ЛЕСОЗАДЕРЖИВАЮЩАЯ ЗАПАНЬ Российский патент 1995 года по МПК B65G69/20 

Изобретение относится к водному транспорту леса и может быть использовано лесосплавными предприятиями для приема и хранения древесины.

Известна лесозадерживающая запань для приема и хранения древесины на воде (авт. св. СССР N 572416, кл. B 65 G 69/20, 1973), содержащая лежень, поплавки, береговые опоры, водосборное устройство, установленное против лесопропускных ворот, и молераспределитель, закрепленные за русловые опоры.

Недостатки известной запани - незащищенность русла реки от водной эрозии и деформации его, а также необеспеченность сбора, отсортировки и подъема затонувших лесоматериалов.

Известна лесозадерживающая запань для приема и хранения древесины на воде [1], содержащая лежень, закрепленный за опоры и удерживаемый на плаву плитками (поплавками), и лесопропускные ворота.

Недостатки известной запани заключаются в высоких эрозии и деформации русла реки и отсутствии возможности сбора и отсортировки тонущих и затонувших лесоматериалов без использования специальных подъемно-транспортных средств.

Цель изобретения - исключение эрозии и деформации русла реки и обеспечение сбора и отсортировки тонущих и затонувших лесоматериалов без использования специальных подъемно-транспортных средств. Поставленная цель достигается тем, что по обе стороны от створа запани в русло реки уложен секционный водонепроницаемый экран, а над ним размещен собирающий элемент в виде сетки, при этом водонепроницаемый экран, закрепленный, по крайней мере, по краям грузами, и собирающий элемент снабжены продольными и поперечными креплениями, например, канатами, связанными с грузоподъемными устройствами, и поплавками-распорками с плавучими движителями в виде колес, при этом в створе запани установлена вертикально лесоулавливающая сетка, соединенная с лежнем и собирающим элементом, причем водонепроницаемый экран или собирающий элемент снабжены гасителями скоростей течения воды, например, ветвистыми.

В известных технических решениях гибких лесосплавных плотин (см. Борисовец Ю.П. Гибкие лесосплавные плотины. М.: Легкая промышленность, 1979, с. 18-56), перегораживающих русла рек, также содержатся гибкие водоподъемные водонепроницаемые экран и флютбет (основание плотины).

Однако указанные конструктивные элементы плотин совместно служат для создания и удержания напора воды, т.е. являются искусственной преградой водного потока, воспринимая его гидродинамическое и гидростатическое давления. Причем гибкий флютбет, укладываемый на расчетную длину в русло реки, в его естественном состоянии является несущим элементом плотин и одновременно служит для глубинной защиты грунта основания ее от размыва фильтрационным потоком, увеличения пути фильтрации, создаваемого разностью уровней верхнего и нижнего бьефов. Кроме того, гибкий флютбет гибких лесосплавных плотин воспринимает гидростатическое давление сверху и противодавление фильтрационного потока снизу, а также дополнительное нагружение от используемых пригрузочных цепей, обеспечивая устойчивость плотины против сдвига и плотность прилегания к дну реки (облегаемость неровностей дна материалом флютбета). Водоподъемный экран плотин служит для удержания напора воды и установлен поперек потока воды в реке.

В предложенном техническом решении запани водонепроницаемый экран, уложенный в русло реки по обе стороны от створа запани (на участке размещения лесохранилища и ниже на расстоянии влечения частиц грунта и коры лесоматериалов), не является ее несущим элементом, не служит вместе с запанью для создания напора воды, не воспринимает его давления, а предназначен для предотвращения от эрозии русла подпыжевым потоком воды с резко повышенной скоростью, ограничиваемой гасителями и собирающим элементом, а также для сбора частиц грунта и коры лесоматериалов, оседающих на него. При этом водонепроницаемый экран снабжен поплавками-распорками, обеспечивающими подъем его при мелиорации русла реки, проводимой при необходимости.

