СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ РЫБОЗАДЕРЖИВАЮЩЕГО ЭКРАНА И РЫБОЗАЩИТНОЕ УСТРОЙСТВО ВОДОЗАБОРНОГО СООРУЖЕНИЯ Российский патент 2007 года по МПК E02B8/08 

Изобретение относится к гидротехническому строительству, а именно к рыбозащитным устройствам и сооружениям, устраиваемым в составе водозаборных сооружений.

Известен способ формирования рыбозадерживающего экрана [1], состоящий в нагнетании, в напорном режиме, полученного воздуха в перфорированный трубчатый коллектор и создании воздушно-пузырькового факела по глубине подводящего канала, посредством выпуска в придонной области водотока рабочей среды из отверстий перфорации трубчатого коллектора и одновременной подаче гидравлических струй в область формирования воздушно-пузырькового факела.

Недостатком способа является низкая эффективность воздействия рыбозадерживающего экрана на поведение молоди рыб.

Известен способ формирования рыбозадерживающего экрана [2], состоящий в предварительном получении водовоздушной микропузырьковой смеси путем совместной гидродинамической кавитационной обработки воды и воздуха, последующего нагнетания, в напорном режиме, полученной рабочей среды в перфорированный трубчатый коллектор и создании воздушно-пузырькового факела в виде гидравлических водовоздушных струй по глубине подводящего канала, посредством выпуска в водоток рабочей среды из отверстий перфорации трубчатого коллектора.

Недостатком способа является низкая эффективность воздействия рыбозадерживающего экрана на поведение молоди рыб.

Известен способ формирования рыбозадерживающего экрана [3], состоящий в предварительном получении водовоздушной микропузырьковой смеси путем совместной гидродинамической кавитационной обработки воды и воздуха, последующего нагнетания, в напорном режиме, полученной рабочей среды в перфорированный трубчатый коллектор и создании воздушно-пузырькового факела в виде гидравлических водовоздушных струй по глубине подводящего канала, посредством выпуска в водоток рабочей среды из отверстий перфорации трубчатого коллектора.

Недостатком способа является низкая эффективность воздействия рыбозадерживающего экрана на поведение молоди рыб.

Известен способ формирования рыбозадерживающего экрана [4], состоящий в предварительном получении водовоздушной микропузырьковой смеси путем совместной гидродинамической кавитационной обработки воды и воздуха, последующего нагнетания, в напорном режиме, полученной рабочей среды в перфорированный трубчатый коллектор и создании воздушно-пузырькового факела в виде гидравлических водовоздушных струй по глубине подводящего канала, перекрывающего живое сечение водотока, посредством выпуска в придонной области водотока рабочей среды из отверстий перфорации трубчатого коллектора.

Недостатком способа является низкая эффективность воздействия рыбозадерживающего экрана на поведение молоди рыб.

Известен способ очистки воды от механических примесей [5], состоящий в формировании направленного ультразвукового поля в водотоке для отвода взвешенных примесей, содержащихся в воде.

Недостатком способа является низкая эффективность воздействия рыбозадерживающего экрана на поведение молоди рыб.

Известен способ очистки воды от механических примесей [6], состоящий в формировании направленного ультразвукового поля в водотоке, посредством воздействия гидравлических струй на пластины резонаторы и последующего отвода молоди рыбы от зоны влияния водозабора.

Недостатком способа является низкая эффективность воздействия рыбозадерживающего экрана на поведение молоди рыб.

Наиболее близким по технологической схеме и достигаемому результату является способ формирования рыбозадерживающего экрана [7], состоящий в предварительном получении водовоздушной микропузырьковой смеси путем совместной гидродинамической кавитационной обработки воды и воздуха, последующего нагнетания, в напорном режиме, полученной рабочей среды в перфорированный трубчатый коллектор и создании воздушно-пузырькового завесы в виде гидравлических водовоздушных струй по глубине подводящего канала, перекрывающего живое сечение водотока, посредством выпуска в придонной области водотока рабочей среды из отверстий перфорации трубчатого коллектора.

Недостатком способа является низкая эффективность воздействия рыбозадерживающего экрана на поведение молоди рыб.

Известно рыбозащитное устройство водозаборного сооружения [6], включающее средство для формирования в водотоке рыбозадерживающего экрана в виде гидравлических струй, перекрывающего живое сечение водозаборного канала, перфорированный трубопровод, расположенный в водотоке, при этом средство для формирования в водотоке рыбозадерживающего экрана снабжено последовательно соединенными насосом, водонапорной магистралью с задвижкой и устройством для регулирования режима рабочей среды, причем напротив отверстий перфорации перфорированного трубопровода, соосно им, установлены пластины-резонаторы.

Недостатком устройства является низкая эффективность воздействия рыбозадерживающего экрана на поведение молоди рыб.

Известно рыбозащитное устройство водозаборного сооружения [8], включающее средство для формирования в водотоке рыбозадерживающего экрана в виде воздушно-пузырьковой завесы, перекрывающего живое сечение водозаборного канала, перфорированный в своей верхней части трубопровод, расположенный на дне водотока, при этом средство для формирования в водотоке рыбозадерживающего экрана снабжено последовательно соединенными компрессором, напорной магистралью и задвижкой, причем выход напорной магистрали подключен ко входу перфорированного трубопровода, и средство для отпугивания молоди рыбы.

Недостатком устройства является низкая эффективность воздействия рыбозадерживающего экрана на поведение молоди рыб.

