ВОДОЗАБОРНОЕ ОЧИСТИТЕЛЬНОЕ СООРУЖЕНИЕ
WATER PURIFICATION INTAKE FACILITY

Изобретение относится к гидротехнике, а именно к сооружениям для комплексной очистки воды от влекомых и части взвешенных наносов при водозаборе в каналы, трубы и аванкамеры насосных станций.
Известно устройство для осветления воды, содержащее корпус с отводящим каналом, спиральную камеру, расположенную внутри корпуса и выполненную в виде переливной стенки, подводящий канал, подключенный к входу к спиральной камере, и промывной трубопровод, подключенный к промывному отверстию в дне спиральной камеры, при этом водопереливная стенка очерчена по витку спирали Архимеда в пределах угла поворота радиус-вектора, а промывное отверстие расположено в полюсе этой спирали (Авторское свидетельство SU №1330254, E02B 8/02 от 15.08.1987).
Недостаток данного устройства обусловлен его сложной конструкцией, включающей водосливную стенку, очерченную по спирали Архимеда в пределах угла поворота, и сложностью ее гидравлического расчета. Низкая надежность работы проявляется в том, что взвешенные наносы фракций, перераспределяясь в плане, частично во взвешенном состоянии могут поступать через переливную стенку в корпус и далее к потребителю. Это, в первую очередь, требует, чтобы было постоянство перелива воды, однако, в процессе работы сооружения, происходит частое изменение расходов в подводящем канале. В случае насыщенности потока в большом количестве влекомыми и взвешенными наносами, промывное отверстие не справляется с их промывкой, и происходит частичный завал по ширине камеры. В результате этого увеличивается наполнение в кольцевой камере, и наносы могут попадать через переливную стенку к потребителю, т.е. высота стенок переливной не рассчитана на такой гидравлический режим ее работы, соответственно, гидравлическая структура в камере меняется. В этом случае более мелкие наносы начнут поступать в отводящий трубопровод к потребителю. Таким образом, известное сооружение не позволяет полностью защитить канал чистой воды от части взвешенных наносов. Задача в известном устройстве решается только в одном техническом цикле, защита от донных наносов при определенном расчетном расходе.
Известно рыбозащитное устройство, включающее цилиндрическое в плане камеру с отводящим водоводом, в которой концентрично установлена кольцевая стенка с сетчатой верхней частью, подводящий водовод, размещенный касательно к внутренней поверхности стенки, и рыбоотвод, подключенный к центру камеры, причем рыбозащитная кольцевая стенка имеет ломаное очертание, образованное поочередно расположенными и спиралеобразными участками (Авторское свидетельство SU №1011775, E02B 8\02 от 15.04.1983).
К недостаткам известного устройства относятся: образование в районах сопряжения 4 и спиралеобразных 5 участков стенки 3 застойных непромываемых участков для скопления примесей, где возможны донные отложения, нарушающих функционирование устройства; травмирование в результате соударения и соприкосновении с механическими примесями и сором - молоди рыб при направлении ее к центральному отверстию в дне камеры 1 и транспортировке ее по рыбоотводу 7; непредусмотренность постоянной или периодической очистки верхней сетчатой части кольцевой стенки 3; постоянные затраты энергии для отвода молоди рыб обратно в водоисточник.
Наиболее близким к предлагаемому по назначению, технической сущности и достигаемому результату является отстойник, включающий служащую для сбора наносов приемную отстойную камеру, имеющую наклонное дно, перегородку с окном в нижней части, делящей камеру на две секции и сбросной коллектор (Авторское свидетельство SU №1350242, E02B 8/02 от 07.11.1987).
Недостатки известного устройства: периодическая подача воды потребителю по отводящему патрубку 15, которая периодически прерывается на время промывки отстойника посредством задействования восходящей 7 и нисходящей 9 ветви сифона 8. В результате в трубопроводах с чистой водой создаются воздушные пробки, снижающие эффективность в работе известного устройства и тем самым затрудняющие водоснабжение; завал выходного отверстия восходящей ветви 7 сифона 8 скопленными наносами в конусной части отстойника у окна 5 и естественная кольматация их, что может препятствовать включению в работу сифона 8 (во-первых) и привести к недостаточности всасывающего усилия сифона 8 для поднятия наносной массы на всю высоту восходящей ветви 7 сифона 8, т.е. на высоту от входного отверстия сифона 8 вплоть до капора 10.
Известны также, например, гидроциклоны и пескогравиеловки SU: №№184187, 367895, 544473, 816558, 823647, 882942, 869998, 106552, 1392188, 1456234, 1546547; RU №2532276.
Однако известные устройства сложны, обусловленные многочисленными элементами, непрактичными в изготовлении. Что не позволяет обеспечить надежную продолжительную работу устройства в ходе эксплуатации.
