ВОДОЗАБОРНОЕ СООРУЖЕНИЕ
WATER INTAKE STRUCTURE

Изобретение относится к области гидротехнического строительства для целей мелиорации и предназначено для забора воды из оросительных каналов и обеспечения защиты систем капельного орошения от попадания в них сора и загрязнений биогенного характера (животного и растительного происхождения).
Системы капельного орошения стали широко использоваться для орошения растений для разных рельефных условий местности, так как они обеспечивают минимум воды для корневой области растений.
Известно, что водозабор воды из оросительных каналов влияет на качество подаваемой воды в трубопроводы, далее в системы капельного полива (орошения), особенно в комплексе с напорным движением в трубопроводе.
В результате поиска были найдены водозаборные сооружения, патенты: SU №684089, Е02В 9/04 от 07.09.1979, RU №2029021, Е02В 8/08 от 20.02.1995, RU №2049198, Е02В 9/08, Е02В 9/04 от 27.11.1995, RU №58130, Е02В 8/08 от 10.11.2006, RU №2040635 Е02В 8/08 от 25.07.1995.
Однако недостатками известных водозаборных сооружений является низкая эффективность промывки наклонно расположенного мелкоячеистого сорорыбозаградительного сетчатого полотна в связи с тем, что водовоздушные струи из насадка (патрубка) направлены не перпендикулярно, а под острым углом к нему, выпуски из водовоздушных и воздушных насадков (патрубков) разноудалены от участков промывного полотна и оказывают разновеликое силовое воздействие на осевший загрязнитель; одновременное использование однониточного водозаборного оголовка в режиме забора воды и промывки сорорыбозаградительного устройства приводит к уменьшению производительности водозабора, а поступление в водоприемный трубопровод и насос высоко аэрированных водных масс приводит к кавитации и возможности проявления гидравлического удара; применения плоской формы сорорыбозаградительного элемента приводит к увеличению объемных размеров сорорыбозаградительного устройства для обеспечения необходимой площади фильтрующей поверхности. Кроме того, из известных решений имеют подвижные элементы и используют импульсы электрического тока, что в условиях водной среды снижает надежность и безопасность конструкции.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является водозаборное сооружение, включающее оборудованный запорно-регулирующей арматурой водоприемный трубопровод с размещенным в канале в придонном слое воды водозаборным оголовком, оборудованным сорорыбозаградительным (соробиозаградителем) в виде жесткого корпуса с размещенным в нем фильтрующим сетчатым полотном и пневматическим промывным устройством, состоящим из системы воздуховодов, оборудованных насадками, с целью повышения эффективности, надежности и безопасности работы водозаборного сооружения оно оборудовано двумя попеременно функционирующими водопроводящими трубопроводами с устроенными на них водозаборными оголовками, размещенными на противоположных участках поперечного сечения канала и состоящими из соробиозаградителей, выполненных в виде жесткого полусферического каркаса с водонепроницаемым основанием, который покрыт фильтрующей мелкоячеистой полусферической водоприемной поверхностью, в полости которого размещено промывное устройство, воздухораспределительные трубчатые коллекторы которого снащены разнопротяженными (с учетом формы) гибкими насадками, направленными в сторону сетчатого полотна (RU №2723519, Е02В 9/04 от 11.06.2020).
Данное водозаборное сооружение позволяет повысить эффективность и надежность работы. Однако он усложняет технологию производства применением воздухораспределительных трубчатых коллекторов, которые оснащены разнопротяженными гибкими насадками, за счет применения дополнительно применения трубопровода с компрессором, а значит, материалоемко и усложняет технологию создания такого устройства, а также отсутствует элементы закручивающих перегородок-лопастей, что сказывается на потери давления воды, вытекающих из фильтрующей мелкоячеистой полусферической водоприемной поверхностью, где эти мелкие отверстия засоряются и кольмотируются солью и другими химическими веществами, находящиеся постоянно в воде в растворенном виде. Поэтому необходимо постоянно очищать водоприемную поверхность, в связи, с чем в прототипе дополнительно необходимо прекратить подачу воды, чтобы временно использовать дополнительно источник сжатого воздуха от компрессора, что сказывается на увеличение их стоимости, и относительно высокая материалоемкость. Кроме того, не используется большая энергия потока в виде высокого напора воды из трубопровода, поэтому производительность подачи воды недостаточно высокая.
Задачей предлагаемого изобретения является создания эффективного способа под напором подачи воды и образование использования вихревого эффекта напора воды, проходящего через модульный пучок трубок с соответствующими завихрителями, что влияет на существенное повышение напора воды через мелкоячеистое сетчатое полотно с повышенной производительностью и в то же время делает устройство простой по конструкции при использовании напора только воды с водопромывными устройствами и подаче ее в системы капельного орошения, при этом не используется какой-либо внешний дополнительный пневматический источник (компрессор сжатого воздуха, стоимость и обслуживание которого достаточно высокие).
