РЫБОЗАЩИТНОЕ УСТРОЙСТВО ВОДОЗАБОРНОГО СООРУЖЕНИЯ

Изобретение относится к области водоснабжения и может применяться при заборе воды из рек и водоемов, имеющих рыбохозяйственное значение.
4
Известно рыбозащитное устройство водозаборного сооружения (Авт. с. СССР №1255680, МПК Е 02 В 8/08), включающее барабан, снабженный фильтрующими кассетами, заполненными металлическими шариками, закрепленными на внешней поверхности барабана с помощью упругих элементов, что обеспечивает создание вокруг устройства импульсного звукового поля.
Недостатком известного технического решения является сложность конструкции и низкая эффективность, связанные с необходимостью обеспечения вращения барабана с металлическими шариками, что исключает возможность применения устройства для русловых водоприемников, а импульсное звуковое поле образуется в довольно узком диапазоне звуковых частот, ограничивающем эффект отпугивания мальков рыбы.
Известен водоприемник с вихревыми камерами и рыбозаградительными фильтрами (Проектирование сооружений для забора поверхностных вод. Справочное пособие к СНиП // ВНИИ ВОДГЕО Госстроя СССР. - М.: Строй-издат, 1990. стр.96, рис.59), включающий массивный корпус, вихревую камеру, соединенную с самотечным водоводом, сороудерживающую и сороотражающую решетки, съемные фильтрующие кассеты с гравийной загрузкой мощностью до 0,60-0,75 м. Водоприемник обеспечивает эффективную рыбозащиту.
Недостатком известного технического решения является низкая эффективность, обусловленная относительно невысокими скорости фильтрации, при которых требуется существенное увеличение габаритных размеров даже для водозаборов малой производительности и возможностью глубокой кольматации фильтрующей загрузки, что требует периодической импульсной промывки, существенно усложняющей эксплуатацию водоприемника при увеличении энергетических затрат в связи с необходимостью обеспечения работы системы
промывки.
4
Известно рыбозащитное устройство водозаборного сооружения (Авт. с. СССР №1247456, МПК Е 02 В 8/08), включающее размещенную между бычками перегораживающего поток сооружения приемную камеру с установленными в ней с помощью системы крепления на равных расстояниях одна от другой пластинами и плоскими сетками, привод для изменения положения пластин и сеток, рыбоотвод, входными окнами примыкающий к задней стенке приемной камеры, на передней стенке которой закреплены горизонтальные обтекатели, расположенные с промежутками между ними, причем, с целью повышения надежности в работе и эффективности рыбозащиты, система крепления пластин и плоских сеток выполнена в виде вертикальных стержней, установленных в приемной камере с возможностью перемещения вдоль своих осей с помощью привода, а на стержнях жестко закреплены пластины и плоские сетки, при этом обтекатели и входные окна рыбоотвода размещены со смещением по вертикали относительно друг друга, а боковые стенки приемной камеры в промежутках между обтекателями выполнены из сетчатого полотна с очертанием в плане по цилиндрической поверхности второго порядка. Кроме того, привод для изменения положения пластин и плоских сеток выполнен в виде понтона с системой заполнения его водой и опорожнения.
Недостатком известного технического решения является низкая эффективность, связанная со сложностью конструкции и эксплуатации устройства, в частности, с необходимостью обеспечения перемещения вертикальных стержней вдоль собственной оси, что также затрудняет возможность применения устройства для русловых водоприемников.
4
Известно рыбозащитное устройство (Авт. с. СССР №1254107, МПК Е 02 В 8/08), включающее устанавливаемый на всасывающем патрубке насоса сетчатый барабан, промывное приспособление, выполненное в виде водоструйной флейты и установленное внутри сетчатого барабана на оси с возможностью вращения от привода, выполненного в виде лопастной турбины, размещенной на оси, раму с возможностью поворота относительно шарнира в
вертикальной плоскости. Рыба и мусор, задерживаемые сетчатым полотном барабана, смываются струями воды из водоструйной флейты. Вода во флейту поступает из напорного коллектора насоса по рукаву.
Недостатком известного технического решения является сложность конструкции и эксплуатации в связи с наличием вращающихся элементов, трубопроводов подачи промывной воды от насоса, что исключает или существенно затрудняет возможность применения устройства для русловых водоприемников и при ограниченных глубинах потока в русле реки.
