УСТАНОВКА ДЛЯ АЭРАЦИИ ВОДОЕМОВ Российский патент 1997 года по МПК C02F7/00 

Изобретение относится к устройствам, обеспечивающим охрану водной среды, и может быть использовано при обогащении кислородом воздуха естественных и искусственных водоемов и, прежде всего, застойных зон, при очистке бытовых и производственных сточных вод, в биологических прудах.

Известен аэратор, содержащий плавучее основание, закрепленное на месте с помощью якоря, и снабженный несколькими воздухозаборниками, причем плавучее основание выполнено в виде двух крыльев, связанных боковыми планками и обращенных навстречу друг другу выпуклыми сторонами профиля, а воздухозаборники сообщены с наиболее узким сечением между крыльями, при этом основание расположено либо на поверхности воды, либо под ее уровнем [1]
Недостатком известного аэратора является недостаточная эффективность его работы из-за малой производительности.

Известно также устройство для аэрации воды в водоемах, содержащее перемещающийся вокруг центральной опоры понтон с узлами для подачи и диспергации воздуха. При этом оно снабжено щитом-отражателем, расположенным над узлом для диспергации воздуха и имеющим две опоры, одна из которых выполнена в виде горизонтального вала, расположенного на уровне зеркала воды перпендикулярно направлению перемещения устройства и соединенного концами с понтоном, а другая в виде приспособления для фиксации угла наклона щита-отражателя, например домкратного винта, шарнирно закрепленного на противоположном краю вала щита-отражателя [2]
Недостатком этого устройства является недостаточная эффективность его работы ввиду сложности постоянного обеспечения необходимых углов наклона щитов-отражателей.

Известен и передвижной плавающий пневмомеханический аэратор, содержащий понтон с герметичной площадкой, реактивное сопло, направляющую трубу, привод диска (турбины-диспергатора), вентилятор, горизонтальный двухлучевой воздухозаборный патрубок и диск (турбина-диспергатор) [3]
Недостатком такого аэратора является недостаточная эффективность его работы из-за большого расхода энергии.

Наиболее близким к предложенной является установка для аэрации водоемов, включающая такие общие с предложенным решением признаки, как заякоренный понтон с расположенными на нем двигателем, воздухозаборником и диспергатором в виде воздуховодов со сквозными отверстиями в стенках упругих шлангов, притопленных якорями по профилю дна водоема [4]
Однако эффективность такой установки невысока из-за большого расхода энергии.

Цель изобретения повышение эффективности и сокращение затрат энергии за счет использования энергии ветра, которая достигается тем, что установка для аэрации водоемов дополнительно снабжена водяным насосом, воздухозаборным и воздушным трубопроводами, накопительной емкостью с блоком управления набора и спуска воздуха и трубопроводом слива воды, ресивером и невозвратными клапанами, а двигатель выполнен в виде ветряного механизма, механически соединенного с водозаборным трубопроводом, имеющим фильтр на входе, и через невозвратный клапан и трубопровод с накопительной емкостью, расположенной выше уровня ватерлинии понтона и соединенной через воздухозаборный трубопровод и невозвратный клапан с воздухозаборником и через воздушный трубопровод, ресивер и невозвратный клапан с диспергатором, имеющим кольцевой раздатчик.

Блок управления набора и спуска воздуха выполнен электромеханическим, имеет автономный или связанный с ветряным механизмом блок питания, в трубопроводах на входе и выходе воздуха и воды установлены электромагнитные клапаны, электрически соединенные с электрическим блоком автоматического регулирования, блоком питания, а в накопительной емкости расположены электромеханические датчики, электрически связанные с электрическим блоком автоматического регулирования.

Блок управления и спуска воздуха содержит регулятор сброса воды, регулятор спуска воздуха, регулятор набора воздуха, состоящие из поплавков и упругих элементов, причем регулятор набора воздуха представляет собой на входе в накопительную емкость из воздухозаборного трубопровода от воздухозаборника в направляющей трубе со сквозными отверстиями вверху расположенную запорную иглу, соединенную через винтовую пружину сжатия с поплавком, связанным через винтовую пружину растяжения с дном накопительной емкости, при этом в нижней части направляющей трубы выполнены сквозные отверстия, а регулятор спуска воздуха содержит иглу, шток, коромысло, опору качения, шарнир, поплавок на кронштейне и винтовую пружину. При этом игла, расположенная на входе воздушного трубопровода, связанного с ресивером, через шток соединена с одним концом коромысла, установленного на корпусе накопительной емкости с помощью опоры качения, а другой конец коромысла через шарнир соединен с кронштейном, на котором жестко закреплен поплавок. Шток через винтовую пружину связан с корпусом накопительной емкости, причем коромысло и кронштейн имеют встречные скосы. Регулятор сброса воды содержит запорную тарелку, упругий элемент, поплавок и направляющий стержень, причем запорная тарелка установлена на выходе из накопительной емкости в трубопровод слива воды и через упругий элемент соединена с поплавком, расположенным на направляющем стержне, жестко связанном с корпусом накопительной емкости.

