УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДДЕРЖАНИЯ АКВАТОРИИ В НЕЗАМЕРЗАЮЩЕМ СОСТОЯНИИ
NON-FREEZING WATER AREA MAINTENANCE DEVICE

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано при эксплуатации в условиях продленной навигации акватории, примыкающим к причальным набережным, слипам, шлюзам и другим транспортным сооружениям.
Известны устройства для растопления льда SU: №367212 Е02В 15/02 от 23.01.1973; №606954 E02F 3/92 от 15.05.1978; №1493738 Е02В 15/02 от 15.07.1989.
Однако в известных устройствах для растопления льда, где применены зоны растекания струи и более интенсивное перемешивания слоев воды, недостатком является то, что они имеют устройство с низкой производительностью и подачи, как холодного, так и теплого воздуха только в верхние слои потока, обусловленные своим конструктивным решением, кроме того, ограниченность в маневрировании по глубине акватории, в пределах которой образуется ледяной покров, а значит, не предотвращает образование льда и на дне приводит к переохлаждению донной воды и льдообразованию на дне.
Известно также устройство для поддержания акватории в незамерзающем состоянии, включающее, размещенной в водоеме напорный трубопровод с выпускными отверстиями, устройство для смешивания воды с воздухом и воздушный трубопровод, соединенный с атмосферой (Авторское свидетельство SU №279446 Е02В 15/02 от 21.08.1970).
Данное устройство использует в основном массу воды на начальном периоде тепло воды, т.е. накопленный запас тепла в теплый период времени года, а затем подъем этого тепла с помощью предложенного струйного аппарата засасывает неконденсирующий газообразный агент, далее образуется смесь из разнородных агентов, которую направляют в систему перфорированных трубопроводов. Недостаток этого устройства состоит в том, что при движении водовоздушной среды по напорному трубопроводу происходит расслоение компонентов (горячая вода в нижней части, а воздух - в верхней), что приводит к снижению КПД устройства, а в некоторых случаях, к невозможности создания на выходе из отверстий водовоздушных потоков. При этом не представляется возможность точного и гибкого регулирования подачи сжатого воздуха, в частности, горячего воздуха (агента) в толщу воды, что также не учитывает изменение напора воды в водоеме над перфорированным трубопроводом. Все это снижает эффективность и надежность устройства в целом.
Известно устройство для поддержания акватории в незамерзающем состоянии, включающее размещенный в водоеме напорный трубопровод с выпускными отверстиями, устройство для смешивания воды с воздухом и воздушный трубопровод, соединенный с атмосферой, при этом воздушный трубопровод расположен выше напорного трубопровода, а устройство для смешивания воды с воздухом выполнено в виде пневмогидравлических сопл, прикрепленных к напорному трубопроводу напротив выпускных отверстий и соединенных с воздушным трубопроводом (Авторское свидетельство SU №1087614 Е02В 15/00 от 23.04.1984).
Недостатком данного устройства является то, что имеется возможность подогрева воды, которую затем необходимо подавать под напором, и это связано со смешиванием с воздушными струями, однако выходящая струя не учитывает прогрев толщи холодной воды над соплом, а значит, температура такой струи не достаточно сохраняется по продолжительности времени. При этом потери тепла уменьшаются резко в акватории, а также низкая производительность самого устройства, ограничивающее размеры майны в акватории в незамерзающем состоянии. Отсутствие дополнительных качающихся насадков под водой не вызывает в толще воды образование дополнительного эффекта газовоздушной смеси в виде высокого давления от созданного отработанного горячего воздуха в теплоносителе для создания затем на дне акватории горячего водного пара высокого давления в виде происходящего процесса аэрации, т.е. пузырькового явления вверх, в течение постоянно изменяющихся условий природных явлений, что ухудшает эксплуатацию устройства. При этом в известном устройстве соединение трубопроводов с атмосферой и с источником подогретой воды (неизвестно, каким устройством) постоянно зависят от колебания воды в верхнем уровне в зимний период, причем должны образовывать разряжения в соплах и вытеснять затем воду, чтобы забрать воздух из атмосферы. Кроме того, оно не представляется возможным точного и гибкого регулирования подачи горячего воздуха в толщу воды, что негативно влияет на образование различного направления волнообразование под водой в сторону поверхности акватории в незамерзающем состоянии, т.е. отсутствие, у поверхности водоема начиная от днища иметь более высокую напорную температуру, чем вода у поверхности водоема, когда донная вода, нагретая сжатым горячим агентом образует пары смешанные с водой и нагретые воздушные пузырьки достигают поверхностного слоя акватории в незамерзающем состоянии, так как давление выше, чем давление столба воды над насадком в форме шара имеет вид конфузора, соединенного с выпускным патрубком, а это способствует также диссипации энергии в объеме акватории в незамерзающем состоянии.