В результате использования предлагаемого изобретения появляется возможность осуществить эффективную подачу чистой воды из каналов путем давления потока воды и формирование закрученного потока для нагнетания единого закрученного потока формы закрытого купола и тем самым воздействия скоростью напора над водной поверхностью на осевший загрязнитель, т.е. площадь всего сетчатого полотна увеличивает его фильтрующие свойства, а загрязнители поднимаются на поверхность воды и сносятся волнами с течением воды во времени подачи воды в капельные оросители. Таким образом, внутри фильтрующего сетчатого полотна создается «генератор вихря воды», омыванием сетчатого полотна от примесей в воде с поступающим растворенным воздухом в воде, который всегда в ней присутствует в любых случаях.
Повышается надежность и долговечность устройства за счет вращающихся деталей и узлов, сохраняя работоспособность и эксплуатационные характеристики водозаборного сооружения для капельного орошения в течение длительного времени без дополнительных внешних дорогостоящих источников (компрессор сжатого воздуха).
Эффективность работы устройства модульно расположенных пучка трубок с соответствующими завихрителями потока по периметру закрытого купола зависит только от давления (напора) воды, подаваемой в трубопровод с помощью передвижной насосной станции типа СНП.
Работа СНП непосредственно связана с источником водозабора, к которому подключен колодец или магистральный трубопровод. СНП может быть снабжено сигнализатором уровня для заполнения уровня оросительного канала.
Конструирования различных модульных пучков устройства в целом позволит использовать для отбивки мусора от фильтрующей сетки сверху и поднятия вверх загрязнителя, которые относятся от оголовка течением воды, а также обеспечивается активная очистка самой фильтрующей решетки внутри полости, чтобы защитить ее мелкие отверстия от забивки солей и других химических элементов, которые всегда присутствуют в любой воде.
Технический результат достигается тем, что предлагаемое водозаборное сооружение, включающее оборудованный запорно-регулирующей арматурой водоприемный трубопровод с размещенным в канале в придонном слое воды водозаборным оголовком, оборудованным сорорыбозаградителем в виде жесткого корпуса с размещенным в нем фильтрующим сетчатым полотном, оборудовано двумя попеременно функционирующими водоподающими трубопроводами с устроенными на них водозаборными оголовками, размещенными на противоположных участках поперечного сечения канала и состоящими из сорорыбозаградителей, выполненных в виде жесткого полусферического каркаса с водонепроницаемым основанием, который покрыт фильтрующей мелкоячеистой полусферической водоприемной поверхностью, в полости которого размещено промывное устройство, направленное в сторону сетчатого полотна, согласно изобретения, водозаборный оголовок, размещенный на каждом водоподающем трубопроводе, выполнен в полости сорорыбозаградителя в виде закрытого купола и состоит из модульно расположенных боковых и ответвлений в виде пучка трубок по высоте и по периметру закрытого купола, сообщенных с соответствующими полыми завихрителями водного потока, омывающими мелкоячеистую полусферическую водоприемную поверхность, при этом завихрители водного потока состоят из полой трубки, которая имеет форму «гиперболоида вращения» и выполнена с возможностью вращения за счет скоростного напора, подаваемого насосом в трубопровод, поступающего в полость каждого полого завихрителя, снаружи которого размещены вертикальные лопасти-перегородки, изогнутые по спирали Архимеда для формирования закрученного потока, омывающего под давлением мелкоячеистую полусферическую водоприемную поверхность, при этом пучки завихрителей образуют закрученный поток в полусферической водоприемной полости в сторону движения мелкоячеистого сетчатого полотна.
«Вихревой эффект» проявляется в закрученном потоке за счет большого напора воды, поступающего в пучок трубок, где на них вращаются завихрители благодаря форме конструкции элементов по высоте. Приосевые слои закручиваемого (водного) потока воды, проходят по периферии сетчатого полотна и не только с большой скоростью выходят над ним, но и омывают (очищают) полусферический ячеистый каркас (по спиральной траектории, на чем и основан вихревой эффект.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно- техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведений об аналогах заявляемого изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественным всем существенным признакам заявляемого предложения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близких по совокупности существенных по отношению к усматриваемому конструкции для выполнения устройства изложенного в формуле изобретения.
Новое конструктивное решение доля заявленного устройства позволяет дальнейшее его усовершенствование, и повышение эффективности заявляемого устройства во всем диапазоне использование конструкции водозаборного сооружения новой совокупности признаков, отмеченных выше.
Следовательно, заявленное предложение соответствует условию «новизна».
Для проверки соответствия изобретения условию «изобретательский уровень» заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства с конструктивным решением всех узлов. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявляемого изобретения преобразований на достижение технического результата, следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «изобретательский уровень».
Изобретение поясняется следующими чертежами, где на фиг. 1 представлена общая схема водозаборного сооружения, вид сверху; на фиг. 2 приведен разрез А-А; на фиг. 3 представлена общая схема водозаборного оголовка; на фиг. 4 представлена схема завихрителя потока, вид сверху.