Известно рыбозащитное устройство водозаборного сооружения [9], включающее средство для формирования в водотоке рыбозадерживающего экрана в виде воздушно-пузырьковой завесы, перекрывающего живое сечение водозаборного канала, перфорированный в своей верхней части трубопровод, расположенный на дне водотока, при этом средство для формирования в водотоке рыбозадерживающего экрана снабжено последовательно соединенными компрессором, напорной магистралью и задвижкой, причем выход напорной магистрали подключен ко входу перфорированного трубопровода, и рыбоотводной лоток, расположенный у поверхности водотока.

Недостатком устройства является низкая эффективность воздействия рыбозадерживающего экрана на поведение молоди рыб.

Известно рыбозащитное устройство водозаборного сооружения [10], включающее средство для формирования в водотоке рыбозадерживающего экрана в виде воздушно-пузырьковой завесы, перекрывающего живое сечение водозаборного канала, перфорированный в своей верхней части трубопровод, расположенный на дне водотока, при этом средство для формирования в водотоке рыбозадерживающего экрана снабжено последовательно соединенными компрессором, напорной магистралью и задвижкой, причем выход напорной магистрали подключен ко входу перфорированного трубопровода, и рыбоотводной лоток, расположенный у поверхности водотока.

Недостатком устройства является низкая эффективность воздействия рыбозадерживающего экрана на поведение молоди рыб.

Известен аэратор [4], включающий средство для формирования в водотоке воздушно-пузырьковой смеси, при этом оно снабжено последовательно соединенными насосом, водонапорной магистралью с задвижкой и гидродинамическим кавитационным аппаратом, выполненным с воздухозаборным патрубком, тело кавитации с турбулизирующей насадкой.

Недостатком устройства является низкая эффективность воздействия воздушно-пузырьковой смеси на поведение молоди рыб.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является рыбозащитное устройство водозаборного сооружения [7], включающее средство для формирования в водотоке рыбозадерживающего экрана в виде воздушно-пузырьковой завесы, перекрывающего живое сечение водозаборного канала, перфорированный в своей верхней части трубопровод, расположенный на дне водотока, при этом средство для формирования в водотоке рыбозадерживающего экрана снабжено последовательно соединенными насосом, водонапорной магистралью с задвижкой и гидродинамическим кавитационным аппаратом, выполненным с воздухозаборным патрубком, причем выход гидродинамического кавитационного аппарата подключен ко входу в перфорированный трубчатый коллектор.

Недостатком устройства является низкая эффективность воздействия рыбозадерживающего экрана на поведение молоди рыб.

Целью изобретения является создание эффективного рыбозадерживающего экрана.

Сущность изобретения заключается в следующем.

По п.1 формулы изобретения. Способ создания микропузырьковой водовоздушной смеси, когда в процессе совместной гидродинамической кавитационной обработки воды и воздуха, одновременно омагничивают объемный расход рабочей среды, позволяет придать воде новые свойства - очистить ее от примесей, сделать экологически чистой. Кроме того, омагничивание воды повышает эффективность процесса диспергирования (дробление, рассеивание) жидкости. Эффект омагничивания магнитотронами реализуется через принцип ядерно-магнитного резонанса (увеличение энергоемкости атомов) и магнитострикции (изменение объема при намагничивании) и, как следствие, - диспергирование - дробление крупных молекулярных ассоциатов т.д.

Примечание: Магнитострикция (от магнит и лат. strictio - сжатие, натягивание), изменение размеров и формы кристаллического тела при намагничивании; вызывается изменением энергетического состояния кристаллической решетки в магнитном поле и, как следствие, расстояний между узлами решетки.

Также известно, что наибольший эффект омагничивания достигается, если омагничивание сочетается с процессом аэронизации, с последующим распылением. (Сайт http://www.it-med.ru/library/rn/magnet.htm Патрасенко B.C. Магнитотерапия_Эффективность действия магнитных полей в медицине_биологии, сельском хозяйстве).

Кроме того, омагниченная вода препятствует обрастанию внутренней поверхности трубопроводов и водоводов: водонагревателей, бойлеров, котлов, теплообменников и т.п. (Классен В.И. Омагничивание водных систем. - М.: Химия, 1978. - 240 с.).

Помимо того, процесс омагничивания воды очищает ее от тяжелых металлов и вредных примесей.

Омагниченная вода будет препятствовать зарастанию выпускных отверстий перфорации рабочего органа рыбозащитного сооружения, в который подается микропузырьковая водовоздушная смесь.

Формирование интенсивного ультразвукового поля в процессе выпуска микропузырьковой водовоздушной смеси из отверстий перфорации трубчатого коллектора способствует увеличению отпугивающего рыбу акустического эффекта. В этой компоновке рабочей среды (вода + воздух) распространение ультразвука в водоеме возрастет в несколько раз, аналогично как возрастет удельное гидродинамическое давление ультразвукового поля на окружающую водную среду и влекомые (взвешенные) элементы, находящиеся в ней (наносы, микроводоросли, молодь рыбы). Таким образом, создаваемое ультразвуковое поле повышает транспортирующую способность водовоздушного потока, восходящего к поверхности водоема.

Кроме того, при формировании ультразвукового поля в процессе выпуска микропузырьковой водовоздушной смеси из отверстий перфорации трубчатого коллектора, диаметр пузырьков воздуха уменьшается, поскольку ультразвук способствует диспергированию потока, проходящего через устройства, формирующие ультразвуковое гидродинамическое поле.

Помимо того, ультразвуковые волны свободно распространяются в воде и, встречая на своем пути примеси (взвешенные наносы, влекомый мусор, пассивную или активную молодь рыбы), ультразвуковые волны претерпевают частичное или полное отражение от них. При этом возникает одностороннее упругое гидродинамическое давление на взвешенные частицы, которые приобретают некоторое ускорение и начинают активно перемещаться по основному направлению распространению ультразвуковых волн. Величина упругого гидродинамического давления прямо пропорциональна произведению квадрата частоты колебаний на квадрат амплитуды колебаний. Данный процесс увеличивает транспортирующую способность рыбозадерживающего экрана и его отклоняющую функцию.