Наиболее близким, принятым за прототип, является устройство для поддержания акватории в незамерзающем состоянии, включающее проложенный по дну водоема перфорированный трубопровод, в который по компрессору подается сжатый воздух (Патент US №2,417,519, кл. 61-1 от 18.04.1947).
Однако известное устройство, имея компрессор для подачи сжатого холодного воздуха, исходя из того, что в большинстве водоемов температура придонных слоев воды очень низка (часто меньше и 1°С), циркуляция воды, создаваемая воздушными слоями, не предотвращает образование льда, а приводит к переохлаждению донной воды и льдообразованию на дне. Кроме того, отсутствует поступление горячего воздуха под давлением, соответственно, образование заметных пузырьковых явлений смеси с водой в виде водяного пара, который способствует диссипации высокой энергии в объеме толщи водоема к поверхности теплой воды во времени пути, достигая ее поверхности при всех колебаниях уровня в водоеме.
При создании изобретения перед автором стояла задача расширение конструкции устройства для поддержания акватории в незамерзающем состоянии, в том числе теплоносителя горячего сжатого воздуха из газовой смеси (агента повышенной температуры), а также в зоне его подачи из перфорированного с отверстиями трубопровода, далее оснащенного саморегулирующим механизмом, который содержит трубчатые звенья в виде вертикальных труб, верхнее звено трубы которого оборудовано насадком в форме шара, имеющего вид конфузора, соединенного с выпускным патрубком и плавающим, т.е. с лучшими техническими и эксплуатационными характеристиками.
Техническим результатом является разработка конструкции для аэрации воды горячим агентом, обеспечивающим повышение эффективности работы за счет возможности автоматического слежения устройства теплоносителя для активного прогрева водоемов, что позволяет поддерживать эксплуатацию акватории в незамерзающем состоянии, т.е. расширение функциональных характеристик устройства.
Заявленный технический результат достигается тем, что в устройстве для поддержания акватории в незамерзающем состоянии, включающем размещенный на дне водоема перфорированный трубопровод с выпускными отверстиями, устройство для подачи сжатого воздуха, согласно изобретения, оно снабжено саморегулирующим механизмом выше перфорированного с отверстиями трубопровода, при этом саморегулирующий механизм содержит трубчатые звенья в виде вертикальных труб верхнее звено оборудовано на одном конце насадком, имеющим форму шара и выпускным патрубком ориентированным вертикально вверх на внутренней стороне и снабжено дополнительно закрепленным с наружной стороны поплавком, поверхность которого выполнена в виде сферы с возможностью качающегося и плавающего звена, а второй конец верхнего звена трубы соединен сильфоном из огнестойкого материала с нижним вертикальным звеном трубы, который соединен замками-хомутами с поверхностью торцов трубчатых звеньев, при этом нижнее вертикальное звено служит для обеспечения подачи потока горячего агента от теплоносителя, который своим входом подсоединен к распределительному узлу имеющем свечу зажигания, с подключением к нему малого импеллера, холодный сжатый воздух и газ подают в распределительный узел, при этом камеру сгорания снабжают дополнительно экраном в виде тарелки, установленной в пространстве соосно выходному уменьшающемуся отверстию усеченного конуса, диаметр которого равен или больше, чем диаметр выходного отверстия усеченного конуса, причем свободное пространство под тарелкой сообщено посредством выходного патрубка с зоной нагретого воздуха, расположенным в зоне для подачи горячего сжатого воздуха в виде высокого давления большего импеллера для подачи горячего сжатого воздуха, из сопла которого подается в трубопровод связанный с перфорированным с отверстиями трубопровод, имеющего саморегулирующий механизм.
Кроме того, узлы теплоносителя, коммутируемые смесительным патрубком, который связан с камерой сгорания, сообщаются с ним через обратные клапаны.
Кроме того, насадок в форме шара имеет вид конфузора, соединенного с выпускным патрубком.
