РЫБОЗАЩИТНОЕ УСТРОЙСТВО

Предполагаемая полезная модель относится к области гидротехники, в частности, к устройствам, обеспечивающим защиту рыб от попадания в водозаборы.
Известно рыбозащитное устройство, включающее установленное на несущей раме в водоводе между водоисточником и водопотребителем с возможностью вращения сетчатое заграждение в виде усеченного конуса, большое основание которого обращено к водоисточнику, а к меньшему, подключен всасывающий патрубок рыбоотвода, неподвижный перфорированный промывной трубопровод, размещенный с внешней стороны сетчатого конуса по его образующей и подключенный к водонапорному источнику, (а.с. №1254105, Е02В 8/08, 1986 г.).
Защита рыб устройством, при работе водозабора, обеспечивается за счет перемещения ее в полости конуса к рыбоотводу водозаборным потоком и струями из промывного трубопровода. Концентрирующаяся к вершине сетчатого конуса рыба и мелкий мусор засасывается через патрубок рыбоотвода и транспортируется обратно в водоисточник за зону действия водозабора.
Недостатком устройства являются большие затраты энергии на вращение сетчатого конуса, связанные с трением в периметрических уплотнениях у его большого основания и в подшипнике у малого основания в месте соединения конуса с патрубком рыбоотвода. Дополнительное гидравлическое сопротивление вращению оказывают ребра жесткости конусного каркаса, к которому крепиться сетчатое полотно и само сетчатое полотно, принимающее форму многогранной пирамиды, что связано с пирамидальностью каркаса к которому оно крепится. Для приближения к более идеальной конусной формы сетчатого полотна в известном устройстве требуется весьма большое количество каркасных ребер жесткости, удерживающих фильтрующее полотно, выполняемых на практике из металлопрофиля (уголок, труба, и т.д.), что приводит к необходимости значительного увеличения жесткости всей конструкции и к увеличению веса и габаритов устройства, а, следовательно, к повышению нагрузок на подшипники и энергозатрат на вращение конуса. Увеличение каркасных ребер повышает гидравлическое сопротивление устройства от затенения живого сечения потока.
В устройстве происходит ускоренный износ сетчатого полотна вследствие его колебаний между ребрами жесткости при вращении конуса в водозаборном потоке. С этим же связан другой основной недостаток устройства - травмирование молоди рыб подвижной колеблющейся сеткой и снижение, за счет этого, эффективности защиты рыб устройством.
Известно рыбозащитное устройство (Тугай A.M. Расчет и конструирование водозаборных узлов. Киев, Буд1вельник, 1978 г.с.42 - 43) в виде конусного сетчатого барабана, стационарно закрепленного большим основанием в водоприемнике насосной станции, вершиной направленного в сторону водоисточника, при этом с внутренней стороны сетчатого конуса, вдоль его направляющей с зазором относительно сетчатого полотна установлены промывные водоструйные флейты, жестко соединенные с напорным патрубком снабженным подшипником вращения, закрепленным вдоль продольной оси конуса в его вершине, посредством которого он состыкован со стационарно закрепленным с внешней стороны конуса водонапорным коллектором, при этом, оси водоструйных отверстий флейт смещены на острый угол относительно нормали к сетчатой поверхности конуса, образуя струереактивный привод вращения водоструйных флейт, а у основания сетчатого конуса, снабженного круговой обечайкой, в нижней точке размещен всасывающий патрубок рыбоотвода.
Недостатком устройства является низкая эффективность защиты молоди рыб за счет длительного нахождения ее в тупиковой зоне, после сноса водозаборным и промывным потоками к большому основанию сетчатого конуса, до попадания в патрубок рыбоотвода. Молодь рыб, при перемещении к рыбоотводу, испытывает многократное механическое воздействие высокоскоростных промывных струй и сетчатого полотна, чем снижается ее жизнеспособность. Струереактивный привод водоструйных флейт имеет такие недостатки, как низкий коэффициент полезного действия, что требует больших расходов воды для вращения флейт. За счет поворота оси струй на острый угол от нормали к сетчатой поверхности ухудшаются условия ее промывки, поэтому требуется повышение скоростей и расхода воды в системе промывки. Эффективная промывка сетчатого полотна водоструйной флейтой обеспечивается при невысоких окружные скорости ее вращения, а струереактивный привод устойчиво работает лишь при высоких скоростях вращения.