Следовательно, в предложенном техническом решении запани исключение эрозии и деформации русла реки и обеспечение сбора, подъема и отсортировки затонувших лесоматериалов обеспечивает водонепроницаемым экраном и размещенным над ним собирающим элементом, снабженными продольными и поперечными креплениями и поплавками-распорками с плавучими движителями и соединенными лесоулавливающей сеткой, прикрепленной к лежню и собирающему элементу, а для снижения придонных скоростей течения воды используют гасители, дополнительно уменьшающие и сдвигающие водонепроницаемый экран и собирающий элемент усилия, являющиеся составляющими гидродинамического давления воды.

Таким образом, анализ известных технических решений гибких лесосплавных плотин, предназначенных для перегораживания русла рек и создания водохранилищ, позволяет сделать вывод, что совокупность существенных признаков, обладающих новыми техническими свойствами в предложенной запани обеспечивает предотвращение эрозии и деформации русла и возможность сбора и подъема затонувших лесоматериалов и их отходов и отвечает критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 схематически изображен продольный профиль запани, вид сбоку; на фиг.2 - план запани, вид сверху; на фиг.3 - вид А-А на фиг.1; на фиг.4 - схема подъема водонепроницаемого экрана и собирающего элемента, вид сбоку; на фиг. 5 - схема размещения и оснастки секций водонепроницаемого экрана, вид сверху; на фиг.6 - схема размещения и оснастки собирающего элемента, вид сверху; на фиг.7 - варианты размещения прибрежных кромок водонепроницаемого экрана и собирающего элемента, вид сверху.

Лесозадерживающая запань содержит лежень 1, удерживаемый на плаву плитками (поплавками) 2 и закрепленный за опоры 3, лесопропускные ворота 4, уложенный по обе стороны от створа запани на дно реки водонепроницаемый экран 5, закрепленный по краям грузами 6, и размещенный над последним собирающий элемент 7 в виде сетки.

Водонепроницаемый экран 5 и собирающий элемент 7 выполнены из секций 8 и 9 соответственно, размещенных вплотную (впритык) или с перекрытиями в продольном направлении и уступами (смещением) по прибрежным кромкам. Водонепроницаемый экран 5 и собирающий элемент 7 снабжены разной длины продольными 10 и 11 и поперечными 12 и 13 креплениями соответственно, пропущенными через кренгельсы или кольца 14 и 15 и связанными друг с другом и с грузоподъемными устройствами (не показаны) поплавками-распорками 16 с плавучими движителями 17 и гасителями 18 скоростей течения воды.

В створе запани установлена лесоулавливающая сетка 19 с контурными несущими канатами 20, снабженными прицепными карабинами (не показаны), соединенная с лежнем 1 запани и собирающим элементом 7. Запанный пыж 21 формируется на акватории реки выше запани в лесохранилище 22.

Водонепроницаемый экран 5, укладываемый в русло реки по обе стороны от створа запани и содержащий продольное 10 и поперечное 12 крепления, пропущенные через кренгельсы 14, служит для предотвращения эрозии и деформации (гидрогеологической стабилизации) русла реки, вызываемых изменением (повышением) скоростного режима в подпыжевой зоне вследствие стеснения живого сечения реки пыжом 21, формируемым в лесохранилище 22, аккумуляции и сбора отходов (кора, обломки) лесоматериалов, появляющихся при формировании пыжа 21, частиц грунта от эрозии русла и других и последующего их подъема и использования. Удерживают экран 5 в прижатом к руслу реки положении при помощи грузов 6, например, пригрузочных цепей. Экран выполнен из секций 8, размещенных одно- или многорядно в продольном и поперечном направлениях относительно течения воды и соединенных между собой продольными 10 и поперечными 12 креплениями в виде канатов, пропущенных через кренгельсы 14. Секции 8 выполнены в виде прямоугольников с размещенными по краям кренгельсами или кольцами 14, например, кругового сечения с размерами, обеспечивающими свободное перемещение продольных 10 и поперечных 12 креплений. Габариты секций 8 назначают в зависимости от стандартных размеров материалов и ширины реки.