6
Известно рыбозащитное устройство (Авт. с. СССР №1428805, МКИ Е 02 В 8/08), включающее камеру, установленную в водоисточнике, фильтрующее приспособление, выполненное в виде плоских сетчатых пластин, привод поворота сетчатых пластин, перфорированные трубы, патрубок, подпятник, поворотные створки, напорный водовод и стопор, причем, камера выполнена в виде цилиндра с возможностью его вращения в вертикальной плоскости, поперечное сечение которого представляет собой звезду. При этом грани цилиндра выполнены из плоских сетчатых пластин. Забор воды осуществляется через плоские сетчатые пластины, водоприемные окна патрубка, установленного на оси во внутренней полости цилиндра. Одновременно вода, подаваемая по напорному водоводу, поступает к подпятнику и во внутреннюю полость нижнего основания цилиндра и далее к перфорированным трубам, создавая водоструйную завесу и приводя камеру во вращение.
Недостатком известного технического решения является сложность конструкции и эксплуатации в связи с наличием вращающихся элементов, что также существенно снижает надежность работы устройства и затрудняет возможность его оперативного ремонта при относительной труднодоступности к отдельным элементам конструкции. Это исключает или существенно затрудняет возможность применения устройства для русловых водоприемников и при ограниченных глубинах потока в русле реки. Кроме того, рыбозащита за счет создания водоструйной завесы при относительно высоких энергозатратах остается низкоэффективной и не находит широкого применения в практике.
4
Известен береговой водозабор фильтрующего типа (Авт. с. СССР №1234544, МКИ Е 03 В 3/32), содержащий плавающую фильтрующую зернистую загрузку, приемно-всасывающую камеру с трубой подачи в нее воды, привод, датчик перепада уровней, причем, водозабор снабжен сетчатым барабаном с горизонтальной трубой, разделенным перегородками на секции, прижимными роликами и блоком управления, при этом плавающая зернистая фильтрующая загрузка размещена в сетчатом барабане, горизонтальная труба установлена на трубе подачи воды, выполненной с отверстиями в нижней части, и кинематически связана с приводом, соединенным через блок управления с датчиком перепада уровней, а прижимные ролики прикреплены к торцам перегородок наружной поверхностью трубы подачи воды и сетчатым барабаном.
Недостатком известного технического решения является сложность конструкции и эксплуатации в связи с наличием вращающихся элементов, что также существенно снижает надежность работы устройства и затрудняет возможность его оперативного ремонта при относительной труднодоступности к отдельным элементам конструкции. Это исключает или существенно затрудняет возможность применения устройства для русловых водоприемников и при ограниченных глубинах потока в русле реки.
Известен сборный фильтрующий водоприемник (Расчет и конструирование водозаборных узлов. А.М.Тугай. - Киев, «Будiвельник», 1978, стр.67, табл.15), имеющий фильтрующие пласты (кассеты) на водоприемном отверстии, водоприемный раструб, направляющие на входе в самотечный или сифонный водовод и обсыпку оголовка щебнем или камнем. Такой русловой водоприемник эффективно применяется на реках со средними и тяжелыми условиями забора воды, в частности, при большом количестве влекомых наносов и при тяжелых шуголедовых условиях при средней и большой производительности водозабора. Сборный фильтрующий водоприемник обеспечивает эффективную рыбозащиту и может изготавливаться в заводских условиях.
Недостатком известного технического решения является сложность монтажа и эксплуатации фильтрующего водоприемника, обусловленная большими
габаритами из-за малой скорости протока воды в фильтрующей загрузке, а также необходимостью создания высокого давления необходимого для промывки загрузки при ее глубокой кольматации, что обусловливает большие энергозатраты.
7
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому техническому эффекту является русловой водоприемник с рыбозащитным устройством (Патент №2252985, МПК Е 02 В 8/08, 9/04, Опубл. 27.05.05. Бюл. №15), имеющий массивный оголовок с обсыпкой щебнем или камнем, фильтрующие кассеты на водоприемном отверстии с фильтрующей загрузкой, водоприемный раструб, соединенный с самотечным или сифонным водоводом, загрузка фильтрующих кассет выполнена плавающей из шарообразных элементов разного диаметра, имеющих положительную гидравлическую крупность, в верхней и нижней частях фильтрующих кассет горизонтально установлены решетки, расстояние между стержнями которых меньше диаметра шарообразных элементов плавающей фильтрующей загрузки, расстояние между верхней и нижней решетками на 30-40% превышает толщину слоя загрузки, толщина слоя которой должна быть не менее 400 мм.
