ВОДОЗАБОР
WATER INTAKE

Изобретение относится к области гидротехнического строительства, в частности для удаления наносов на водозаборных сооружениях при заборе из нижних слоев воды для сельскохозяйственного водоснабжения.
Известен способ защиты отвода в боковую водоприемную камеру воды от плавающего сора (авторское свидетельство SU №1781367, E02B 5/08 от 1991).
Недостатком данного устройства является малая эффективность отвода донных наносов вертикальным порогом, сопряженным с дном подводящего канала, т.е. недостаточно эффективная защита от взвешенных и донных наносов из-за отсутствия их взмучивания в канале. При этом при закрытом щите-регуляторе перегораживающего канал постепенно происходит отложение наносов; перед порогом образуется призма отложений взвешенных и донных наносов с последующим поступлением последних в перфорацию барабана, что может заклинить его щели, при этом поступление воды в него уменьшается, чем требуется для забора воды потребителю. Кроме того, устройство сложно конструктивно, соответственно, материалоемкость. Таким образом, перегораживающий порог канала в виде щита-регулятора позволяет создавать на прямолинейном участке канала подпор воды, соответственно, в результате этого все наносы задерживаются перед ним, создавая тем самым призму отложения, отсутствует автоматический смыв потоком наносов по длине канала постоянно.
Известен способ регулирования гидравлической структуры потока воды у водоприемной камеры от наносов, включающий установку в канале щита-регулятора и порога, в котором производят соответствующее перераспределение энергии потока перемещением плоского щита, выполненного в виде водосливного порога, установленного перед приемной камерой во входной ее части со струенаправляющим порогом, выполненным из двух секций в виде криволинейной и прямолинейной в вертикальном направлении стенок, причем криволинейную стенку устанавливают на оси с возможностью поворота, обеспечивающих струенаправляющую систему и кинематически соединенных с водосливным порогом (патент RU №2501907, E02B 8/02; E02B 5/08 от 20.12.2012).
Однако наличие сложного узла с перемещением водосливного порога и струенаправляющих делают работу с учетом подпорного сооружения сложным из-за необходимости наполнения воды перед водосливным порогом и ручного управления, а также большая материалоемкость.
Известно водозаборное сооружение, включающее установленное в русле водотока подпорное сооружение с автоматическим вододействующим затвором, примыкающий к берегу и подпорному сооружению водосливной порог, образующий с берегом и подпорным сооружением водоприемную камеру, водоприемный оголовок с регулятором расхода воды, сообщенный с водоприемной камерой, и отводящий канал, подключенный к водоприемному оголовку, оно снабжено сруенаправляющим элементом, установленным на пороге с возможностью поворота в горизонтальной плоскости и выполненным в виде горизонтальной секторной пластины и прикрепленной к ее дугообразной кромке вертикальной дугообразной пластины, причем струеформирующий элемент обращен дугообразной пластиной к подпорному сооружению, в горизонтальной пластине выполнено окно (авторское свидетельство SU №1393870, E02B 9/04 от 07.05.1988).
Недостатками известного устройства являются: необходимость ручного режима управления промывкой русла и забора чистой воды; необходимость визуального контроля за началом промывки русла, а также громоздкость и, как следствие, большая материалоемкость.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является водозабор, содержащий водоприемные перфорированные трубы, уложенные в слой фильтрующей обсыпки, он снабжен защитным съемным экраном, размещенным на фильтрующей обсыпке и выполненным из отдельных стержней, уложенных в ряд поперек течения и соединенных между собой в верхней части гибкой связью (авторское свидетельство SU №899751, E02B 9/02; E03B 3/04 от 23.01.1982).
Недостатками известного водозабора являются малая эффективность отвода донных наносов при отсутствии автоматического их смыва с защитного экрана, стержни которого уложены в ряд поперек течения и тормозящие быстрому смыву наносов. Кроме того, для работы защитного экрана в части поступления воды через слой обсыпки заданного расхода необходимо в ручном режиме за счет гибкой связи поднимать тяжелый защитный экран в сторону движения потока, а перед ним создавать статический напор. Это связано с большой нагрузкой на выполнение данной функции, при этом защитный экран должен иметь небольшую длину по течению, т.е. ограничен конструкцией, в противном случае будет трудно вернуть изогнутый экран в свое первоначальное положение. Другим недостатком является то, что на момент поднятия экрана вверх возможен достаточно большой напор воды со стороны верхнего бьефа и накопление большого количества наносов, что затруднит как промывку, так и укладку защитного экрана, с другой стороны, возникает трудность промывки наносов при минимальном уровне воды, а также сложно крепление защитного экрана.