Водонепроницаемый экран 5 изготовляют из тканых или резино-тканых материалов, обладающих достаточными физико-механическими и эксплуатационными свойствами, обеспечивающими экологическую стабильность против эрозии русла реки на участке размещения и действия запани и подъем собранных на нем лесоматериалов и их отходов. Он может быть заглубленным или незаглубленным (донным), висячим, стационарным или мобильным, временно (сезонно) или постоянно действующим, устраиваемым на одну или несколько навигаций.

Собирающий элемент 7, размещенный под углом атаки потоком воды над водонепроницаемым экраном 5 вплотную или на назначенном расстоянии, служит для сбора, отсортировки и подъема тонущих и затонувших лесоматериалов (выпадающих из-за потери плавучести из пыжа на дно лесохранилища - русло реки), предохранения от повреждений последними водонепроницаемого экрана.

Собирающий элемент 7 выполнен аналогично водонепроницаемому экрану 5 из секций 9 в виде сетки из металлических, неметаллических или композиционных материалов, обладающих гибкостью, с размерами ячеек, устанавливаемыми в зависимости от размеров собираемых лесоматериалов и возможного их затопления (наихудшее вертикальное, при котором размеры ячеек должны быть не более минимального диаметра приплавленных лесоматериалов).

Лесоулавливающая сетка 19 с контурными несущими канатами 20, прикрепленная к лежню 1 запани и водонепроницаемому экрану 5 или собирающему элементу 7, предназначена для задержания и улавливания потерявших плавучесть лесоматериалов, находящихся во взвешенном состоянии и перемещаемых вниз по течению воды в подпыжевой зоне потоком воды, а также для снижения скорости течения последнего.

Она может быть жестко закреплена, например, при помощи карабинов, к водонепроницаемому экрану 5 или собирающему элементу 7 или, мобильно контактируя с ними, т.е. в скользящем свободно подвешенном состоянии.

Лесоулавливающая сетка 19 содержит ячейки, размеры которых обеспечивают задержку (улавливание) перемещающихся потоком воды тонущих лесоматериалов. Оптимально-номинальные размеры ячеек не должны превышать минимального диаметра сплавляемых лесоматериалов, что, кроме основной функции лесоудерживающей сетки 19, позволяет более эффективно дополнительно конструктивно гасить скорость потока воды в подпыжевой зоне. Форма ячеек лесоулавливающей сетки 19 может быть круговой, прямолинейной и криволинейной с постоянными и переменными по высоте (глубине) реки размерами, последние наиболее целесообразны, т.к. соответствуют естественной (бытовой) и измененной (зарегулированной) эпюре распределения скоростей течения воды в реке, т.е. после установки запани.

Контурные несущие канаты 20 прикреплены к верхним и нижним кромкам лесоулавливающей сетки 19, являются ее несущим элементом и служат для удержания ее в рабочем положении и подъема задержанных ею лесоматериалов.

Поплавки-распорки 16, размещенные со смещениями по прибрежным (вдоль берегов) кромкам водонепроницаемого экрана 5 или собирающего элемента 7 с внешней или внутренней стороны, служат для перемещения указанных кромок по поверхности воды при подъеме затонувших лесоматериалов и их отходов, а также для предотвращения стягивания поперечных краев, что обеспечивает сохранение естественной размещенности собранных грузов, чем исключается скучивание последних в центре секции, т.е. являются жестким креплением.

Поплавки-распорки 16 могут быть выполнены из любых плавучих материалов и должны обладать прочностью и подъемной силой, достаточной для подъема собранных грузов и водонепроницаемого экрана 5 и собирающего элемента 7 как во взвешенном состоянии, так и на воздухе, т.е. при перемещении на берегу. Поплавки-распорки 16 могут быть цельными и составными и иметь осевое отверстие для пропуска краевого продольного креплений 10 и 11.