Кроме того, больший импеллер высокого давления соединяют через связь с персональным компьютером, и связи последнего с управлением подачей горячего агента с системой управления теплоносителя, выполненной в виде пульта управления, снабженного измерителем-регулятором для регулировки температуры теплоносителя.
Кроме того, напорные перфорированные с отверстиями трубопроводы с источником горячего агента для создания пароводяной инжектируемой среды в толще воды через саморегулирующий механизм, концы трубопроводов заглушены.
Наличие таких конструктивных признаков, как выполнение теплоносителя позволяет использовать подачу горячего воздуха (агента), конструктивные признаки которого включают, как выполнение отражателя в виде усеченного конуса, соединенного с внутренней стенкой камеры сгорания, а второй конец соединяют посредством выходного патрубка с зоной нагретого воздуха, расположенным в зоне для подачи горячего сжатого воздуха в виде высокого давления большего импеллера для подачи горячего сжатого воздуха, из сопла, которого подается в трубопровод, связанный с перфорированным с отверстиями трубопровод, имеющего саморегулирующий механизм, где нагретый горячий сжатый воздух, поступающий в саморегулирующий механизм, состоящий из трубчатых звеньев в виде вертикальных труб, верхнее звено оборудовано на одном конце насадком, имеющем форму шара и выпускным патрубком ориентированным вертикально вверх на внутренней стороне и снабжено дополнительно закрепленным с наружной стороны поплавком с возможностью качания звена удерживается на плаву при определенном погружении под слоем воды, что обеспечивает транспортирование горячего воздуха к поверхности водоема в виде пузырькового эффекта - водяного пара, т.е. пузырьки горячего воздуха, всплывают к поверхности, продолжают процесс аэрации при насыщении горячим воздухом, образовывая при этом и паровую энергию тепла. Исходя из подачи сжатого горячего воздуха (агента), ведет в наших условиях, экономически выгодным предложенным новым техническим решением. Сам перфорированный с отверстиями трубопровод и саморегулирующий механизм для подачи горячего сжатого воздуха, рассчитывают на мощность работы топочного блока при дополнительном контроля термодинамических процессов для обеспечения транспортирование агента в толщу воды над перфорированным трубопроводом с его элементами, что позволяет исключить работу горелки при нарушении правил безопасности.
Блок управления исполнительными механизмами обеспечивается автоматическими приборами в виде блок-схем, которые не приводятся, так как они не относятся к существу заявляемого предложения, устройство также снащено персональным компьютером.
Следует отметить, что установка компьютера возможно по линиям связи все управление работой теплоносителя нагретого горячего воздуха (агента) с малым импеллером, а также устройство большего импеллера для подачи сжатого горячего воздуха в трубопровод в сторону перфорированного с отверстиями трубопровода с саморегулирующим механизмом, в целом упрощает эксплуатацию работы устройства. Поэтому персональный компьютер является составной частью предложенного устройства, он может иметь алгоритм частоты включения устройства в зависимости от климатических условий данного региона и поддерживать в работе данное устройство в целом, обеспечивающим горячим воздухом перфорированный с отверстиями трубопровод с саморегулирующим механизмом. Такая возможность не обеспечивается ни одним известным техническим решением.
Работа такого предложенного устройства конструкции подачи теплоносителя с автоматическим блоком управления с малым импеллером подачи в него холодного воздуха до заданного нагрева горячего воздуха (газового агента), позволяет далее под большим давлением с применением большего импеллера, управлять всей системой работы конструкции. Следует отметить, что все элементы конструкции просты и надежны в эксплуатации, и работают в автоматическом режиме, а это значит в гарантированном происходящем процессе, выполняя заданную функцию насыщения горячим воздухом. При этом приданная форма насадка, имеющего форму шара, можно представить как, вид конфузора (расширяющий), соединенного с впускной узкой трубой. В целом установка саморегулирующего механизма уровня воды водоема в сезоном регулировании температуры режима в сторону к поверхности водоема обеспечивает установку автоматической системы управления и создает контроль процесса насыщения воды горячим сжатым воздухом (агентом).
Сопоставительный анализ заявляемого технического решения и прототипа показывает, что в заявленной совокупности признаков часть существенных признаков соответствует критерию «существенные отличия».
Устройство поясняется иллюстрациями, где на фиг. 1 изображено устройство, аксонометрия; на фиг. 2 - блок-схема устройства с теплоносителем в плане с разрезом; на фиг. 3 - вид на вертикальные звенья труб, закрепленные на перфорированном трубопроводе, вид сбоку.
