УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОД АКВАТОРИЙ БУХТ И ЗАЛИВОВ
DEVICE TO CLEAN WATERS OF BAY AND GULF WATER AREAS

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_map 576665_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 в их акватории, увеличения скорости искусственно созданных течений с последующим выводом в открытое море этими течениями загрязнений бухт и заливов.
Техническое решение достигается тем, что устройство для очистки вод акваторий бухт и заливов включает блок из одного и более изогнутых трубопроводов, соединенных между собой по боковым сторонам 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 и заливов, причем каждый трубопровод выполнен изогнутым под углом от 45° до 170° с изменяющимся по диаметру трубопровода шагом винтовых линий по наружному периметру и с криволинейной винтовой поверхностью по внутреннему периметру в виде карманов криволинейной формы, при этом трубопровод смонтирован из секций, каждая из которых выполнена в виде кругового сектора, изготовленного из полосы с образованием разных по размерам четырехугольников с двумя параллельными сторонами в виде линий сгиба, расположенными на полосе на равных расстояниях друг от друга и параллельно друг другу, при этом полоса свернута в кольцо, по периметру которого размещены карманы криволинейной формы, а секции соединены друг с другом свободными сторонами упомянутых четырехугольников в виде пустотелого трубопровода с образованием по наружной и внутренней поверхности, направленных в одну сторону под острым углом к оси трубопровода винтовых линий и винтовых внутренних поверхностей в виде карманов криволинейной формы, которые по периметру могут быть различными не только по форме, но и размерам, при этом расстояния между линиями сгиба равны друг другу и равны сумме длин периметров геометрических фигур карманов внутренних поверхностей.
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.
Новизна заключается в том, что устройство для очистки вод акваторий бухт и заливов включает блок из одного и более изогнутых трубопроводов, соединенных между собой по периметру 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 и заливов, увеличивая тем самым скорость циркуляции воды в них.
Новизна заключается также в том, что каждый трубопровод выполнен из изогнутых под углом от 45° до 170° с изменяющимся по диаметру трубопровода шагом винтовых линий по наружному периметру и с криволинейной винтовой поверхностью по внутреннему периметру в виде карманов криволинейной формы, что не только изменяет направление течения воды, направляя их потоки в акватории бухт и заливов, но и увеличивает циркуляцию воды, обеспечивая их очистку.
Новизна обусловлена тем, что трубопровод выполнен с изменяющимся по диаметру трубопровода шагом винтовых линий по наружному периметру и с криволинейной винтовой поверхностью по внутреннему периметру в виде карманов криволинейной формы, которые по периметру могут быть различными не только по форме, но и размерам, что обеспечивает изменение направления движения закрученных потоков жидкостей.
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, общий вид; на фиг.4 - вид А на фиг.3 (М1:2); на фиг.5 - один из трубопроводов устройства для очистки вод акваторий бухт и заливов; на фиг.6 - разрез Б-Б на фиг.5; на фиг.7 - полоса с размеченными прямыми линиями сгиба и линиями обрезки кромок четырехугольника; на фиг.8 - полоса после обрезки кромок четырехугольников; на фиг.9 - полоса после обрезки кромок четырехугольников, согнутая по прямым линиям сгиба; фиг.10 - аксонометрическая проекция полосы, свернутой в кольцо (в виде кругового сектора - секции); на фиг.11 - устройство для очистки вод акваторий бухт и заливов в виде блока из восьми трубопроводов, смонтированных в один ряд, общий вид; на фиг.12 - карта бухты с смонтированным на пути потока прибрежных течений предлагаемым устройством для очистки вод акваторий бухт и заливов из трубопроводов, смонтированных в один ряд.
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 способам, 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.
Трубопровод 2 выполнен изогнутым под углом 45°-170°. Для примера на фиг.5, фиг.6 показан трубопровод 2, изогнутый под углом 90°, выполненный в виде части тора (кругового кольца) с криволинейной винтовой поверхностью по его внутреннему и наружному периметру. Трубопровод 2 может быть изготовлен из секций 3 (одна из секций на фиг.5 выделена сплошными утолщенными линиями), соединенными между собой известными методами, например сваркой, клейкой и т.п. с образованием по наружному и внутреннему периметру трубопровода 2 винтовых линий и винтовых поверхностей криволинейной формы в виде внутренних карманов полукруглой формы 4, 5, 6, 7, 8, 9 (фиг.6).
Каждая из секций 3 изготовлена в виде кругового сектора (фиг.5, фиг.6) и смонтирована из полосы 10 (фиг.7), на которой размечены прямоугольники 11 и линии сгиба 12, размещенные на равных расстояниях друг от друга, равных длине развертки периметра криволинейных карманов, например, для карманов 4, 5, 6, 7, 8, 9 на расстояниях L и под углом α к кромкам полосы 10.
