Устройство для предотвращения заиления водоподводящих сооружений в охлаждающих системах технического водоснабжения АЭС/ТЭС

Полезная модель относится к области гидротехники и может быть использована для защиты от заиления водоподводящих сооружений в прямоточных системах технического водоснабжения АЭС/ТЭС при водозаборе из источников водоснабжения с повышенным содержанием наносов.
Из существующего уровня техники известно устройство для промывки горизонтального отстойника от наносов, включающее насосную станцию, установленную с возможностью возвратно-поступательного передвижения вдоль разделительной перегородки отстойника, напорный распределительный трубопровод, установленный с возможностью перемещения на боковых стенках отстойника и сообщающийся с насосной станцией, струенаправляющие патрубки, расположенные вертикально вдоль нижней образующей напорного распределительного трубопровода и в нижней части снабженные спаренными вертикальными и наклонными к горизонту наконечниками с соплами (патент РФ № 2027468, опубл. 27.01.1995 по классу МПК B01D21/24). Недостатком устройства является наличие движущихся частей, которые усложняет процесс эксплуатации и снижают надежность устройства.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является нанососмывающее устройство, состоящее из водоприемной камеры со струенаправляющей стенкой, приподнятого над дном камеры вертикально расположенного всасывающего трубопровода и нанососмывающего перфорированного трубопровода, расположенного на дне камеры (Мамажонов М. М., Шакиров Б. М., Шерматов Р. Ю. Конструктивные решения по улучшению гидравлических условий работы водоприемных камер насосных станций //Российский электронный научный журнал. – 2015. – №. 2. – С. 21-27). Вследствие подачи воды под давлением к нанососмывающему трубопроводу, струи воды из отверстий взмучивают отложения наносов, образуя пульпу, которая забирается вертикальным всасывающим трубопроводом. После промывки отложения наносов в камере, подача воды к нанососмывающему трубопроводу прекращается. При непрерывной работе насосного агрегата струенаправляющая стенка не допускает отложения наносов на дне водоприемной камеры, и струенаправляющая стенка в камере создает вокруг всасывающего трубопровода «мертвую» зону, поверхностная скорость которого близка к нулю. Недостатком данного устройства является локальность его влияния, ограниченного пространством непосредственно под всасывающим трубопроводом. При этом вне зоны действия устройства возможно отложение наносов, которое может вызвать нарушение работы водоподводящего сооружения. Струи, выходящие из струенаправляющих патрубков, сталкиваются друг с другом, приводя к гашению их энергии и быстрому затуханию.
Техническая проблема заявляемой полезной модели заключается в создании устройства для предотвращения заиления по всей длине водоподводящих сооружений в охлаждающих системах технического водоснабжения АЭС и ТЭС при водозаборе из источников водоснабжения с повышенным содержанием наносов, обеспечивающего эффективную очистку от иловых осаждений на дне водоподводящих сооружений путем обеспечения нахождения твердых частиц наносов во взвешенном состоянии.
Решение поставленной проблемы достигается за счет заявляемой конструкции устройства для предотвращения заиления водоподводящих сооружений, содержащее расположенные на дне распределительный напорный тупиковый трубопровод, соединенный с насосной станцией и проложенный вдоль стенки водоподводящего сооружения, представляющего собой железобетонный канал прямоугольного сечения, струесоздающий тупиковый патрубок, соединенный с напорным трубопроводом и расположенный поперек канала водоподводящего сооружения, при этом струесоздающий тупиковый патрубок выполнен с продольной щелью шириной 0,5 – 2,0 мм, расположенной таким образом, что направление потока создаваемой струи совпадает с направлением потока воды  в канале водоподводящего сооружения.
Горизонтальная продольная щель в струесоздающем патрубке формирует плоскую придонную струю по направлению потока, взмучивающей наносы и препятствующей их отложению в канале водоподводящего сооружения. По длине канала водоподводящих сооружений могут быть последовательно установлено несколько струесоздающих патрубков в зависимости от затухания придонной струи от предыдущего патрубка. Напор и расход в напорном трубопроводе, ширина щели в струесоздающем патрубке, определяющие параметры струи, равно как и расстояние между струесоздающими патрубками в продольном направлении определяют в результате численного или физического моделирования в зависимости от физико-механических и физико-химических характеристик и мутности взвесенесущего потока и гранулометрического состава наносов.
Полезная модель поясняется чертежами, где:
- на Фиг. 1 схематично изображено устройство;
- на Фиг. 2 изображено устройство в продольном разрезе;
- на Фиг. 3 изображено устройство в поперечном разрезе.
Устройство для предотвращения заиления содержит тупиковый напорный распределительный трубопровод 1, соединенный с помощью трубопроводной арматуры с насосной станцией (трубопроводная арматура и насосная станция не показаны). Трубопровод 1 проходит вдоль стенки по дну канала 4 водоподводящего сооружения. Как правило, водоподводящее сооружение представляет собой железобетонный канал прямоугольного сечения. К трубопроводу 1 перпендикулярно присоединен тупиковый струесоздающий патрубок 2 длиной, равной ширине канала.  Струесоздающий патрубок 2 выполнен с продольной горизонтальной щелью 3 шириной 0,5 – 2,0 мм, обращенной по направлению течения взвесенесущего потока 5 в канале.