Устройство для поддержания акватории в незамерзающем состоянии, содержит трубопровод 1 подачи теплоносителя в качестве горячего сжатого воздуха (газовоздушной смеси-агента), подключенного к трубе 2, далее в систему перфорированных с отверстиями трубопровода 3, располагаемых на дне водоема на определенной его глубине. Отверстия перфорированной трубы 2 содержат саморегулирующий механизм уровня воды водоема, на котором закреплено нижнее вертикальное звено 4 трубы. Вертикальное звено 5 трубы снабжено поплавком 6, в своей верхней части ему придана форма шара, имеющая возможность качания в воде и вместе с тем удерживается на плаву.
Вертикальное звено 5 трубы оборудовано с одного конца насадком 7, имеющим форму шара, вид которого выполнен конфузором, и связанным с выпускным патрубком 8 (количество которых установлено на перфорированном с отверстиями трубопроводе задается расчетом, т.е. более одного). Другой конец вертикального звена 5 трубы соединен посредством гибкого жароустойчивого сильфона с вертикальным звеном 4 трубы и трубы 4 и 5 в свою очередь с сильфоном закреплены с обеих сторон торцов замками-хомутами (узел соединения двух труб 4 и 5, как вариант, может быть снабжен шарниром, например, такие шарниры известны в деталях соединений в автомобилях).
Напорный трубопровод 1 подсоединяют к устройству в виде теплоносителя 9 прямого действия, камера сгорания 10, которую выполняют в виде топочного корпуса и имеет на входе распределительный узел в виде смесительного патрубка 11 с входными каналами связи, отверстия 12 которых с каналами связи с дистанционно управляемыми запорными кранами 13, обратными клапанами 14, предохранительным клапаном 15, подачей газа 16, малого импеллера 17 для нагнетания атмосферного воздуха с включением свечи зажигания 18.
Экран 19 в виде тарелки закрепляют в пространстве камеры сгорания 10 (по центру) выходному отверстию усеченного конуса 20 (отражателя), направляющего пламя на экран 19, и со стороны касания пламени также покрывают поверхность пластиной из полированного жаропрочного антикоррозионного материала. При этом диаметр экрана 19 равен или больше диаметра выходного отверстия усеченного конуса, выполненного отражателем 20. Для подачи горячего воздуха (агента) теплоноситель 9 соединяют через насадок 21 и с корпусом большего импеллера 22, дальше горячий (подогретый) воздух поступает во второй патрубок 23 с регулируемой заслонкой 24 с возможностью управления ею с помощью тяги 25, выполненной с наружной стороны патрубка 23 с горизонтальной рейкой в виде зубчатых выступов (не показано), откуда теплоноситель (горячий воздух) поступает в напорные трубопроводы 1 и 2. Из трубопровода 2 горячий воздух поступает под высоким давлением большего импеллера 22 в перфорированный с отверстиями трубопровод 3, над которым расположены и связанные с ним саморегулирующий механизм в виде вертикальных звеньев 4 и 5 труб с элементами управления подачи горячего агента вертикально вверх к поверхности воды водоема.
Управление исполнительными механизмами малого импеллера 17 и газа 16 обеспечивается автоматическими приборами блок-схемами, которые не приводятся, так как не относятся к существу заявляемого предложения, однако управление ими проходит через линии связи 26, 27, 28, с подключением к персональному компьютеру 29, а большой импеллер 22 с последним подключают через линию связи 30.
Устройство для поддержания акватории в незамерзающем состоянии работает следующим образом.
В подаче горячего воздуха приступают от теплоносителя 9 с помощью большого импеллера 22, как только закрепят на дне водоема уложенные перфорированные с отверстиями трубопроводы 3 с закрепленными с вертикальными звеньями 5 и 6 труб, а также с закрепленными к ним элементами 6, 7, 8 согласно чертежу и подключают теплоноситель 9. Одновременно включают в работу большой импеллер 22 для подачи горячего сжатого воздуха в виде высокого давления большого импеллера 22, вследствие чего напорные трубопроводы 1 и 2 заполняются горячим воздухом (агентом), далее заполняется и перфорированный трубопровод 3, т.е. отводится в вертикальные звенья 5 и 6 труб.