Технической задачей изобретения является повышение эффективности непрерывной очистки воды от донных и взвешенных наносов.
Техническая задача решается тем, что водозаборное очистительное сооружение, включающее служащую для сбора наносов приемную отстойную камеру, имеющую наклонное дно, перегородку с окном в нижней части, делящей камеру на две секции, сбросной коллектор, приемная отстойная камера состоит из комплекта вибрирующих решеток, имеющих уклоны с разными размерами просветов между стержнями решетки, уменьшающимися от верхней решетки к нижней, при этом решетки установлены обращенными в сторону наносопромывного щелевого отверстия в боковой стенке камеры, размер щелевого отверстия равен максимальному диаметру влекомых наносов и имеет выход с внешней стороны камеры, при этом вторая секция камеры в верхней части снабжена дополнительно гасительной решеткой.
Кроме того, нижняя вибрирующая решетка свободным концом оперта на горизонтальную полку, расположенную ниже наносопромывного отверстия в боковой стенке камеры.
Такое выполнение водозаборного очистительного сооружения позволит потоку, обогащенному наносами, за счет того, что наиболее крупные фракции, попадая на вибрационные решетки (набора в виде комплекта), смываются в наносопромывное щелевое отверстие, а другие более мелкие фракции как бы просеиваются через просветы (щели) вибрационных решеток, состоящих из комплекта, при этом вторая секция камеры в верхней части снабжена дополнительно гасительной решеткой.
При этом более мелкие взвешенные наносы поступают на дно отстойной камеры, которые не задерживаются устройством, а поступают в приямок камеры и выносятся также ускоренно в отводящее отверстие с коллектором (отсутствует кольматация слоя взвешенных наносов). Кроме того, «просеивание» и выпадение взвешенных наносов облегчает промывку наносов через донное отверстие в наносоотводящий коллектор на дне камеры. При этом вода заполняет вторую секцию камеры, гасится полностью за счет дополнительной горизонтальной решетки, фильтруется через нее, и чистая вода направляется в верхний отводящий трубопровод (канал) к потребителю. По сравнению с прототипом предложенное устройство работает в режиме непрерывной подачи осветленной воды потребителю, а сброс ее для промывки наносов происходит поэтапно по высоте камеры с минимальными промывными расходами из-за активного смыва крупных и средних наносов с помощью устройства вибрационных решеток, размещенных с уклоном в сторону наносопромывного щелевого отверстия в боковой стенке камеры, соответственно, идет смыв и взвешенных наносов с минимальными расходами воды через приямок донного промывного отверстия в коллектор.
Наличие комплекта вибрационных решеток с различными просветами (щелями) и связь с элементами сооружения улучшает гидравлические характеристики расщеплением высокоскоростного потока на отдельные падающие струйки в зависимости от просветов между стержнями вибрирующих решеток и смыв влекомых и взвешенных наносов поэтапно, что позволяет повысить надежность сооружения. Пульсационная водная поверхность во второй секции камеры сглаживается и гасится наличием в верхней ее части закрепленной фильтрующей горизонтальной решетки (просветы между стержнями задаются гидравлическим расчетом), что способствует осаждению взвешенных наносов на наклонное дно камеры и защиту от плавающего мусора. В целом конструкция проста, в результате чего снижаются затраты на ее эксплуатацию, отсутствует завал наносами на дне отстойной камеры. В этих случаях возникает разработка устройств и необходимость поэтапно проводить смыв наносов по отдельным взятым фракциям наносов, ибо в противном случае донное наносопромывное отверстие не в состоянии выполнять свою основную функцию, так как оно быстро заносится накапливанием разными фракциями наносов и кольматируется плотным трудносмываемым слоем.
Оснащение водозаборного очистительного сооружения новыми элементами устройств в качестве защитных из пакета решеток в отстойнике гарантирует эффективную борьбу с влекомыми и взвешенными наносами при минимуме затрат воды на промыв наносов, т.е. происходит эффективный двухэтапный способ очистки воды от наносов.
Подобное исполнение водозаборного очистительного сооружения, по мнению автора, ранее не было известно и отвечает критерию «существенные отличия».
На фиг. 1 изображено водозаборное очистительное сооружение, общий вид; на фиг. 2 - деталь самоочищаемой вибрирующей решетки.
Водозаборное очистительное сооружение включает приемную отстойную камеру 1, которая перегородкой 2 разделена на две секции 3 и 4, связанные окном 5, выполненном в нижней части перегородки 2. В секции 3, обращенной к подводящему водоводу 6 камеры 1, выполнены гасительные устройства в виде комплекта вибрирующих решеток 7, 8 и 9, имеющих уклоны с разными размерами просветов, уменьшающимися от верхней решетки 7 к нижней 8 и 9, которые установлены по высоте относительно друг друга соосно промывному отверстию 10 с коллектором 11.
