ПЕСКОГРАВИЕЛОВКА
SAND AND GRAVEL TRAP

Изобретение относится к гидротехнике, а именно к устройствам для очистки воды от наносов, и предназначено для предотвращения попадания донных и взвешенных наносов, фракций более 0,2 мм, в трубопроводы с машинным орошением и аванкамеры насосных станций.
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 выходу к спиральной камере, 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 SU №1330254, Е02В 8/02 от 15.08.1987).
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 того, что взвешенные наносы фракций, перераспределяясь в плане, частично во взвешенном состоянии могут поступать через переливную стенку в корпус и далее к потребителю. Это в первую очередь требует, чтобы было постоянство перелива воды, однако в процессе работы сооружения, происходит частое изменение расхода в подводящем канале. В случае насыщенности потока в большом количестве влекомыми и взвешенными наносами, промывное отверстие не справляется с их промывкой, и происходит частичный завал по ширине камеры. В результате этого увеличивается наполнение в кольцевой камере, наносы могут попадать через переливную стенку к потребителю, т.е. высота стенки перелива не рассчитана на такой гидравлический режим ее работы, соответственно, гидравлическая структура в камере меняется. В этом случае более мелкие наносы начнут поступать в отводящий трубопровод к потребителю. Таким образом, известное сооружение не позволяет полностью защитить канал чистой воды от части взвешенных наносов. Задача в известном устройстве решается только в одном техническом цикле - защита од донных наносов при определенном заданном расчетном расходе.
Известен отстойник, включающий сужающую для сбора наносов приемную отстойную камеру, имеющую наклонное дно, перегородку с окном в нижней части, делящей камеру на две секции, и сбросной коллектор (Авторское свидетельство SU №1350242, Е02В 8/02 от 07.11.1987).
Недостатки известного устройства: периодическая подача воды потребителю по отводящему патрубку (15), которая периодически прерывается на время промывки отстойника посредством задействования восходящей (7) и нисходящей (9) ветви сифона (8). В результате в трубопроводах с чистой водой создаются воздушные пробки, снижающие эффективность в работе известного устройства и тем самым затрудняющие водоснабжение; завал выходной восходящей ветви (7) сифона (8) скопленными наносами в конусной части отстойника у окна (5) и естественная кольматация их, что может препятствовать включению в работу сифона (8) (во-первых) и привести к недостаточности всасывающего усилия сифона (8) для поднятия наносной массы на всю высоту восходящей ветви (7) сифона (8), т.е. на высоту от входного отверстия сифона (8) вплоть до капора (10).
Известны также, например, гидроциклоны и пескогравиеловки по авторским свидетельствам SU: 184187, 367895, 544473, 816558, 823647, 882942, 886998, 1065525, 1330254, 1,392188, 1456234, 1546547.
Однако известные устройства сложны, обусловлены многочисленными элементами, не практичными в изготовлении, что не позволяет обеспечить надежную продолжительную работу устройства в ходе их эксплуатации.
Наиболее близким к предлагаемому по назначению, технической сущности и достигаемому результату является пескогравиеловка, включающая служащую для сбора наносов приемную емкость цилиндрической формы, имеющую наклонное дно и сообщенную с подводящим водоводом и сбросным коллектором, подводящий водовод снабжен гасительным устройством в виде пустотелого цилиндра с водовыпускными окнами, разделенного на две полости горизонтальной перегородкой с отверстием в средней части, вмонтированной ниже водовыпускных окон, и пирамидальным рассекателем, расположенным соосно отверстию в перегородке выше наклонного дна, которое выполнено выпускным донным отверстием и образует со стенками основной цилиндрической емкости в узкой ее части промывное окно, сообщенное с полостью коллектора посредством дополнительной емкости, объем которой больше, чем объем основной емкости, при этом в стенках наклонного дна основной емкости относительно друг друга выполнены водовыпускные отверстия, которые снабжены наносоотбойными элементами в виде затвора с возможностью перемещения в сторону пустотелого цилиндра со стороны полости основной емкости, при этом дно основной и дополнительной емкостей имеет наклон под различным углом к горизонтальной оси устройства, закрепленного в основании фундамента (Патент RU №2532276, Е02В 8/02, B01D 21/00, C02F 5/14 от 10.11.2014).
