ВОДОЗАБОРНОЕ СООРУЖЕНИЕ
WATER INTAKE STRUCTURE

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для забора воды непосредственно из поверхностного русла водотока, вода которых содержит большое количество наносов и мусора, а также при водозаборе в каналы, трубы и аванкамеры насосных станций.
Известно устройство для забора воды из открытого водотока, включающее примыкающий к водотоку канал, установленную между устоями на входе в отводящий канал защитную стенку с сорозадерживающей решеткой в средней по высоте ее части, оно снабжено очистным барабаном с пальцами по периметру, установленным перед решеткой на вертикальной оси, и подводящими барабанами с криволинейными пластинами по периметру, прикрепленными соосно к торцам очистного барабана, а решетка выполнена в виде горизонтальных стержней, между которыми размещены пальцы очистного барабана, причем стенка с решеткой выполнена вогнутой с центром кривизны, расположенным от оси вращения очистного барабана, со стороны верхового устоя отводящего канала (Патент RU №2026470, E02B 9/04 от 09.01.1995).
Недостатком этого устройства является сложность, обусловленная многочисленными элементами очистного барабана, не практичными в изготовлении, что не позволяет обеспечить надежную и продолжительную работу сооружения в ходе их эксплуатации. Кроме того, применение привода в движущихся частях барабана сложно и, как следствие, требует дополнительных затрат на оборудование очистного барабана, а значит и стоимость достаточно высока. Другим недостатком является отсутствие автоматического гибкого регулирования речного водозабора воды. В целом это снижает надежность эксплуатации и сложность конструкции.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является водозаборное сооружение, включающее установленные в русле водотока подпорное сооружение с автоматическим вододействующим затвором, примыкающим 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 струеформирующим 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, а в горизонтальной пластине выполнено окно (Авторское свидетельство SU №1393870, E02B 9/04 от 07.05.1988).
Недостатками данного водозаборного устройства являются наличие многочисленных элементов сооружения и, как следствие, большая материалоемкость. Кроме того, сам процесс работы сооружения рассчитан только на работу набегания на пластину потока, где он разделяется на три потока, при этом присутствует винтовое движение потока, способное отбрасыванию наносов к окну и их последовательному сепарированию оттеснения от стенки порога к центральной оси русла. Эти недостатки снижают безотказность срабатывания сооружения при заборе воды, а следовательно, и надежность эксплуатации, а также нагрузка мусора увеличивается при движении струенаправляющего элемента при наличии привода.
Следовательно, должны создаться новые сооружения с учетом особенностей для забора воды непосредственно из поверхностного русла водотока. По пути таких сооружений осуществляют водозабор в каналы, трубы и аванкамеры насосных станций в соответствии с запросами потребителей.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение диапазона по допустимому содержанию наносов и мусора в исходной воде и повышение эксплуатационной надежности за счет отсутствия перегораживающих движущихся частей элементов при заборе воды из водотока.
Технический результат достигается тем, что водозаборное сооружение, включающее установленное в русле водотока подпорное сооружение, примыкающий к берегу водосливной порог, водоприемную камеру, регулятор расхода и отводящий канал, подключенный к водоприемному оголовку, струеформирующий элемент, обращенный к подпорному сооружению, оно содержит ковшовую водоприемную камеру, которая оборудована водосливом широкого порога, а выход - аванкамерой, соединенной с отводами каналами забора воды, при этом русло водотока дополнительно снабжено поперечной водобойной перегородкой в виде жесткой криволинейной стенки, закрепленной одним концом на дне водотока и выполненной с обращенной вверх и в сторону ковшовой водоприемной камеры вогнутой гранью, а между поперечной водобойной перегородкой и ковшовой водоприемной камерой расположена параллельно берегу, разделительная вертикальная стенка, при этом они образуют скоростной режим гидравлической струи, вытекающей в выходном участке, при этом над верхней частью всех элементов установлено перекрытие.
Кроме того, с целью повышения эффективности регулирования путем уменьшения поступления влекомых наносов и мусора в ковшовую водоприемную камеру со стороны водослива с широким порогом установлена под углом защитная решетка.
Кроме того, дно аванкамеры имеет наклон в сторону отводящих каналов.
Кроме того, вход водослива с широким порогом в аванкамеру снабжен эксплуатационным затвором.
Кроме того, дно водоприемного отверстия ковшовой водоприемной камеры выполнено уступом, на который опирается под углом защитная решетка свободным концом.
Такая взаимосвязь и взаимозависимость основных элементов водозаборного сооружения позволит, обогащенного наносами и мусором, за счет того, что основные элементы, благодаря взаимному расположению вблизи решетки, криволинейной поперечной стенки закрепленной на дне водотока, разделительной вертикальной стенки и водослива с широким порогом, направляются в русло водотока посредством воздействия на них восходящих токов воды по высоте, где кинетическая энергия достаточно высока. Кроме того, наличие аванкамеры, дно которой имеет наклон в сторону отводящих каналов, создает безподпорное движение воды на входе в ковшовую водоприемную камеру, когда вода поступает через водослив с широким порогом и, она снабжена эксплуатационным затвором.
