ВОДОПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО С СОРОУДЕРЖИВАЮЩИМ СИТОМ ДЛЯ МЕЛКОВОДЬЯ (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
WATER INTAKE WITH TRASH SCREEN FOR SHALLOW WATER (VERSIONS) AND METHOD OF ITS FABRICATION

В установках для производства питьевой воды, производственных предприятиях, ирригационных системах и установках для производства электроэнергии используются большие количества воды для их работы. Для сбора воды используются водоприемники с сороудерживающим ситом в различных водоемах. Как показано на фиг.1A, один общий тип водоприемника 10 с сороудерживающим ситом имеет Т-образную конфигурацию с двумя ситами 12A-B на противоположных концах центрального корпуса 14. Выпускное отверстие 16 соединяется с центральным корпусом 14 для соединения с компонентами системы водоприемника с сороудерживающим ситом.
Водоприемник 10 с сороудерживающим ситом должен быть устроен таким образом, чтобы сберегать водную флору и фауну и предотвращать накопление наносов вдоль сит 12A-B водоприемника. Для этого скорость потока через сита должна поддерживаться ниже максимального пикового уровня, который может составлять приблизительно 0,5 фута в секунду. Один способ уменьшения сопротивления потоку и управления скоростью потока равномерно по поверхностям сит состоит в использовании модификаторов потока на входе сита. Например, сита от Johnson Screens - правопреемника настоящей заявки - улучшает однородность потока с использованием модификаторов потока, описанных в патентах США №№ 6051131 и 6712959, которые включены сюда во всей полноте в качестве ссылочного материала.
При использовании в исходном водоотводе водоприемники 10 с сороудерживающим ситом должны быть расположены с наличием интервала, который не меньше минимального окружающего их интервала. Как показано на фиг.1B, стандартный водоприемник 10 требует того, чтобы указанный выше промежуток над и под водоприемником 10 с сороудерживающим ситом составлял, по меньшей мере, половину диаметра водоприемника. Например, водоприемник 10 с сороудерживающим ситом, имеющий диаметр 24 дюйма, для нормального функционирования требует промежутка, составляющего 12 дюймов над и под водоприемником 10. Таким образом, водоприемник 10 с сороудерживающим ситом диаметром 24 дюймов может быть установлен в воде с полной минимальной глубиной 48 дюймов (4 фута).
Доступные источники исходной воды для водоприемных систем становятся все более мелкими. Для вариантов применения в неглубокой воде использовались плоские сита, заглушки для регулирования скорости или срубовые клети для забора исходной воды. Эти традиционные подходы предусматривают плоское расположение на дне источника исходной воды. Однако плоская форма сит этих типов может вызывать проблемы прогиба и прочности, когда они подвергаются воздействию потока и наносов. Кроме того, сита этих типов могут вызывать затруднение поддержания чистоты от наносов. Наконец, плоские сита отличаются неравномерностью распределения потока по площади поверхностей сит, что может вызывать проблемы в ходе работы. Объект настоящего изобретения направлен на преодоление или, по меньшей мере, уменьшение эффектов одной или больше указанных выше проблем.
Водоприемное устройство с сороудерживающим ситом имеет основание, которое расположено на дне водного источника. Основание может быть бетонной плитой или платформой, опирающейся на дно и имеющей верхнюю поверхность. Водоприемник с сороудерживающим ситом располагается на основании и формирует на нем половину цилиндра. Анкеры могут прикреплять края водоприемника с сороудерживающим ситом к верхней поверхности основания. В реке или в водоеме с сильными течениями основание, предпочтительно, имеет барьер, расположенный на одном его конце в потоке исходной воды, для отклонения наносов и ила от водоприемника с сороудерживающим ситом.
Водоприемник с сороудерживающим ситом имеет корпус с первым и вторым ситами на его концах. Каждое из сит формирует половину цилиндра на основании и образует в нем внутреннее пространство. Внутренние пространства сообщаются с внутренним пространством корпуса таким образом, что исходная вода, поступающая в сито, проходит в корпус и выходит из него через общее выпускное отверстие.