Скорость гидравлических водовоздушных струй при их выходе из струеформирующих сопл может составлять U₀=8,0-14,0 м/с, что необходимо и достаточно для формирования транспортирующей и отводящей способности рыбозадерживающего экрана.

Таким образом, два независимых, но одновременно выполняемых процесса - омагничевание воды и формирование ультразвукового поля, позволяют сформировать эффективный рыбозадерживающий экран, позволяющий выполнять функции отпугивания, привлечения, задержки, подъема и отвода молоди рыбы.

По п.2 формулы изобретения. Вариант, когда при формировании рыбозадерживающего экрана гидравлические водовоздушные струи подают против направления течения воды в водотоке, позволяет эффективно использовать их кинетическую энергию для формирования лобового гидравлического сопротивления набегающему потоку, что также позволяет на раннем этапе воздействовать на молодь рыбы.

По п.3 формулы изобретения. Вариант, когда при формировании рыбозадерживающего экрана гидравлические водовоздушные струи подают по направлению течения воды в водотоке, является вариантом исполнения способа и применяется с учетом конструктивной компоновки водозабора, всасывающего отверстия и т.д.

По п.4 формулы изобретения. Вариант, когда при формировании рыбозадерживающего экрана гидравлические водовоздушные струи подают перпендикулярно к поверхности воды в водотоке, является вариантом исполнения способа и может применяться в условиях непроточных или слабопроточных водоемов (озеро, водохранилище, лиман, ильмень, пруд).

По п.5 формулы изобретения. Вариант, когда отверстия перфорации выполнены прямоугольной формы и снабжены струеформирующими соплами, причем сторона отверстий перфорации с большим размером расположена параллельно продольной оси перфорированного трубчатого коллектора, при этом струеформирующие сопла размещены в два ряда, со смещением струеформирующих сопел одного ряда относительно струеформирующих сопел другого ряда, на величину равную шагу размещения отверстий перфорации, причем перед струеформирующими соплами, соосно им, установлены пластины-резонаторы, закрепленные в узловых точках, позволяет формировать ультразвуковое поле в процессе выпуска микропузырьковой водовоздушной смеси из отверстий перфорации перфорированного трубчатого коллектора.

Выполнение рассекателей потока в виде пластин-резонаторов с заостренными торцевыми кромками и закрепленных в узловых точках позволяет сформировать гидравлический свисток (систему из гидравлических свистков), который при своей работе, в процессе обтекания пластины-резонатора потоком, генерирует ультразвуковое гидродинамическое поле. Поток, обтекая пластины-резонатора, заставляет их плоскости вибрировать в продольном направлении, в результате чего формируется ультразвуковое гидродинамическое поле. Благодаря этому микропузырьковая водовоздушная смесь, сформированная гидродинамическим кавитационным аппаратом, подвергается интенсивному воздействию ультразвукового гидродинамического поля, что способствует интенсификации диффузионного процесса, при котором микропузырьки воздуха уменьшаются в диаметре. Данный момент позволяет при транспорте микропузырьковой водовоздушной смеси подвести ее к выпускным отверстиям перфорации перфорированного трубчатого коллектора рыбозащитного устройства, при этом обеспечивается заданный диаметр пузырьков воздуха. Кроме того, в зоне выпуска микропузырьковой водовоздушной смеси в водоем распространяются ультразвуковые колебания (волны), которые отпугивают молодь рыбы, например, от водозабора и от рыбозадерживающего экрана.

По п.6 формулы изобретения. Вариант, когда струеформирующие сопла в обоих рядах расположены в вертикальных плоскостях, позволяет формировать рыбозадерживающий экран, гидравлические водовоздушные струи которого истекают перпендикулярно к поверхности воды водотока. Данный вариант может применяться в условиях непроточных или слабопроточных водоемов (озеро, водохранилище, лиман, ильмень, пруд).

По п.7 формулы изобретения. Вариант, когда струеформирующие сопла в обоих рядах расположены параллельно друг другу и под углом ко дну водотока, при этом их выпускные отверстия направлены навстречу транзитному потоку, позволяет эффективно использовать их кинетическую энергию для формирования лобового гидравлического сопротивления набегающему потоку, что также позволяет на раннем этапе воздействовать на молодь рыбы.

По п.8 формулы изобретения. Вариант, когда струеформирующие сопла в обоих рядах расположены параллельно друг другу и под углом ко дну водотока, при этом их выпускные отверстия направлены в сторону водозаборного канала, является вариантом исполнения и применяется с учетом конструктивной компоновки водозабора, всасывающего отверстия и т.д.

По п.9 формулы изобретения. Вариант, когда струеформирующие сопла в обоих рядах расположены под углом ко дну водотока, при этом выпускные отверстия одного ряда направлены навстречу транзитному потоку, а выпускные отверстия другого ряда направлены в сторону водозаборного канала, позволяет реализовать комбинированную схему формирования рыбозадерживающего экрана. В этом случае, струи направленные навстречу транзитному потоку воспринимают основную нагрузку и формируют внешнюю границу рыбозадерживающего экрана, а струи, направленные в сторону водозаборного канала - формируют внутреннюю границу рыбозадерживающего экрана.

