ВОДОЗАБОРНОЕ УСТРОЙСТВО
INTAKE DEVICE

Изобретение относится к гидротехнике, в частности к рыбозащитным устройствам, и может быть использовано для водозаборов энергетических, промышленных, коммунальных и ирригационных объектов.
Известно рыбозащитное устройство, включающее перфорированный трубопровод, уложенный на дне водотока перед водозаборным окном и соединенный с компрессором, рыбоотводящий лоток, установленный перед водозаборным окном и имеющей заглубленную под уровень водотока наклонную кромку. Кроме того, оно снабжено водонепроницаемой стенкой и несущими поперечными элементами, при этом водонепроницаемая стенка установлена за рыбоотводящим лотком, который выполнен из гибкого перфорированного материала и прикреплен своими кромками к несущим поперечным элементам, установленным параллельно водонепроницаемой стенке (патент RU №2026464, кл. E02B 8/08, E02B 9/04 от 09.01.1995).
Недостатком данного устройства является необходимость дополнительного транспортирования мусора и молоди рыб для транспортирования к поверхности водотока. Кроме того, необходимо перегораживать весь водозабор по ширине водоисточника гибким перфорированным материалом, что уменьшает пропускную способность водозабора.
Известно рыбозащитное устройство, включающее размещенный в водотоке поперек течения подводный перфорированный воздухопровод, подсоединенный к системе подачи сжатого воздуха, установленный на поверхности воды над перфорированным воздухопроводом в зоне действия воздушной завесы, рыбоприемный и примыкающие к нему рыбоотводящие лотки, имеющие верховые и низовые боковые стенки и сообщенные между собой через отверстия в общей стенке, рыбоприемный лоток снабжен днищем, выполненным в виде установленных с зазорами желобов, расположенных между верховой и низовой стенками рыбоприемного лотка по направлению течения, а рыбоотводящий лоток примыкает к низовой стенке рыбоприемного лотка, отверстия выполнены в низовой стенке рыбоприемного лотка в торцах желобов, а дно рыбоотводящего лотка расположено ниже днища рыбоприемного лотка (авторское свидетельство SU №1375722, кл. E02B 8/08; 9/04 от 23.02.1988).
Недостатком данного устройства является дополнительная механическая преграда на пути потока воды и рыб к водозабору, которая за счет своей геометрии создает дополнительный восходящий поток воды, которая усиливает силу водовоздушной завесы, что вызывает большую материалоемкость устройства, кроме того, необходимость дополнительного аппарата для перекачки рыб с водой из рыбосборной камеры в безопасный участок водоема по рыбоотводящему тракту.
Наиболее близким к предлагаемому является техническое решение - водозаборное устройство, содержащее эжектор с пусковым устройством, причем активное сопло эжектора соединено с нагнетательным патрубком насоса, а пассивное - с воздухозаборником, который выполнен в виде емкости с датчиками верхнего и нижнего уровней, при этом датчик верхнего уровня соединен с пусковым устройством эжекторов, а датчик нижнего уровня - с верхней частью сифона. Кроме того, пассивное сопло снабжено воздухозаборным устройством, состоящим из патрубка с вентилем, а нагнетательный патрубок - перфорированным трубопроводом, расположенным на дне водоема, при этом между сифоном и перфорированным трубопроводом установлено устройство для отвода рыбы и загрязнений, выполненное в виде запони с полкой, причем верхняя часть запони расположена выше максимального уровня воды, а полка - ниже минимального уровня воды (патент RU №2213179, кл. E02B 8/08 от 27.09.2003).
Недостатком известного устройства является дополнительная преграда на пути потока воды и рыб к водозабору за счет своего расположения перед восходящей ветвью сифона по всей ширине водоема, чтобы усилить силу воздушной завесы, и связано с конструктивными особенностями расположения перфорированного трубопровода, уложенного на дно водоема. Однако известный перфорированный трубопровод и сифонная восходящая ветвь требуют ограничения уровня, как максимального, так и минимального, в связи с тем, что его работа связана с функциональными особенностями работы всасывающего трубопровода с лопастным насосом. Кроме того, имеется сложность ручного регулирования впуска и выпуска атмосферного воздуха, особенно это связано с большой погрешностью стабилизации заданного расхода во времени через сифон и необходимостью настройки воздуховпускного отверстия в каждом конкретном случае применения в реальных условиях. Другим недостатком является возможность заиления перфорированной трубы, уложенной на дно водоема, так как в реальных условиях дно водоема постоянно заиливается вследствие происходящего накопления ила и других пожнивных остатков в воде после длительного отключения отбора воды, что приводит к выключению ее из работы при малом расходе (согласно конструкции) впуска атмосферного воздуха и его давления при большом сопротивлении по длине трубопровода, т.е. при малом объеме впуска воздуха через патрубок. Кроме того, как только наступает равновесие в состоянии перекрытий в ручном режиме вентилями регулирования воздуха, то поступление воздуха через патрубок тут же выводит устройство из равновесия, т.е. постоянно исскуственно создается возмущение длительного характера и нарушение стабилизированного в какой-то момент уровня и расхода в водоеме лопастным насосом.