Технический результат от использования заявленного изобретения заключается в повышении эффективности работы путем повышения надежности и снижения затрат на эксплуатацию.
Технический результат достигается тем, что водозабор, содержащий водоприемные перфорированные трубы, уложенные в слой фильтрующей обсыпки, защитный экран, размещенный на фильтрующей обсыпке и выполненный из отдельных стержней, уложенных в ряд поперек течения, защитный экран со стержнями выполнен снизу пустотелыми трубами в сторону движения потока с воздуховыпускными отверстиями на верхней образующей трубы, внутри которых закреплены на дне дополнительные трубы с зазором, выполненные из гибкого эластичного материала, имеющего микропоры, и подключенные к источнику сжатого воздуха, подаваемого кратковременно компрессором, соединенным с реле времени по воздуховоду в дополнительные трубы, причем воздуховыпускные отверстия пустотелой трубы выполнены возрастающими по направлению движения потока.
Кроме того, воздуховыпускные отверстия каждого пустотелой трубы чередуются со свободными участками трубы между рядами отдельных стержней.
Кроме того, концевые участки пустотелых труб выполнены промывными калиброванными отверстиями, а концевые участки дополнительных труб заглушены.
Кроме того, воздуховод, связанный с дополнительными трубами, соединен через поворотный кран с компрессором.
Такое выполнение устройства водозабора позволяет укладывать защитный экран на фильтрующую обсыпку, не нарушая ее структурную поверхность (на смыв), по сравнению с прототипом, автоматизировать процесс смыва наносов с защитного экрана, не поднимая его вверх, причем защита защитного экрана производится дифференцированно между отдельными стержнями за счет подачи сжатого воздуха через воздуховыпускные отверстия в пустотелых трубах: разрушение выраженного завала - по команде реле времени управления компрессора, через открытие крана на воздуховоде, настроенного на максимально допустимый объем впуска сжатого воздуха в дополнительную трубу, выполненную из мягкого эластичного материала, имеющего микропоры, которая не подвергнута засорению, так как при отсутствии в ней давления воздуха она складывается, а частично просочившаяся вода через воздуховыпускные отверстия в пустотелую трубу выпускается в конце постоянно через калиброванное промывное отверстие. Это дает возможность отказаться от тяжелых трудозатрат при эксплуатации на поднятие вверх защитного экрана и улучшить его устойчивость на поверхности фильтрующей обсыпки, облегчить крепление и тем самым обеспечить заданную подачу воды в перфорированные водозаборные трубы постоянно без остановки на подъем экрана, а следовательно, обеспечить более равномерный по длине защитного экрана водозабор чистой воды в перфорированные трубы. Кроме того, отсутствует заиление дополнительной трубы, выполненной из мягкого эластичного материала, имеющего микропоры, и закрепленной внутри пустотелого трубы большего диаметра и, как следствие обеспечение надежности эксплуатации в целом водозабора.
Подобное исполнение водозабора, по мнению автора, ранее не было известно и отвечает критерию «существенные отличия».
На фиг. 1 изображен водозабор, вид в плане; на фиг. 2 - то же вид сбоку; на фиг. 3 - сечение основной и дополнительной труб в момент подачи сжатого воздуха; на фиг. 4 - сечение то же в момент отсутствия подачи сжатого воздуха.
Водозабор содержит защитный экран, выполненного из уложенных в ряд с зазором стержней 1, соединенных с нижней стороны пустотелыми трубами 2 в сторону движения потока. Пустотелые трубы 2 выполнены воздуховыпускными отверстиями 3 между свободными участками каждого стержня 1, расположенными в верхней его части. Горизонтальные пустотелые трубы 2 внутри снабжены дополнительными трубами 4, выполненными из мягкого эластичного материала, имеющего микропоры, причем они закреплены к дну труб 2 с зазором к верхней его части, т.е. диаметр которого больше чем дополнительная труба 4. Дополнительные трубы 4 пневматически сообщены посредством воздуховода 5 с краном 6, полость которого связана с компрессором (К) 7 сжатого воздуха, подводимого по воздуховоду 5 в дополнительные (эластичные) трубы 4. Компрессор (К) 7 соединен с реле (P) времени. Концевые участки труб 2 снабжены промывными калиброванными отверстиями 9 с целью постоянной очистки (промывки) внутренней части их на момент прекращения подачи сжатого воздуха через дополнительные трубы 4 (фиг. 4), ибо в противном случае полости труб 2 в данный момент при длительном отключении подачи сжатого воздуха могут заиливаться мелкими взвешенными частицами грунта, случайно проникшими через отверстия 3. Поскольку заданный поток воды при водозаборе может проникать между стержнями 1 в перфорированные трубы 10 через фильтрующую обсыпку 11 при заданном напорном режиме сверху движущегося потока в источнике, то для обеспечения работы этих труб 10 полным сечением через защитный экран, выполненный из уложенных в ряд с зазором стержней 1 и перпендикулярно им в сторону движения потока пустотелых труб 2 с воздуховыпускными отверстиями 3 между свободными участками стержней, в этом случае для смыва отложившихся наносов сверху, компрессор (К) 7 включают в работу, при этом нижние концы (торцы) дополнительных труб 4 заглушены. Наносы транспортируются свободно в транзитный водоток, а поверхностные слои воды проникают между стержнями 1 и трубами 2, затем через фильтрующую обсыпку 11 в водозаборные перфорированные трубы 10, например в водозаборную систему потребителя.