По п.10 формулы изобретения. Вариант, когда устройство снабжено мусорорыбоотводным лотком, размещенным со стороны водозаборного канала, в верхней части рыбозадерживающего экрана и параллельно перфорированному трубчатому коллектору, при этом мусорорыбоотводной лоток сообщается с рыбоотводом, позволяет осуществлять эффективный отвод молоди рыбы и мусора за пределы влияния зоны водозабора.

По п.11 формулы изобретения. Вариант, когда мусорорыбоотводной лоток и перфорированный трубчатый коллектор, в плане размещены под углом к транзитному потоку водотока, является частной компоновкой, которая использует транспортирующую способность составляющей продольного вектора скорости транзитного потока.

По п.12 формулы изобретения. Вариант, когда устройство снабжено дополнительным перфорированным трубчатым коллектором, размещенным в толще водотока, при этом он смещен, по отношению к основному перфорированному трубчатому коллектору, в направлении водозаборного канала, позволяет усилить воздействие рыбозадерживающего экрана на молодь рыбы и повысить транспортирующую способность факела микропузырьковой водовоздушной смеси.

По п.13 формулы изобретения. Вариант, когда устройство снабжено кольцевым магнитотроном, установленным с внешней стороны проточной камеры гидродинамического кавитационного аппарата, вдоль ее периметра, позволяет омагничевать микропузырьковую водовоздушную смесь.

Омагниченная вода будет препятствовать зарастанию выпускных отверстий перфорации и сопл перфорированного трубчатого коллектора рыбозащитного сооружения, в который подается микропузырьковая водовоздушная смесь.

Кроме того, омагничевание воды повышает эффективность процесса диспергирования (дробление, рассеивание) жидкости. Эффект омагничивания магнитотронами реализуется через принцип ядерно-магнитного резонанса (увеличение энергоемкости атомов) и магнитострикции (изменение объема при намагничивании), и как следствие - диспергирование - дробление крупных молекулярных ассоциатов т.д.

Помимо того, подача в водоем омагниченной воды способствует поступлению в водоем очищенной воды, которая затем забирается в водозабор и разбирается потребителями.

Решение поставленной задачи достигается путем реализации нового способа формирования рыбозадерживающего экрана и создания новой конструкции рыбозащитного устройства водозаборного сооружения.

Графический материал, иллюстрирующий предлагаемое изобретение, представлен на следующих чертежах:

фиг.1 - перфорированный трубчатый коллектор, план;

фиг.2 - поперечное сечение перфорированного трубчатого коллектора;

фиг.3 - вид А на фиг.1;

фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.1;

фиг.5 - поперечный разрез перфорированного трубчатого коллектора, вариант, когда выпускные отверстия одного ряда направлены навстречу транзитному потоку, а выпускные отверстия другого ряда направлены в сторону водозаборного канала;

фиг.6 - поперечный разрез перфорированного трубчатого коллектора, вариант, когда струеформирующие сопла в обоих рядах расположены параллельно друг другу и под углом ко дну водотока, при этом их выпускные отверстия направлены навстречу транзитному потоку;

фиг.7 - поперечный разрез перфорированного трубчатого коллектора, вариант, когда струеформирующие сопла в обоих рядах расположены параллельно друг другу и под углом ко дну водотока, при этом их выпускные отверстия направлены в сторону водозаборного канала;

фиг.8 - вариант гидродинамического кавитационного аппарата, продольный разрез, режим эксплуатации;

фиг.9 - стойки крепления кавитатора;

фиг.10 - вариант гидродинамического кавитационного аппарата, продольный разрез, режим эксплуатации, кавитатор выполнен в виде усеченного конуса, большим основанием обращенного к выходной части гидродинамического кавитационного аппарата;

фиг.11 - рыбозащитное устройство, продольный разрез;

фиг.12 - то же, план;

фиг.13 - вариант рыбозащитного устройства, продольный разрез;

фиг.14, 15 - варианты гидродинамического кавитационного аппарата с магнитотроном;

фиг.16 - гидродинамический кавитационный аппарат, изометрия.

Способ формирования рыбозадерживающего экрана состоит в предварительном получении водовоздушной микропузырьковой смеси путем совместной гидродинамической кавитационной обработки воды и воздуха, последующего нагнетания, в напорном режиме, полученной рабочей среды в перфорированный трубчатый коллектор 1 и создании воздушно-пузырьковой завесы 2 в виде гидравлических водовоздушных струй по глубине подводящего канала 3, перекрывающего живое сечение водотока, посредством выпуска в придонной области водотока рабочей среды из отверстий перфорации 4 трубчатого коллектора 1.

В процессе совместной гидродинамической кавитационной обработки воды и воздуха одновременно омагничивают объемный расход рабочей среды, а в процессе выпуска рабочей среды из отверстий перфорации 4 перфорированного трубчатого коллектора 1 формируют интенсивное ультразвуковое поле.

Помимо того, при формировании рыбозадерживающего экрана гидравлические водовоздушные струи могут подавать против направления течения воды в водотоке.

Вместе с тем, при формировании рыбозадерживающего экрана гидравлические водовоздушные струи могут подавать по направлению течения воды в водотоке.

Кроме того, при формировании рыбозадерживающего экрана гидравлические водовоздушные струи могут подавать перпендикулярно к поверхности воды в водотоке.

Рыбозащитное устройство водозаборного сооружения включает средство для формирования в водотоке рыбозадерживающего экрана в виде воздушно-пузырьковой завесы 2, перекрывающего живое сечение водозаборного канала 5, перфорированный в своей верхней части трубчатый коллектор 1, расположенный на дне водотока, при этом средство для формирования в водотоке рыбозадерживающего экрана, снабжено последовательно соединенными насосом 6, водонапорной магистралью 7 с задвижкой 8 и гидродинамическим кавитационным аппаратом 9, выполненным с воздухозаборным патрубком 10, причем выход гидродинамического кавитационного аппарата 9 подключен ко входу в перфорированный трубчатый коллектор 1.