В период работы устройства по линиям связи 26, 27, 28, 30 с компьютером 29 управления включаются малый импеллер 17, газа 16, свеча зажигания 18 и большой импеллер 22 за счет блок-схем (не показано), работа связана с помощью персонального компьютера 29.
Элементы подачи горячего агента через патрубок 8 подают его в воду, образуя пароводяную смесь с аэрацией воды (распыление под большим давлением агента) посредством выпускного патрубка 8 в сторону поверхности водоема, что позволяет поддерживать акваторию в незамерзающем состоянии. В случае необходимого отключения устройства через персональный компьютер 29 и связи 26, 27, 28, 30 подают сигнал на отключение, соответственно малого импеллера 17, газа 16, свечи зажигания 18, большого импеллера 22.
При этом следует отметить, что эффект нагрева за счет пламени воспламенения в камере сгорания еще достаточно сильный при горении топлива, а благодаря наличию экрана 19, покрытого пластиной из полированного жаропрочного антикоррозионного материала, на внутренних стенках камеры сгорания 10 отсутствуют каверны (прогорание металла). Таким образом, по команде с персонального компьютера 29 в любой промежуток времени можно завершит подачу горячего агента и процесс сгорания топлива (газа) прекращается, происходит остановка камеры сгорания, и сброс остатков газовой смеси из камеры сгорания 10 через дымовую трубу при закрытии заслонки 24 с помощью тяги 25, перекрывающей сечение патрубка 23. Преимущество также теплоносителя заключается в многообразие выбора режимов для подачи горячего агента и т.п. с помощью большого импеллера 22 в напорные трубопроводы 1 и 2, далее в перфорированный трубопровод 3, учитывая и другие конструктивные устройства, установленные на дне водоема активной подачи сжатого горячего воздуха.
Таким образом, забор холодного сжатого воздуха малым импеллером далее в теплоносителе преобразуется в горячий агент при сгорании топлива и с высоким давлением с помощью большого импеллера 22, в перфорированном с отверстиями трубопроводе 3 достигается высокое давление сжатого горячего воздуха для отвода в вертикальные звенья, последний из которых снабжен поплавком и выпускным насадком (в виде форсунки). Градиент температуры горячего воздуха и скорость в воде к поверхности водоема подаваемого теплоносителем и его регулированием заслонкой, позволяет существенно повысить эффективность устройства конструкции в работе, а также нагревания слоя воды по высоте повышается, когда происходит таяние снега и льда.
Удержание качающего верхнего звена 5 трубы с насадком в форме шара, имеющего вид конфузора с выпускным патрубком при связи с гибки жароустойчивым сифоном, удерживается с нижним закрепленным жестким звеном 4 трубы, и последнее звено закреплено к отверстию трубопровода 3 всегда на определенной глубине, что обеспечивает эксплуатационную надежность устройства для подачи горячего воздуха и аэрации воды к поверхности водоема (происходит образование горячего пара воды) в заданной температурной среде в толще воды. Таким образом, автоматически поддерживается соответствие поступления горячего воздуха (агента) при работе теплоносителя.
Наличие раздельных звеньев вертикальных труб, соединенных между собой гибким сильфоном (или как вариант выполнения шарниром), упрощает конструкцию аэрации воды горячим агентом, обеспечивающим нагрев толщи воды к поверхности водоема за счет того, что оно является саморегулирующим в водоеме. В целом устройство имеет высокую мобильность и широкую область применения, а также значительно удобнее при эксплуатации по сравнению с известными устройствами, в частности и перед прототипом.
Предлагаемое устройство для подержания акватории в незамерзающем состоянии представляет собой единую систему конструкции, состоящую из самостоятельных элементов, работающих от источника сжатого горячего агента (теплоносителя). Поэтому предпочтение должно отдаваться более усовершенствованной на сегодняшний день устройства конструкции в целом при подаче горячего воздуха в толщу воды к поверхности водоема.
Изобретение снизит затраты на нагрев воды в водоеме, при этом выгодно иметь выпускной патрубок малых геометрических размеров с расширяющимся конфузором (насадок, имеющим форму шара), тем самым увеличивается давление, дальность поднятия струи и площадь распространения (реактивного распыления) пузырьков горячего воздуха (агента) по глубине к поверхности водоема, что позволяет поддерживать акваторию в незамерзающем состоянии. Такое выполнение устройства в целом позволяет снизить трудоемкость, увеличить производительность устройства и улучшить условия эксплуатации его работы.