Водозабор работает следующим образом.
Вода вместе с содержащимся в ней плавником, мусором, влекомыми и взвешенными наносами течет по водоисточнику. На нем поверхность дна покрывается защитным экраном в местах с фильтрующей обсыпкой 11 и уложенными водозаборными перфорированными трубами 10 от колматации последних. При отложении (заилении) защитного экрана производится его регенерация путем воздуховода 5 от источника сжатого воздуха и подается под давлением воздух, который поступает далее в дополнительные трубы 4 из мягкого эластичного материала, имеющего микропоры, закрепленные на дне внутри пустотелой трубы 2 с зазором. Благодаря этому влекомые и взвешенные наносы, а также сор интенсивно взмучиваются за счет поступления в трубы 4, далее воздух поступает в трубы 2 с воздуховыпускными отверстиями 3 снизу между стержнями 1. Сжатый воздух, вырываясь через воздуховыпускные отверстия 3 между стержнями 1, разрыхляет слежавшиеся наносы с одновременным насыщением ими потока и транспортированием в их нижний бьеф водотока.
С помощью компрессора 7 нагнетают кратковременно сжатый воздух через воздуховод 5 в дополнительные трубы 4 до их полного заполнения. Мягкие эластичные трубы 4 увеличиваясь в размерах, выгибаются вверх, в сторону отверстий 3 труб 2, вследствие чего через микропоры труб 4 воздух поступает в трубы 2, далее в отверстия 3 между стержнями 1. Таким образом, посредством этого воздуха под его давлением приводят взмучивание наносов над защитным экраном.
Процесс кратковременного нагнетания порции воздуха в дополнительные трубы 4 от компрессора 7 продолжается до тех пор, пока не поступит сигнал на отключение реле (Р) времени 8 и не выйдет воздух из замкнутой трубы 4 в полость трубы 2.
В результате такого действия на трубы 4 из мягкого эластичного материла, микропоры в нем закрываются, что исключает засорение труб 4.
Формирование, разработка и транспортировка такого потока с наносами происходит активно как по всей длине, так и по ширине защитного экрана, состоящего из стержней 1, что приводит к сокращению времени промывки наносов не менее чем на 30% и возможности ускорения поступления воды в фильтрующую обсыпку 11 при отсутствии ее разрушения на смыв.
Конструкция защитного экрана с закрепленными снизу пустотелыми трубами 2 с воздуховыпускными отверстиями 3, внутри которых закреплены к дну также мягкие эластичные трубы 4, имеющие микропоры, соединены с источником сжатого воздуха, например с компрессором (К) 7, через воздуховод 5 с краном 6 и реле (Р) 8 времени позволяет эффективно и надежно применять данное устройство для автоматической промывки защитного экрана. Это значительно повышает эффективность промывки защитного экрана без поднятия его по прототипу от наносов с меньшим сбросным расходом и в течение меньшего времени работы на сброс. Кроме того, устройство позволяет фильтровать через обсыпку 11 и забирать воду в перфорированные трубы 10, очищая их от кольматации, т.е. необходимого качества и расхода для потребителя. При этом повышается производительность промывки защитного экрана за счет взмучивания (разрыхления) наносов как по дну, так и по всей ширине и длине защитного экрана в процессе работы устройства.
Эффективность работы водозабора достигается тем, что при подаче сжатого воздуха кратковременно от источника (компрессора) при открытии крана на воздуховоде увеличиваются скорость и транспортирующая способность взмученного потока, что способствует сокращению времени промыва в несколько десятков раз и уменьшению удельного объема воды на смыв каждого кубометра наносов. Производительность труда увеличивается в несколько раз, сокращаются эксплуатационные затраты.