ПЕСКОГРАВИЕЛОВКА
SAND AND GRAVEL TRAP

Изобретение относится к гидротехнике, а именно к сооружениям для комплексной очистки воды от влекомых и части взвешенных наносов при водозаборе в каналы, трубопроводы и аванкамеры насосных станций.
Известно устройство для осветления воды, содержащее корпус с отводящим каналом, спиральную камеру, расположенную внутри корпуса и выполненную в виде переливной стенки, подводящий канал, подключенный к выходу к спиральной камере, и промывной трубопровод, подключенный к промывному отверстию в дне спиральной камеры, при этом водопереливная стенка очерчена по витку спирали Архимеда в пределах угла поворота радиус-вектора, а промывное отверстие расположено в полюсе этой спирали (Авторское свидетельство SU №1330254, Е02B 8/02 от 15.08.1987).
Недостатки работы данного устройства обусловлены его сложной конструкцией, включающей водосливную стенку, очерченную по спирали Архимеда в пределах угла поворота, и сложность ее гидравлического расчета. Низкая надежность работы является следствием того, что взвешенные наносы фракций, перераспределяясь в плане, частично во взвешенном состоянии могут поступать через переливную стенку в корпус и далее к потребителю. Это в первую очередь требует, чтобы было постоянство перелива воды, однако, в процессе работы сооружения, происходит частое изменение расходов в подводящем канале. В случае насыщенности потока в большом количестве влекомыми и взвешенными наносами, промывное отверстие не справляется с их промывкой, и происходит частичный завал по ширине камеры. В результате этого увеличивается наполнение в кольцевой камере, и наносы могут попадать через переливную стенку к потребителю, т.е. высота стенки переливной не рассчитана на такой гидравлический режим ее работы, соответственно, гидравлическая структура в камере меняется. В этом случае более мелкие наносы начнут поступать в отводящий трубопровод к потребителю. Таким образом, известное сооружение не позволяет полностью защитить канал чистой воды от части взвешенных наносов.
Задача в известном устройстве решается только в одном техническом цикле - защита от донных наносов при определенном заданном расчетном расходе.
Известен отстойник, включающий сужающую для сбора наносов приемную отстойную камеру, имеющую наклонное дно, перегородку с окном в нижней части, делящей камеру на две секции и сбросной коллектор (Авторское свидетельство SU №1350242, Е02B 8/02 от 07.11.1987).
Недостатки известного устройства: периодическая подача воды потребителю по отводящему патрубку 15, которая периодически прерывается на время промывки отстойника посредством задействования восходящей 7 и нисходящей 9 ветви сифона 8. В результате в трубопроводах с чистой водой создаются воздушные пробки, снижающие эффективность в работе известного устройства и тем самым затрудняющие водоснабжение; завал выходного восходящей ветви 7 сифона 8 скопленными наносами в конусной части отстойника у окна 5 и естественная кольматация их, что может препятствовать включению в работу сифона 8 (во-первых) и привести к недостаточности всасывающего усилия сифона 8 для поднятия наносной массы на всю высоту восходящей ветви 7 сифона 8, т.е. на высоту от входного отверстия сифона 8 вплоть до капора 10.
Известны также, например, гидроциклоны и пескогравиеловки по авторским свидетельствам SU: 184187, 367895, 544473, 816558, 823647, 882942, 886998, 1065525, 13330254, 1392188, 1456234, 1546547.
Однако известные устройства сложны, обусловленные многочисленными элементами, не практичными в изготовлении, что не позволяет обеспечить надежную продолжительную работу устройства в ходе их эксплуатации.
Наиболее близкой к предлагаемому по назначению, технической сущности и достигаемому результату является пескогравиеловка, включающая служащую для сбора наносов приемную емкость цилиндрической формы, и имеющую наклонное дно и сообщенную с подводящим водоводом и сбросным коллектором, подводящий водовод снабжен гасительным устройством в виде пустотелого цилиндра с водовыпускными окнами, разделенного на две полости горизонтальной перегородкой с отверстием в средней части, вмонтированной ниже водовыпускных окон, и пирамидальным рассекателем, расположенным соосно отверстию в перегородке выше наклонного дна, которое выполнено выпускным донным отверстием и образует со стенками основной цилиндрической емкости в узкой ее части промывное окно, сообщенное с полостью коллектора посредством дополнительной емкости, объем которой больше, чем объем основной емкости, при этом в стенках наклонного дна основной емкости относительно друг друга выполнены водовыпускные отверстия, которые снабжены наносоотбойными элементами в виде затвора с возможностью вертикального перемещения в сторону пустотелого цилиндра со стороны полости основной емкости, при этом дно основной и дополнительной емкостей имеет наклон под различным углом к горизонтальной оси устройства, закрепленного в основании фундамента (Патент RU №2532276, Е02В 8/02, B01D 21/00, C02F 1/52, E03F 5/14).