Отверстия перфорации 4 выполнены прямоугольной формы и снабжены струеформирующими соплами 11, причем сторона отверстий перфорации 4 с большим размером расположена параллельно продольной оси перфорированного трубчатого коллектора 1, при этом струеформирующие сопла 11 размещены в два ряда, со смещением струеформирующих сопел 11 одного ряда относительно струеформирующих сопел 11 другого ряда, на величину, равную шагу размещения отверстий перфорации 4, причем перед струеформирующими соплами 11, соосно им, установлены пластины-резонаторы 12, закрепленные в узловых точках.

Помимо того, струеформирующие сопла 11 в обоих рядах могут быть расположены в вертикальных плоскостях.

Вместе с тем, струеформирующие сопла 11 в обоих рядах могут быть расположены параллельно друг другу и под углом ко дну водотока, при этом их выпускные отверстия направлены навстречу транзитному потоку.

Кроме того, струеформирующие сопла 11 в обоих рядах могут быть расположены параллельно друг другу и под углом ко дну водотока, при этом их выпускные отверстия направлены в сторону водозаборного канала 5.

Помимо того, струеформирующие сопла 11 в обоих рядах могут быть расположены под углом ко дну водотока, при этом выпускные отверстия одного ряда направлены навстречу транзитному потоку, а выпускные отверстия другого ряда направлены в сторону водозаборного канала 5.

Кроме того, устройство может быть снабжено мусорорыбоотводным лотком 13, размещенным со стороны водозабора, в верхней части рыбозадерживающего экрана и параллельно перфорированному трубчатому коллектору 1, при этом мусорорыбоотводной лоток 13 сообщается с рыбоотводом 14.

Помимо того, мусорорыбоотводной лоток 13 и перфорированный трубчатый коллектор 1, в плане могут быть размещены под углом к транзитному потоку водотока.

Кроме того, устройство может быть снабжено дополнительным перфорированным трубчатым коллектором 15, размещенным в толще водотока, при этом он смещен, по отношению к основному перфорированному трубчатому коллектору 1, в направлении водозаборного канала 5.

Помимо того, устройство может быть снабжено кольцевым магнитотроном 16, установленным с внешней стороны проточной камеры гидродинамического кавитационного аппарата 9, вдоль ее периметра.

Гидродинамический кавитационный аппарат 9 включает конфузор 17, соединяющийся с камерой смешения 18, которая в свою очередь соединена с диффузором 19. Внутри камеры смешения 18 соосно ей установлен кавитатор 20.

Пластины-резонаторы 12 закреплены в узловых точках стойками 21.

Способ формирования рыбозадерживающего экрана состоит в следующем.

Способ создания микропузырьковой водовоздушной смеси, когда в процессе совместной гидродинамической кавитационной обработки воды и воздуха, одновременно омагничивают объемный расход рабочей среды, позволяет придать воде новые свойства - очистить ее от примесей, сделать экологически чистой. Кроме того, омагничевание воды повышает эффективность процесса диспергирования (дробление, рассеивание) жидкости.

Помимо того, процесс омагничевания воды очищает ее от тяжелых металлов и вредных примесей.

Омагниченная вода будет препятствовать зарастанию выпускных отверстий перфорации 4 перфорированного трубчатого коллектора 1, в который подается микропузырьковая водовоздушная смесь.

Формирование интенсивного ультразвукового поля в процессе выпуска микропузырьковой водовоздушной смеси из отверстий перфорации 4 перфорированного трубчатого коллектора 1, способствует увеличению отпугивающего рыбу акустического эффекта. В этой компоновке рабочей среды (вода + воздух) распространение ультразвука в водоеме возрастет в несколько раз, аналогично как возрастет удельное гидродинамическое давление ультразвукового поля на окружающую водную среду и влекомые (взвешенные) элементы, находящиеся в ней (наносы, микроводоросли, молодь рыбы). Таким образом, создаваемое ультразвуковое поле повышает транспортирующую способность воздушно-пузырьковой завесы 2, восходящей к поверхности водоема.

Кроме того, при формировании ультразвукового поля в процессе выпуска микропузырьковой водовоздушной смеси из отверстий перфорации 4 перфорированного трубчатого коллектора 1, диаметр пузырьков воздуха уменьшается, поскольку ультразвук способствует диспергированию потока, проходящего через устройства, формирующие ультразвуковое гидродинамическое поле.

Помимо того, ультразвуковые волны свободно распространяются в воде и, встречая на своем пути примеси (взвешенные наносы, влекомый мусор, пассивную или активную молодь рыбы), ультразвуковые волны претерпевают частичное или полное отражение от них. При этом возникает одностороннее упругое гидродинамическое давление на взвешенные частицы, которые приобретают некоторое ускорение и начинают активно перемещаться по основному направлению распространению ультразвуковых волн. Величина упругого гидродинамического давления прямо пропорциональна произведению квадрата частоты колебаний на квадрат амплитуды колебаний. Данный процесс увеличивает транспортирующую способность рыбозадерживающего экрана и его отклоняющую (отводящую) функцию.

Скорость гидравлических водовоздушных струй при их выходе из струеформирующих сопл 11 может составлять U₀=0,8-14,0 м/с, что необходимо и достаточно для формирования транспортирующей и отводящей способности рыбозадерживающего экрана.