Электрический блок автоматического регулирования содержит электромеханические датчики уровня воды, причем электрические цепи питания электромагнитов электромагнитных клапанов содержат нормально разомкнутые контакты электромагнитных реле, включенные в цепи датчиков уровней воды, которые последовательно соединены с конечными выключателями, связанными с поплавками датчиков уровней воды.

В заявленном устройстве для диспергации воздуха используется энергия ветра или его порывов. Ветер и его порывы приводят во вращательное движение воздушный винт ветряного механизма, который ориентируется по ветру с помощью флюгарки, установленной на понтоне с помощью опоры. Безопасную работу ветряного механизма установки для аэрации водоемов обеспечивает защитная решетка, окружающая на понтоне зону поворота воздушного винта и флюгарки вокруг опоры. Вращение воздушного винта через механическую передачу обеспечивает автоматическое нагнетание воздуха посредством воды с помощью водяного насоса из накопительной емкости ( в нее воздух автоматически поступает через воздухозаборник и невозвратный клапан из атмосферы) через ресивер в кольцевой раздатчик, выполненный в виде трубопровода, по которому воздух поступает в радиальные трубчатые диспергаторы со сквозными отверстиями. Радиальные трубчатые диспергаторы последовательно по длине соединены с плавучими буями, которые якорными канатами связаны с якорями, что обеспечивает отстояние трубчатых диспергаторов на определенной высоте от дна водоема и устраняет возможность засорения придонным илом сквозных отверстий радиальных трубчатых диспергаторов. При выполнении диспергатора воздуха в виде спирального трубопровода воздух последовательно пропускается через сквозные отверстия в воду во всей длине спирального трубопровода. После выхода воздуха из диспергатора в воду образуюься мелкие пузырьки, которые формируют за счет эффекта флотации восходящий поток аэрируемой жидкости. Особо эффективна работа такой установки для аэрации водоемов в зимнее время, когда проблема аэрации воды наиболее важна для поддержания в воде жизни живых организмов, в том числе рыбы. Аэрация воды состоит в насыщении воды кислородом воздуха. Аэрацию воды можно производить в очистных водопроводных сооружениях с целью обезжелезивания (выделения из воды гидроокиси железа), а также для удаления из воды свободной углекислоты и сероводорода, что существенно улучшает качество воды, используемой для питьевых и промышленных целей, в сооружениях биологической очистки сточных вод (аэростенках, аэрофильтрах, биофильтрах) для обеспечения жизнедеятельности микроорганизмов (аэробных бактерий), ускоряющих процесс минерализации растворенных в сточных водах органических веществ и других загрязнений.

На фиг.1 изображено устройство для аэрации водоемов; на фиг.2 блок управления набора и спуска воздуха при уровне воды ниже уровня срабатывания; на фиг. 3 то же, при сливе воды и выпуске воздуха; на фиг.4 то же, после слива воды и спуска воздуха, при его заборе из атмосферы; на фиг.5 схема электрического блока набора и спуска воздуха.

Устройство для аэрации водоемов содержит установленный на понтоне 1 ветряной механизм 2, состоящий из воздушного винта 3 и флюгарки 4. Ветряной механизм 2 установлен на понтоне 1 с помощью опоры 5 и через механическую передачу 6 соединен с водяным насосом 7, связанным с водозаборным трубопроводом 8, имеющим фильтр 9 на входе, через невозвратный клапан 10 и трубопровод 11 с накопительной емкостью 12. Расположенная выше уровня ватерлинии понтона 1 накопительная емкость 12 через воздухозаборный трубопровод 13 и невозвратный клапан 14 соединена с воздухозаборником 15 и через воздушный трубопровод 16, ресивер 17 и невозвратный клапан 18 связана с диспергатором 19 в виде кольцевого раздатчика и воздуховодов 20 со сквозными отверстиями 21, притопленных грузилами-якорями 22 по профилю дна водоема. Накопительная емкость 12 снабжена блоком управления 23 набора и спуска воздуха и имеет трубопровод 24 слива воды. Понтон 1 якорным канатом 25 связан с якорем 26. Воздуховоды 20 соединены с плавучими буями 27, которые якорными канатами 28 соединены с грузилами-якорями 22. На понтоне 1 вокруг зоны поворота воздушного винта 3 установлена защитная сетка 29.