Недостатком известного технического решения является недостаточная надежность работы водоприемника, связанная с тем, что при горизонтальном расположении водоприемного отверстия повышается вероятность скопления влекомых наносов и мусора на его поверхности, а это усложняет эксплуатацию водозабора, поскольку требует периодической промывки водоприемника обратным током воды и, следовательно, водозабор должен быть оснащен системой обратной промывки.
Задачей изобретения является создание нового рыбозащитного устройства водоприемников для забора воды из водоемов и рек, обеспечивающего надежную рыбозащиту за счет перемещения шарообразных элементов фильтрующей загрузки в кассетах - отпугивания мальков рыбы и механического препятствования их проникновению в толщу загрузки, обеспечивающего возможность реконструкции действующих водозаборов за счет упрощении конструкции
этого устройства и его монтажа, а также исключающего кольматацию загрузки, что позволяет не применять сложную систему промывки и, следовательно, упростить эксплуатацию водозаборного сооружения.
Указанная задача решается следующим образом.
Рыбозащитное устройство водозаборного сооружения, включающее водоприемную камеру, на водоприемном отверстии которой уложена фильтрующая загрузка из шарообразных свободно перемещающихся элементов разного диаметра, толщина слоя фильтрующей загрузки составляет не менее 400 мм, в нижней части водоприемной камеры горизонтально установлена решетка, расстояние между стержнями или диаметр отверстий которой меньше диаметра шарообразных элементов, водоприемная камера сообщена с береговым колодцем, водоприемная камера установлена с возможностью подвода воды к горизонтально установленной решетке снизу вверх, шарообразные свободно перемещающиеся элементы разного диаметра выполнены из материала с плотностью 1,10-1,20 плотности воды.
Отличительными от прототипа признаками заявляемого технического решения являются:
- водоприемная камера установлена с возможностью подвода воды к горизонтально установленной решетке снизу вверх;
- шарообразные свободно перемещающиеся элементы разного диаметра выполнены из материала с плотностью 1,10-1,20 плотности воды.
Водоприемная камера установлена с возможностью подвода воды к горизонтально установленной решетке снизу вверх, что образует восходящий поток воды в водоприемной камере, исключает налипание взвешенных наносов и мусора на решетку и обеспечивает хаотичное перемещение шарообразных элементов в пределах камеры при скорости входа в отверстия решетки 0,2-0,3 м/с.
Шарообразные свободно перемещающиеся элементы разного диаметра выполнены из материала с плотностью 1,10-1,20 плотности воды, что обеспечивает их хаотичное возвратно-поступательное перемещение в пределах водоприемной
камеры под гидродинамическим воздействием восходящего потока, взвешивая в воде эти элементы. Фактическая скорость потока воды в порах фильтрующей загрузки существенно (примерно в 2,0-2,5 раза) выше скорости входа в отверстия решетки, которая по условиям рыбоохраны не должна превышать 0,2-0,3 м/с. Взвешивание шарообразных элементов в восходящем потоке обусловливает относительно небольшое гидравлическое сопротивление фильтрующей загрузки при постоянно меняющихся размерах пор, которая в то же время остается практически непреодолимым механическим препятствием для мальков рыб. При плотности материала, из которого выполнены шарообразные элементы, меньшей указанного диапазона эти элементы концентрируются преимущественно в верхней части водоприемной камеры или могут попасть в водовод и береговой водоприемный колодец, что снижает барьерный эффект устройства для мальков рыбы. При плотности материала большей 1,20 плотности воды шарообразные элементы оказываются недостаточно подвижными и концентрируются на решетке, увеличивая гидравлическое сопротивление в устройстве. Относительно малая, подвижность шарообразных элементов приводит к снижению самоочищающего эффекта загрузки от проникающих в поры взвешенных загрязнений, содержащихся в воде, что повышает вероятность кольматации фильтрующей загрузки.
Таким образом, обеспечивается причинно-следственная связь совокупности отличительных признаков заявляемого изобретения и достигаемого технического результата: обеспечение надежной рыбозащиты - отпугивания мальков рыбы за счет перемещения шарообразных элементов фильтрующей загрузки в водоприемной камере при гидродинамическом воздействии на них потока воды и за счет механического препятствования проникновению мальков рыбы в толщу загрузки, при этом также исключается кольматация загрузки и, следовательно, исключается применение сложной системы промывки, что упрощает эксплуатацию водозаборного сооружения.