Таким образом, два независимых, но одновременно выполняемых процесса - омагничивание воды и формирование ультразвукового поля, позволяют сформировать эффективный рыбозадерживающий экран, позволяющий выполнять функции отпугивания, привлечения, задержки, подъема и отвода молоди рыбы.

Возможен вариант реализации способа, когда при формировании рыбозадерживающего экрана гидравлические водовоздушные струи подают против направления течения воды в водотоке, что позволяет эффективно использовать их кинетическую энергию для формирования лобового гидравлического сопротивления набегающему потоку, что также позволяет на раннем этапе воздействовать на молодь рыбы.

Возможен вариант реализации способа, когда при формировании рыбозадерживающего экрана гидравлические водовоздушные струи подают по направлению течения воды в водотоке, что является вариантом исполнения способа и применяется с учетом конструктивной компоновки водозабора, всасывающего отверстия и т.д.

Возможен вариант реализации способа, когда при формировании рыбозадерживающего экрана гидравлические водовоздушные струи подают перпендикулярно к поверхности воды в водотоке, что является вариантом исполнения способа и может применяться в условиях непроточных или слабопроточных водоемов (озеро, водохранилище, лиман, ильмень, пруд).

Рыбозащитное устройство водозаборного сооружения работает следующим образом.

Рабочий расход жидкости поступает от насоса 6 системы питания в водонапорную магистраль 7 и регулируется задвижкой 8. Далее, рабочий расход жидкости интенсивно насыщается воздухом из атмосферы, благодаря работе гидродинамического кавитационного аппарата 9 (фиг.8). В месте расположения конфузора 17 поток резко сжимается и формирует высокоскоростную гидравлическую струю, начальный участок которой распространяется вдоль камеры смешения 18. При открытом воздухозаборном патрубке 10, через него, из атмосферы активно эжектируется расход воздуха, поскольку в гидродинамическом кавитационном аппарате 9 образуется зона вакуума с отрицательным значением давления. Максимальное значение вакуума приходится на участок камеры смешения 18, где расположен кавитатор 20. Кавитатор 20 обеспечивает максимальную степень насыщения воды воздухом. За счет активного смешения воздуха и жидкости, на выходе из гидродинамического кавитационного аппарата 9 формируется водовоздушная микропузырьковая смесь (суспензия), характеризующаяся минимальным диаметром микропузырьков воздуха и полученная в результате активного диффузионного процесса. Диффузор 19 способствует окончательному формированию напорного режима протекания двухфазной жидкости, которую подают в перфорированный трубчатый коллектор 1 (фиг.12), струеформирующие сопла 11 которого формируют воздушно-пузырьковую завесу 2 рыбозадерживающего экрана.

Вариант, когда отверстия перфорации 4 выполнены прямоугольной формы и снабжены струеформирующими соплами 11, причем сторона отверстий перфорации 4 с большим размером расположена параллельно продольной оси перфорированного трубчатого коллектора 1, при этом струеформирующие сопла 11 размещены в два ряда, со смещением струеформирующих сопел 11 одного ряда относительно струеформирующих сопел 11 другого ряда, на величину равную шагу размещения отверстий перфорации 4, причем перед струеформирующими соплами 11, соосно им, установлены пластины-резонаторы 12, закрепленные на стойках 21 в узловых точках, позволяет формировать ультразвуковое поле в процессе выпуска микропузырьковой водовоздушной смеси из отверстий перфорации 4 перфорированного трубчатого коллектора 1.

Выполнение рассекателей потока в виде пластин-резонаторов 12 с заостренными торцевыми кромками, закрепленных в узловых точках, позволяет сформировать гидравлический свисток (систему из гидравлических свистков), который при своей работе, в процессе обтекания пластины-резонатора 12 потоком, генерирует ультразвуковое гидродинамическое поле. Поток, обтекая пластины-резонаторы 12, заставляет их плоскости вибрировать в продольном направлении, в результате чего формируется ультразвуковое гидродинамическое поле. Благодаря этому, микропузырьковая водовоздушная смесь, сформированная гидродинамическим кавитационным аппаратом 9, подвергается интенсивному воздействию ультразвукового гидродинамического поля, что способствует интенсификации диффузионного процесса, при котором микропузырьки воздуха уменьшаются в диаметре. Данный момент позволяет при транспорте микропузырьковой водовоздушной смеси подвести ее к выпускным отверстиям перфорации 4 перфорированного трубчатого коллектора 1 рыбозащитного устройства, при этом обеспечивается заданный диаметр пузырьков воздуха. Кроме того, в зоне выпуска микропузырьковой водовоздушной смеси в водоеме распространяются ультразвуковые колебания (волны), которые отпугивают молодь рыбы, например, от водозаборного канала 5 и от рыбозадерживающего экрана.

Вариант, когда струеформирующие сопла 11 в обоих рядах расположены в вертикальных плоскостях (фиг.4), позволяет формировать рыбозадерживающий экран, гидравлические водовоздушные струи которого истекают перпендикулярно к поверхности воды подводящего канала 3. Данный вариант может применяться в условиях непроточных или слабопроточных водоемов (озеро, водохранилище, лиман, ильмень, пруд).

Вариант, когда струеформирующие сопла 11 в обоих рядах расположены параллельно друг другу и под углом ко дну водотока, при этом их выпускные отверстия направлены навстречу транзитному потоку (фиг.6), позволяет эффективно использовать их кинетическую энергию для формирования лобового гидравлического сопротивления набегающему потоку, что также позволяет на раннем этапе воздействовать на молодь рыбы.

Вариант, когда струеформирующие сопла 11 в обоих рядах расположены параллельно друг другу и под углом ко дну водотока, при этом их выпускные отверстия направлены в сторону водозаборного канала 5 (фиг.7), является вариантом исполнения и применяется с учетом конструктивной компоновки водозабора, всасывающего отверстия и т.д.