Недостатки данного устройства обусловлены его сложностью конструкции, включающей внутри пустотелого цилиндра перегородку и окна, препятствующие свободному паданию воды в сторону промывного отверстия основной емкости, установки дополнительной емкости большого размера, а также затворов с приводами и т.д. Эти устройства ведут к громоздкости конструкции, а значит большая материалоемкость и недостаточная степень влияния на интенсивность отвода донных и придонных наносов.
Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, - упрощение конструкции и повышение работы за счет аккумулирования наиболее насыщенного потока наносами.
Для решения этой задачи в пескогравиеловки, включающей служащую для сброса наносов приемную емкость цилиндрической формы, имеющую наклонное дно и сообщенное с подводящим водоводом и сбросным коллектором, перегородку выше наклонного дна, которое выполнено выпускным донным отверстием, перегородку выше наклонного дна, которое выполнено выпускным донным отверстием, гасительное устройство разделено перегородками на основную и дополнительную емкости, пескогравиеловка снабжена расположенными в нижней части перегородок Г-образными козырьками, полка которых направлена вниз, с расположенной дополнительной успокоительной емкости, в которой закреплен поплавок на одном конце рычага шарнирно-рычажного привода, при этом дополнительная успокоительная емкость размещена внутри отстойной емкости, а второй конец рычага, расположенный в переливной емкости, закреплен на оси вращения, при этом шарнирно-рычажный привод закреплен под крышкой успокоительной и переливной емкостей, и к рычагу в средней его части шарнирно прикреплена верхним концом тяга, к нижнему концу которой жестко прикреплен клапан, при этом переливная труба соединяет отстойную емкость с переливной, причем конец трубы в отстойной емкости снабжен гибким шлангом с водоприемным оголовком, связанным с поплавком, и водоприемный оголовок состоит из диффузора, конец которого соединен с атмосферой вертикальной трубкой с обратным клапаном, и мусорозащитное устройство.
Кроме того, тяга размещена в направляющих, которые жестко прикреплены стержнями к стенке переливной емкости.
Для решения этой задачи в пескогравиеловке, включающей служащую для сброса наносов отстойную емкость, имеющую наклонное дно со сбросным коллектором, и сообщенное с приемной емкостью с подводящим водоводом, перегородки выше наклонного дна, которые выполнены выпускным донным отверстиями, гасительное устройство в целом имеет дополнительную успокоительную, переливную и отстойные емкости. Пескогравиеловка снабжена расположенными в нижней части перегородок Г-образными козырьками, полка которых направлена вниз, с расположенной с дополнительной успокоительной емкостью, в которой закреплен поплавок на конце рычага шарнирно-рычажного привода, размещенный под крышкой дополнительной и переливной емкостями. При этом переливная труба соединяет отстойную емкость с переливной, причем конец трубы, лежащий в отстойной емкости, снабжен гибким шлангом с водоприемным оголовком, связанным с поплавком, и водоприемный оголовок состоит из диффузора, конец которого соединен с атмосферой вертикальной трубкой с обратным клапаном, и мусорозащитное устройство.
Технический результат предложенного изобретения заключается в создании условий высокоскоростному потоку воды, обогащенному наносами, попадая, во-первых, в отстойную емкость из приемной, расширяется и теряет часть кинетической энергии. Песок, гравий и взвешенные наносы направляются через придонное отверстие в вертикальной перегородке с Г-образным козырьком, полка которого направлена вниз, в отстойную емкость с приямком. Отстойная емкость наполняется водой, избыток уже относительно чистой воды через отверстие в верхней части внутренней перегородки переливной емкости перетекает из дополнительной емкости в переливную, откуда по трубопроводу поступает потребителю. Одновременно вода через водоприемный оголовок с диффузором поступает вместе с атмосферным воздухом из вертикальной трубки, который засасывается течением воды, поступает через гибкий шланг и переливную трубу также в переливную емкость при открытом клапане, где оба потока соединяются в один общий поток. Образующиеся при выпадении наносы перемещаются по наклонному дну в приямок, из которого, открывая задвижку, их периодически выводят в коллектор с дальнейшим удалением. Оголовок с диффузором и поплавком являются составной частью для работы шарнирно-рычажного привода, которые связаны через тягу с клапаном, размещенным в конце переливной трубы, расположенной в переливной емкости. Кроме того, при понижении уровня воды в отстойной емкости диффузор также опускается, как и опускается поплавок в отстойной емкости, которая связана с дополнительной и переливной емкостями, но при этом поддерживается открытие клапана в конце переливной трубы до уровня воды, которое обеспечивает отвод наиболее очищенной части воды из отстойной емкости в переливную емкость. Далее выпавшие наносы промывают через приямок отстойника, открывая задвижку на коллекторе для дальнейшего окончательного удаления. Мусорозадерживающее устройство обеспечивает защиту оголовка диффузора, и осевший плавающий мусор может затем смываться при сбросе донных отложений наносов. Таким образом, высота подпора воды в отстойной емкости позволяет смыв наносов, которые регулируются задвижкой, т.е. удаления из нее влекомых и взвешенных наносов, даже при отсутствии поступления расходов воды из подводящего водовода за счет имеющегося дополнительного напорного режима в приемной дополнительной и отстойной емкостях.