1
2
3
4
5
6
На полосе 10 размечены также линии обрезки 13 кромок полосы 10, показанных на фиг.7 штрих-пунктирной линией с двумя точками. После разметки по линии обрезки кромок 13 участки полосы 10 (на фиг.7 эти участки полосы 10 заштрихованы) отрезаются, и полоса 10 приобретает вид, показанный на фиг.8, у которой линии сгиба полосы 12 разные по длине L, L, L, L, L, L с образованием при этом разных по размерам четырехугольников с двумя параллельными сторонами - линиям сгиба 12, параллельных друг другу. Полоса 10 (фиг.8) после обрезки кромок прямоугольников 11 по линии обрезки 13 сгибается по прямым линиям, размещенным под углом α к кромкам полосы 10 с образованием криволинейных поверхностей 14 с кромками 15 и 16 и затем сворачивается в кольцо 17 (фиг.10) с криволинейной внутренней поверхностью в виде карманов. Кромки 15 и 16 полосы 10 после сворачивания в кольцо 17 соединяются известными методами, например сваркой, пайкой и т.д. с образованием секции 3 в виде кругового сектора.
Таким образом, трубопровод 2 (фиг.5, фиг.6) изготавливается изогнутым под углом 45°-170°, например, на фиг.5, фиг.6 показан трубопровод 2, изогнутый под углом 90°, выполненный в виде части тора (кругового кольца), выполненный по периметру в виде многозаходной винтовой поверхности с винтовыми линиями и винтовыми канавками внутри трубопровода 2 в виде карманов криволинейной формы под углом к продольной оси трубопровода 2. Трубопровод 2 (фиг.5, фиг.6), например, изогнут под углом 90° в виде части тора с криволинейной винтовой поверхностью по его внутреннему и наружному периметру с образованием по его внутренней поверхности карманов криволинейной формы и однонаправленных многозаходных винтовых линий может быть изготовлен и иным способом.
Один или более изогнутых трубопроводов 2 соединяют между собой боковыми сторонами известными способами в один блок. На фиг.3, фиг.4 показан блок 1 из шести соединенных между собой трубопроводов 2 в три ряда и залитых бетоном. Конструкция блока 1, залитого бетоном, показана на фиг.3 и фиг.4 утолщенными линиями с двумя точками. На фиг.11 показан блок 1 из восьми трубопроводов 2, смонтированных в один ряд и соединенных между собой боковыми сторонами известными способами и залитых бетоном, т.е. выполненных 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 препятствовать 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.12 представлена карта бухты со смонтированным на пути прибрежных течений предлагаемым устройством для очистки вод акваторий бухт и заливов с указанием направления движения потоков воды прибрежных течений моря внутрь 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 блок из одного и более изогнутых трубопроводов, соединенных между собой боковыми сторонами известными способами, 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.
Приложение.
Методика расчета устройств для очистки вод акваторий бухт и заливов
Предлагается методика для расчета основных параметров при проектировании и изготовлении устройства для очистки вод акваторий бухт и заливов.
1. 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°.
3
2. Длина побережья бухты равна 12000 м. При средней глубине 2 м и ширине полосы воды вдоль берега бухты 30 м объем воды вдоль всего побережья Геленджикской бухты W≈L×В×Н=12000×30×2≈720000 м.
Ширина входа в Геленджикскую бухту 1800 м.
(Лотышев И.П. География Кубани. Энциклопедический словарь. Майкоп.2008).
Для создания благоприятной экологически чистой среды в акватории Геленджикской бухты необходимо обеспечить замену этого объема воды в течение заданного времени Т, например Т≈240 часа.
Скорость прибрежнего течения в районе Геленджикской бухты V=40 см/с=2400 см/мин=2,4 м/мин (Геленджик и его окрестности. Краснодар, 1964: Колесникова А.А., Казицин В.В., Щеглов Д.Е., Геленджик. Справочник-путеводитель, 2 изд. Краснодар, 1969).
Таким образом, расход воды через трубопроводы устройства равен
При скорости течения V≈2,4 м/мин площадь проходного сечения предлагаемого устройства для очистки вод акваторий бухт и заливов равна
Поэтому для мелководной бухты, такой как Геленджикская, блок устройств для очистки вод акваторий бухт и заливов монтируется из восьми трубопроводов, изогнутых под углом β≈60°, соединенных друг с другом своими боковыми сторонами в один ряд.
1
2
Площадь проходного сечения одного трубопровода будет составлять S=2.6 м, а значит диаметр одного трубопровода . Тогда ориентировочно поперечное сечение блока (показано на фиг 11) по ширине будет составлять 18 м, по толщине 2 м.