Рационально в практике таких аванкамер при наличии забора воды в конце ее стремятся совместить места отбора с местоположением в сторону уклона местности. Очищенная вода при этом поступает потребителю, т.е. за счет разности уровней воды на входе в аванкамеру и вместе присоединения отводящих каналов вниз по течению.
Сопоставительный анализ заявляемого технического решения и прототипа показывает, что в заявленной совокупности признаков часть существенных признаков является новой, следовательно, заявляемое решение соответствует критерию «новизна».
На чертеже изображено водозаборное сооружение, общий вид.
Водозаборное сооружение включает ковшовую водоприемную камеру 1 в русле водотока 2 и аванкамеру 3 открытого типа с уклоном в сторону выхода. Выход ковшовой камеры 1 в аванкамеру 3 открытого типа оборудован водосливом 4 с широким порогом, над которым установлен эксплуатационный затвор 5. При этом вход в ковшовую водоприемную камеру 1 снабжен под углом защитной решеткой 6, которая нижним свободным концом опирается на уступ 7 на дне водоприемного отверстия 8 ковшовой водоприемной камеры 1. На выходе аванкамера 3 снабжена отводящими каналами 9 и 10, соответственно, с регуляторами расхода 11 и 12, при этом отметка дна русла водотока 2 расположена выше отметки дна аванкамеры 3 по течению.
Помимо того, водозаборное сооружение выполнено дополнительно поперечной водобойной перегородкой 13 в русле водотока 2 в виде жесткой криволинейной стенки, закрепленной одним концом на дне русла водотока 2 и выполненной с обращенной вверх и в сторону ковшовой водоприемной камеры 1 вогнутой гранью.
Кроме того, между поперечной водобойной перегородкой 13 и ковшовой водоприемной камеры 1 разделительная вертикальная стенка 14 расположена параллельно береговой кромке русла водотока 2, которая формирует прямоточный канал 15, при этом она образует отвод наносов и мусора в сторону выходного створа участка 16 (окно) при скоростном режиме гидравлической струи вниз по течению русла водотока.
Помимо того, над ковшовой водоприемной камерой 1, поперечной водобойной перегородкой 13 и разделительной вертикальной стенкой 14 установлено перекрытие 17.
Кроме того, разделительная вертикальная стенка 14 может быть установлена поворотной на вертикальной оси вращения (не показано для упрощения) с приводом ее перемещения.
Наличие перекрытия 17 ликвидирует влияние бурлящего потока, который создается в проточном канале 15 в виде создающего восходящие токи, экранирующего выход потока из канала 15 в русло водотока 1 вместе с наносами и мусором, т.е. перекрытие 17 препятствует образованию выплесков в зоне забора воды в ковшовую водоприемную камеру на ограниченном по течению русла водотока.
Водозаборное сооружение работает следующим образом.
Речной поток, насыщенный наносами и мусором по подводящему русла водотока 2 поступает к ковшовой водоприемной камере 1, при этом наличие вогнутой грани поперечной водобойной перегородки 13 создает подпор в проточном канале 15, часть которого у стенки вращается в сторону через выход открытого створа 16 участка в сторону русла водотока 2, а большая часть потока, которого проходит через установленную под углом защитную решетку 6, далее водослив 4 с широким порогом поступает в аванкамеру 3. Очищенная вода поступает в отводящие каналы 9 и 10, соответственно, с регуляторами расхода 11 и 12, размещенными в конце аванкамеры 3. Таким образом, за счет разности уровней воды на входе в аванкамере 3 и в месте расположения ковшовой водоприемной камеры 1 в водотоке 2, происходит заданный забор воды, а благодаря наличию наклонной защитной решетки 6 и проточного канала 15, а также с поперечной водобойной перегородки 13 с криволинейной стенкой наносы и мусор сбрасываются вниз по течению русла водотока 2. При этом в проточном канале 15 формируется достаточная гидравлическая струя с заданной шириной, ограниченной разделительной вертикальной стенкой 14. Как ширина струи, так ее протяженность и направленность способствуют активному транспортированию наносов и мусора вниз по течению водотока 2. Забор воды к потребителю осуществляется через прорези решетки 6, свободные концы которые опираются на уступ 7, далее через водослив 4 с широким порогом в аванкамеру 3, дно которой имеет положительный уклон в сторону течения. Таким образом, эффективную работу по водоотбору обеспечивает комплекс дополнительных устройств.
Предлагаемое изобретение позволяет существенно упростить компоновку водозаборного сооружения, повысить надежность его работы и эффективность защиты от наносов и мусора от попадания в водозабор, кроме того, необходимо совмещать места отбора воды с перекрытием всех элементов в русле водотока сверху, которое препятствует образованию восходящих потоков и повышает равномерность течения в плане на выходе в водоток.