Технический результат от использования изобретения заключается в повышении надежности и обеспечении стабильной работы.
Технический результат достигается тем, что для водозаборного устройства, содержащего сифон, воздухосборник с вентилем, патрубок, перфорированный трубопровод и устройство для зарядки сифона, отверстия перфорированного трубопровода снабжены соплами, а сам кольцевой гибкий трубопровод выполнен в виде спирали, и размещен на внешней стенке восходящей ветви сифона, и сообщен трубкой подвода воздуха с воздухосборником и подключен к компрессору с пультом управления, при этом патрубок с воздуховпускным отверстием расположен в верхней части сифона.
Кроме того, сопла инжектируемой среды с внешней стороны гибкого трубопровода выполнены съемными с возможностью изменения и фиксации их длины.
Кроме того, входной конец восходящей ветви сифона снабжен водоприемной камерой, выполненной с сорозадерживающей решеткой, закрепленной жестко связями ниже конца восходящей ветви.
Кроме того, на воздуховпускном отверстии патрубка установлен клапан, снабженный грузом с изменяемой массой.
Реализация отличительных признаков устройства изобретения обуславливает появление важных новых свойств объекта. Благодаря тому, что в качестве средства водовоздушной завесы активной среды в виде воздуха в кольцевом гибком трубопроводе в виде спирали с соплами воздух поступает из накопительного воздухосборника в нагнетательный трубопровод с большим давлением, т.е. оснащенный гибким трубопроводом с множеством отверстий на внешней стенке с соплами в сторону водоема, непосредственно закрепленного на восходящей ветви сифона. Воздух (инжектируемая среда) под большим давлением поступает через сопла в круговую зону и по высоте заглубления в воду восходящей ветви, таким образом создавая активную область завесы вокруг нее без перегораживающих устройств по ширине водоема. Это в свою очередь резко повышает надежность работы сифона и создается под давлением от компрессора поступающего сжатого воздуха. За счет мелких воздушных пузырьков создается вокруг восходящей ветви сифона вертикальный восходящий ток, направленный также и в сторону от трубы на определенное расстояние за счет возможности изменения длины и фиксации сопел. Кроме того, надежность и простота заключаются в его широком использовании в практике перечисленных выше объектов. При выпадении осадка в толще воды вокруг конца восходящей ветви сифона и непрерывном поступлении воды в сифон воздух создает непрерывные колебательные водные явления вокруг водоприемной камеры с заградительной сеткой, расположенной ниже конца восходящей ветви, что также способствует ее очищению от мусора и молоди рыб, а через отверстие с сеткой с местным сужением трубы, служащей для зарядки, идет постоянный ее промыв. При этом исключается кольматация фильтрующей сетки с трубой для зарядки сифона за счет пространства, в котором возникает воздуховоздушное заполнение его и смыв грунта и других растительных остатков. Зона водовоздушной завесы по кольцу приобретает большую площадь вокруг восходящей ветви сифона и вблизи перегораживающей стенки, на которой закреплен сифон.
Заявителем не выявлены технические решения, тождественные заявляемому изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию «изобретательский уровень».
Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлено водозаборное устройство, продольный разрез.
Водозаборное устройство содержит водоем 1 и нижний стокоприемник 2, перегораживающую стенку 3 с выпускным отверстием 4 с местным сужением 5 в виде зарядного устройства, служащим для зарядки сифона путем образования вакуума при перетекании воды из водоема 1 в нижний стокоприемник 2. Сифон 6 в верхней части (гребня) имеет патрубок 7 с воздуховпускным отверстием 8 для сообщения с атмосферой. Воздуховпускное отверстие 8 перекрыто клапаном 9, снабженный грузом 10, для увеличения его массы могут быть применены различные элементы.
Восходящая ветвь 11 сифона 6 снабжена кольцевым гибким (эластичным) трубопроводом 12 с отверстиями 13, которые снабжены соплами 14, размещенными в сторону водоема 1 вокруг и по высоте восходящей ветви 11, трубопровод выполнен в виде спирали к концу восходящей ветви 11, а конец трубопровода заглушен. Сопла 14 предназначены для инжектируемой среды в виде сжатого воздуха и выполнены съемными с возможностью изменения и фиксации их длины для подачи вокруг восходящей ветви 11 распыленной активной среды воздуха под давлением, создающим водовоздушную завесу в месте забора воды. Гибкий трубопровод 12 верхним концом соединен воздушной трубкой 15 посредством воздухосборника 16 с вентилем 17 с компрессором 18 и пультом управления 19. Таким образом, восходящая ветвь 11 сифона 6 содержит дополнительный кольцевой гибкий трубопровод 12 с соплами 14, обеспечивающий на выходе из сопел 14 создание активной области водовоздушной завесы, обладающей также защитой для устройства, закрепленного на входном конце восходящей ветви 11. Защитное устройство содержит водоприемную камеру 20, огражденную сороудерживающей решеткой 21 (сеткой), закрепленной жестко связями 22 ниже конца входной части восходящей ветви 11. Выпускное отверстие 4 содержит решетку 23 с сужением 5 в виде зарядного устройства.