Вариант, когда струеформирующие сопла 11 в обоих рядах расположены под углом ко дну водотока, при этом выпускные отверстия одного ряда направлены навстречу транзитному потоку, а выпускные отверстия другого ряда направлены в сторону водозаборного канала 5 (фиг.5), позволяет реализовать комбинированную схему формирования рыбозадерживающего экрана. В этом случае, струи направленные навстречу транзитному потоку, воспринимают основную нагрузку и формируют внешнюю границу рыбозадерживающего экрана, а струи, направленные в сторону водозаборного канала 5, формируют внутреннюю границу рыбозадерживающего экрана.

Вариант, когда устройство снабжено мусорорыбоотводным лотком 13 (фиг.11), размещенным со стороны водозаборного канала 5, в верхней части рыбозадерживающего экрана и параллельно перфорированному трубчатому коллектору 1, при этом мусорорыбоотводной лоток 13 сообщается с рыбоотводом 14, позволяет осуществлять эффективный отвод молоди рыбы и мусора за пределы зоны влияния водозабора.

Вариант, когда мусорорыбоотводной лоток 13 и перфорированный трубчатый коллектор 1, в плане размещены под углом к транзитному потоку водотока (фиг.12), является частной компоновкой, которая использует транспортирующую способность составляющей продольного вектора скорости транзитного потока.

Вариант, когда устройство снабжено дополнительным перфорированным трубчатым коллектором 15, размещенным в толще водотока, при этом он смещен, по отношению к основному перфорированному трубчатому коллектору 1, в направлении водозаборного канала 5 (фиг.13), позволяет усилить воздействие рыбозадерживающего экрана на молодь рыбы и повысить транспортирующую способность факела микропузырьковой водовоздушной смеси.

Вариант, когда устройство снабжено кольцевым магнитотроном 16, установленным с внешней стороны камеры смешения 18 гидродинамического кавитационного аппарата 9, вдоль ее периметра (фиг.14-16), позволяет омагничивать микропузырьковую водовоздушную смесь. Омагниченная вода будет препятствовать зарастанию выпускных отверстий перфорации 4 и сопл 11 перфорированного трубчатого коллектора 1 рыбозащитного сооружения, в который подается микропузырьковая водовоздушная смесь.

Кроме того, омагничивание воды повышает эффективность процесса диспергирования (дробление, рассеивание) жидкости. Эффект омагничивания магнитотроном 16 реализуется через принцип ядерно-магнитного резонанса (увеличение энергоемкости атомов) и магнитострикции (изменение объема при намагничивании), и, как следствие, - диспергирование - дробление крупных молекулярных ассоциатов т.д.

Помимо того, подача в водоем омагниченной воды способствует поступлению в водоем очищенной воды, которая затем забирается в водозаборный канал 5 и разбирается потребителями.

Предлагаемый способ формирования рыбозадерживающего экрана и рыбозащитное устройство водозаборного сооружения позволяют повысить эффективность формирования микропузырьковой водовоздушной смеси за счет активизации процесса диффузии и повысить воздействие рыбозадерживающего экрана на объект защиты.

Источники информации

1. А.с. СССР (SU) № 1372004. «Устройство для промывки сетчатого полотна». МПК Е02В 8/08, Е02В 9/04. Опубл. БИ № 5, 1988. Авторы: Фоменко В.А., Чистяков А.А., Черкасов В.А., Иванов П.В.

2. А.с. СССР (SU) № 1493730. «Устройство для промывки сетчатого полотна рыбозащитного сооружения». МПК Е02В 8/08, Е02В 9/04. Опубл. БИ № 26, 1989.07.15. Авторы: Герман Г.М., Шкура В.Н., Михеев П.А., Чистяков А.А., Ефремкина Л.В.

3. А.с. СССР (SU) № 1629384. «Устройство для промывки сетчатого полотна рыбозащитного сооружения». МПК Е02В 8/08, Е02В 9/04. Опубл. БИ № 7, 1991.02.23. Авторы: Герман Г.М., Чистяков А.А., Шкура В.Н., Реусов М.П., Волошков В.М.

4. Патент РФ (RU) № 2194024. «Аэратор». МПК C02F 3/20, C02F 3/02. Опубл. 2002.12.10. Авторы: Булгаков Б.Б., Булгаков А.Б.

5. А.С. СССР (SU) № 54851. «Способ очистки воды от механических примесей». МПК Е02В 8/08, Е02В 9/04. Опубл. 1939.05.31. Автор: Шакунов Л.Н.

6. А.С. СССР (SU) № 1437474. «Рыбозащитное устройство». МПК Е02В 8/08, Е02В 9/04. Опубл. Б.И. № 42, 1988.11.15. Авторы: Вострова Л.И., Черкасов В.А.

7. Патент РФ (RU) № 2144107. «Способ гидродинамической микропузырьковой рыбозащиты водозаборов и устройство для его осуществления». МПК Е02В 8/08, Опубл. 2000.01.10. Авторы: Булгаков Б.Б., Булгаков А.Б., Банцевич З.Л., Преснов Г.В., Романцов В.П.

8. А.с. СССР (SU) № 1707128. «Рыбозащитное устройство водозаборного сооружения». МПК Е02В 8/08, Е02В 9/04. Опубл. БИ № 3, 1992.01.23. Авторы: Чистяков А.А., Фоменко В.А., Черкасов В.А., Шкура В.Н.

9. Патент РФ (RU) № 2026464. «Рыбозащитное устройство». МПК Е02В 8/08, Е02В 9/04. Опубл. 1995.01.09. Авторы: Чистяков А.А., Шкура В.Н.