Объемы всех емкостей и площадь живого сечения их различны. В целом это позволяет повысить эффективность устройства путем улучшения очистки поступившей (накопленного объема) воды и упростить эксплуатацию сооружения.
Подобное исполнение конструкции пескогравиеловки, по мнению автора, не было известно и отвечает критерию «существенные отличия».
На чертеже схематично изображена пескогравиеловка, общий вид.
Пескогравиеловка включает основную приемную емкость 1, дополнительную успокоительную емкость 2, установленные в отстойной емкости 3 большего объема с приямком 4, к которому присоединен коллектор 5, имеющий задвижку 6. Дно приемной емкости 1 и дополнительной емкости 2 выполнено с уклоном в сторону образованного в дне 7 наносопромывного приямка 4. Пескогравиеловка содержит вертикальные перегородки 8, 9 и 10, в нижней части перегородок 9 и 10 закреплены Г-образные козырьки 11 и 12, полка которых направлена вниз. Перегородки 8, 9 и 10 делят ее на основную приемную 1, дополнительную 2, переливную 13 и отстойную 3 емкости. В верхней части дополнительной успокоительной емкости 2, размещенной внутри отстойной емкости 3, под крышкой 14 размещен поплавок 15, закрепленный на одном конце рычага 16, а другой конец его, размещенный в переливной емкости 13, закреплен осью вращения 17, и в средней части рычага 16 прикреплена шарнирно верхним концом тяга 18, к нижнему концу которой жестко прикреплен клапан 19. Тяга 18 размещена в направляющих 20, со стержнями 21, жестко закрепленными к стенке переливной емкости 13. В нижней части приемной емкости 1 размещена переливная труба 22, соединяющая отстойную емкость 3 с переливной емкостью 13. Конец переливной трубы 22, лежащий в отстойной емкости 3, снабжен гибким шлангом 23, который верхним концом прикреплен к диффузору 24 с вертикальной трубкой 25 с обратным клапаном 26 и с прикрепленным поплавком 27. Мусорозащитное устройство 28 обеспечивает защиту от плавающего мусора.
Конец переливной трубы 22, расположенный в переливной емкости 13, выполнен в виде выпускной камеры 29, на дне камеры 29 имеется отверстие 30. Для регулирования площади отверстия 30 служит клапан 19, жестко связанный с тягой 18. Вертикальные перегородки 9 и 10 закреплены так, что между их нижней кромкой с Г-образными козырьками 11 и 12, полка которых направлена вниз, и дном, - щелевое отверстие для прохода воды из приемной емкости в отстойную емкость 3. Вертикальная перегородка 8 имеет расположенное на уровне верхнего положения поплавка 15 в дополнительной емкости 2 отверстие 31 для перелива воды из емкости 2 в переливную емкость 13. В придонной части переливная емкость 13 сообщается с трубопроводом 32 отвода чистой воды потребителю.
Приемная емкость 1, дополнительная успокоительная емкость 2, отстойная емкость 3 и переливная емкость 13 сверху перекрыты съемными герметичными крышками.
Рабочий объем отстойной емкости 3 устанавливают на прием поступления воды из поводящего водовода 33 в приемную емкость 1.
Объем всех емкостей и площадь живого сечения их различны. Поступление и выпадение гравия и песка на дно отстойной емкости в процессе их активного смыва при использовании накопившейся воды в отстойной емкости и возможность полной очистки ее, возможна подача осветленной воды потребителю в автоматическом режиме, упрощает работу конструкции сооружения, в результате чего снижаются затраты на его эксплуатацию.