Блок управления 23 набора и спуска воздуха имеет блок питания 30. В трубопроводах на входе и выходе воздуха и воды установлены электромагнитные клапаны 31-33, электрически соединенные с электрическим блоком автоматического регулирования 34 и блоком питания 30. В накопительной емкости 12 расположены датчики 35, 36 и 37 уровня воды, связанные с электрическим блоком автоматического регулирования 34. Блок управления 23 набора и спуска воздуха содержит регулятор сброса воды, регулятор спуска воздуха, регулятор набора воздуха, состоящие из поплавков 38, 39 и 40 и упругих элементов 41-44. Регулятор набора воздуха представляет собой на входе в накопительную емкость 12 из воздухозаборного трубопровода 13 от воздухозаборника 15 в направляющей трубе 45 со сквозными отверстиями 46 вверху расположенную запорную иглу 47, соединенную через винтовую пружину сжатия 43 с поплавком 40, связанным через винтовую пружину растяжения 44 с дном накопительной емкости 12. В нижней части направляющей трубы 45 выполнены сквозные отверстия 48. Регулятор спуска воздуха содержит иглу 49, шток 50, коромысло 51, опору качения 52, шарнир 53, поплавок 39 на кронштейне 54 и винтовую пружину 42. Игла 49 расположена на входе воздушного трубопровода 16, связанного с ресивером 17, через шток 50 соединена с одним концом коромысла 51, установленным на корпусе накопительной емкости 12 с помощью опоры качения 52, а другой конец коромысла 51 через шарнир 53 соединен с кронштейном 54, на котором жестко закреплен поплавок 39. При этом шток 50 через пружину 42 связан с корпусом накопительной емкости 12. Коромысло 51 и кронштейн 54 имеют встречные скосы. Регулятор сброса воды содержит запорную тарелку 55, упругий элемент 41, поплавок 38 и направляющий стержень 56. Запорная тарелка 55 установлена на выходе из накопительной емкости 12 в трубопровод 24 слива воды и с помощью винтовой пружины растяжения 41 соединена с поплавком 38, расположенным на направляющем стержне 56, жестко связанном с корпусом накопительной емкости 12. Электрический блок автоматического регулирования 34 содержит датчики 35-37 уровня воды. Электрические цепи питания электромагнитных клапанов 31-33 содержат нормально разомкнутые контакты 57-59 электромагнитных реле 60-62, включенные в цепи датчиков 35-37 уровня воды, которые последовательно соединены с конечными выключателями 63-65, связанными с поплавками 38-40 датчиков 35-37 уровней воды.

Установка для аэрации водоемов работает следующим образом.

Ветер и его порывы приводят во вращательное движение воздушный винт 3 ветряного механизма 2, который ориентируется по ветру с помощью флюгарки 4, установленной на понтоне 1 с помощью опоры 5. Безопасную работу ветряного механизма 2 установки для аэрации водоемов обеспечивает защитная решетка 29, окружающая на понтоне 1 зону поворота воздушного винта 3 и флюгарки 4 вокруг опор 5. Вращение воздушного винта 3 приводит в действие механическую передачу 6 и водяной насос 7, который через водозаборный трубопровод 8, имеющий фильтр 9 на входе, через невозвратный клапан 10 и трубопровод 11 подает воду в накопительную емкость 12. В верхней части накопительной емкости 12 находится воздух, поступивший в нее из атмосферы через воздухозаборный трубопровод 13, невозвратный клапан 14 и воздухозабоник 15. Поступление воздуха в накопительную емкость 12 регулируется регулятором набора воздуха. При этом игла 47 прижимается к входному отверстию воздухозаборного трубопровода 13 пружиной 43, связанной с поплавком 40, находящимся в направляющей трубе 45 со сквозными отверстиями 46 и 48. Вода подается водяным насосом 7 в накопительную емкость 12 до определенного уровня, сжимая воздух в верхней ее части.