Каждое первое и второе сита имеет боковую стенку сита, закрытый дистальный конец и открытый проксимальный конец. Открытый проксимальный конец прикреплен к корпусу, тогда как закрытые дистальные концы имеют торцевые стенки, которые образуют половину круга. Предпочтительно, водоприемник с сороудерживающим ситом имеет промежуточные стенки, расположенные между внутренним пространством корпуса и внутренними пространствами сит. В каждой из переходных стенок расположен, по меньшей мере, один модификатор потока. Модификатор потока имеет один открытый конец, сообщающийся с внутренним пространством сита, и имеет другой открытый конец, сообщающийся с внутренним пространством корпуса. Модификатор потока может иметь два или больше модификаторов потока, вставленных друг в друга, и эти модификаторы потока совместно с основанием также формируют половину цилиндра.
Водоприемник с сороудерживающим ситом также может иметь коллектор, расположенный в ситах, для приема подаваемого воздуха, используемого для очистки сит от наносов. Конструкция сит может включать ребра, расположенные вдоль длины сита, и может иметь проволоку, расположенную поперек ребер. В целом, полуцилиндрический водоприемник с сороудерживающим ситом, установленный на верхней поверхности основания, может обладать всеми признаками нормального водоприемника с сороудерживающим ситом, но иметь очень низкий профиль для применения в более мелких водах.
Указанная выше сущность изобретения не предусматривает охват каждого потенциального варианта осуществления или каждого объекта настоящего изобретения.
Сущность изобретения поясняется на чертежах, где:
Фиг.1A - вид в перспективе водоприемника с сороудерживающим ситом согласно известному уровню техники.
Фиг.1B - вид системы водоприемника с сороудерживающим ситом известного уровня техники, используемой в мелководном источнике, таком как река.
Фиг.2 - вид в плане системы водоприемника с сороудерживающим ситом согласно настоящему изобретению.
Фиг.3A-3C - виды в плане, сбоку и с торца водоприемника с сороудерживающим ситом на платформе для описанной водоприемной системы.
Фиг.4A-4B - виды Т-образного водоприемника с сороудерживающим ситом шириной 24 дюйма известного уровня техники по сравнению с водоприемником с половинным сороудерживающим ситом шириной 24 дюйма согласно настоящему изобретению.
Фиг.5 - вид части ситовых секций для водоприемника с сороудерживающим ситом согласно настоящему изобретению.
Фиг.6A-6C - виды в плане и с торца одного типа водоприемника с сороудерживающим ситом для описанной системы.
Фиг.7A-7B - виды в плане и с торца водоприемника с сороудерживающим ситом с первым типом модификатора потока.
Фиг.8A-8B - виды в плане и с торца водоприемника с сороудерживающим ситом со вторым типом модификатора потока.
Система 50 водоприемника с сороудерживающим ситом, показанная на фиг.2, имеет два водоприемника 100 с сороудерживающим ситом, хотя могут использоваться больше или меньше сит. Каждый водоприемник 100 с сороудерживающим ситом расположен на основании или платформе 60, расположенной в потоке водного источника, таком как река. На фиг.3A и 3B показаны виды сверху и сбоку платформы 60. Платформа 60 может представлять собой бетонную плиту и т.п. и может опираться на дно водного источника. Как показано на фиг.3B, платформа 60, предпочтительно, проходит, по меньшей мере, на 3-4 дюйма выше дна водного источника.
В реке или другом источнике, где присутствует течение, передний конец каждой платформы 60 имеет профилированный барьер 62 для разделения течения воды перед водоприемником 100 с сороудерживающим ситом. Профилированный барьер 62, предпочтительно, имеет наклонную кромку и разделяет поток воды, наносов и ила. Кроме того, как показано на фиг.3B, профилированный барьер 62, предпочтительно, проходит приблизительно на высоту водоприемника 100 с сороудерживающим ситом, опираясь на платформу 60. Барьер 62 может быть выполнен отдельно от платформы 60 или может быть сформирован как единое целое с ней. В качестве альтернативы барьера 62, водоприемник 100 с сороудерживающим ситом может быть снабжен профилированным концом.
Как показано на фиг.3A, водоприемник 100 с сороудерживающим ситом может иметь Т-образную конфигурацию с первой и второй секциями 110A-B сита, соединенными на противоположных концах центрального корпуса 120. Торцевые стенки 115A-B закрывают концы секций 110A-B сита, и центральное выпускное отверстие 130 проходит от центрального корпуса 120. В альтернативном варианте, водоприемник 100 с сороудерживающим ситом может иметь одну секцию 110 сита, соединенную с корпусом 120 выпускным отверстием 130, тогда как другой конец корпуса 120 закрыт и не имеет второй секции 110 сита.
