СИСТЕМА ЗАЩИТЫ ВОДОЗАБОРНОГО СООРУЖЕНИЯ
SYSTEM OF PROTECTION OF WATER-INTAKE STRUCTURE

Изобретение относится к гидротехнике, а именно к сооружениям для комплексной очистки воды от плавника, мусора, влекомых и части взвешенных наносов при водозаборе на системах с закрытой трубопроводной сетью.
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 спиральной камеры, 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 СССР №1330254, кл. Е02В 8/02, 1985).
Недостатки работы данного устройства обусловлены его сложной конструкцией, включающей водосливную стенку, очерченную по спирали Архимеда в пределах угла поворота, и сложность ее гидравлического расчета. Низкая надежность работы является следствием поступления в нее плавника и мусора, поскольку его работой является только предотвращение занесения водозабора донными наносами, транспортируемых подводящим каналом. Таким образом, такое техническое решение не позволяет защитить водозабор от попадания в него плавника, мусора и части взвешенных наносов. Кроме того, необходимость визуального контроля над подходящим потоком воды с плавником и мусором; отсутствие контроля над эффективностью таких растительных остатков, т.е. плавник, мусор и взвешенные наносы, не защищены в вертикальном отношении и не собираются каким-либо устройством. Задача здесь решается только в одном техническом цикле - защита от донных наносов.
Известно устройство для защиты водозабора от личинок и молоди рыб, включающее спиралевидную камеру с установленным в ее нижней части рыбоотводом, которое снабжено установленной в конце регулирующей камерой с перегородками, к передней из которых прикреплены затворы (авторское свидетельство СССР №654733, кл. Е02В 8/02, 1976).
Недостатки известного устройства:
ограниченность применения его, следующая, с одной стороны, из выполнения основной задачи - пропуска рыбы через рыбоотвод в нижний бьеф, и, с другой стороны, из ограничения сброса части воды минимальным уровнем (так как возникает подпор со стороны нижнего бьефа);
отсутствия над промывным отверстием совершенной вихревой воронки;
неприспособленность к автоматической промывке трубопровода посредством регулирования воды в камере;
отсутствия автоматического контроля уровня воды путем регулирования положения щита (затвора).
Наиболее близкой по конструкции к предлагаемому устройству является пескогравиеловка, включающая размещенные между подводящим и отводящими участками канала отстойную камеру с промывной галереей, центробежный осветлитель, который выполнен в виде цилиндрической камеры с днищем, выполненным наклонным в сторону промывного отверстия, камера с промывной галереей выполнена с повышающимися боковыми откосами, в нижней части которой расположено входное отверстие промывной галереи (авторское свидетельство СССР №1546547, кл. Е02В 8/02, 1987).
Недостатки работы данного устройства обусловлены его сложной конструкцией, включающей секции водослива и выполненной в виде понижающейся и сужающейся в сторону секции водослива, аппарели с повышающимися несколькими боковыми откосами, 2 цилиндрические камеры отдельно, форма кривых пластин над входом уступа и т.д. Эти устройства в тяжелых полевых условиях с плавающим мусором и влекомых наносов часто выходят из строя из-за задержания на них плавника, ударов крупными фракциями наносов, что не позволяет обеспечить надежную продолжительность работы сооружения в ходе его эксплуатации. В то же время, оказывая существенное влияние посредством криволинейной пластины на формирование увлекающих усилий по отношению к плавающим включением в направлении промывного отверстия, оно посредством той же пластины в малой степени влияет на интенсивность отвода донных и придонных наносов.
Цель изобретения - упрощение конструкции и повышение эффективности работы.
Поставленная цель достигается тем, что в системе защиты водозаборного сооружения, включающей размещенную между подводящим и отводящими участками канала отстойную камеру с промывной галереей, центробежный осветлитель, который выполнен с днищем, выполненным наклонным в сторону промывного отверстия, при этом камера выполнена с повышающимися боковыми откосами, в нижней части которых расположено входное отверстие промывной галереи, она снабжена плоским щитовым затвором с криволинейным козырьком, установленным на входе в отстойную камеру, а промывная галерея примыкает своим входом к входу с внешней стороны цилиндрической камеры, размещенной внутри камеры, оборудованной дополнительными соплами, причем второе сопло выполнено в виде насадка с закручивателем потока и создания направленного тока воды, подключенного к источнику трубопровода напорной воды и размещено соосно вертикальной оси промывного отводящего трубопровода, при этом нижняя кромка внутренней цилиндрической камеры расположена выше дна внешней цилиндрической камеры, а входной оголовок промывной галереи снабжен горизонтальным козырьком. Кроме того, плоский щитовой затвор с криволинейным козырьком установлен с возможностью вертикального перемещения и вертикально к продольной водосливной стенке, примыкающей к сбросной камере с плоским затвором, установленным на отводящем канале во входной его части.
