УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАБОРА ВОДЫ ИЗ ПОВЕРХНОСТНЫХ ИСТОЧНИКОВ
DEVICE FOR WATER INTAKE FROM SURFACE SOURCES

Изобретение относится к области водозабора из поверхностных источников и может быть использовано в системах оборотного водоснабжения обогатительных фабрик, горнорудной промышленности, расположенных в районах с суровыми климатическими условиями, а также для забора воды из слоев в зимний и летний период водоемов и рек. Известен оголовок речного водоприемника, состоящий из трубопровода и заборной головки, трубопровод выполнен из шарнирно соединенных отрезков труб, а головка снабжена поплавком, расположенным над всасывающим отверстием, и полусферической защитной сеткой (Авторское свидетельство SU №1080606, Е02В 8/04 от 14.09.1956).
Недостатком известного устройства является то, что соединение трубопровода, выполненного из отрезков труб, которые соединены между собой с помощью шарниров, определяют жесткие требования к конструкции его, так как возможно попадание взвешенного ила, мусора, водорослей и других мелких частиц, а также непосредственное попадание воды, вызовет их заклинивание и возникновение коррозионных свойств соединенных между собой узлов, в частности, при длительном отсутствии водозабора. Кроме того, надежность устройства снижается, когда соединение узлов выполнено многочисленными шарнирами вращения с подвижными узлами, соответственно повышает затраты на его эксплуатацию.
Известно устройство для забора воды из поверхностных источников, содержащее поплавок, соединенную с ним водоприемную камеру, напорный трубопровод, сороудерживающее приспособление и грузовой якорь с регулирующим тросом, которое снабжено очистителем, выполненным 8 виде кольца с радиально закрепленными щеточными элементами и турбинными лопатками, при этом щеточные элементы очистителя размещены в зазорах колец бортового наносоудерживающего элемента (Авторское свидетельство SU №1252438, Е03В 3/04, F16K 31/18 от 23.08.1986).
Недостатками этого устройства является то, что все оборудование привода размещено в корпусе самого устройства, оно громоздко и, как следствие большая материалоемкость. Кроме того, оно усложняет конструкцию и существенно повышает затраты на его обслуживание. Само очистительное устройство определяет жесткие требования о необходимой точной взаимной центровке щеток и колец с прорезями и делает работу мало надежной, так как необходимо затрачивать большую энергию на щеточные элементы и свободно двигать по окружности за счет приводимых в движение лопаток турбины от поступающей (падающей) воды в корпус погружного насоса.
Известно также плавучее устройство для забора воды из верхних слоев водоема, вертикальный конец всасывающей трубки вставлен в плавающий водоприемный резервуар, могущий перемещаться относительно этой трубы в вертикальном направление (Авторское свидетельство SU №68458, Е02, Е03В 3/04 от 31.05.1947).
Однако основным недостатком известного устройства является низкая производительность, кроме того, устройство не обеспечивает подъем воды из нижних слоев за счет использования завихрителя с откачным устройством с установкой на необходимую глубину, где раскрываются лопасти завихрителя и вращением завихрителя создают в нижнем слое воды под плавающим понтоном вихревую воронку, и когда через перфорацию в полом валу завихрителя вода поступает в трубу в трубопровод, далее с помощью всасывающего насоса подают потребителю, например, в емкость.
Известно устройство для забора воды из поверхностных источников, содержащее поплавок, жестко соединенную с поплавком и установленную под ним водоприемную камеру, трубопровод для забора воды, размещенный под урезом воды, и сороудерживающую решетку, верхняя часть трубопровода соединена с поплавком, а нижняя установлена с зазором в водоприемной камере и выполнена с отверстиями, размещенными на нижней образующей трубопровода, при этом водоприемная камера выполнена в виде лотка (Авторское свидетельство SU №1622535, Е02В 3/04 от 23.01.1991).
Недостатком этого устройства является сложность самого устройства, что повышает затраты на эксплуатацию. Кроме того, все это приводит к уменьшению пропускной способности через сороудерживающую решетку в реальных условиях водозабора. А значит, снижается область применения и универсальность водозаборного устройства.