Пример промышленной применимости изобретения.
На фиг.1 схематически изображен поперечный профиль водоема (озеро,
водохранилище, пруд) или из водоприемного ковша на участке размещения водозабора с рыбозащитным устройством, на фиг.2 - схема берегового водозабора с рыбозащитным устройством, размещенного на реке или водоеме.
в
мин
Рыбозащитное устройство состоит из водоприемной камеры 1 с горизонтальной решеткой 2, установленной в донной части камеры 1, в водоприемной камере 1 размещена фильтрующая загрузка 3, выполненная в виде шарообразных элементов из материала с плотностью 1,10-1,20 плотности воды, стрелками 4 показано направление потока воды из водоема в водоприемную камеру 1. Водоприемная камера 1 самотечным водоводом 5, который в зависимости от рельефа береговой полосы может опираться на свайный ростверк 6, сообщена с береговым водоприемным колодцем 7 (фиг.1). В колодце 7 размещен всасывающий трубопровод 8 насосов с общей подачей Q при уровне 10 воды в нем. В водоеме показан поверхностный ледяной покров 9 при минимальном уровне воды Н. При этом разность уровня воды в водоеме и уровня 10 в береговом водоприемном колодце 7 соответствует величине ΔН. Уровень воды 11 за плоской водоочистной сеткой (фиг.2).ниже уровня 10 на величину потерь напора в сетке. Из берегового водоприемного колодца 7 через всасывающий трубопровод 8 вода забирается насосом 12 и по напорному трубопроводу 13 подается на очистные сооружения.
Рыбозащитное устройство водозаборного сооружения работает следующим образом.
Рыбозащитное устройство, включающее водоприемную камеру 1, установленную, например, на консольном самотечном водоводе 5 (фиг.1) с опорами в виде свайных ростверков 6 целесообразно использовать на водоисточниках с легкими или средними условиями забора воды, в частности, на водоемах или в водоприемных ковшах, где отсутствуют или относительно малы скорости течения. В качестве водоприемной камеры 1 в данном случае целесообразно использовать стандартную полиэтиленовую емкость, в днище которой выполняют перфорацию и размещают в ней фильтрующую загрузку 3, выполненную в виде шарообразных элементов. На береговом водозаборе (фиг.2) водоприемная
камера 1 рыбозащитного устройства устанавливается непосредственно на водоприемных окнах вместо сороудерживающих решеток. Проведение такой реконструкции целесообразно на действующих водозаборах, на которых не использовалась или использовалась недостаточно эффективная рыбозащита. Поскольку площадь горизонтально установленных решеток 2 определяется допустимыми скоростями втекания воды в отверстия (в пределах 0,2-0,3 м/с), то при реконструкции с установкой рыбозащитного устройства общая площадь водоприемных окон может быть существенно уменьшена - перекрыта стенкой водоприемной камеры 1 рыбозащитного устройства, примыкающей к водоприемному колодцу 7. Это позволяет обеспечить общие требования к конструированию берегового водоприемного колодца 7, в частности, обеспечить требуемую высоту расположения водоприемного отверстия с решеткой 2 от дна в пределах 0,5 м и существенно увеличить расстояние от нижней поверхности ледяного покрова до водоприемного отверстия (более 0,2 м). При увеличении заглубления водоприемного отверстия с решеткой 2 практически исключаются затруднения в работе водозабора в предледоставный период при шугоходе. Водоприемная камера 1 установлена с возможностью подвода воды к горизонтально установленной решетке 2 снизу вверх 4. В водоприемной камере 1 размещают фильтрующую загрузку 3 из шарообразных элементов разного диаметра. При этом образуется восходящий поток воды в водоприемной камере 1, исключается налипание взвешенных наносов и мусора на решетку 2 и обеспечивается хаотичное перемещение шарообразных элементов в пределах камеры 2 при скорости входа в отверстия решетки 2 в пределах 0,2-0,3 м/с. Причем, шарообразные элементы фильтрующей загрузки 3, свободно перемещающиеся в пределах водоприемной камеры 1, должны быть выполнены из материала с плотностью превышающей плотность воды на 10-20%. Только в этом случае обеспечивается их хаотичное возвратно-поступательное перемещение в пределах водоприемной камеры 1 под гидродинамическим воздействием восходящего потока, взвешивая в воде фильтрующую загрузку 3. Шарообразные элементы диаметром 20-30 мм фильтрующей загрузки
3
3
3 могут быть выполнены, например, из полистирола марки ПСС (ГОСТ 20282-74), плотность которого составляет 1,10 кГ/дм. Эти элементы могут выполняться и из полиуретана, имеющего плотность 1,21 кГ/дм. Полистиролы и полиуретаны не влияют на органолептические и другие свойства воды, их допустимо использовать в системах водоснабжения (Шефтель В.О. Санитарно-гигиеническая характеристика синтетических материалов, применяемых в системах водоснабжения // Обзорная информация №2, - М.: ЦБНТИ Минводхоза СССР, стр.22-26, 68-69). Эти материалы можно считать инертным по отношению к загрязнениям, содержащимся в воде. Это, наряду с трением поверхностей шарообразных элементов фильтрующей загрузки 3 друг о друга, исключает существенное налипание загрязнений и изменение массы этих элементов.
