 62, 63, 64.
1
2
3
4
5
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
Каждая из секций 43 смонтирована из полосы прямоугольной формы (фиг. 18), на которой размечены прямоугольники «П», по диагоналям которых расположены линии сгиба, проходящие через точки 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88 на расстояниях друг от друга, равных длине полосы прямоугольной формы 89, например как на фиг. 17 на расстоянии L, L, L. Линии сгиба полосы 89 показаны на фиг. 18 утолщенной линией. На полосе 89 размечены также линии обрезки 90 кромок полосы 89, показанных на фиг. 18 штрихпунктирной линией с двумя точками. После разметки по линии обрезки кромок 90 участки полосы 89 (на фиг. 18 эти участки полосы 89 заштрихованы) отрезаются, и полоса 89 приобретает вид, показанный на фиг. 19, у которой линии сгиба полосы 89 разные по длине L, L, L, L, L, L, L, L, L, L, L, L, L, L, L, L, L, L, L, L, L, L, L.
Полоса 89 (фиг. 19) после обрезки кромок прямоугольников по линиям обрезки 90 сгибается по прямым линиям - линиям сгиба 65-88, размещенным под углом β к кромкам полосы 89 (фиг 1.8) с образованием разных по размерам четырехугольников с двумя параллельными сторонами - т.е. по диагоналям, проходящим через точки 65-88 прямоугольников (фиг. 19), параллельных друг другу, и затем сворачивается в кольцо 91 с многогранной поверхностью, как показано на фиг. 21. Поперечные кромки 92 и 93 полосы 89 (фиг. 19, фиг. 20) после сворачивания в кольцо 91 соединяются известными методами, например сваркой, пайкой и т.д., с образованием секции 43 в виде кругового сектора - кольца 91 (фиг. 21).
Таким образом, пустотелый сектор 6 (фиг. 16, фиг. 17) выполнен по периметру в виде многозаходной винтовой поверхности с винтовыми линиями по периметру пустотелого сектора 6, одна из винтовых линий показана на фиг. 16 утолщенной линией 44-45-46-47-48-49-50-51-52 и винтовыми канавками внутри и снаружи сектора 6 в виде карманов прямоугольной формы, под углом к его оси.
Пустотелый сектор 6 (фиг. 16, фиг. 17) с прямоугольной (многоугольной) формой внутренней винтовой поверхности по его внутреннему и наружному периметру с образованием карманов многоугольной формы может быть изготовлен и другими способами.
Таким образом, изогнутый пустотелый сектор 6 (фиг. 16) изготовлен с многозаходной винтовой поверхностью и винтовыми линиями, а также с винтовыми канавками внутри в виде карманов многоугольной формы под углом к их продольной оси.
4
5
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
Изогнутый криволинейной формы пустотелый сектор 6 (фиг. 16) с прямоугольной формой внутренней винтовой поверхности по его внутреннему и наружному периметру и образованием по его внутренней поверхности карманов прямоугольной формы и однонаправленных многозаходных винтовых линий может быть изготовлен и иным способом. Угол поворота сектора 6 может регулироваться в диапазоне 30°-180° путем изменения ширины полосы 89, прямоугольников «П» и изменения соотношения длин линий сгиба L, L, L, L, L, L, L, L, L, L, L, L, L, L, L, L, L, L, L, L, L, L, L.
На фиг. 22 показан блок 1 из восьми трубопроводов 2, смонтированных в один ряд и соединенных между собой боковыми сторонами известными способами и залитыми бетоном, т.е. выполненными в виде широкой плиты. Такие блоки можно устанавливать в бухты, где достаточно большая ширина входа в бухту. Они будут занимать не более 1.5% входа в бухту и не препятствуют судоходству. Расчеты показывают, что для очистки воды вдоль берегов Геленджикской бухты достаточно на пути движения потоков течений смонтировать блок 1 из восьми трубопроводов 2 в один ряд. Примерная схема расчета прилагается.
На фиг. 23 представлена карта бухты со смонтированным на пути прибрежных течений предлагаемым устройством для очистки вод акваторий бухт и заливов с криволинейной внутренней винтовой поверхностью трубопроводов и указанием направления движения потоков воды прибрежных течений моря внутри бухты. Такие блоки можно устанавливать в бухты, где достаточно большая ширина входа в бухту, например в Геленджикской бухте ширина входа 1800 м.
Технико-экономические преимущества возникают за счет поворота и направления потоков прибрежных течений в акваторию бухт и заливов с помощью предлагаемого устройства, включающего трубопровод выполнен в виде соосно установленных и жестко соединенных между собой пустотелых винтовых барабанов с прямоугольной формой внутренней поверхности, например четырех: конической формы винтовой барабан - приемная секция, и двух прямолинейных винтовых барабанов - прямолинейных секций, между которыми жестко вмонтирован пустотелый сектор с углом изгиба 30°-180°, который закреплен на пути потока прибрежных течений, изменяет направление части потоков воды прибрежных течений и направляет их в акваторию бухт и заливов со скоростью, равной скорости прибрежных течений, что усиливает циркуляцию воды, положительно сказывается на экологическом состоянии бухт и заливов, выводит накопленные загрязнения, мусор, наносы и плавающие включения в открытое море. Технико-экономические преимущества заключаются также в том, что приемная секция трубопровода изготовлена конической, что обеспечивает движения потоков воды и их закручивание за счет конусности приемной секции и позволяет увеличить в трубопроводе скорость и мощность потоков воды также в последующих двух прямолинейных винтовых барабанах - прямолинейных секциях и вмонтированном между ними пустотелом секторе.