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.
Известен оголовок речного водоприемника, состоящий из трубопровода и заборной оголовки, трубопровод выполнен из шарнирно соединенных отрезков труб, а головка снабжена поплавком, расположенным над всасывающим отверстием, и полусферической защитной сеткой (Авторское свидетельство SU №108060, E02B 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, вызывает их заклинивание и возникновение коррозионных свойств соединенных между собой узлов, в частности, при длительном отсутствии водозабора. Другим недостатком является возможность налипания и накапливания на фильтрующую сетку мусора, волокнистых примесей, которые всегда присутствуют в открытой воде. Поэтому в процессе работы фильтрующая защитная сетка засоряется длинноволокнистыми и другими примесями. Все это резко уменьшает забор воды из источника реки. В результате снижается эксплуатационная надежность работы устройства. Кроме того, конструкция имеет множество подвижных узлов, что усложняет само устройство и существенно 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 в 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, E03B 3/04, F16К 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 самого устройства и существенно повышает затраты на его обслуживание. Само очистительное устройство определяет жесткие требования к необходимой точной взаимной центровке щеток и колец с прорезями и делает работу мало надежной, так как необходимо постоянно щеточные элементы свободно двигать по окружности за счет приводимых в движение лопаток турбины от поступающей (падающей) воды в корпус погружного насоса.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является 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, E03B 3/04 от 23.01.1991).
Недостатком этого устройства является возможность прилипания и накапливания на сороудерживающей решетке волокнистых примесей, мусора и других мелких взвешенных частиц, которые постоянно присутствуют в открытом водоводе (в реке или в водоеме), а также молоди рыб, это усложняет эксплуатацию самого устройства и повышает затраты на эксплуатацию. Кроме того, все это приводит к уменьшению пропускной способности через сороудерживающую решетку, вследствие ее заиливания в реальных условиях водозабора, а это приводит к недостатку воды при водозаборе. В итоге снижается надежность работы сороудерживающей решетки и самой водоприемной камеры. Отсюда снижается область применения и универсальность водозаборного устройства.
Описанные существенные признаки заявляемого изобретения отличают его от наиболее близкого аналога, так как в изобретении использованы средства, обеспечивающие получение нового технического результата.
Технический результат заключается в том, что снижаются затраты на его эксплуатацию за счет использования нагнетания воды через трубу Вентури и поддерживается поступление воздуха извне по трубке для сообщения с атмосферой, подсоединенной в сужение в виде трубы Вентури, при этом она подсоединена к кольцевой перфорированной гибкой трубке, которая равномерно распределяет водовоздушную смесь по нижней образующей водоприемной камеры. Кроме того, плавучее основание поплавка выполнено профилем с выпуклой стороной, к которой закреплена труба Вентури. При этом обеспечиваются заданные более высокие фильтрационные скорости, обеспечивающие заданные расходы забираемой воды из поверхностных источников.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для забора воды из поверхностных источников, содержащем 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, плавучее основание поплавка выполнено профилем с выпуклой стороной, к которой закреплена труба Вентури, и гибкой пластмассовой трубы, соединяющей входную часть трубы Вентури посредством гофрированной монтажной вставки с насосом, размещенным под урезом воды, воздухозаборник сообщен с наиболее узким сечением трубы Вентури, выходная ее часть соединена с перфорированной кольцевой гибкой трубкой, выполненной из полиэтиленового материала и размещенной по нижней образующей водоприемной камеры.
Кроме того, воздухозаборник выполнен в виде вертикальной трубки с обратным клапаном.
Кроме того, трубопровод для забора воды выполнен в виде пластмассовой трубы, установленной в металлической прямоугольной контурной рамке.
При помощи сочетания с использованием грузового якоря с тросом и гофрированной монтажной вставки обеспечивается регулирование высоты планового расположения трубы Вентури с поплавком и водоприемной камеры с закрепленной перфорированной кольцевой трубкой в непосредственной близости к уровню воды, создание разрежения и всасывающая функция поступления воздуха из воздухозаборника, это одновременно приводит к обогащению закачиваемой воды насосом для смешения ее с атмосферным воздухом.
Устройство для забора воды из поверхностных источников содержит поплавок 1 с плавучим основанием 2, выполненным профилем с выпуклой стороной, близкой к форме размещения и крепления с трубой Вентури 3, при этом угол сужения конфузора 4 трубы Вентури 3 α=40…45°, а угол расширения диффузора 5 β=6…8°. Воздухозаборник выполнен в виде вертикальной трубки 6 с обратным клапаном 7, проходит через полость поплавка 1, верхний ее конец расположен выше уровня воды, а нижний - сообщен с наиболее узким сечением трубы Вентури 3. Между насосом 8 и гибкой пластмассовой трубкой 9 вставлена гофрированная монтажная вставка 10, выполненная в виде гибкого рукава.
Выходной конец диффузора 5 присоединен к перфорированной кольцевой гибкой (эластичной) трубке 11, выполненной из полиэтиленового материала и примыкающей с низовой стороны к водоприемной камере 12, жестко соединенной с трубой Вентури 3, и водоприемная камера 12 связью 13 жестко соединена с пластмассовым трубопроводом 14, который установлен в металлической прямоугольной контурной рамке для забора воды из водоприемной камеры 12, размещенной ниже уреза 15 воды, и трубка 11 зафиксирована жестко стержнями к низовой стороне водоприемной камеры 12. Сороудерживающая решетка 16 установлена по контуру устройства забора воды с наружной стороны перфорированной кольцевой гибкой трубки 11 и вдоль ее всей длины. Таких перфорированных кольцевых гибких трубок 11 может быть установлено не менее двух, что зависит от размеров размещения самой сороудерживающей решетки 16. Отверстия 17 перфорированной трубки 11 снабжены соплами 18, размещенными в сторону решетки 16 вокруг водоприемной камеры 12. Сопла 18 предназначены для инжектируемой среды в виде водовоздушной смеси, поступающей посредством через трубу Вентури в перфорированную кольцевую гибкую трубку 11.