Известны также рыбозащитные устройства SU: №530667, А01К 63/00 от 29.07.1977 и №1705483, Е02В 8/08, 9/04 от 15.01.1992). Однако недостатком указанных устройств является ограниченность их применения, поскольку эти устройства сложны и могут быть использованы только в условиях искусственного повышения кислорода в воде.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является устройство для забора воды из поверхностных источников, содержащее поплавок, жестко соединенную с ним водоприемную камеру, напорный трубопровод, размещенный под урезом воды и соединенный с водоприемной камерой, и сороудерживающую решетку, нижняя часть трубопровода установлена с зазором в водоприемной камере и выполнена с отверстиями, размещенными по нижней образующей трубопровода, при этом водоприемная камера выполнена в виде лотка. Кроме того, основание поплавка выполнено профилем с выпуклой стороной, к которой закреплена труба Вентури, при этом гибкая пластмассовая труба соединяет исходную часть трубы Вентури посредством гофрированной монтажной вставки с насосом, размещенным под урезом воды, воздухозаборник сообщен с наиболее узким сечением трубы Вентури, выходная часть соединена с перфорированной кольцевой и гибкой трубкой, выполненной из полиэтиленового материала и размещенной по нижней образующей водоприемной камеры (Патент RU №2609377, Е02В 9/04, Е03В 3/04 от 01.02.2017).
Основными недостатками являются сложность выполнения профиля плавучего основания и тем самым связи выполнения элементов крепления трубы для забора воды водоприемной камеры, а также сложность выполнения многочисленных сопел, предназначенных для инжектируемой среды в виде водовоздушной смеси, поступающей через трубку Вентури в перфорированную кольцевую трубку и трудоемкость выполнения. В итоге устройство сложное в правлении самой водоприемной камеры.
В основу настоящего изобретения положена задача создания устройства для забора воды из поверхностных источников в таком конструктивном выполнении при погружении завихрителя в воду на необходимую глубину, где раскрываются лопасти завихрителя и вращением завихрителя создают в воде вихревую воронку, в результате действия центробежных сил в воде непосредственно в границах под платформой, обеспечивая забор чистой воды из вихревой воронки, далее откачка насосом через перфорацию в полом валу завихрителя для подачи воды потребителю, что ведет к простоте и к снижению себестоимости в условиях забора воды из поверхностных источников в отличие от прототипа, т.е. повышение эффективности работы устройства за счет расширения камеры вокруг перфорации в полом валу завихрителя, с поворотом и крепления относительно полого вала закрепления в нижней части завихрителя для создания волновых явлений по удалению посторонних частиц с внешней поверхности заборной головки с отверстиями.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для забора воды из поверхностных источников, содержащем поплавок, напорный трубопровод под урезом воды, нижняя часть трубопровода выполнена с отверстиями, размещенными по образующей трубопровода, согласно изобретению оно оборудовано устройством водозабора, выполненного в виде завихрителя с откачным устройством, вращением завихрителя которого создают в воде непосредственно под днищем плавучего корпуса вихревую воронку, обеспечивающую откачку воды из вихревой воронки в центре под днищем плавающего корпуса в виде плавающей поплавковой платформы, выполненной из прямоугольной замкнутой трубчатой рамы с площадкой из металлической пластины, трубы рамы выполнены из легкого металла и связаны между собой жестко жесткой связью крепления, причем их связи по углам соединения стыковочных заглушенных концов труб между собой выполнены жесткими поперечинами уголкового профиля из металла, при этом каждая из заглушенных труб поплавковой платформы оборудована воздухозаборным патрубком с краном, выполненным сверху, с принудительным заполнением их полости воздухом от компрессора, воздухозаборные патрубки соединяют посредством шлангов с компрессором, при этом завихритель с откачным устройством снабжены обхватывающей по наружной окружности заборной головкой с отверстиями под урезом воды, которая закреплена к нижней части прямоугольной трубчатой рамы платформы.
Кроме того, платформа снабжена грузовым якорем и натяжным тросом для регулирования высоты вертикального положения плавающей платформы в открытой акватории моря, водохранилища или реки.
При помощи сочетания с использованием грузового якоря с тросом и используя водонепроницаемую платформу как плавающую поплавковую платформу, состоящую из прямоугольной замкнутой трубчатой рамы с площадкой из металлической пластины, которая закреплена сверху трубчатой рамы, а сами концы труб заглушены при этом полости каждой из них заполнены принудительно воздухом от компрессора, обеспечивается регулирование высоты планового расположения завихрителя с откачным устройством по глубине воды, создания при этом внизу вихревой воронки под корпусом плавающей платформы, где откачивающее устройство имеет перфорацию по высоте в виде пустотелого вала, а завихритель создает волновые явления снаружи заборной головки с отверстиями. Это представляет собой комплекс элементов взаимосвязанных с забором воды. Все это, в целом, возможно благодаря компактному расположению всего устройства и дает возможность использовать энергию волны для промывки проходных отверстий в заборной головке и повышает надежность забора воды при любых погодно-климатических условиях.