Регулятор спуска воздуха с помощью иглы 49, связанной пружиной 42 с накопительной емкостью 12 и расположенной на штоке 50, связанной с коромыслом 51, установленным в накопительной емкости 12 с помощью опоры качения 52, удерживает воздух в накопительной емкости под давлением до достижения водой определенного уровня, при котором поплавок 39, жестко установленный на кронштейне 54, поднимается, поворачиваясь вокруг шарнира 53, и поднимает конец коромысла 51, которое поворачивается вокруг опоры качения 52. В результате другой конец коромысла 51, связанный со штоком 50 и запорной иглой 49, опускается, обеспечивая выпуск воздуха из накопительной емкости 12 через воздушный трубопровод 16, ресивер 17 и невозвратный клапан 18 в кольцевой раздатчик 19. Регулятор сброса воды обеспечивает возможность поступления воды в накопительную емкость 12, запирая запорный тарелкой 55, связанной пружиной 41 с поплавком 38, расположенным на направляющем стержне 56, выходное отверстие в трубопроводе 24 слива воды до определенного уровня, при котором происходит сброс воздуха, и далее поплавок 38 с помощью пружины 41 поднимает запорную тарелку 55, обеспечивая слив воды. При этом поплавок 40 регулятора забора воздуха также опускается и тянет за собой с помощью пружины 43 запорную игду 47, обеспечивая забор воздуха в накопительную емкость 12 через входное отверстие воздухозаборного трубопровода 13. Этот процесс постоянно повторяется, обеспечивая подачу воздуха через кольцевой задатчик 19 в трубчатые диспергаторы 20 со сквозными отверстиями 21. Трубчатые диспергаторы 20 последовательно по длине соединены с плавучими буями 27, которые якорными канатами 28 связаны с грузилами-якорями 22, что обеспечивает отстояние трубчатых диспергаторов 20 на определенной высоте от дна водоема и устраняет возможность засорения придонным илом сквозных отверстий 21. При выходе воздуха из диспергаторов 20 образуются мелкие пузырьки, которые формируют за счет эффекта флотации восходящий поток аэрируемой жидкости. Понтон 1 удерживается на месте с помощью якорного каната 25 и якоря 26.

При использовании в установке для аэрации водоемов электрического блока автоматического регулирования, электромеханического блока управления набором и спуском воздуха она работает следующим образом.

Аналогично вышеописанному, водяной насос 7 через водозаборный трубопровод 8, имеющий фильтр 9 на входе, через невозвратный клапан 10 и трубопровод 11 подает воду в накопительную емкость 12, в верхней части которой находится воздух, поступивший в нее из атмосферы через воздухозаборный трубопровод 13 и воздухозаборник 15 и удерживаемый в накопительной емкости 12 электромагнитным клапаном 31, связанным через контакты 58 реле 61 с блоком автоматического регулирования 34 и блоком питания 30. Вода и воздух в накопительной емкости 12 удерживаются электромагнитными клапанами 32 и 33, соответственно связанными контактами 57 и 59 реле 60 и 62 с блоком автоматического регулирования 34 и блоком питания 30. Блок питания может быть связан по обычной схеме с аккумулятором или генератором, работающим от ветряного механизма 2. При достижении водой определенного уровня в накопительной емкости 12 срабатывают датчики уровня воды 35-37. Поплавок 40 датчика уровня воды 37, связанный механически с конечным выключателем 65, всплывая, замыкает его контакты, подавая питание на реле 62 от блока питания 30. Нормально разомкнутый контакт 59 реле 62 замыкается, подавая в свою очередь питание на электромагнитный клапан 33, который открывается и обеспечивает подачу (сброс) воздуха из накопительной емкости 12 через воздушный трубопровод 16, ресивер 17 в кольцевой раздатчик 19. Блок автоматического регулирования 34 обеспечивает также срабатывание электромагнитного клапана 32, в цепи питания которого от блока питания 30 находятся контакты 57 реле 60, получающего в свою очередь питание от блока питания 30 при замыкании контактов конечного выключателя 63, что происходит при всплытии механически связанного с ним поплавка 38 датчика уровня воды 35. В результате происходит слив воды из накопительной емкости 12 за борт. Блок автоматического регулирования 34 обеспечивает также срабатывание электромагнитного клапана 31, в цепи питания которого от блока питания 30 находится контакт 58 реле 61, получающего питание от блока питания 30 при замыкании контактов конечного выключателя 64, связанного механически с поплавком 39 датчика уровня воды 36. В результате срабатывания клапана 31 происходит забор воздуха в накопительную емкость 12. При этом блок автоматического регулирования 34 и реле 60-62, работающие с задержкой времени, обеспечивают работу установки в следующей последовательности: сначала происходит спуск воздуха, после его окончания слив воды и затем, в последнюю очередь, забор воздуха в накопительную емкость 12, после чего насос 7 начинает подавать воду в накопительную емкость 12. Процесс повторяется, при этом обеспечивается подача воздуха через кольцевой раздатчик 19 в трубчатые диспергаторы 20 со сквозными отверстиями 21 и далее аналогично вышеописанному.