Устройство для предотвращения заиления водоподводящих сооружений в охлаждающих системах технического водоснабжения АЭС и ТЭС работает следующим образом.
k
нз
k
нз
c
c
нз
k
Взвесенесущий поток 5 поступает в канал 4 водоподводящего сооружения системы технического водоснабжения АЭС/ТЭС из источника водоснабжения (реки, водохранилища, водоема-охладителя или моря) через водозаборные сооружения (источник водоснабжения и водозаборные сооружения не показаны) и транзитом из канала поступает в камеры насосов, где расположены всасывающие патрубки насосов (камеры насосов и всасывающие патрубки не показаны) охлаждающей системы технического водоснабжения АЭС/ТЭС. Вследствие небольших скоростей потока в канале 4 V(менее незаиляющей скорости V: V< V) возникают условия, способствующие осаждению взвешенных частиц на дне канала и его заиливанию, что с течением времени приводит к уменьшению площади живого сечения потока и соответственно к уменьшению количества воды, поступающей в охлаждающую систему технического водоснабжения. В результате чего может снизиться производительность выработки энергии на АЭС/ТЭС, а в самом неблагоприятном случае к возникновению аварийной ситуации или аварии. В этом случае отложения наносов необходимо периодически или систематически удалять из канала. В напорный трубопровод 1, подключенный с помощью трубопроводной арматуры к насосной станции, подают промывную воду с напором и расходом, рассчитанным в зависимости от скорости взвесенесущего потока в канале, его мутности и гранулометрического состава поступающих наносов методами математического или физического гидравлического моделирования. Промывная вода проходя через продольную горизонтальную щель 3 в струесоздающем патрубке 2 образует плоскую придонную затопленную струю 6, совпадающую по направлению с течением в канале, с выходной скоростью V, которая выше скорости в канале и выше незаиляющей скорости: V> V, V. При наличии в канале отложений наносов придонная плоская струя, в зоне ее действия 7 (область возмущения потока), взмучивает их, переводя во взвешенное состояние и обеспечивает транспорт взвесенесущего потока до всасывающих патрубков насосов охлаждающей системы технического водоснабжения АЭС/ТЭС. Взвесенесущий поток через насосы поступает в напорную часть охлаждающей системы технического водоснабжения АЭС/ТЭС, в которой обеспечены скорости больше незаиляющей. Для предупреждения отложения взвешенных наносов периодичность включения устройства или время его работы увеличивают или принимают постоянным в зависимости от результатов моделирования и контроля за отложением наносов в канале в режиме реального времени. При большой длине водоподводящего сооружения эффект работы устройства, вследствие затухания струи, снижается и на определенном расстоянии от устройства, по направлению потока, становится незначительным. В этом случае недопущение отложения наносов в канале может быть обеспечена одновременной работой двух или нескольких струесоздающих патрубков, расположенных последовательно по длине водоподводящего сооружения (канала). Необходимые рабочие характеристики заявляемого устройства (расход напорного трубопровода 1, его диаметр, диаметр струесоздающего патрубка 2, расстояние между ними и ширина щели 3 и пр.) определяются в результате математического или физического гидравлического моделирования для каждого конкретного водоподводящего сооружения и вида источника водоснабжения. Эффект применения устройства заключается в повышении надежности и безопасности эксплуатации охлаждающих систем технического водоснабжения АЭС/ТЭС и электрической станции в целом, а также в отсутствии необходимости проводить механическое удаление наносов из канала, в том числе с использованием ручного труда. Устройство обладает возможностью автоматизации процесса недопущения заиления водоподводящих сооружений в системах технического водоснабжения АЭС и ТЭС.
3
к
стр
стр
Авторами была создана в уменьшенном масштабе лабораторная модель устройства для предотвращения заиления водоподводящих сооружений в охлаждающих системах технического водоснабжения АЭС/ТЭС, которая подтверждает эффективность предлагаемого устройства. На лабораторной модели заявляемого устройства были проведены эксперименты по исследованию осаждения наносов, содержащих частицы со средним диаметром d = 0,22 мм, мутности воды S = 0,750 кг/м и скорости потока в канале V = 0,16 м/с. Без проведения мероприятий по предотвращению седиментации в осадок выпадает 4 – 6 % от общего количества наносов, поступивших в модель водопроводящего сооружения из источников водоснабжения. В случае непрерывной работы устройства с выходной скоростью струи V = 4,95 м/с, создаваемой струесоздающим патрубком, осаждения наносов не наблюдалось. При периодическом включении устройства с выходной скоростью струи V = 4,95 м/с образующийся слой осадка взмучивался и потоком выносился из канала.