Как показано на фиг.3C, водоприемник 100 с сороудерживающим ситом образует половину цилиндра на верхней поверхности платформы 60. В целом, водоприемник 100 с сороудерживающим ситом имеет полуцилиндрические сита для ситовых секций 110A-B наряду с торцевыми стенками 115A-B в форме половины круга. Корпус 120 может иметь полуцилиндрическую боковую стенку, хотя может использоваться другая конфигурация. Все эти компоненты (110, 115, 120) могут быть прикреплены друг к другу с использованием известных технических средств. В одном варианте выполнения водоприемник 100 с сороудерживающим ситом имеет плоский нижний компонент, который прикреплен к краям этих взаимно соединенных компонентов (110, 115, 120). Такое плоское днище может лежать на верхней поверхности платформы 60, тогда как анкерные болты 64 и т.п. прикрепляют водоприемник 100 с сороудерживающим ситом к платформе 60.
В альтернативном варианте водоприемник 100 может не иметь в целом плоского нижнего компонента, который прикреплен к краям соединенных компонентов (110, 115, 120). Вместо этого свободные края взаимно соединенных корпуса 120, ситовых секций 110A-B и торцевых стенок 115A-B могут быть прикреплены непосредственно к платформе 60 с использованием анкерных болтов 64 и т.п. Например, платформа 60 может иметь ширину и длину, которые немного больше, чем водоприемник 100 с сороудерживающим ситом, приблизительно на 3 дюйма или около этого. Платформа 60 может иметь отверстия, сформированные по всему ее периметру, для заделывания бетоном анкерных болтов 64, которые удерживают водоприемник 100 с сороудерживающим ситом на платформе 60.
В другом варианте выполнения водоприемник 100 с сороудерживающим ситом может быть цилиндрическим (или, по меньшей мере, частично цилиндрическим) водоприемником с сороудерживающим ситом, частично заделанным в материал платформы 60. В этом варианте выполнения полностью или частично цилиндрический водоприемник 100 с сороудерживающим ситом может быть заделан в бетонную плиту платформы при формировании платформы 60 с использованием известных технических приемов.
При сборке водоприемник 100 с сороудерживающим ситом может быть предварительно собран на платформе 60 на земле, и оба компонента 60/100 могут быть погружены на дно водного источника. В альтернативном варианте водоприемник 100 с сороудерживающим ситом и платформа 60 могут быть сформированы отдельно. Платформа 60 может быть размещена на дне водного источника, и водоприемник 100 с сороудерживающим ситом может быть прикреплен к верхней поверхности платформы 60 с анкерами 64. Эти и другие формы конструкции могут использоваться для, системы 50 водоприемника с сороудерживающим ситом.
Как показано на фиг.2, выпускные отверстия 130 водоприемника 100 с сороудерживающим ситом соединяются трубопроводом 52 с оборудованием (не показано), конфигурированным для использования забираемой воды. Предпочтительно, водоприемники 100 и платформы 60 смещены относительно друг друга таким образом, чтобы они не находились в спутном потоке относительно друг друга. Водоприемник 100 с сороудерживающим ситом, установленный на дне источника воды, уменьшает глубину, необходимую для забора такого же потока, как и в случае с обычным водоприемником. Например, водоприемник 100 с сороудерживающим ситом может иметь диаметр 24 дюймов (радиус 12 дюймов). Это требует промежутка 12 дюймов над водоприемником 100 с сороудерживающим ситом для надлежащей работы.
Как показано на фиг.4A, например, водоприемник 100 с сороудерживающим ситом согласно настоящему изобретению с диаметром d 24 дюйма может работать на полной минимальной рабочей глубине D1, составляющей всего приблизительно 20 дюймов. Это дает преимущества перед известными системами благодаря использованию 24-дюймового Т-образного сита 10 известного уровня техники, показанного для сравнения на фиг.4B. Такой известный Т-образный экран 10 известного уровня техники требует глубины D2 воды 48 дюймов.