Плавучие движители 17, установленные, по крайней мере, по концам на поплавках-распорках 16, служат для создания дополнительной подъемной силы и перемещения поднимаемых загруженных водонепроницаемого экрана 5 и собирающего элемента 7 по воде и суше. Плавучие движители 17 выполнены в виде тел качения, например, колес, осями которых служат поплавки-распорки 16. Количество и размещение плавучих движителей зависит от ширины секций 8 и 9 водонепроницаемого экрана 5 или собирающего элемента 7 соответственно.

Продольное 10 и 11 и поперечное 12 и 13 крепления служат для монтажа и подъема собирающего элемента 7 и водонепроницаемого экрана 5 с находящимися на них грузами (или без них) и размещены по краям вдоль и поперек секций соответственно как обязательные, а также в любом направлении дополнительные. В качестве продольных и поперечных креплений можно использовать стальные, синтетические или композитные канаты.

Схема запасовки и количество продольных и поперечных креплений, обеспечивающих надежность и эффективность работы экрана 5 и собирающего элемента 7, зависит от размеров секций, объемов предполагаемых для подъема затонувших грузов (лесоматериалы, ил, кора и др.) и способа осуществления последнего. Наиболее приемлемыми способами подъема затонувших грузов следует считать такие, как вертикальное перемещение за два края горизонтально или с провисанием водонепроницаемого экрана и собирающего элемента, перемещение за один или оба края секций, на которых установлены поплавки-распорки, путем их поворачивания (раскручивания при монтаже) или сближения.

Продольное 10, 11 и поперечное 12, 13 крепления по месту расположения в секции подразделяются на граничные (краевые) и срединные (внутренние) и могут составлять продолжение одно другого.

Общим требованием к граничным и срединным креплениям являются прочность и рациональность конструктивного решения, зависящего от комплекса природно-производственных факторов, доминирующими из которых являются гидрогеологические и экологические.

Кренгельсы или кольца 14 и 15 расположены на направлениях размещения и служат для запасовки и пропуска продольного 10 и 11 и поперечного 12 и 13 креплений водонепроницаемого экрана 5 и собирающего элемента 7. Причем продольное 10, 11 и поперечное 12, 13 крепления выполнены с возможностью скольжения в кренгельсах или кольцах 14 и 15, обеспечивая смещение поперечных креплений при подъеме собранных грузов.

Гасители 18 скоростей течения воды, установленные на собирающем элементе 7 и/или водонепроницаемом экране 5 служат совместно с лесоулавливающей сеткой 19 и автономно для снижения скоростей течения воды, а следовательно, и перемещающихся тонущих лесоматериалов в подпыжевой зоне.

Лесозадерживающая запань работает следующим образом.

С наступлением навигационного периода лесосплава в русло реки на участке лесохранилища укладывают оснащенные продольными 10, 11 и поперечными 12 и 13 креплениями, запасованными в соответствующие кренгельсы (кольца) 14 и 15, секции водонепроницаемого экрана 5, также секциями 9 размещают над ним собирающий элемент 7, снабженный гасителями 18 скоростей течения воды, а затем устанавливают в назначенном (выбранном) створе запань, закрепив лежень 1 за опоры 3, удерживаемый на плаву плитками (поплавками) 2. Одновременно монтируют лесоулавливающую сетку 19 с контурными несущими канатами 20, прикрепляя к лежню 1 или к лежню 1 и собирающему элементу 7 посредством прищепных карабинов в зависимости от выбранного способа ее закрепления (двухточечный или одноточечный).

