УСТРОЙСТВО НЕЗАМЕРЗАЮЩЕЙ АЭРИРУЮЩЕЙ МАЙНЫ В НЕПРОТОЧНЫХ РЫБНЫХ ВОДОЕМАХ

Полезная модель относится к области гидротехники и предназначена для создания и поддержания незамерзающей майны в «заморных» рыбных водоемах для предотвращения нарушения целостности сооружений напором нарастающего льда и аэрации зон акваторий непроточных водоемов.
Известно, что для «заморных» водоемов со стоячей водой, которые в летнее время хорошо прогреваются и изобилуют кормовыми ресурсами, являясь своеобразными инкубаторами молоди рыб и жирующими площадками для наращивания веса, быстро приходящая зима с ледоставом может привести к катастрофическим заморам рыбы.
Известно также, что недостаток кислорода в воде отрицательно сказывается на жизнедеятельности подводных обитателей, в особенности, благородных «белых» пород рыб, которые погибают при концентрации кислорода в воде менее 4 мг/литр. Поэтому рыба зимой в период ледостава ищет места с достаточным количеством кислорода: в местах вымоин, перекатов, протока воды, ямах, где не растет потребляющая кислород растительность и, как правило, бьют ключи. Шум бурления воды хорошо распространяется в воде, и поэтому рыба стремится и собирается в этих местах. В то же время чрезмерная концентрация косяков рыб в ямах несет обратный эффект, т.к. с увеличением поголовья подводных обитателей увеличивается и расход кислорода, используемого для устойчивой жизнедеятельности.
Известно устройство для образования незамерзающей зоны акватории (авт. св. СССР №1791526 А1, Е02В 15/00, 30.01.93г., приоритет 1988 г.), согласно которому центральная часть водоема, защищаемая от замерзания, обнесена теплоизоляционным поясом, нижний конец которого заглублен в дно водоема, а верхний расположен ниже уровня зеркала воды. Пояс преграждает перемещение холодных масс от берегов, а тепло в ограждаемую зону передается теплоносителем с нижнего конца тепловой трубы, помещенного в зону грунтовых вод, в верхний конец тепловой трубы, который отдает тепло окружающему объему воды. Нагретая таким образом вода поднимается вверх и предотвращает образование льда на поверхности водоема, а охлаждаемый от наружного воздуха верхний слой воды опускается вниз водоема, где вновь нагревается от верхних концов тепловых труб.
Недостатки устройства
1. Высокая дороговизна устройства из-за большой площади теплоизоляционного пояса и большого количества тепловых труб, требующего для достаточной эффективности теплообмена расположения их в шахматном порядке.
2. Высокая трудоемкость для изготовления скважин для установки в них тепловых труб.
3. Устройство применимо только для южных широт, где толщина формируемого льда не превышает 10-15 см. При более низких температурах окружающей среды формирование ледового покрытия деформирует и вытесняет теплоизоляционную перегородку, лед перекрывает майну сверху, а со временем майна мелководной акватории перемерзает до дна, обойдя неизолированную часть тепловых труб по периметру.
В качестве прототипа выбрано устройство (авт. св. СССР №1824486 А1, 1986 г., Е02В 15/02) для образования незамерзающей майны, содержащее герметичные цилиндрические тепловые трубы, заполненные теплоносителем. Верхние концы тепловых труб с помощью шарнирных выступов и разъемных шарнирных гнезд соединены внутри цилиндрического теплоизоляционного пояса, состоящего из металлического корпуса, к которому изнутри крепится шарнирное гнездо и теплоизоляция, причем теплоизоляционный пояс выступает верхним краем надо льдом, образуя майну. Нижние концы тепловых труб соединены между собой по периметру гибким тросиком посредством кронштейнов, а также соединены радиальными растяжками при помощи шарниров с трубами, а другим концом с центральным шарниром, к которому прикреплен и гибкий тросик, выведенный наружу ледяного покрова.
Недостатками устройства являются
1. Длительность монтажа устройства, вызванная выжиданием процесса примораживания теплоизоляционного пояса с металлическим корпусом;
2. В состоянии незамерзающей майны давление со стороны нарастающего льда на верхнюю часть теплоизолированного пояса, обрамленного металлическим обручем, повлечет к его деформации в сторону сужения, что приведет к соскальзыванию пояса из майны и затоплению всей конструкции, поскольку тепловые трубы контактно не переносят тепло металлическому поясу (обручу), распертому в прорубе, и тепло не расплавляет нарастающий лед. В то же время, если этого не произойдет, то выделяемое тепло тепловыми трубами будет расходоваться на компенсацию холодных масс воды, возникающих при испарении воды с поверхности открытой майны, и на конвективный тепломассообмен на границе «низкотемпературный воздух - стоячая вода» на поверхности майны. В конечном счете, изложенные процессы тепломассообмена несомненно приведут к перемерзанию майны.
Технической задачей заявляемой полезной модели является повышение эффективности работы устройства, упрощение конструкции, облегчение подледного монтажа и демонтажа устройства, удобство транспортировки и хранения, повышение эффективности аэрации непроточных водоемов, долов и сохранение живой рыбы в заморных водоемах.