Как показано на фиг.3A-3B, каждая из ситовых секций 110A-B образует множество пазов для входа воды в ситовые секции 110A-B. Пазы могут быть ориентированы в поперечном направлении или параллельно оси ситовых секций 110A-B. Предпочтительно, шаговые витки профилированной проволоки формируют пазы ситовых секций 110A-B, хотя ситовые секции 110A-B также могут представлять собой жесткий трубчатый элемент со сформированными в нем пазами. Ситовые секции 110A-B могут поддерживать равномерное распространение потока по площади поверхностей сит. Изогнутые закругленные ситовые секции 110A-B, также обеспечивают прочность водоприемника 100 с сороудерживающим ситом, имея низкий профиль. Таким образом, изогнутые ситовые секции 110A-B могут не требовать дополнительной структурной опорной конструкции в их внутренних пространствах для удерживания поверхностей сит.
Как показано на фиг.5, одна форма конструкции для ситовых секций 110 имеет фасонную проволоку 112 и несущие бруски 114. В одном варианте выполнения несущие бруски 114 проходят вдоль ситовой секции 100, и фасонная проволока 112 намотаны по окружности и приварены к несущим брускам 114 для формирования ситовой секции 110 с использованием известных технических приемов. Фасонная проволока 112, предпочтительно, имеет клиновидную или V-образную форму с более широким основанием проволоки 112, обращенным наружу для содействия скольжению наносов по поверхностям сит. Например, фасонная проволока 112 может представлять собой VEE-WIRE от Johnson Screens. (VEE-WIRE - это зарегистрированная торговая марка Weatherford/Lamb, Inc.).
Другой пример водоприемника 100 с сороудерживающим ситом показан 6A-6C на фиг. Этот водоприемник 100 имеет ситовые секции 110A-B, торцевые стенки 115A-B, центральный корпус 120 и выпускное отверстие 130 согласно описанным выше. Водоприемник 100 также образует половину цилиндра, как показано на фиг.6B-6C. Водоприемник 100 с сороудерживающим ситом может иметь закрытое или открытое основание 117, как описано выше, для опоры на верхнюю поверхность платформы.
В дополнение к этим признакам водоприемник 100 с сороудерживающим ситом имеет воздушную трубу 140 для очистки обратным потоком и коллектор 142, предназначенные для очистки обратным потоком водоприемника 100 с сороудерживающим ситом посредством сдувания воздухом наносов. Воздушный коллектор 142 для очистки обратным потоком соединен с воздушной трубой 140 для очистки обратным потоком и находится внутри ситовых секций 110A-B и корпуса 120. При использовании труба 140 и коллектор 142 позволяют осуществлять очистку обратным потоком водоприемника 100 с сороудерживающим ситом продувкой воздуха для удаления наносов. Эти характеристики могут быть обеспечены системой Johnson Screen's Hydroburst System. В целом, в системе Hydroburst используется компрессор, резервуар, клапаны и средства управления для осуществления продувки воздухом ситовых секций 110A-B. При периодическом осуществлении, продувка воздухом смывает наносы с поверхностей сита.
В дополнение к системе для очистки обратным потоком водоприемник 100 согласно настоящему изобретению может включать модификаторы потока, расположенные внутри ситовых секций 110A-B. Модификаторы потока могут использоваться с системой для очистки обратным потоком или без нее. Более подробное описание модификаторов потока приведено ниже со ссылками на фиг.7A-7B и 8A-8B.
Водоприемники 100 с сороудерживающим ситом, показанные на фиг.7A-7B и 8A-8B, каждый имеет Т-образную конфигурацию с первым и вторым ситами 110A-B, соединенными противоположными концами с центральным корпусом 120. Центральный корпус 120 образует полое пространство 122 и имеет полуцилиндрическую боковую стенку 124 и противоположные промежуточные стенки 126A-B. Выпускное отверстие 130 соединяется с отверстием 132 в стенке 124 и имеет фланец для соединения с другими компонентами водоприемной системы (не показаны). Обе промежуточные стенки 126A-B имеют центральное отверстие 128, принимающее поток из одной из ситовых секций 110A-B. Обе ситовые секции 110A-B имеют открытые концы, соединенные с промежуточными стенками 126A-B корпуса, и закрытые торцевые стенки 115A-B, которые могут быть (или нет) конфигурированы для отклонения наносов. Каждая из ситовых секций 110A-B образует половину цилиндра и имеет множество пазов для входа воды в ситовые секции 110A-B, как описано ранее. Здесь также пазы могут быть ориентированы в поперечном направлении или параллельно оси ситовой секции 110A-B. Предпочтительно, шаговые витки профилированной проволоки 112 формируют пазы сит 110A-B, хотя сита 110A-B могут также представлять собой жесткий трубчатый элемент со сформированными в нем пазами.