Техническая задача, поставленная перед полезной моделью, состоит в повышении эффективности работы устройства.
Данная техническая задача решается тем, что вершинная часть сетчатого конуса, повернутого основанием к водоисточнику, выполнена водонепроницаемой и имеет торец округлой формы, а всасывающий патрубок рыбоотвода установлен в полости конуса вдоль его продольной оси и закреплен торцом в створе входного отверстия водонепроницаемой вершины конуса с щелевым зазором относительно его поверхности, при этом водоструйные флейты, размещенные с внешней стороны конуса, одним концом жестко соединены с напорным патрубком, снабженным подшипником вращения, закрепленным вдоль продольной оси конуса за его вершиной, посредством которого он состыкован со стационарно закрепленным с внешней стороны сетчатого конуса водонапорным коллектором, а другими концами, водоструйные флейты через опорно-приводные катки, установленные на их торцах, опираются на обечайку конуса, при этом в полости водоструйной флейты свободно расположена гидротурбинка привода, вал которой, закреплен на продольной оси водоструйной флейты в опорных подшипниках, через один из которых, размещенный на торце флейты он выведен и соединен с опорно-приводным катком с возможностью его вращения.
Предполагаемая полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид рыбозащитного устройства в стационарном водозаборном сооружении; на фиг.2 - характерные узлы водоструйной флейты; на фиг.3 - вариант рыбозащитного устройства в компоновке с водоприемником плавучей насосной станции.
Рыбозащитное устройство включает расположенный в водоприемнике водозаборного сооружения 1, сетчатый конус 2, всасывающий патрубок рыбоотвода 3 и промывные водоструйные флейты 4, при этом сетчатый конус 2 стационарно закреплен основанием, снабженным круговой обечайкой 5, на входе в водоприемник 1 насосной станции 6, а вершиной 7, выполненной водонепроницаемой, обращен в сторону водопотребителя, причем стационарно закрепленный всасывающий патрубок рыбоотвода 3, размещен вдоль продольной оси конуса торцом в створе входного отверстия водонепроницаемой вершины 7 сетчатого конуса 2 с периметрическим щелевым зазором относительно его поверхности, при этом водоструйные флейты 4 установлены вдоль направляющей сетчатого конуса с зазором относительно сетчатой поверхности и соединены одними концами с напорным патрубком 8 который в свою очередь через водопроводящий подшипник 9, расположенный с внешней стороны конуса вдоль его продольной оси, соединен с водонапорным коллектором 10, а другими концами, снабженными опорно-приводными катками 11, установленными на их торцах, водоструйные флейты 4 опираются на круговую обечайку конуса 5, при этом в полости водоструйной флейты 4 свободно расположена гидротурбинка 12 привода, вал которой 13, закреплен на продольной оси водоструйной флейты в опорных подшипниках 14, 15, через один из которых 15, размещенный в заглушке 16 торца водоструйной флейты 4, он выведен и жестко соединен с опорно-приводным катком 11 с возможностью его вращения.
В компоновке на водоприемнике плавучей насосной станции 6 для компенсации веса, в конструкции между внешней обшивкой устройства 17 и внутренней обшивкой 18 водоприемника 1 образован отсек 19 заполненный плавучим материалом (пенопластом и т.п.).
Устройство работает следующим образом: водозаборный поток, включающий молодь рыб, из водоисточника поступает в полость сетчатого конуса 2 и, взаимодействуя с промывным потоком из водоструйных флейт 4, перемещает и концентрирует рыб к водонепроницаемой вершине 7 сетчатого конуса 2 откуда она поступает во всасывающий патрубок рыбоотвода 3 и транспортируется обратно в водоисточник. Отфильтрованный через сетчатый конус 2 водозаборный поток поступает через водоприемник 1 в насосную станцию 6. Вращение водоструйных флейт 4 происходит следующим образом: вода из водонапорного коллектора 10 подается через водопроводящий подшипник 9 и напорный патрубок 8 в водоструйные флейты 4. Проходя в водоструйной флейте 4 гидротурбинку 12, поток воды приводит ее во вращение, которое через вал 13 передается на опорно-приводной каток 11, осуществляя его круговое движение по обечайке 5. Вместе с катками 11, вокруг сетчатого конуса 2 вращаются водоструйные флейты 4, осуществляя его промывку.