Водозаборное устройство работает следующим образом.
Поток, насыщенный мусором и молодью рыб, поступает в водоем 1, где поступает в зону расположения восходящей ветви 11 сифона 6, которая снабжена кольцевым гибким трубопроводом 12 с соплом 14, выполненным по форме спирали вокруг восходящей ветви 11. Водовоздушная завеса создается кольцевым гибким трубопроводом 12 с соплами 14, под давлением через подводящую воздушную трубку 15, связанную через воздухосборник 16 с вентилем 17, компрессором 18, управляемым с пульта управления 19. За счет наличия высокого давления активная среда в виде воздуха из гибкого трубопровода 12 поступает в полость сопел 14. Под давлением активная среда выходит из сопел 14 создает активную круговую водовоздушную завесу вокруг восходящей ветви 11 сифона 6. Этим самым значительно повышается эффект круговой водовоздушной завесы, увеличивая дальность отгона мусора и молоди рыб от водозабора. Управление работой гибкого трубопровода 12 с соплами 14 осуществляется с пульта управления 19 компрессором 18. При этом входной конец восходящей ветви 11 защищен сороудерживающей решеткой 21, на которую влияет также реактивная сила водовоздушной завесы, и отодвигает от решетки мусор и молодь рыб, что значительно больше обеспечивает надежность для отбора воды в водоприемную камеру 20, и в этот момент начинается всасываться большее количество воды через сифон 6, работа которого становится более надежной и стабильной.
При перетекании воды из водоема 1 в нижний стокоприемник 2 в сужении 5 создается вакуум, за счет которого в полости сифона 6 создается разряжение, при этом выпускное отверстие 4 с зарядным устройством содержит решетку 23, на которую также действует волновое явление водовоздушной завесы, и мусор и молодь рыб отходят от решетки 23. Это позволяет снизить уровень заиления водоемов и использовать глинистые взвешенные частицы в воде в рекультивации смытых почв при орошении.
От возникновения вакуума в сифоне 6 уровень воды в восходящей ветви 11 сифона 6 увеличивается, достигая гребня, и вода начинает переливаться в нисходящую ветвь сифона, еще более увеличивая вакуум захватом, и выноса воздуха из полсти сифона. Как только давление понизится до определенной величины, атмосферное давление снаружи приподнимет клапан 9 с определенной заданной массой груза 10 и воздух начнет поступать в полость сифона. Слой перелива при этом понизится, давление повысится и под действием массы груза 10 клапан 9 перекроет воздуховпускное отверстие 8. Конкретная масса груза 10 для клапана 9 будет соответствовать поддержанию определенного слоя перелива и, следовательно, расхода.
По мере поступления водотока через сифон 6 уровень воды сначала снижается, а затем вновь восстанавливается.
Размещение в водоеме сифона 6 с гибким трубопроводом 12 с соплами 14 по спирали на восходящей ветви 11 повышает надежность и обеспечивает стабильную работу сифона для отбора воды непосредственно в зоне его размещения, устранив при необходимости площадь перегородки по ширине водоема по сравнению с прототипом. Это дает возможность отказаться от громоздких перегораживающих устройств в зоне отбора воды для потребителя при эксплуатации сифона. Кроме того, по высоте водоема в зоне отбора воды обеспечивается равномерная водовоздушная завеса затопляемой части восходящей ветви 11 сифона 6 и других элементов устройства, расположенных вблизи отвода воды.
Таким образом, предлагаемое устройство уменьшает величину расхода воды на нужды мусорорыбоотведения, осуществляет уменьшение времени переходных процессов в автоматическом режиме из-за полного использования источника вакуума, что позволяет быстрее восстановить слой перелива, следовательно, и расход до заданного, что связано одновременно и с подачей сжатого воздуха компрессором с пульта управления. Это в свою очередь предотвращает перерасход воды при заборе ее из водоема, в котором присутствует молодь рыб, сохраняется экология окружающей природы. Таким образом, происходит объединение в одном технологическом цикле задач оптимального создания водовоздушной завесы и стабильного отбора воды из водоема. Повышается надежность и обеспечивается стабильность работы водозаборного устройства.