Недостатки работы данного устройства обусловлены его сложной конструкцией, включающей внутри пустотелого цилиндра перегородку и окна, препятствующие свободному падению воды в сторону промывного отверстия основной емкости, установки дополнительной емкости большого размера, а также затворов с приводами и т.д. Эти устройства ведут к громоздкости конструкции, а значит большая материалоемкость, и недостаточная степень влияния на интенсивность отвода донных и придонных наносов.
Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, - повышение эффективности непрерывной очистки воды од донных и взвешенных наносов.
Для решения этой задачи в пескогравиеловке, включающей служащую для сбора наносов приемную емкость цилиндрической формы, имеющее наклонное дно и сообщенную с подводящим водоводом и сбросным коллектором, гасительное устройство выполнено в виде пустотелого цилиндра, пирамидальный рассекатель, расположенный соосно отверстию цилиндра и образует со стенками основной цилиндрической емкости в узкой ее части промывное окно, сообщенное с полостью коллектора, наносоотбойные элементы, при этом дно основной емкости имеет наклон под углом к горизонтальной оси устройства, пустотелый цилиндр в нижней своей части выполнен отверстиями под острым углом и ориентированные в направлении выходных сопел распределителя подачи воды с радиальными ответвлениями в виде отражательного экрана закручиванием потока и создания направленного тока воды, подключенным к источнику пустотелого цилиндра напорной воды, и размещенного соосно вертикальной оси пустотелого цилиндра, при этом основная цилиндрическая емкость разделена на две кольцевые полости поперечной перегородкой с перепускными окнами.
Кроме того, отражательный экран выполнен, расположенным водоотделительным устройством и ориентированным в направлении выходного оголовка пустотелого цилиндра.
Кроме того, с целью повышения эффективности регулирования путем уменьшения поступления взвешенных наносов в отводящий участок водовода, со стороны верхнего участка основной цилиндрической емкости выполнено выпускное отверстие смещенного относительно перепускных окон в поперечной перегородке
Технический результат предложенного изобретения заключается в создании позволить потоку, обогащенному наносами, за счет того, что отражательный экран в целом создает вращательную подачу воды через сопла с радиальными отверстиями направленного тока в полость основной цилиндрической емкости. Вода с наносами, проникшая через сопла в отражательный экран с расположенным водоотделительным устройством и ориентированным в направлении выходного оголовка пустотело цилиндра, закручивает поток, тем самым дает возможность более крупным и мелким наносам поступать ближе к наносопромывному отверстию, далее в коллектор, а также за счет прикрытия сверху отражательным экраном и уклона - в сторону промывного отверстия, т.е. эффективно может влиять направление песка и гравия ниже отражательного экрана в самом приямке промывного отверстия связанного с коллектором. При этом наклонное дно емкости постоянно промывается закрученным вихревым потоком воды. Кроме того, наличие в пустотелом цилиндре в нижней боковой части отверстий под острым углом и ориентированные в направлении выходных сопел распределителя подачи воды, дополнительно образуют «завесу», и наносы быстрее выпадают на дно емкости и не увлекаются практически вверх. При этом происходит гашение потока, когда вода поступает в отводящий водовод через перепускные окна в поперечной перегородке, которая делит основную емкость на две части с возможностью успокоения воды, распределение скоростей потока над поперечной перегородкой по ширине емкости может принимать равномерным, и оставшиеся взвешенные наносы быстрее выпадают ниже поперечной перегородки, т.е. не увлекаются в отводящий водовод чистой воды к потребителю. Таким образом, повышается качество очищенной воды за счет успокоения воды в зонах между верхним участком закрытой основной емкости и поперечной перегородкой с перепускными отверстиями, а выход потока в отводящий водовод успокаивается. По сравнению с прототипом предложенная пескогравиеловка работает в режиме организованного потокоформирующего эффекта предложенными элементами таким образом, что наносы, находящиеся в толще и у дна емкости (ниже поперечной перегородки) быстрее выводятся в нижний горизонт и транспортируются непосредственно в промывное отверстие с коллектором, что в свою очередь делает автоматическую промывку наносов, при этом конструкция проста в исполнении, а значит, снижается материалоемкость.
