ВОДОЗАБОРНЫЙ РЫБОЗАЩИТНЫЙ ФИЛЬТР Российский патент 2003 года по МПК E02B8/08 A01K61/00 

Изобретение относится к элементам гидротехнических конструкций и предназначено, в частности, для применения в водозаборных сооружениях.

Известен водозаборный фильтр по авт.св. 1528853, МПК Е 02 В 8/08, 1988, представляющий собой неподвижный сетчатый барабан, внутри которого соосно вращательно смонтирована водоструйная флейта (средства промывки сетчатого полотна барабана). Во время работы мусор и рыба, прижатые потоком воды к внешней стенке барабана, периодически отбиваются струями воды высокого давления, истекающими радиально барабану из отверстий флейты.

Однако известно, что попадание молоди рыб в водозаборные сооружения приводит к ее массовой гибели. Как отмечает ряд авторов, ущерб, наносимый водозаборами рыбному хозяйству, превышает продукцию рыбоводных заводов. Исследования показали, что водозаборные фильтры в виде неподвижных сетчатых поверхностей с периодической их промывкой обусловливают многократное прижатие молоди к сетке, в то время как уже двукратное прижатие увеличивает гибель молоди в два раза (см. Д.С. Павлов, А.М. Пахоруков. Биологические основы защиты рыб от попадания в водозаборные сооружений. М.: Легкая промышленность, 1983).

Было установлено, что в конструкциях рыбозащитных фильтров с вращающимся сетчатым полотном достигается однократное прижатие и однократное воздействие смывного потока на рыб, что способствует сохранению молоди. Поэтому в настоящее время широкое распространение получили фильтры, в которых применяются вращающиеся сетчатые конусы, примером чему может служить устройство по авт. св. 1298298, МПК Е 02 В 8/08, 1985.

Известный фильтр представляет собой горизонтально ориентированный размещенный в закрытом лотке (например, цилиндрической трубе) вращающийся усеченный сетчатый конус, по образующим которого установлена неподвижная (одна или несколько) водоструйная флейта.

Во время работы поток воды, засасываясь из водоема со стороны большего основания вращающегося конуса, отфильтровывается через его стенки и, попадая в лоток, далее поступает к потребителю (в водозабор). В то же время попавшая в фильтр (внутрь конуса) рыба вместе с мусором отбивается струями воды из флейты от сетки конуса и через его малое основание уходит в рыбоотводную трубу, выбрасываясь обратно в водоем.

Известный фильтр имеет следующие недостатки.

Один из них связан с принципом очистки сетки конуса, основанном на отбивании молоди рыб от сетки струями воды высокого давления, истекающими на флейты, когда молодь рыб периодически подвергается гидравлическому удару. Удачным решением этой проблемы можно считать промывочное устройство, реализованное в конструкции по свидетельству на полезную модель "Водозаборный фильтр", заявка 2001107519/20(008090) с решением о выдаче свидетельства от 16 июля 2001 г. , где промывочным устройством служат гидродинамические плоскости, размещенные по образующим воображаемого конуса, вращательно смонтированного коаксиально сетчатому. Однако при любой конструкций средств промывки полностью исключить прижатие молоди рыб к сетке нельзя, и чем длиннее протяженность сетчатого полотна, (путь рыбы вдоль сетки), тем вероятнее ее травмирование. Простое же сокращение длины фильтра снижает его пропускную способность. Кроме того, большая длина конуса (до 10 м) затрудняет его монтаж, а в некоторых случаях делает его вообще невозможным, например, если фильтр устанавливается на стационарных насосных станциях, где объем помещения ограничен ранее заданными размерами.

Очевидно также, что при строительстве новых насосных станций стоимость их строительства под крупногабаритные конструкции значительна и по мере увеличения размеров возрастает не в линейной зависимости. О сложности монтажа известного фильтра можно судить также по тому, что его сетчатый конус состоит из двух соосных последовательно состыкованных усеченных конусов с общим углом при вершине (один конус служит продолжением другого), каждый из которых вращается от отдельного привода. Попытка авторов известного устройства объяснить подобную компоновку тем, что раздельное вращение конусов с разными угловыми скоростями вызвано необходимостью выравнивания гидравлического сопротивления сетки по длине конуса, представляется весьма сомнительной, поскольку, во-первых, такое выравнивание требует применения специальных приводов и сложной автоматики, отслеживающей скорость вращения каждого конуса и регулирующей мощность и обороты каждого привода, и, во-вторых, исходя из условий эксплуатации фильтра и квалификации обслуживающего персонала на практике неосуществимо. Расчеты и исследования также показали, что предполагаемая экономия от вращения двух половин единого конуса с равными скоростями на практике неощутима. Поэтому на практике оба конуса вращаются совместно от единого привода, а разделение конуса на две половины в действительности вызвано удобствами транспортировки и монтажа, а не надуманным "выравниванием гидравлического сопротивления".