Фактическая скорость потока воды в порах фильтрующей загрузки 3 существенно (примерно в 2,0-2,5 раза) выше скорости входа в отверстия решетки 2, которая по условиям рыбоохраны не должна превышать 0,2-0,3 м/с. Взвешивание шарообразных элементов в восходящем потоке обусловливает относительно небольшое гидравлическое сопротивление фильтрующей загрузки 3 при постоянно меняющихся размерах пор, которая в то же время остается практически непреодолимым механическим препятствием для мальков рыб. Причем, при разном диаметре шарообразных элементов фильтрующей загрузки 3 обеспечивается более плотная их "упаковка", что повышает защитный эффект загрузки 3 для мальков рыб. При плотности материала, из которого выполнены шарообразные элементы, меньшей указанного диапазона, эти элементы концентрируются преимущественно в верхней части водоприемной камеры 1 или могут попасть в водовод 5 и береговой водоприемный колодец 7, а это снижает барьерный эффект устройства для мальков рыбы. При плотности материала большей 1,20 плотности воды шарообразные элементы фильтрующей загрузки 3 оказываются недостаточно подвижными и концентрируются на решетке 2, увеличивая гидравлическое сопротивление в устройстве. Относительно малая подвижность шарообразных элементов приводит к снижению
в
мин
самоочищающего эффекта загрузки 3 от проникающих в поры взвешенных загрязнений, содержащихся в воде, что повышает вероятность кольматации фильтрующей загрузки 3. Забор воды из реки или водоема производится насосной станцией 12 из берегового водоприемного колодца 7 через всасывающий трубопровод 8 с постоянным расходом Q, и по напорному трубопроводу 13 вода подается на очистные сооружения. При этом уровень 10 воды в береговом водоприемном колодце 7 понижается на величину ΔН относительно, например, минимального уровня Н воды в водоеме или реке. Величина ΔН определяет потери напора в фильтрующей загрузке 3 и местные потери напора. Причем, при увеличении ΔН возрастает фактическая скорость в порах фильтрующей загрузки 3 и, следовательно, интенсивность возвратно-поступательного перемещения шарообразных элементов загрузки 3. Увеличение величины ΔН может происходить, например, в результате кольматации фильтрующей загрузки 3, повышение же интенсивности перемещения шарообразных элементов приводит к расширению пор и при трении этих элементов друг о друга разрушается кольматант. При этом частицы с отрицательной гидравлической крупностью перемещаются вниз и через водоприемную решетку 2 самопроизвольно удаляются за пределы водоприемной камеры 1. Частицы с положительной гидравлической крупностью перемещаются вверх и через самотечный трубопровод 5 попадают в береговой водоприемный колодец 7. Часть загрязнений задерживается на водоочистной сетке, другая часть, накапливающаяся в специальном приямке (условно не показан), имеющемся в водоприемном колодце 7, удаляется, например, с помощью гидроэлеватора или удаляются в процессе очистки на очистных сооружениях.
Таким образом, рыбозащитное устройство водозаборного сооружения предотвращает попадание мальков рыбы в систему водоотбора, при этом фильтрующая загрузка 3 не кольматируется и не требует специальной регенерации. Устройство при общей простоте конструкции может без существенных затрат использоваться для переоборудования и реконструкции уже действующих водозаборов.