Поступившие и задержанные запанью лесоматериалы, сформированные в запанный пыж 21, разбирают, пропуская через лесопропускные ворота 4. При этом в живом сечении реки, стесненном запанным пыжом 21, происходит увеличение скоростей течения воды в подпыжевой зоне, создающее потенциальные возможности и вызывающее повышенную эрозию русла реки, предотвращаемую водонепроницаемым экраном 5, предохраняющим (защищающим) его. Скорость течения воды в подпыжевой зоне снижают в предложенной запани при помощи лесоулавливающей сетки 19 и гасителей 18 скоростей течения воды.

Лесоматериалы и их отходы, потерявшие плавучесть и тонущие или затонувшие, а также продукты размыва (эрозии) русла реки, поступающие с вышележащих от водонепроницаемого экрана 5 участков реки и принесенные лесоматериалами и лесосплавами механизмами (технологические машины, флот), оседают на водонепроницаемый экран 5 и собирающий элемент 7 и накапливаются на них до окончания разборки запанного пыжа 21. Находящиеся во взвешенном состоянии лесоматериалы задерживают лесоулавливающей сеткой 19.

После разборки запанного пыжа 21 запань демонтируют, открепив от одной из опор 3 и отведя, например, вниз по течению воды, предварительно подняв лесоулавливающую сетку 19 (при автономном креплении последней убирают аналогично запани, но перемещая вверх по течению воды во избежание потерь собранных лесоматериалов).

Затем последовательно, начиная сверху по течению воды (с верхних секций), убирают (поднимают) секции 9 и 8 соответственно собирающего элемента 7 и водонепроницаемого экрана 5, перемещая путем сворачивания (наматывания) и/или стягивания прибрежные кромки их с размещенными на них поплавками-распорками 16 с плавучими движителями 17, создавая усилие натяжения в поперечном 12 и 13 и продольном 10 и 11 креплениях, до выхода срединной части секций 8 и 9 водонепроницаемого экрана 5 и собирающего элемента 7 с находящимися на них поднимаемыми грузами на место выгрузки (складирования и дальнейшей переработки). Водонепроницаемый экран 5 не обязательно должен убираться в каждую навигацию.

Применение предложенной запани позволяет исключить эрозию и деформацию русла реки в районе расположения лесохранилища и обеспечить сбор и подъем затонувших лесоматериалов без использования специальных подъемно-транспортных средств и их систем, решив тем самым вопросы борьбы с потерями лесоматериалов при лесосплаве и экологической стабилизации водных путей.

Использование: лесохранилища лесосплавных рейдов. Сущность изобретения: лесозадерживающая запань содержит береговые опоры, поплавки, лежень, лесопропускные ворота, размещенный на дне русла реки секционный водонепроницаемый экран, собирающий элемент, выполненный в виде сетки, лесоулавливающую сетку. Водонепроницаемый экран и упомянутая сетка снабжены продольными и поперечными канатами, связанными с грузоподъемными устройствами, поплавками-распорками с плавучими движителями в виде колес и ветвистыми гасителями скорости течения воды. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. ЛЕСОЗАДЕРЖИВАЮЩАЯ ЗАПАНЬ, содержащая береговые опоры, поплавки, лежень, размещенный на последних и прикрепленный к береговым опорам, лесопропускные ворота, отличающаяся тем, что она снабжена секционным водонепроницаемым экраном, размещенным на дне русла реки по обе стороны от створа запани, собирающим элементом, выполненным в виде сетки, размещенной над водонепроницаемым экраном, и лесоулавливающей сеткой, размещенной вертикально в створе запани и связанной с лежнем и сеткой собирающего элемента, при этом по меньшей мере два края водонепроницаемого экрана закреплены на дне посредством грузов, а водонепроницаемый экран и сетка собирающего элемента снабжены продольными и поперечными канатами, связанными с грузоподъемными устройствами, и поплавками-распорками с плавучими движителями в виде колес. 2. Лесозадерживающая запань по п.1, отличающаяся тем, что водонепроницаемый экран и/или сетка собирающего элемента снабжены ветвистыми гасителями скорости течения воды.