Перед изобретением была поставлена задача создать водозаборный рыбозащитный фильтр уменьшенных габаритов и металлоемкости, облегчающих его монтаж-демонтаж как на плавучих, так и на стационарных насосных станциях.

Поставленная задача решается тем, что предложен водозаборный рыбозащитный фильтр, содержащий вращательно смонтированный главный сетчатый усеченный конус, обращенный вершиной к водозабору, и средства промывки его сетки.

Новым в предложенном изобретении является то, что коаксиально внутри главного конуса размещены встречно направленно один в другом второй и третий сетчатые усеченные конусы, объединенные с главным, при этом меньшее открытое основание третьего конуса связано с рыбоотводом, его большее основание соединено с диаметрально равным ему меньшим основанием второго конуса, большее основание которого соединено с меньшим основанием главного конуса рыбонаправляющим кольцевым лотком, соединенным о рыбоотводом пустотелыми спицами.

Фильтр характеризуется также тем, что средства промывки содержат три группы гидродинамических плоскостей, ориентированных по образующим соответствующих трех воображаемых конусов, коаксиально вращательно размещенных относительно главного и третьего сетчатых конусов внутри, а второго - снаружи их сетчатых, поверхностей соответственно.

Технический результат предложенного изобретения заключается в значительном сокращении его габаритной длины, что приводит также к сокращению металлоемкости (большая длина вызывает нежесткость конструкции и требует ее усиления). Сокращение длины фильтра способствует повышению его рыбозащитных свойств, так как хотя общая длина сетчатого полотна (сумма трех конусов) остается неизменной, длина пути рыбы, проходящей вдоль сетки, сокращается практически в три раза. Незначительная длина каждого из трех сетчатых конусов (по сравнению с длиной конусов в известных фильтрах) уменьшает неравномерность распределения скоростей фильтрации, оптимизируя работу фильтра. Уменьшенная длина фильтра, уменьшая потребный объем производственных помещений, сокращает капитальные затраты на строительство насосных станций. Повышению рыбозащиты способствует также применение промывочного устройства в виде гидродинамических плоскостей, работа которых исключает воздействие на молодь рыбы гидравлического удара.

На фиг.1 схематически показано заявленное устройство, вид сбоку; на фиг. 2 - то же, вид с торца.

Фильтр (фиг.1) содержит связанный с водоемом неподвижный горизонтальный лоток, например, в виде цилиндрическом трубы 1, закрытой со стороны водоема крупной сеткой 2, защищающей фильтр от попадания в него крупного мусора, и большой рыбы. С противоположной стороны труба 1 подсоединена к водозабору (водозаборному трубопроводу), связанному с насосами (не показаны). Внутри трубы смонтированы с возможностью вращения относительно горизонтальной оси "О" усеченный главный сетчатый конус 3, обращенный меньшим основанием в сторону водозабора. Большее основание конуса 3 обращено в сторону защитной сетки 2 и имеет винтовые лопасти 4, подобные лопастям гребного судового винта, которые, с одной стороны, служат приводом вращения конуса 3 и, с другой стороны, спицами, соединяющими большее основание конуса 3 с осью его вращения. Со стороны меньшего основания конус 3 соединен с внешним диаметром кольцевого рыбонаправляющего лотка 5, своим желобом обращенного в сторону сетки 2. Внутренний диаметр лотка 5 соединен с большим основанием второго сетчатого усеченного конуса 6, помещенного внутрь главного конуса 3 и встречно ему направленного. Желоб лотка 5 соединен с вращающейся пустотелой ступицей 7, подключенной через переходную муфту 8 к неподвижному рыбоотводу 9, пустотелыми спицами 10, которые также служат для отвода рыбы. Меньшее основание второго конуса 6 жестко связано с большим основанием третьего усеченного сетчатого конуса 11, коаксиально размещенного внутри второго конуса 6 и встречно ему направленного. Таким образом, конусы 3 и 11 направлены своими вершинами в сторону рыбоотвода, а конус 6 им навстречу, при этом все три конуса жестко соединены между собой в пространственную конструкцию.