Поток воды, проходя гидротурбинку 12, поступает в отверстия водоструйной флейты 4, формируя промывные струи, осуществляющие смыв и отведение мусора и рыбы от сетчатой поверхности в полость устройства, где подхватывается водозаборным потоком и транспортируется до рыбоотвода.
Для улучшения условий всасывания молоди рыб в рыбоотвод 3 водонепроницаемая вершина 7 имеет торец окружной формы.
Повышение эффективности защиты молоди рыб обуславливается улучшением условий отвода рыб в рыбоотвод, обеспечивающих быстрый, непрерывный процесс перемещения попавшей в водозаборный поток рыбы обратно в водоисточник с сохранением ее жизнеспособности.
Повышение эффективности привода вращения водоструйных флейт обеспечивается более высоким коэффициентом полезного действия гидротурбинки в предполагаемой полезной модели, практически в 5 раз выше по сравнению с струереактивным гидроприводом прототипа.
Для обеспечения работы устройства требуется меньшие затраты энергии, что подтверждается следующим расчетом:
Основной показатель расчета мощность (N) водного потока требуемая для работы узлов устройства выраженная через произведение расхода (Q м3,с) на напор (Н м) воды.
Пример расчета для рыбозащитного устройства с диаметром основания
Do=2Ro=2,0 м и длиной образующей (длиной флейты) Lo=Lф=4,0 м.
Для рыбозащитного устройства - прототипа
Расход воды в водоструйной флейте Qф=0,04 м3/с, в том числе на промывку сетчатого полотна устройства Qф=0,03 м3/с и на струереактивный привод вращения флейты Qспрф=0,01 м3/с
Напор воды на входе в водоструйную флейту Нфс=30 м.
Расходуемая мощность водонапорного потока на струереактивный привод
Nспрф=9.81×Q пр×Нпр=9.81×0,01×30=2,94 Квт;
Для предлагаемой полезной модели тех же размеров.
Требуемое усилие на вращение узла водоструйных флейт, объединенных в жесткий каркас от преодоления гидравлического сопротивления в рабочей среде и трения в подшипниках
Р=3-5 кг
Радиус обечайки сетчатого конуса Ro=1 м Максимальный момент сил требуемый для вращения водоструйной флейты при силе вращения Р=5 кг.
М=Р×Ко=5 кг×1 м=5 кгм
-1
Частота вращения водоструйной флейты для сетчатых конусов на практике n=4-6 об/мин., т.е. угловая скорость ω=0,1 сек
Требуемая мощность Nт=М×ω=5×0,1=0,5 Квт.
Расход воды для промывки в водоструйной флейте Qф=0,03 м3/с (такой же как в прототипе)
Напор Нф=20 м, (требуется более низкий напор за счет перпендикулярной направленности осей промывных струй)
Потери напора на гидротурбинке
ΔН=Nт/(Qф×9.81)=0,5/(0,03×9,81)=1,7 м
Требуемый напор на входе в водоструйную флейту с учетом гидропривода
Нвх=Нф+ΔН=21,7 м.
Итого общие затраты мощности водонапорного потока во флейте с учетом промывки и вращения:
В прототипе: Nпр=9.81×Qo×Но=9.81×(0,03+0,01)×30=11,77 Квт;
В предполагаемой полезной модели: Nпм=9.81×Qo×Но=9.81×0,03×21,7=6,39 Квт;
То есть, в предполагаемой полезной модели для работы водоструйной флейты требуется почти в 2 раза меньше затрат энергии, что очевидно связано с более высоким КПД (практически в 5 раз выше чем в прототипе) гидротурбинного привода ее вращения и поворотом осей струй перпендикулярно сетчатой поверхности. Предполагаемое повышение на 20-25% эффективности защиты рыб в предполагаемой полезной модели обусловлено более быстрым отводом молоди рыб из водозаборного потока по рыбоотводу обратно в водоисточник.