Центральные проходы 128 в промежуточных 126A-B стенках могут быть достаточными для регулирования скорости потока на поверхностях сит для поддержания предпочтительной скорости поверхностного потока. Однако каждая промежуточная стенка 126A-B, предпочтительно, имеет модификатор 150 потока, расположенный в его центральном отверстии 128 для дополнительного регулирования скорости потока. В целом, в водоприемнике 100 с сороудерживающим ситом могут использоваться модификаторы 150 потока, имеющие одну или больше труб, расположенных в отверстиях 128 и частично внутри полостей ситовых секций 110A-B, для создания сообщения по жидкости из внутренних пространств ситовых секций 110A-B, через отверстия 128 и в полое пространство 122 центрального корпуса 120.
В водоприемнике 100 с сороудерживающим ситом, показанном на фиг.7A-7B, используются однопоточные трубы 160 для модификатора 150 потока, расположенного в отверстиях 128. В водоприемнике 100 с сороудерживающим ситом, показанном на фиг.8A-8B, используются двухпоточные трубы 170 и 180, вставленные друг в друга в отверстиях 128. В обеих конфигурациях трубы 160 и 170/180 модификаторов 150 потока фактически могут представлять собой половины цилиндров с открытыми или закрытыми нижними поверхностями, хотя могут использоваться полностью цилиндрические трубы со смещением от центра в отверстиях 128 в промежуточных стенках 126A-B.
Водоприемник 100 с сороудерживающим ситом и модификаторы 150 потока на фиг.7A-7B и 8A-8B разработаны для уменьшения скорости на входе в пазах сит до предпочтительного пикового значения, которое может составлять приблизительно 0,135 м/с или 0,5 фута/с в некоторых вариантах выполнения. Меньшая скорость на входе предохраняет окружающую водную флору и фауну и предотвращает засорение наносами. Проектировщики конфигурируют длины, диаметры, проходные сечения и другие переменные труб 160 и 170/180 модификаторов потока для поддержания среднего потока через поверхности сит как можно ближе к допустимой пиковой скорости потока и насколько возможно более равномерно распределенного по поверхностям сит. Когда в модификаторе потока используются две трубы 170/180, как показано на фиг.8A, например, труба большего диаметра 170 может составлять приблизительно 50% диаметр ситовой секции 110 и может составлять приблизительно 16% длины сита 110. Труба 180 меньшего диаметра, вставленная внутрь внешней трубы 170, может иметь диаметр, составляющий приблизительно 70% диаметра внешней трубы 170 и может иметь длину, которая проходит приблизительно на 67% длины сита 110. Дополнительные детали, относящиеся к конструкции модификаторов 150 потока, описаны в патенте США № 6051131, который включен сюда во всей полноте.
Как используется здесь и в формуле изобретения, такие термины, как "цилиндр" и "цилиндрический", рассматриваются как характерные и относящиеся к общей геометрической форме, известной под этим названием. Такие термины, как "половина цилиндра" и "полуцилиндрический", относятся к разделению такой общей геометрической формы вдоль продольной оси и могут не быть точно половиной. Таким образом, используемые здесь термины "боковая стенка цилиндра" и "половина цилиндра" могут определяться радиусом, как в стандартной геометрической форме. Однако боковая стенка цилиндра и половина цилиндра, как здесь указано, могут быть определены множеством наклонных поверхностей, циклоидальной поверхностью, эллиптической поверхностью, овальной поверхностью, параболической поверхностью или любой другой искривленной поверхностью. Предшествующее описание предпочтительных и других вариантов осуществления изобретения не является ограничивающим объем или варианты применения настоящего изобретения. Раскрыв сущность изобретения, Заявители желают получить все права на патент, представленные прилагаемой формулой изобретения. Таким образом, предполагается, что прилагаемая формула изобретения включает все модификации и изменения в полном объеме, в котором они входят в рамки следующей формулы изобретения или ее эквивалентов.