Водоприемная камера 12 снабжена грузовым якорем 19, с помощью которого путем натяжения троса 20 регулируется установившаяся высота вертикального положения водоприемной камеры 12. Полиэтиленовый трубопровод 14 соединен с плавучим водоводом (не показано) в реке или в водохранилище при естественном уровне воды в них.
Сопла 18 могут быть выполнены съемными с возможностью изменения и фиксации их длины для подачи распыленной активной водовоздушной смеси под давлением в сторону сороудерживающей решетки 16 (сетчатого полотна), при этом конец перфорированной трубки 11 заглушен. Таким образом, водовоздушная смесь (струи), выходящая из сопел 18, за счет кинетической энергии своих высокоскоростных начальных участков не только эжектирует воду, но и предотвращает налипание и скапливание волокнистых структур, мусора, водорослей и других взвешенных частиц на фильтрующие отверстия решетки 16, т.е. отсутствует налипание на решетку 16 (сетчатое полотно), играющую роль в определенной степени также защиты от налипшей молоди рыб. Таким образом, образуется водовоздушный напорный факел (струй), который очищает решетку 16.
Изменения положения плавающей водоприемной камеры 12 не нарушают работу насоса 8 за счет наличия гофрированной монтажной вставки 10, выполненной в виде гибкого рукава. Гофрированная монтажная вставка по своей конструкции может как растягиваться, так сжиматься, размещенная выше уреза воды.
Устройство для забора воды из поверхностных источников работает следующим образом.
Собранное устройство устанавливают в реку или в водохранилище (водоем) на заданном его погружении в подводный горизонт уреза 15 и закрепляют с помощью грузового якоря 19 и троса 20. Водоприемная камера 12 принимает плавающее положение, т.е. устройство заякорено надежно и ориентируется по течению, например, реки. Насос 8 создает необходимый напор воды в пластмассовой трубке 9 и через трубу Вентури 3 затем в перфорированной кольцевой гибкой (эластичной) трубке 11, выполненной из полиэтиленового материала, через открытый обратный клапан 7 вертикальной трубки 6 (воздухозаборника) в трубу Вентури 3 поступает атмосферный воздух, что приводит к обогащению атмосферным воздухом с кислородом для создания водовоздушной смеси (струй).
При прохождении воды по гибкой пластмассовой трубке 9 от насоса и далее по трубе Вентури 3 в ее зауженной части образуется напор, который при соответствующем выборе диаметров трубки 8 и зауженной части трубы Вентури 3 оказывается меньше давления в перфорированной кольцевой трубке 11. В результате происходит поступление атмосферного воздуха с кислородом через обратный клапан 7 по вертикальной трубке 6 в зауженную часть трубы Вентури 3. За счет наличия давления водовоздушной смеси по длине перфорированной кольцевой гибкой трубки 11 смесь поступает в полость сопел 18. Под давлением водовоздушная смесь создает активную круговую водовоздушную струю вокруг водоприемной камеры 12, струи которой направлены в сторону решетки 16 (сетчатого полотна), которая очищается от прилипшего плавающего мусора, водорослей и прилипшей молоди рыб, и они отводятся в сторону течения воды в реке, т.е. за пределы влияния водозаборного фронта, образованного решеткой 16 (сетчатым полотном).
С целью предотвращения попадания подающей воды из зауженной части трубы Вентури 3 в вертикальную трубку 6 при внезапном повышении напора в зауженной части трубы Вентури 3 или превышении давления в перфорированной кольцевой гибкой трубке 11, что может внезапно случиться при изменении движения водовоздушной смеси в соплах 18 или значительном повышении напора в ней, обратным клапаном 7 в трубке 6 мгновенно перекрывается поступление воздуха из воздухозаборника, и объем его уменьшается полностью.
В целом это позволяет снизить влияние налипание и задержания мусора, водорослей и молоди рыб на решетке (на сетчатом полотне), а значит, обеспечивается забор воды в водоприемную камеру в необходимом количестве чистой воды, при этом уменьшается вероятность травмирования молоди рыб (уменьшается число контактов с сетчатым полотном).
Использование предлагаемого устройства для забора воды обеспечивает по сравнению с известными устройствами более качественный забор воды из поверхностных источников в любое время года. Происходит предотвращение (отсутствие) налипания и задержания мусора, водорослей и молоди рыб на сетчатом полотне (решетке). При этом расширяется область применения и нет необходимости менять фильтрующее сетчатое полотно при заборе воды из поверхностных источников.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет упростить эксплуатацию конструкции, сохраняется экология окружающей природы. Повышается надежность и обеспечение стабильной работы устройства для забора воды из поверхностных источников.
Оригинальность предложенного технического решения заключается в использовании эффекта эжекции потока на плавучем основании поплавка, выполненного профилем с выпуклой стороной, к которому закреплена труба Вентури, соединенная с перфорированной кольцевой гибкой трубкой, выполненной из пластмассового материала, с соплами по нижней образующей стороны водоприемной камеры, и сопла направлены в сторону решетки. Это в свою очередь приводит к осветлению воды и промывке проходных отверстий в решетке, повышающих надежность забора воды при любых погодно-климатических условиях.