Такое выполнение системы защиты водозаборного сооружения позволяет, по сравнению с прототипом, автоматизировать процесс защиты отстойной камеры и промывную галерею от плавающих включений и с излишками воды сбрасывать их через водосливную стенку в сбросную камеру, а оттуда они поступают в отводящий канал, на входе которого установлен плоский затвор. Причем осуществление защиты производится раздельно: для плавающих включений - плоским щитовым затвором с криволинейным козырьком, настроенным на максимально допустимую расчетную отметку уровня воды (ее перелив), играющего роль «экрана». Более интенсивная группа донных и придонных наносов, двигаясь в промежутке между повышающимися боковыми откосами и поступающих по трубопроводу в цилиндрическую камеру большой скоростью не менее 3 м/с, достигнув сопла, поступает в промывное отверстие отводящего трубопровода.
Скорость течения воды, вытекающей из сопла, вращает закручиватель потока на насадке, и скорость вращения закручивателя потока зависит от размеров отверстий сопла, соответственно, поток закручивается. Наносы непосредственно увлекаются во вращательное движение по высоте внутренней цилиндрической камеры в сторону промывного отверстия. При этом размещение сопла с закручитвателем потока и гидравлическая структура втекающего в устройство потока организуются входным потокоформирующим элементом таким образом, что наносы, находящиеся в толще и у дна камеры, также выводятся в нижний горизонт (ниже нижних кромок камеры) и транспортируются непосредственно в промывной отводящий трубопровод в нижний бьеф. При заданном сбросе воды с плавником и мусором через водосливную стенку уровень устанавливается определенным открытием плоским щитовым затвором с криволинейным козырьком (экраном). Вода, поступающая в камеру с промывной галереей через отверстие, сосредоточенно поступает на дно ее, ограниченное повышающимися боковыми откосами, в свою очередь направленный сосредоточенный поток воды плоским щитовым затвором создает подпор основному потоку в подводящем канале, создавая условия уменьшения или увеличения как забираемого, так и сбрасываемого расходов, что в свою очередь делает автоматическую промывку плавника и мусора.
тр
Пройдя по камере с промывной галереей, вода с восстановившейся структурой вертикального распределения, транспортируя влекомые и взвешенные наносы, поступает в транспортирующий напорный трубопровод, при этом над входным оголовком трубы установлен козырек в виде горизонтальной железобетонной плиты-консоли или опирающейся на стойки и откосы длиной не менее 0,25 d. Такое выполнение козырька не требует специального противовихревого устройства, так как он значительно уменьшает искривление струй, втекающих в трубу, а, следовательно, сжатие потока на входе и при определенном напоре труба «сомозаряжается», начинает работать полным сечением. Козырек прост по форме, небольших размеров, поэтому устройство его легче и дешевле, чем установка специальных устройств.
Осветленная вода поступает в водозаборный трубопровод и далее потребителю.
Исходя из взаимосвязи и взаимозависимости основных элементов системы защиты водозаборного сооружения создаются условия для сброса плавника, мусора, влекомых и взвешенных наносов.
Предлагаемая система защиты водозаборного сооружения позволяет осуществлять многоступенчатую защиту водозабора от всего спектра транспортируемых в него потоком водных объектов - плавающего мусора, донных и взвешенных наносов.
Следует отметить, что предлагаемая система защиты водозаборного сооружения, по мнению автора, ранее не была известна и отвечает критерию «Существенные отличия».
На фиг.1 изображена предлагаемая система защиты водозаборного сооружения, план; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.
к
тр
тр
Система защиты водозаборного сооружения включает отстойную камеру 1, размещенную между подводящим и отводящим 3 участками канала (или трубопровода). Дно камеры 1 выполнено в виде понижающейся и сужающейся в сторону входного отверстия 4 трубопровода 5, выполняющего роль промывной галереи одновременно, который снабжен осветлителями воды, выполненными в виде цилиндрических камер 6 и 7. При этом камера 6 выполнена сбоку с входом 8 с днищем 9, центральным промывным отверстием 10. Камера 7 размещена внутри вертикальной камеры 6 - отстойника, и сопряжена с выходом трубопровода 5. Нижняя кромка внутренней цилиндрической камеры 7 расположена выше дна 9 внешней цилиндрической камеры 6. Выход трубопровода 5 в камере 7 выполнен в виде горизонтального участка сопла 11 и насадка 12 с соплами 13 (одно или два сопла). Внизу камеры 7 устанавливаются «гасители» (перегородки) 14, которые ликвидируют вращательное движение воды. Днище 9 камеры 6 выполнено наклонным в сторону промывного отверстия 10 с трубопроводом 15, сообщенного со сбросным каналом 16. В верхней части камеры 6 с внешней стороны отводящая труба 17 жестко установлена в колодце 18 таким образом, что ее выходной конец 19 затоплен под уровень. За отводящей трубой 17 находится трубопровод 3 (или канал) водохозяйственной системы - потребителя очищенной воды. Козырек 20 устраивают в виде горизонтальной железобетонной плиты - консольной или опирающейся на стойки и стенку боковых откосов 21. Для обеспечения работы круглой трубы 5 полным сечением достаточно иметь горизонтальный козырек 20 длиной l=0,25d (где d - диаметр трубы), расположенный в плоскости, касательной к верхней образующей трубы. Между подводящим участком канала 2 и отстойной камеры установлен в направляющих 22 плоский щитовой затвор 23 с криволинейным козырьком 24 с подъемником 25. Нижние кромки козырька 24 и щитового затвора 23 расположены выше дна канала 2. На входе в сбросную камеру 26 установлена водосливная стенка 27, примыкающая к щитовому затвору 23. Щитовой затвор 23 с козырьком 24 установлены с возможностью вертикального перемещения к продольной водосливной стенке 27. Сбросная камера 26 снабжена отводящим каналом 16 с затвором 28, установленным на отводящем канале 16 во входной его части.
