Устройство для предотвращения образования льда на водной поверхности
DEVICE FOR PREVENTING FORMATION OF ICE ON WATER SURFACE

Полезная модель относится к области эксплуатации гидротехнических сооружений, работающих в морозный период, и предназначена для предотвращения ледообразования водоподводящей части (деривационного канала) сооружений малых (мини-, микро) ГЭС (далее МГЭС).
Одним из факторов, снижающих надежность гидротехнических сооружений МГЭС при отрицательных температурах, является обледенение водозаборных сооружений, деривационного канала, приводящее к остановке станции или повреждению оборудования сооружений в результате попадания льда в трубопровод и гидротурбину. Обледенение деривационных каналов МГЭС горных районов часто является в зимнее время причинами повреждения гидротурбин или снижения производительности станции, а иногда полной остановки.
Известно устройство для повышения температуры воды в рыбоводных емкостях и водоемах, содержащее теплонакопитель, выполненный с возможностью использования солнечного тепла, имеющий наружную светопропускающую поверхность и средство передачи тепла в толщу воды (см. RU № 2288578, МПК А01К 63/06, 2006).
Недостаток устройства – невозможность его использования для предотвращения образования льда в деривационных каналах из-за его громоздкости и малой эффективности в горных районах.
Известно также устройство для предотвращения ледообразования на водной поверхности, содержащее теплоотдающий канал, снабженный водяным насосом, и выполненный с возможностью подвода тепла к верхнему слою водоема, при этом водяной насос диэлектрически изолирован и соединен с источником переменного тока линией, изолированной от окружающей среды (cм. US № 4247261, 1981). Устройство содержит вертикальный цилиндрический корпус, открытый сверху и имеющий в нижней части сквозные прорези (отверстия). В корпусе расположен генерирующий циркуляцию воды элемент в виде водяного пропеллера.
Недостатком известного устройства является невозможность равномерного удаления льда с поверхности конструкции. Кроме того, наличие в устройстве водяного насоса большой мощности снижает его эффективность при малых мощностях МГЭС.
Задачей предлагаемой полезной модели является обеспечение возможности ее использования для предотвращения замерзания деривационного канала МГЭС.
Техническим результатом является повышение эффективности защиты гидротехнического сооружения ото льда и упрощение конструкции.
Для решения поставленной задачи устройство для предотвращения ледообразования на водной поверхности, содержащее теплоотдающий канал, снабженный водяным насосом и выполненный с возможностью подвода тепла к верхнему слою водоема, при этом водяной насос диэлектрически изолирован и соединен с источником переменного тока линией, изолированной от окружающей среды, отличается тем, что теплоотдающий канал размещен горизонтально, на расстоянии 5-7 см от поверхности, и содержит горизонтальные подводящий и отводящий коллекторы, сообщенные горизонтальным трубным регистром, при этом тепло-принимающая часть устройства выполнена в виде теплового насоса, ветви которого размещены в грунте, ниже глубины его промерзания, при этом одна ветвь теплового насоса сообщена с подводящим коллектором, а вторая сообщена с теплоотводящим коллектором трубопроводами, снабженными кожухами из теплоизоляционного водостойкого материала, причем водяной насос использован как циркуляционный насос и размещен в одном из трубопроводов. Кроме того, в качестве теплоносителя использована жидкость с температурой замерзания ниже минус 10-20ºС.
Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками аналогов и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».
При этом совокупность существенных признаков предлагаемого технического решения позволяет упростить конструкцию и добиться повышения эффективности защиты гидротехнического сооружения ото льда.
Сущность полезной модели поясняется следующими чертежами. На фиг.1 схематически изображен вид устройства в плане; на фиг.2 – вид сбоку.
На чертежах показаны подводящий 1 и отводящий 2 коллекторы, горизонтальный трубный регистр 3, ветви 4 и 5 (соответственно, входная и выходная) теплового насоса, грунт 6, трубопроводы 7, кожухи 8, водяной насос 9.
Теплоотдающий канал содержит подводящий 1 и отводящий 2 коллекторы, сообщенные горизонтальным трубным регистром 3. Подводящий 1 и отводящий 2 коллекторы, горизонтальный трубный регистр 3 выполнены из теплопроводящего конструкционного материала, например, из нержавеющей стали. Подводящий 1 коллектор теплоотдающего канала соединен трубопроводом 7 с выходной ветвью 5 теплового насоса.
Отводящий 2 коллектор теплоотдающего канала соединен трубопроводом 7 с входной (приемной) ветвью 4 теплового насоса.
Ветви 4 и 5 теплового насоса выполняются из полиэтиленовых либо других пластиковых труб диаметром 40-60 мм или более, уложенных горизонтально, ниже глубины промерзания грунта 6. Глубина заложения составляет не менее 1,2-2 метра от поверхности, при этом перепад температур между воды в водоеме и грунта составляет не менее 3-8 градусов. Чем больше диаметр, тем лучше осуществляется отбор тепла, однако увеличивается и стоимость системы.
В качестве теплоносителя использована жидкость с температурой замерзания ниже минус 10-20ºС (могут быть использованы керосин, тосол и другие незамерзающие жидкости, подходящие по соображениям экономичности - их температуры замерзания ниже -400ºС).
Трубопроводы 7 снабжены кожухами 8, выполненными из теплоизоляционного водостойкого материала. Водяной насос 9 использован в качестве циркуляционного насоса и размещен в одном из трубопроводов 7.
Насос 9 диэлектрически изолируют от пространства водоема и соединяют с источником переменного тока (на чертежах не показан), размещаемом на берегу, линией (на чертежах не показана), изолированной от окружающей среды. В качестве циркуляционного насоса 9 использован маломощный (с электродвигателем мощностью до 250 Вт) электрический насос, предпочтительно в пластиковом корпусе (с внутренним сечением, соответствующим сечению канала 1). Корпус соединяют с трубопроводом 7 посредством пластиковой муфты, концы которой снабжены внутренней резьбой, соответствующей внешней резьбе на стыкуемых с нею торцах канала 1.
При необходимости могут быть параллельно или рядом установлены несколько устройств для предотвращения образования льда на водной поверхности, работающих независимо друг от друга.
Заявленное устройство работает следующим образом.
Теплоотдающий канал (обогреватель) устанавливают в водоеме (деривационном канале) на расстоянии 5-10 см от поверхности, а тепло-принимающую часть (ветви 4 и 5 теплового насоса) устанавливают в грунте 6 на глубину 1,2-2 метра от поверхности (ниже глубины его промерзания). Разность температур между теплоотдающим каналом и тепловым насосом составляет необходимый минимум для работы устройства (не менее 3-8 градусов).
Части устройства, полностью заполненного теплоносителем, устанавливают, соответственно, в водоеме и в грунте.
При большой глубине водоема возможна установка устройства на опорные элементы (на чертежах не показаны), обеспечивающие нахождение плоскости теплоотдающего канала не дальше 5-7 см от водной поверхности.
Водяной насос 9 обеспечивает циркуляцию теплоносителя по подводящему 1 коллектору, горизонтальному трубному регистру 3 и отводящему 2 коллектору, а также по ветвям 4 и 5 теплового насоса, при этом теплоноситель, проходя по ним, подогревается на 3-8 градусов и далее попадает в теплоотдающий канал, где отдает свое тепло окружающей воде, исключая образование льда на поверхности водоема.
При этом кожухи 8 из теплоизоляционного водостойкого материала исключают потерю тепла теплоносителя в трубопроводах 7 до его выхода в теплоотдающий канал устройства.