Комплект вибрирующих решеток 7, 8 и 9 верхними концами прикреплен шарнирно к перегородке 2, а свободные (нижние) концы каждой из решеток 7, 8 и 9 опираются на поперечные стержни - опоры 12, 13 и 14, закрепленные в стенках камеры 1. При этом вибрирующие решетки 7, 8 и 9 перекрывают всю площадь поперечного сечения секции 3 камеры 1, и свободные концы их обращены в сторону наносопромывного щелевого отверстия 15 в боковой стенки секции 3 камеры 1.
Наносопромывное щелевое отверстие 15 связано с коллектором 16, имеющим выход с внешней стороны камеры 1. При этом решетки 7, 8 и 9 выполнены с уклоном из условия обеспечения транспорта влекомых наносов поверху вместе с промывной водой, характерный размер которых превышает размер просвета (ячейки) между стержнями решетки, благодаря колебательным движениям свободных концов решеток 7, 8 и 9.
Нижняя решетка 9 свободным концом дополнительно оперта на горизонтальную полку 17, закрепленную ниже наносопромывного щелевого отверстия 15. В секции 4 камеры 1 закреплена в верхней части дополнительно горизонтальная решетка 18. В верхней части камеры 1 с внешней стороны отводящая труба 19 жестко установлена в колодце 20 таким образом, что ее выходной конец 21 затоплен под уровень. За отводящей трубой 19 находится трубопровод 22 (или канал) водохозяйственной системы - потребителя очищенной воды.
Дно отстойной камеры 1 выполнено с уклоном в сторону приямка с промывным отверстием 10, стенки которого устраиваются под углом α=45-60°.
Водозаборное очистительное сооружение работает следующим образом.
Вода вместе с наносами из подводящего водовода 6 поступает в секцию 3. Наносы попадают вначале на верхнюю вибрирующую решетку 7. В течение вибрации крупные наносы фракций, содержащиеся в воде, смываются по уклону решетки 7 в сторону наносопромывного щелевого отверстия 15, остальная часть более мелких фракций и взвешенных наносов проходят на следующие секции (как бы просеиваются) вибрирующих решеток 8 и 9. Мелкие фракции наносов также продолжают смываться в сторону наносопромывного щелевого отверстия 15, а взвешенные наносы поступают далее на дно камеры 1 в приямок к промывному отверстию 10 с коллектором 11. Одновременно вода заполняет секцию 4 камеры 1. В результате задержания крупных и мелких фракций вибрирующими решетками 7, 8 и 9 вода проходит через просветы (ячейки) между стержнями решеток, просветы которых уменьшаются от верхней решетки 7, соответственно, к нижним решеткам 8 и 9. Решетки 7, 8 и 9 выполняют функцию гашения энергии потока, что уменьшает скорость падающего потока воды, а значит создаются условия для осаждения взвешенных наносов в зоне приямка с наклонным дном камеры 1 в сторону промывного отверстия 10 с коллектором 11. Причем условия процесса отстаивания таких потоков улучшаются благодаря закреплению в верхней части секции 4 дополнительно гасящей горизонтальной решетки 18 перед отводящей трубой 19. Это снижает поверхностный характер движения очищенной воды к потребителю. Поэтому для улучшения гидродинамических условий работы предложенного изобретения создана конструкция водозаборного очистительного сооружения впуска наносонасыщенного потока и выпуска осветленной воды к потребителю. При этих условиях происходит раздельное задержание влекомых и взвешенных наносов и их по раздельности отвод в наносопромывные отверстия 18 и 10, и смыв таких наносов происходит намного быстрее и полнее, чем в известном устройстве.
При правильном выбранном соотношении между параметрами предложенных элементов сооружения обеспечивается качество очищенной воды к потребителю и надежность его работы, что зависит от гидравлической нагрузки на вибрирующие решетки. Изобретение по существу представляет собой двухэтапную очистку наносов, способную удалять наносы при постоянной их промывке из двух наносопромывных отверстий. Таким образом, отсутствует засорение и кольматация дна камеры, заполняемых секций 3 и 4 водой по высоте отстойной камеры 1.
Предлагаемое устройство сооружения не требует больших затрат материалов при очистке крупного и мелкого камня, а взвешенные наносы осаждаются в приямок отстойной камеры. В свою очередь, сооружение значительно экономичнее, так как, исходя из взаимосвязи и взаимозависимости водозаборного очистительного сооружения, за счет последовательного действия уменьшается гидродинамическая нагрузка на емкость отстойной камеры, при этом потери воды на сброс могут сокращаться не менее чем на 10-15%.