Эффективность устройства заключается в том, что оно просто по конструкции и технологично в производстве.
По данным патентной и научно-технической литературы не обнаружены аналогичное техническое решение, что позволяет судить об изобретательском уровне предложения.
Сущность предложения поясняется чертежами, где изображено:
на фиг. 1 схематическое изображение предлагаемого устройства для забора воды из поверхностных источников, план;
на фиг. 2 дан вид в разрезе схемы забора воды из вихревой воронки;
на фиг. 3 показан процесс забора воды из-под корпуса платформы с использованием насоса.
Устройство для забора воды из поверхностных источников содержит горизонтальную водонепроницаемую поплавковую плавающую платформу 1, снабженную снизу прямоугольной замкнутой трубчатой рамой. Трубчатая рама включает в себя легкие металлически пустотелые трубы 2, концы которых заглушены и жестко связаны между собой, причем связи крепления по углам их соединения выполнены жесткими поперечинами уголкового профиля из металла. При этом полости труб 2 заполнены воздухом под принудительным давлением через воздухозаборные патрубки 3 с краном через шланг с помощью компрессора (не показаны). Сверху трубчатая прямоугольная рама из труб 2 жестко связана крепежной металлической пластиной 4 и образует крепежную площадку платформы выше уреза воды.
Труба 5 для откачки воды, погруженная в полый вал 6 завихрителя, закреплена в средней части платформы 1 и в нижней части имеет полый вал 6 с перфорацией 7 с завихрителем 8. Погруженный в воду завихритель 8 с откачным устройством также включает всасывающий насос 9 для подачи воды потребителю.
Снизу к платформе 1, состоящей из круглых легких замкнутых пустотелых труб 2, крепят заборную головку 10 с отверстиями, охватывающую по наружному контуру под урезом воды полый вал 6 с перфорацией 7 и с завихрителем 8. Укрепленная заборная головка 10 с отверстиями, таким образом, снизу, выполняет роль в виде сетки, а вращение завихрителя 8 в нижней части полого вала 6 позволяет удалять посторонние частицы с внешней поверхности за счет создания в толще воды волновых явлений вместе входа воды через перфорацию в полый вал 6, далее забор воды выполняет всасывающий насос 9, т.е. отсутствует попадание мусора (частиц) в полый вал 6 снизу.
Платформа 1 снабжена грузовым якорем 11, с помощью которого путем натяжения троса 12 регулируется установившаяся высота вертикального положения плавающей платформы 1 (рамы из труб и площадки) в реке, моря или в водохранилище при естественном уровне воды, т.е. в соответствии с амплитудой колебания уровня воды. Поэтому даже в зимний период полый вал 6 с завихрителем 8 погружен в воду с учетом глубины промерзания воды в реке, в море или водохранилище.
Таким образом, вода из откачивающего устройства с завихрителем поступает потребителю посредством всасывающего наоса 9.
Завихритель 8 под днищем платформы 1, погруженный в глубину воды, своим вращением создает в воде вихревую воронку 13, обеспечивает под днищем платформы 1 забор чистой воды в центральной части вихревой воронки 13. Далее через перфорацию 7 в полом валу 6 завихрителя 8 через трубу 5 для откачки насосом 9 в емкость или другому потребителю. В случае окончания забора воды или необходимости замены полого вала 6 лопасти 14 завихрителя 8 складываются, и завихритель 8 удаляется из-под платформы 1, а также плавающую платформу можно перемещать при этом с помощью сцепки (не показано) на другой участок, где необходимо забирать воду. Устройство становится в этом случае мобильным и сама платформа 1 по своей конструкции постоянно занимает плавающее положение выше уреза воды, а размеры пустотелых замкнутых труб рассчитывают по известным формулам для плавающих поплавков.
Устройство для забора воды из поверхностных источников работает следующим образом.