Использование: при обогащении кислородом воздуха естественных и искусственных водоемов, и, в частности, застойных зон, при очистке бытовых и производственных сточных вод в биологических прудах. Сущность изобретения: устройство для аэрации водоемов содержит заякоренный понтон с расположенными на нем двигателем, воздухозаборником, водозаборным трубопроводом и диспергатором со сквозными отверстиями в стенках упругих шлангов, водяной насос, воздухозаборный и воздушный трубопровод. Устройство снабжено накопительной емкостью с блоком управления набором и спуском воздуха и трубопроводом слива воды, а также ресивером и невозвратными клапанами. Двигатель выполнен в виде ветряного механизма, механически соединенного с водозаборным трубопроводом, имеющим фильтр на входе, и через невозвратный клапан и трубопровод - с накопительной емкостью, расположенной выше уровня ватерлинии понтона. Накопительная емкость соединена через воздухозаборный трубопровод и невозвратный клапан с воздухозаборником и через воздушный трубопровод, ресивер и невозвратный клапан - с диспергатором, имеющим кольцевой раздатчик. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Установка для аэрации водоемов, содержащая заякоренный понтон с расположенными на нем двигателем, воздухозаборником, водозаборным трубопроводом и диспергатором в виде воздуховодов со сквозными отверстиями в стенках упругих шлангов, притопленных якорями по профилю дна водоема, отличающаяся тем, что она снабжена водяным насосом, воздухозаборным и воздушным трубопроводами, накопительной емкостью с блоком управления набора и спуска воздуха и трубопроводом слива воды, ресивером и невозвратными клапанами, двигатель выполнен в виде ветряного механизма, механически соединенного с водозаборным трубопроводом, имеющим фильтр на входе, и через невозвратный клапан и трубопровод с накопительной емкостью, расположенной выше уровня ватерлинии понтона и соединенной через воздухозаборный трубопровод и невозвратный клапан с воздухозаборником и через воздушный трубопровод, ресивер и невозвратный клапан с диспергатором, имеющим кольцевой раздатчик. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что блок управления набором и спуском воздуха выполнен электромеханическим, имеет автономный или связанный с ветряным механизмом блок питания, в трубопроводах на входе и выходе воздуха и воды установлены электромагнитные клапаны, электрически соединенные с электрическим блоком автоматического регулирования, блоком питания, а в накопительной емкости расположены электромеханические датчики уровня воды, электрически связанные с электрическим блоком автоматического регулирования. 3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что блок управления набором и спуском воздуха содержит регулятор сброса воды, регулятор спуска воздуха, регулятор набора воздуха, состоящие из поплавков и упругих элементов, причем регулятор набора воздуха представляет собой на входе в накопительную емкость из воздухозаборного трубопровода от воздухозаборника в направляющей трубе со сквозными отверстиями вверху расположенную иглу, соединенную через винтовую пружину сжатия с поплавком, связанным через винтовую пружину растяжения с дном накопительной емкости, при этом в нижней части направляющей трубы выполнены сквозные отверстия, а регулятор спуска воздуха содержит иглу, шток, коромысло, опору качения, шарнир, поплавок на кронштейне и винтовую пружину, причем игла, расположенная на входе воздушного трубопровода, связанного с ресивером, через шток соединена с одним концом коромысла, установленного на корпусе накопительной емкости с помощью опоры качения, а другой конец коромысла через шарнир соединен с кронштейном, на котором жестко закреплен поплавок, при этом шток через винтовую пружину связан с корпусом накопительной емкости, причем коромысло и кронштейн имеют встречные скосы, при этом регулятор сброса воды содержит запорную тарелку, упругий элемент, поплавок и направляющий стержень, причем запорная тарелка установлена на выходе из накопительной емкости в трубопровод слива воды и через упругий элемент соединена с поплавком, расположенным на направляющем стержне, жестко связанном с корпусом накопительной емкости. 4. Установка по п. 3, отличающаяся тем, что электрический блок автоматического регулирования содержит электромеханические датчики уровня воды, причем электрические цепи питания электромагнитов электромагнитных клапанов содержат нормально разомкнутые контакты электромагнитных реле, включенные в цепи датчиков уровней воды, которые последовательно соединены с конечными выключателями, связанными с поплавками датчиков уровней воды.