Подобное исполнение конструкции пескогравиеловки, по мнению автора, не было известно и отвечает критерию «Существенные отличия».
На фиг. 1 схематично изображена пескогравиеловка, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.
Пескогравиеловка включает основную приемную емкость 1 цилиндрической формы. Основная приемная емкость 1 для сбора наносов с наклонным дном снабжена устройством в виде пустотелого цилиндра 2, соосно с закрепленным с нижним концом 3 подводящего водовода 4. Пустотелый цилиндр 2 подачи воды в нижней части боковой стенки выполнен отверстиями 5 под острым углом вниз. Основная приемная емкость 1 снабжена отражательным экраном 6 с радиальными ответвлениями 7 с соплами 8. Сопла 8 ориентированы таким образом, что каждое сопло 8 отражательного экрана 6 направлено вовнутрь полости емкости 1 с закручиванием потока и создания направленного тока воды по окружной плоскости цилиндрической емкости 1. Отражательный экран 6 расположен соосно, и напротив, ниже выходного отверстия 9 (оголовка) пустотелого цилиндра 2. При этом в отражательном экране 6 расположено водоотделительное устройство 10. В емкости 1 гасительная поперечная перегородка 11 с перепускными окнами 12 в средней части разделяет ее на две полости 13 и 14, одна из которых соединена с выпускным отверстием 15 в верхней части стенки емкости 1 (полость 14), и выпускное отверстие 15 сообщено с отводящим трубопроводом 16 чистой воды в верхней части стенки емкости 1. Выпускное отверстие 15 в верхней части стенки емкости 1 смещено относительно перепускных окон 12 гасительной поперечной перегородки 11. Днище 17 емкости 1 выполнено наклонным в сторону промывного отверстия 18, сообщенного с промывным трубопроводом 19 (коллектором).
Пескогравиеловка работает следующим образом.
Вода вместе с влекомыми и взвешенными наносами из подводящего водовода 4 поступает в пустотелый цилиндр 2, нижний конец боковой стенки, которой выполнен отверстиями 5 под острым углом. Вода, проникшая через отверстия 5, поступает во внутреннюю полость емкости 1, тем самым частично гасит поток в полости емкости 1, т.е. ослабляет интенсивность циркуляционного течения в сторону размещения поперечной перегородки 11 с перепускными окнами 12 в средней части емкости 1. Если в средней части емкости 1, разделенной на две части 12 и 13 (секции), получены относительно малые скорости движения воды, тогда как отражательный экран 6 с радиальными ответвлениями 7 с соплами 8 и сбрасываемым водоотделительным устройством 10 во внутренней емкости 1, в нижней части ее образуют закручиваемый вихревой поток с наносами, где происходит их интенсивное перемещение по всему круговому сечению наклонного дна 17 и смывания мелких и крупных фракций наносов в сторону промывного отверстия 18, сообщенного с промывным трубопроводом 19 (коллектором). В результате влияния течения воды из отверстия 5, поперечной перегородки 11 с перепускными окнами 12 и выпускным отверстием 15 в верхней части стенки емкости 1, последнее, которое смещено относительно перепускных окон 12, истая вода в спокойном состоянии под напором поступает в отводящий трубопровод 15 потребителю. Поэтому для улучшения гидродинамических условий работы предложенного изобретения создана конструкция пескогравиеловки впуска наносонасыщенного потока и выпуска осветленной воды потребителю. При этих условиях взмучивание с повышенной концентрацией взвешенных и влекомых наносов и их смыв в промывной трубопровод происходит намного быстрее и полнее, чем в известном устройстве. При этом происходит заметное гашение потока воды в емкости, разделенной на две кольцевые полости.
При правильном выборе соотношения между параметрами предложенных элементов сооружения обеспечивается качество очищенной воды к потребителю, что зависит от гидравлической нагрузки, в процессе которой под действием центробежных сил на внутренней поверхности в нижней части емкости, образуется скорость вращения наносонасыщенного потока отвода вниз, который способен удалять выпавшие наносы при постоянной их промывке в автоматическом режиме, чем предотвращается заиление и кольматация ими отстойных емкостей 1. При этом всасывающий эффект возрастает в сторону промывного отверстия 18.
Экономическая эффективность от применения предложенной пескогравиеловки заключается в объединении в одном технологическом цикле задач качество очистки наносонасыщенного потока и подачи чистой воды потребителю, и эффективность одноэтапной очистки воды от наносов.