Поставленная техническая задача достигается тем, что устройство содержит тепловые трубы, заполненные теплоносителем и расположенные вертикально с образованием пространственной цилиндрической фигуры, предпочтительно коаксиально внутри майны. Тепловые трубы, через заданные промежутки, жестко зафиксированы, как минимум, к трем обручам, равномерно размещенным по длине тепловых труб, причем нижние части тепловых труб фиксируются погружением их концов в придонный грунт, как минимум, на 30-40 см, а их верхние части погружены в воду на 1-2 см ниже поверхности воды. В центре устройства ниже уровня льда на треноге установлена полая труба с размещенным в ней погружным напорным насосом. Вокруг майны в лед устанавливают длинные металлические трубки, погруженная в воду часть которых оснащена ниппелями. Погружной напорный насос и компрессор соединен с ветроэнергетической установкой и/или солнечными фотоэлементами.
На фиг. 1 показан схематический вид устройства, на фиг. 2 - схематический вид устройства.
Устройство содержит тепловые трубы 1, жестко зафиксированные к трем обручам 2, в центре устройства ниже уровня льда на треноге установлена полая труба 3 с размещенным в ней погружным напорным насосом 4. Вокруг майны в просверленные во льду отверстия установлены ниппелированные металлические трубки 7. Электропитание погружного напорного насоса 4 и компрессора 6 осуществляется от ветроэнергетической установки и/или солнечных фотоэлементов 5.
Устройство работает следующим образом. В скованном льдом непроточном водоеме, предпочтительно в ямах (придонных углублениях со значительным скоплением живой рыбы) прорубается известными способами прорубь (майна), предпочтительно круглой формы с размерами достаточными для установки в нее заранее смонтированной в цеховых условиях цилиндрической сборки из тепловых труб 1 (далее по тексту термосифонов). Длина термосифонов выбирается с учетом глубины водоема в месте установки устройства, включая глубину ямы и иловых отложений, для надежной фиксации устройства в придонном грунте. Глубина иловых отложений в зависимости от твердости придонного грунта составляет 30-50 см. Цилиндрическая конструкция из термосифонов собирается следующим образом: термосифоны 1 заданного размера через расчетные заданные интервалы привариваются, как минимум, к трем металлическим обручам 2 с помощью, например, контактной сварки, обеспечивающий жесткую цилиндрическую конструкцию из термосифонов заданной длины, слагаемой из глубины майны (от поверхности воды до поверхности дна плюс глубина иловых отложений, принимаем - 40 см. Вся конструкция вертикально отпускается в прорубь и заглубляется в придонный грунт до скрытия верхних торцов тепловых труб над поверхностью воды майны на 1-2 см. Вертикальность положения сборки термосифонов фиксируют и распирают прокладками из пенопласта, которые после обмерзания конструкции удаляют из майны, тем самым обеспечивая защиту от «вероломного» наращивания монолитного льда по всей его толщине по периметру майны, т.к. при контакте льда с теплой поверхностью термосифона лед будет подтаивать, образовывая вокруг каждой трубы свою, индивидуальную майну на всю толщину льда, как показано на фиг. 1. При установке термосифонов 1 с зазором возникают островки льда между ними, что, в конечном счете, приведет к смыканию этих островков внутри майны, и ее промораживанию в экстремально холодные дни фиг. 2. Для устранения такого недостатка конструкция устройства дополнительно предусматривает установку полой трубы 3, фиксируемой в центре установленной конструкции на треноге для надежной вертикальной фиксации в придонном грунте. Длина трубы 3 выбирается с таким расчетом, чтобы верхняя часть совпадала с нижним уровнем сформированного льда водоема. В нижнюю или верхнюю часть полой трубы 3 через герметизирующую прокладку устанавливается погружной напорный насос 4 напряжением 12-24 В, работающий от возобновляемых источников энергии 5 (например, энергии ветра, солнца). Волна теплой воды от погружного напорного насоса 4 будет образовывать в центре майны своеобразный водяной горб, который будет препятствовать образованию пленки льда на поверхности майны, а снисходящие потоки воды по периметру майны будут разбивать острые образования льда, формирующиеся между тепловыми трубами и, тем самым, создавая промоины. Кроме того, принудительное в динамике взаимодействие бурлящей воды, которое можно обеспечить специальной сопловой насадкой с кислородом окружающего воздуха, положительно сказывается на обогащении бурлящей воды кислородом воздуха, который будет спускаться по периферии майны и расходится подо льдом в разные стороны. Кратковременное отсутствие напряжения от возобновляемых источников энергии, в том числе при затягивании майны льдом, никак не скажется на достигаемой цели, т.к. возобновление работы напорного насоса при появлении питающего напряжения в изолированном объеме обеспечит восстановление майны даже через несколько дней. Устройство дополнительно содержит автономный воздушный компрессор 6, работающий также от возобновляемых источников энергии 5, который подает сжатый воздух через ниппелированные металлические трубки 7, установленные радиально относительно майны через просверленные во льду отверстия и соединенные с компрессором посредством эластичных морозостойких герметичных трубок, обеспечивающих подачу воздуха под лед, который течением воды от майны будет перемешиваться с ней и обогащать тем самым водоем кислородом.
Таким образом, заявляемое устройство имеет простую конструкцию, которая облегчает подледный монтаж и демонтаж устройства, удобство транспортировки и хранения, повышает эффективность аэрации непроточных водоемов, долов и сохранение живой рыбы в заморных водоемах, повышение эффективности работы устройства в водоеме со стоячей водой и насыщение ее кислородом воздуха.