Перед использованием устройства для забора воды осуществляют сборку платформы 1 из пустотелых труб заданного размера (длина и диаметр) с заглушенными концами и связанных между собой жесткими связями. Сверху к ним закрепляют жестко крепежную металлическую пластину 4 (площадку), а также под днищем платформы закрепляют заборную головку 10 с отверстиями, таким образом, чтобы она охватывала установку завихрителя с откачивающим устройством и выполняла роль сетки.
Плавающую платформу 1 опускают в готовом виде на воду, оснащенной устройством заякоревания надежно и ориентируются по течению, например, реки, по заданному его погружении в подводный горизонт уреза воды. Далее через отверстие в средней части платформу крепят полый вал 6 с завихрителем 8, лопасти 14 которого складываются на момент погружения в воду на глубину уровня.
Размещенная мобильная платформа 1 со всеми элементами устройства с креплением на заданном ее погружении в подводный горизонт уреза с полыми закрытыми трубами 2, и с помощью закрепления грузового якоря 11 и троса 12, готова к работе. После погружения завихрителя 8 в воду на необходимую глубину раскрываются лопасти 14 завихрителя 8, и вращение завихрителя 8 создает в воде под днищем платформы 1 вихревую воронку 13, и производят забор воды из вихревой воронки 13. При образовании в воде вихревой воронки, далее через перфорацию 7 в полом валу 6 завихрителя 8 вода поступает в трубу 5 с помощью отсасывающего насоса 9 и подается потребителю (не показано). При вращении лопастей 14 завихрителя 8 образуются волновые явления с внешней стороны заборной головки 10 выполненной по всей ее образующей поверхности отверстиями, которая играет роль фильтра для предотвращения попадания посторонних частиц (взвесей и т.п.) с внешней стороны поверхности головки. Волновые явления воды вокруг заборной головки 10 за счет привода вращения (не показано) завихрителя 8 закрепленного в нижней части конца полого вала 6 позволяют снизить влияние налипания и задержания частиц взвеси и мусора (на заборной головке с отверстиями), а значит, обеспечивается забор чистой воды из воронки 13 в полый вал 6 с перфорацией 7, далее в трубу 5 в необходимом количестве чистой воды с помощью насоса 9, при этом уменьшается вероятность травмирования молоди рыб (уменьшается число контактов с заборной головкой с отверстиями.
Использование предлагаемого устройства для забора воды обеспечивает по сравнению с известными устройствами более простую конструкцию, а значит повышенную надежность в работе и качественный забор воды из поверхностных источников в любое время года. Оно становится мобильным устройством. При этом расширяется область применения, и нет необходимости менять фильтрующую заборную головку с отверстиями с ее гладкой выпуклой поверхностью при заборе воды из воронки завихрителя устройством завихрителя под днищем платформы с погруженными частично в воду замкнутыми трубами, которые образуют квадратную раму плавающей платформы.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет мобильно упростить эксплуатацию конструкции, сохраняется экология окружающей природы, само устройство становится многофункционально. Повышается надежность и обеспечение стабильной работы устройства для забора воды из поверхностных источников.
Диаметры замкнутых пустотелых труб заполненных принудительно воздухом за счет компрессора при расчетных размерах, создают плавающей платформе с устройством забора воды устойчивое горизонтальное положение независимо от волнений поверхности воды в реке или водохранилище (нагонная волна).
Предлагаемое устройство для забора воды под днищем плавающей платформы из замкнутых и заглушенных пустотелых труб позволяет в любых погодно-климатических условиях осуществлять забор чистой воды и снизить эксплуатационные расходы, что выгодно отличает от прототипа. Следует отметить, что завихритель способствует созданию как воронки завихрения для забора воды, так и активизации процесса защиты от налипания мусора на плоскость заборной головки с отверстиями под водой, так как вызывает на внешней поверхности образование дополнительного кругового бугра и воронки, которая засасывает чистую воду под днищем платформы и способствует забору воды насосом, т.е. волновые явления на внешней поверхности заборной головки с отверстиями дополнительно создают препятствие налипание к ней мусора и т.п.вокруг под днищем понтона (платформы). Способность трубчатой рамы движения на плаву позволяет менять зону действия устройства в акватории реки или водохранилища, далее закреплять ее с помощью якоря и троса на заданной глубине. Состояние работы устройства не будет зависеть от состояния климатических и других условий путем установки погружения в воду с учетом глубины промерзания воды, например в водохранилище.