Водозаборное сооружение включает источник воды 1, который соединяют соответственно с водоприемным напорным трубопроводом 2, и имеет свой выход в колодец 3, в который погружен всасывающий трубопровод (не показан) передвижной насосной станции 4 в виде СНП, соединяющий с напорным трубопроводом 2 через переходник. Работа СНП непосредственно связана с очищенной водой источника воды (например, канал, водохранилище и т.п.), к которому подключена система напорного водоприемного трубопровода 2 для подачи воды на капельное орошение. При этом водозаборное сооружение также включает два водопроводящих напорных трубопровода 5 с размещенными в смотровом колодце 6 запорно-регулируемыми устройствами 7 (задвижками), размещенные в различных зонах канала 8 водозаборные оголовки 9, оборудованные в виде закрытого купола 10, включающего в себя модульно расположенные боковые ответвления пучка трубок 11 по периметру водозаборного купола 10, сообщенных с соответствующими завихрителями 12 водного потока. При этом закрытый купол 10 с элементами 11 и 12 помещен в полость соробиозаградители 13, корпус которых состоит из водонепроницаемого основания 14 и жесткого каркаса полусферической формы 15, покрытого фильтрующей мелкоячеистой сеткой 16, с помещенной в него закрытого купола 10 с элементами 11 и 12. Завихрители 12 конструктивно состоят из полой трубки 17 в виде «гиперболоида вращения», с размещенными снаружи разделяющими лопастями-перегородками 18 спиралеобразной формы. Внутренняя поверхность «гиперболоида вращения» и взаимообращенные поверхности лопастей-перегородок в совокупности образуют каналы 19 завихрителя 11 в виде генерации потока воды, причем каждая криволинейная лопасть-перегородки 18 пронизывает всю полую «гиперболоиды вращения» (завихрителя), независимо от их количества (количество модулей по высоте каждой трубки 11). в виду того, что каналы 19 имеют спиральную форму для завихрителя 12, происходит закрутка (в каждом канале) отдельно закрученного потока, выходящего в цилиндрический канал трубки 11.
Следует также отметить, что схема конструкции запорно-регулирующего устройства 7, может, содержат, например, электрифицированную задвижку и датчик давления (не показаны).
Водозаборное сооружение функционирует следующим образом.
Воду с помощью режима работы СНП 4 под давлением подают в трубопровод 2 и управляют задвижками 7. При этом под напором вода поступает через оголовок 9 и заполняет закрепленный закрытый купол 10, далее через трубки 11 поступает одновременно в спиральные вихреобразующие каналы 19 завихрителя 12 и имеющие спиральную форму, образуют поток единый, закрученный поток под давлением, заполняет полость полусферического корпуса 13, вода под высоким давлением омывает и проходит через фильтрующую мелкоячеистую сетку 16, натянутую на сферический каркас 15, предотвращающую попадания наполняющего полость сетчатого полотна 13 и загрязнений биогенного характера (животного и растительного происхождения). Нахождение закрытого купола 10 с элементами завихрителя 12 обеспечивает в полости сорорыбозаградителя 13 нагнетание воды с большим давлением, одновременно внутри омывает (очищает) площадь фильтрующей поверхности сетки 16, а это значит скорость прохождения потолка воды по периметру сетчатого полотна 16, сказывается и для прохождения потока вверх, в слои воды канала для капельного орошения. А значит, устраняет сверху контакт крупногабаритного плавающего материала (не требует дорогостоящего дополнительно компрессора), а это в свою очередь обеспечивает размещения в целом всего компактного устройства в придонных слоя воды, и нет необходимости под давлением подачи сжатого воздуха от дорогостоящего компрессора (давление - напор воды в трубопровод задается СНП), тем более, как отмечено в прототипе, необходимо иметь дополнительно удорожающий металлоемкое устройство для распределительного трубчатого коллектора, которые при продолжительной эксплуатации в агрессивной воде, как показывает практике, металл подвергается коррозии, появлению трещин и т.п., т.е. утечка воздуха и заполнения их водой. При этом в предложенном техническом решении эффективность водозаборного закрытого купола 10 с пучком завихрителей 12 по высоте и по периметру купола 10 повышает интенсивность под давлением, где поток имеет всегда растворяющийся воздух, может обеспечивать улучшенную эксплуатационную характеристику водозаборного устройства, размещенного внутри соробиозаградителя в конкретных условиях. При этом закручиваемый под давлением поток с растворенным воздухом, придает ему дополнительное ускорение и, во-вторых, тонкостенные лопасти завихрителя являются своеобразными перегородками (пластинами), проходя через которые поток воды под давлением их вращает (ускоряет), завихритель оказывает давление воды на внутреннюю фильтрующую поверхность, обмывает ее и выходит поток над ней, очищает фильтрующую сетку от солевой корки и, соответственно пропускает поток воды в придонные слои воды, т.е. создание благоприятного выпуска воды потребителю и повышению надежности предлагаемого устройства.
Применение изобретения позволит расширить функциональные возможности водозаборного сооружения, обеспечить снижение стоимости объекта, таким образом, в целом создаются условия возможности усовершенствование конструкции изобретения и условия эксплуатации с завихрителями с покрытой фильтрующей мелкоячеистой полусферической водоприемной поверхностью в полости которого размещено предложенное устройство в целом.