Защита водозаборного сооружения осуществляется следующим образом.
При пропуске различных величин расходов воды в подводящем канале 2 поддерживается определенное соотношение между открытиями плоского щитового затвора 23 с криволинейным козырьком 24 и дном канала 2, которое равно величине поступления воды в отстойную камеру 1. При этом гидравлическая структура втекающего в устройство потока воды организуется входными потокоформирующими элементами 23 и 24 таким образом, что объекты, плавающие в поверхностном слое, сохраняют свое высотное положение неизменным и в нем транспортируются (сбрасываются) над защитно-водоприемными элементами 23 и 24 через водосливную стенку 27 в камеру 26. Наличие плоского щитового затвора 23 с криволинейным козырьком 24, отделяющих плавник и мусор  от отстойной камеры 1, с определенным (заданным) подпором транспортирует плавающие включения (трава, листья с деревьев и т.п.) с излишками воды через водосливную стенку 27 в сбросную камеру 26 и далее плавник и мусор сбрасываются в канал 16. Это приводит к защите цилиндрических камер 6 и 7 от поступления в них плавника и мусора.
к
тр
Забираемая к водопотребителю вода, прежде всего, поступает в отстойную камеру 1. Наличие козырька 20 над трубой 5 и его расположение в плоскости, касательной к верхней образующей трубы, значительно увеличивает коэффициент расхода, следовательно, пропускная способность напорной трубы увеличивается. Круглая труба 5 работает полным сечением (длина козырька не менее l - 0,25 d). Устройство козырька легче и дешевле, по сравнению, если бы вместо него вводили какое-либо противовихревое устройство. Влекомые и взвешенные наносы, характерный размер которых не превышает размер отверстий сопел 11 и 13, поступают в цилиндрическую камеру 7, размещенную внутри камеры 6 сооосно, откуда и осуществляется забор чистой воды в трубу 17, жестко установленную в колодце 18, нижний конец 19 которой затоплен под уровень. За отводящей трубой 17 находится трубопровод 3 (или канал) водохозяйственной системы - потребителя очищенной воды.
Скорость течения воды, вытекающей из сопел 11 и 13 в камеру 7, позволяет данным наносам пройти через горизонтальное сопло 11 несколько больших размеров, чем размер сопла 13. Поток проходит через насадок (стояк) 12 в сопло 13 и за счет сил струи воды, поступающей в камеру со скоростью не менее 3 м/с по трубе 5 через одно или через два сопла 13 приводит его во вращение. Под давлением приводной воды сопло 13, вращаясь, турбулизует поток в камере 7,  интенсивно вращает в нем влекомые и взвешенные наносы и отводит к конусному дну 9 камеры 6 с промывным отверстием 10. Таким образом, при наличии «гасителей» (перегородки) 14, в связи со снижением скорости вращения воды, происходит выпадение донных и взвешенных наносов на дно 9 камеры 6, задержание их не происходит в указанной нише в зоне промывного отверстия 10. Скорость течения воды в зоне промывного отверстия увеличивается, и отводящая труба 15 подпитывает сбросный канал 16, который также в конечной части промывается из сбросной камеры 26. Подъем очищенной воды вверх способствует транспортированию воды в трубу 17 и из колодца 18 в трубопровод 3.
Скорость вращения сопла 13 и интенсивность вращения воды в камере 7 регулируются изменением угла установки сопла и размерами насадка 12.
Таким образом, создаются условия для очистки воды, заключающиеся в обеспечении двухэтапной очистки воды всех видов предметов в верхнем слое и на удалении от защитно-водоприемных элементов 23 и 24 и взаимного расположения водосливной стенки 26, а также расположения цилиндрических камер 6 и 7 разных геометрических размеров в вертикальной плоскости с эффектом гашения только в нижней части камеры 7, и вновь увеличения скорости в зоне промывного отверстия 10, т.е. за счет разности общего напора (Н), соответственно, разности линейных высотных размеров камер 6 и 7.