Следовательно, при поднятии поплавков при достижении уровня в емкостях на соответствующей отметке происходит сброс воды от максимального до минимального уровня в аккумулирующей емкости. Между перегородками 8, 9 и 10 всех емкостей образована зона спокойного состояния воды. Таким образом, даже на период прекращения поступления воды из подводящего водовода 33 в отстойной емкости 3 остается запас объема воды на промывку наносов, далее в коллектор 5.
Пескогравиеловка работает следующим образом.
Вода вместе с влекомыми и взвешенными наносами из подводящего водовода 33 поступает в приемную емкость 1, выполняющего определенную роль гасительного устройства на первой стадии ступени движения потока воды, где в результате ограждения перегородками 9 и 10 между их нижними кромками с Г-образными козырьками, полка которых направлена вниз, и дном образовано щелевое отверстие для прохода воды из приемной емкости 1 в отстойную емкость 3 и постепенно заполняет ее.
Наполненная водой дополнительная успокоительная емкость 2 за счет подъемной силы поплавка 15 передает на рычаг 16 на оси вращения 17 и через него перемещает тягу 18 и, соответственно, клапан 19, который открывает отверстие 30 в выпускной камере 29, выполненной на конце переливной трубы 22 в переливной емкости 3, тем самым одновременно при заполнении дополнительной успокоительной емкости 2 до уровня, на котором расположено отверстие 31 в перегородке 8, относительно чистая вода перетекает также в переливную емкость 13, откуда по трубопроводу 32 чистая вода поступает потребителю.
Следует отметить, что одновременно заполняется и отстойная емкость 3, далее через диффузор 24, связанный с поплавком 27, который постоянно находится на верхнем уровне в отстойной емкости 3, отводят объемы воды с засасыванием по трубке 25 атмосферного воздуха, и смешивается с водой. На входе в гибкий шланг 23 создается глубоко эмульгированная смесь, имеющая малую плотность. Мусорозащитное устройство 28 защищает оголовок (впускное отверстие) диффузора 24 от плавника и мусора, при этом в работе отстойной емкости 3 мусор может постоянно сбрасываться вместе с промывкой наносов через приямок 4 в коллектор 5. Следовательно, диффузор 24 защищен от закупорки проходного отверстия от попадания в него плавающих предметов (плавника, мусора, шуги и т.п.).
В случае прекращения поступления воды из подводящего водовода 33 приток воды в приемную емкость 1 прекращается, т.е. прекращается поступление воды как в дополнительную успокоительную емкость 2, так и в отстойную емкость 3, уровень воды понижается, но на этой стадии открывается задвижка 6 в коллекторе 5, поэтому идет смыв наносов и происходит вытекание воды из отстойной емкости 3, постепенно опорожняется до определенного уровня в ней. В это время в переливную емкость 13 прекращается поступление воды через переливную трубу 22, так как нагрузка на плечо рычага 16 с поплавком 15 и с клапаном 19 увеличивается из-за отсутствия столба давления воды на поплавок 15 и клапан 19 закрывает отверстие 30 в камере 29.
Следовательно, поднятие поплавка 15 при отсутствии давления воды вверх на соответствующей отметке приводит к закрытию клапана 19 отверстия 30 в выпускной камере 29, что позволяет закрыть переливную трубу 22 в переливной емкости 13.
Таким образом, открытие клапана 19 обеспечивается срабатывающим устройством в виде шарнирно-рычажного привода с поплавком при превышении уровня воды в пескогравиеловке, состоящей из емкостей 1, 2 и отстойной емкости 3 с промывкой донного приямка 5, т.е. работа устройства в автоматическом режиме происходит с малым промывным расходом благодаря гидравлической связи устройства и связана с размещением уровня выше максимального уровня в устройстве в целом.
Оригинальность предложенного технического решения заключается в создании условий для простой и надежной работы пескогравиеловки за счет составляющих ее элементов по сравнению с прототипом; позволяет повысить эффективность сооружения путем повышения очистки загрязненных вод наносами и автоматический контроль над уровнем в емкостях, что исключает аварийную ситуацию, и уменьшает металлоемкость. Очищенная вода поступает потребителю.