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 обледенения 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 образования льда на водной поверхности, содержащее канал, снабженный водяным насосом, выполненный с возможностью подвода тепла от нижних слоев воды к верхним, при этом насос диэлектрически изолирован и соединен с источником переменного тока линией, изолированной от окружающей среды (см. 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 предполагаемой 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 образования льда на водной поверхности, содержащее канал, снабженный водяным насосом, выполненный с возможностью подвода тепла от нижних слоев воды к верхним, при этом насос диэлектрически изолирован и соединен с источником переменного тока линией, изолированной от окружающей среды, отличается тем, что канал выполнен замкнутым, в виде трапеции, основание которой выполнено в 2-3 раза длиннее верхней части, при этом участки канала, образующие боковые стороны трапеции, снабжены кожухами из теплоизоляционного водостойкого материала, причем циркуляционный насос размещен на одном из участков канала, образующих боковые стороны трапеции. Кроме того, высота трапеции составляет 0,95 от глубины водоема. 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 изображен продольный разрез устройства; на фиг.2 – установка устройств на деривационном канале в продольном разрезе; на фиг. 3 – общий вид устройства из четырех секций в канале.
На чертежах показаны канал 1, основание 2 и верхняя часть 3 трапеции, участки 4 канала 1, кожухи 5, циркуляционный насос 6, корпус 7.
Канал 1 выполнен замкнутым, в виде трапеции, основание 2 которой выполнено в 2-3 раза длиннее верхней части 3. Участки 4 канала 1, образующие боковые стороны трапеции, снабжены кожухами 5 из теплоизоляционного водостойкого материала. Также показан циркуляционный насос 6, который размещен на одном из участков 4 канала 1, образующих боковые стороны трапеции, в корпусе 7. Кроме того, высота трапеции составляет 0,95 от глубины водоема. Кроме того, в качестве теплоносителя использована жидкость с температурой замерзания ниже минус 10-20ºС.
В качестве теплоносителя могут быть использованы керосин, тосол и другие незамерзающие жидкости, подходящие по соображениям экономичности (их температуры замерзания ниже -40ºС).
Канал 1 выполнен из теплопроводящего конструкционного материала, например, из нержавеющей стали. Циркуляционный насос 6 диэлектрически изолируют от пространства канала 1 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 6 использован маломощный (с электродвигателем мощностью до 250 Вт) электрический насос, предпочтительно в пластиковом корпусе 7 (с внутренним сечением, соответствующим сечению канала 1). Корпус 7 соединяют с каналом 1 посредством пластиковой муфты, концы которой снабжены внутренней резьбой, соответствующей внешней резьбе на стыкуемых с нею торцах канала 1. Высота трапеции составляет 0,95 от глубины водоема, в котором размещается устройство, при этом перепад температур между верхними и нижними уровнями водоема составляет не менее 3-5 градусов.
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.
Устройство, полностью заполненное теплоносителем, устанавливают в водоеме (деривационном канале), где уровень воды имеет достаточную глубину, а разность температур между верхними и нижними уровнями составляет минимум для работы устройства (не менее 3-5 градусов). При этом основание 2 устройства «работает» в качестве теплопринимающего теплообменника, а его верхняя часть 3 «работает» в качестве теплоотдающего теплообменника (обогревателя).
При большой глубине водоема возможна установка устройства на опорные элементы (на чертежах не показаны), обеспечивающие нахождение верхней части 3 не дальше 5-7 см от водной поверхности.
Циркуляционный насос 6 обеспечивает циркуляцию теплоносителя по каналу 1, при этом теплоноситель, проходя по основанию 2 устройства, подогревается на 3-5 градусов и далее попадает в верхнюю часть 3, где отдает свое тепло окружающей воде, исключая образование льда на поверхности водоема.
При этом кожухи 5 из теплоизоляционного водостойкого материала исключают потерю тепла теплоносителя до его выхода в верхнюю часть 3 устройства и дополнительное охлаждение теплоносителя на участке от верхней части 3 до основания 2.