Средства промывки сеток конусов 8, 6 и 11 содержат гидродинамические плоскости, ориентированные по образующим соответствующих трех воображаемых конусов, коаксиально вращательно размещенных относительно главного 3 и третьего 11 сетчатых конусов внутри, а второго конуса 6 - снаружи их сетчатых конических поверхностей. Так, плоскости 12 (12 "а") воздействуют на сетку конуса 3 изнутри (первый воображаемый конус), плоскости 13 (13"а") второго воображаемого конуса - на сетку сетчатого конуса 6 снаружи конуса, а плоскости 14 (14"а")- на сетку сетчатого конуса 11 изнутри.

Все три воображаемых конуса, представленные плоскостями 12, 13 и 14, связаны между собой спицами 15, которые, имея гидродинамический профиль, подобный профилю гребного винта (как и лопасти 4), одновременно служат приводом вращения плоскостей 12, 13 и 14, независимого от вращения сетчатых конусов.

Устройство работает следующим образом.

При включении главных (сетевых) насосов (не показаны) вода по стрелке "А" из водоема через сетку 2 (где задерживаются крупный мусор и крупная рыба) устремляется в трубу 1 и, воздействуя на лопасти 4 и 15, начинает вращать сетчатые конусы и представленные плоскостями 12, 13 и 14 воображаемые конусы. Направление и скорость вращения конусов может регулироваться величиной и направлением шага винта лопастей 4 и 15.

Попадая в коническую полость "Б" сетчатого конуса 11, вода отфильтровывается через его сетку и по стрелкам "В" выходит сначала в круговую полость "Г" между сетчатыми конусами 11 и 6 и далее, омывая спицы 10, попадает в водозабор. Вода, попавшая в круговую полость "Д" между сетчатыми конусами 3 и 6, отфильтровывается через их сетки и по стрелкам "Е" попадает, с одной стороны, также в полость "Г" и в другую круговую полость "Ж" между трубой 1 и главным конусом 3 и далее в водозабор.

При вращении плоскостей 14, описывающих в пространстве воображаемый конус внутри сетчатого конуса 11, за счет создаваемого ими гидродинамического давления молодь рыбы и мелкий мусор, попавшие в полость "Б", отжимаются от сетки конуса 11 к его оси (оси "О") откуда по стрелке "И" попадают в рыбоотвод 9 и далее в водоем. Аналогично благодаря воздействию плоскостей молодь рыбы и мелкий мусор отжимаются от сеток соответствующих конусов 3 и 6, откуда под напором воды попадают сначала в кольцевой рыбонаправляющий лоток 5 и далее по пустотелым спицам 10 через ступицу 7 также в рыбоотвод.

Как показано на фиг.2, для облегчения прохождения молоди из лотка 5 к ступице 7 спицы 10 выполнены по спирали, направление которой устанавливается в зависимости от направления вращения сетчатых конусов.

Количество сeтчатых конусов в предложенном фильтре, равное трем, является оптимальным по соображениям технологичности изготовления, степени защиты молоди рыб и по качеству фильтрации воды, поскольку в принципе оно может быть любым.

Изобретение может быть использовано в водозаборных сооружениях. Фильтр содержит три коаксиально размещенных один в другом сетчатых усеченных фильтрующих конуса, каждый последующий из которых встречно направлен относительно предыдущего, при этом все конусы жестко связаны между собой. Средствами промывки сеток конусов служат три группы гидродинамических плоскостей, также жестко связанных между собой и ориентированных по образующим соответствующих трех воображаемых конусов, независимо вращательно размещенных относительно сетчатых. Средствами вращения конусов служат их спицы, имеющие профиль, подобный профилю судового гребного винта. Промывка сеток сетчатых конусов происходит за счет гидродинамического напора воды, создаваемого у поверхностей сеток при движении относительно них гидродинамических плоскостей. Предлагаемый фильтр имеет малые габариты и металлоемкость и повышенные рыбозащитные свойства. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Водозаборный рыбозащитный фильтр, содержащий вращательно смонтированный главный сетчатый усеченный конус, обращенный вершиной к водозабору, и средства промывки его сетки, отличающийся тем, что коаксиально внутри главного конуса размещены один в другом и встречно направлены второй и третий сетчатые усеченные конусы, объединенные с главным, при этом меньшее открытое основание третьего конуса связано с рыбоотводом, его большее основание соединено с диаметрально равным ему меньшим основанием второго конуса, большее основание которого соединено с меньшим основанием главного конуса рыбонаправляющим кольцевым лотком, соединенным с рыбоотводом пустотелыми спицами. 2. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что средства промывки содержат три группы гидродинамических плоскостей, ориентированных по образующим соответствующих трех воображаемых конусов, коаксиально вращательно размещенных относительно главного и третьего сетчатых конусов внутри, а второго - снаружи их сетчатых поверхностей соответственно.