10. Патент РФ (RU) № 2026468. «Способ рыбомусороотведения и рыбозащитное устройство для его осуществления». МПК Е02В 8/08, Е02В 9/04. Опубл. 1995.01.09. Авторы: Чистяков А.А., Шкура В.Н.

Изобретение относится к гидротехническому строительству, а именно к рыбозащитным устройствам в составе водозаборных сооружений. Рыбозащитное устройство включает средство для формирования в водотоке рыбозадерживающего экрана в виде воздушно-пузырьковой завесы, перекрывающей живое сечение водозаборного канала, и перфорированный в своей верхней части трубчатый коллектор, расположенный на дне водотока. Средство для формирования в водотоке рыбозадерживающего экрана снабжено последовательно соединенными насосом, водонапорной магистралью с задвижкой и гидродинамическим кавитационным аппаратом, выполненным с воздухозаборным патрубком. Выход гидродинамического кавитационного аппарата подключен ко входу в перфорированный трубчатый коллектор, отверстия перфорации которого выполнены прямоугольной формы и снабжены струеформирующими соплами. Сторона отверстий перфорации с большим размером расположена параллельно продольной оси перфорированного трубчатого коллектора. Струеформирующие сопла размещены в два ряда со смещением струеформирующих сопел одного ряда относительно струеформирующих сопел другого ряда на величину, равную шагу размещения отверстий перфорации. Перед струеформирующими соплами соосно им установлены пластины-резонаторы, закрепленные в узловых точках. Изобретение повышает эффективность рыбозадерживающего экрана в виде воздушно-пузырьковой завесы. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 16 ил.

1. Способ формирования рыбозадерживающего экрана, состоящий в предварительном получении водовоздушной микропузырьковой смеси путем совместной гидродинамической кавитационной обработки воды и воздуха, последующем нагнетании в напорном режиме полученной рабочей среды в перфорированный трубчатый коллектор и создании воздушно-пузырьковой завесы в виде гидравлических водовоздушных струй по глубине подводящего канала, перекрывающей живое сечение водотока, посредством выпуска в придонной области водотока рабочей среды из отверстий перфорации трубчатого коллектора, отличающийся тем, что в процессе совместной гидродинамической кавитационной обработки воды и воздуха одновременно омагничивают объемный расход рабочей среды, а в процессе выпуска рабочей среды из отверстий перфорации трубчатого коллектора формируют интенсивное ультразвуковое поле.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при формировании рыбозадерживающего экрана гидравлические водовоздушные струи подают против направления течения воды в водотоке.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при формировании рыбозадерживающего экрана гидравлические водовоздушные струи подают по направлению течения воды в водотоке.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что при формировании рыбозадерживающего экрана гидравлические водовоздушные струи подают перпендикулярно к поверхности воды в водотоке.5. Рыбозащитное устройство водозаборного сооружения, включающее средство для формирования в водотоке рыбозадерживающего экрана в виде воздушно-пузырьковой завесы, перекрывающей живое сечение водозаборного канала, перфорированный в своей верхней части трубчатый коллектор, расположенный на дне водотока, при этом средство для формирования в водотоке рыбозадерживающего экрана снабжено последовательно соединенными насосом, водонапорной магистралью с задвижкой и гидродинамическим кавитационным аппаратом, выполненным с воздухозаборным патрубком, причем выход гидродинамического кавитационного аппарата подключен ко входу в перфорированный трубчатый коллектор, отличающееся тем, что отверстия перфорации выполнены прямоугольной формы и снабжены струеформирующими соплами, причем сторона отверстий перфорации с большим размером расположена параллельно продольной оси перфорированного трубчатого коллектора, при этом струеформирующие сопла размещены в два ряда со смещением струеформирующих сопел одного ряда относительно струеформирующих сопел другого ряда на величину, равную шагу размещения отверстий перфорации, причем перед струеформирующими соплами соосно им установлены пластины-резонаторы, закрепленные в узловых точках.6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что струеформирующие сопла в обоих рядах расположены в вертикальных плоскостях.7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что струеформирующие сопла в обоих рядах расположены параллельно друг другу и под углом ко дну водотока, при этом их выпускные отверстия направлены навстречу транзитному потоку.8. Устройство по п.5, отличающееся тем, что струеформирующие сопла в обоих рядах расположены параллельно друг другу и под углом ко дну водотока, при этом их выпускные отверстия направлены в сторону водозаборного канала.9. Устройство по п.5, отличающееся тем, что струеформирующие сопла в обоих рядах расположены под углом ко дну водотока, при этом выпускные отверстия одного ряда направлены навстречу транзитному потоку, а выпускные отверстия другого ряда направлены в сторону водозаборного канала.10. Устройство по любому из пп.5-9, отличающееся тем, что оно снабжено мусорорыбоотводным лотком, размещенным со стороны водозаборного канала в верхней части рыбозадерживающего экрана и параллельно перфорированному трубчатому коллектору, при этом мусорорыбоотводной лоток сообщается с рыбоотводом.11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что мусорорыбоотводной лоток и перфорированный трубчатый коллектор в плане размещены под углом к транзитному потоку водотока.12. Устройство по любому из пп.5-9, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным перфорированным трубчатым коллектором, размещенным в толще водотока, при этом он смещен по отношению к основному перфорированному трубчатому коллектору в направлении водозаборного канала.13. Устройство по любому из пп.5-9, отличающееся тем, что оно снабжено кольцевым магнитотроном, установленным с внешней стороны проточной камеры гидродинамического кавитационного аппарата вдоль ее периметра.