ФРОНТАЛЬНЫЙ РЕЧНОЙ ВОДОЗАБОР Российский патент 2008 года по МПК E02B9/04 E02B8/02 

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано в качестве водозаборного сооружения для забора воды в хозяйственных нуждах.

Известно устройство для очистки каналов от наносов [1], содержащее подпорный щит и приспособления под щитом в виде пропеллеров с щетками. Данное приспособление можно использовать в качестве средства для очистки отстойников от наносов с использованием энергии потока воды. Недостатками данного технического решения являются:

- сложность конструкции, вызванная наличием большого количества различных элементов;

- относительная длительность процесса промывок;

- предлагаемое техническое решение не является эффективным и экономичным.

Наиболее близким техническим решением является Фронтальный речной водозабор с периодической промывкой [2], который содержит водосливную плотину и водозабор с двумя и более параллельными камерами-отстойниками, поперечный водосборный лоток. Недостатками данного технического решения являются:

- относительная сложность проведения промывок после заиления камеры;

- недостаточная степень очистки воды;

- относительная неэкономичность технического решения для забора воды.

Цель изобретения. Повышение эксплуатационной надежности и снижение трудоемкости при проведении промывок камеры-отстойника.

Поставленная цель достигается тем, что поток воды в верхнем бьефе струенаправляющими дамбами направляется к водосливной плотине, которая, подпирая, повышает отметку воды в реке до требуемого уровня. Перед водосливной плотиной устраивается понур, который удлиняет путь фильтрации и тем самым снижает фильтрационное противодавление на водобойный колодец и фильтрационные градиенты. В результате подпора, созданного водосливной плотиной, поток воды поступает в камеры-отстойники. Расчет размеров камер-отстойников ведут на расход, поступающий в отводящий канал Q_кон. Расход одной камеры-отстойника зависит от принятого количества камер , где n - количество рабочих камер отстойника. При принятой средней продольной скорости 0,2-0,4 м/с, во время осаждения наносов, живое сечение всех камер-отстойников будет .

Для прямоугольного сечения ширина при заданной средней глубине H_ср будет . Камера-отстойник имеет верхний шлюз-регулятор и нижний шлюз-регулятор. Верхний шлюз-регулятор имеет паз для аварийно-ремонтного затвора и рабочий затвор, который во время работы полностью открывается. Паз для аварийно-ремонтного затвора предусматривается перед рабочим затворам и в него в период строительства или ремонта вставляются шандорные доски. Низовой шлюз-регулятор также имеет промывной затвор и паз для аварийно-ремонтного затвора, который устраивается за промывным затвором. Во время работы промывной затвор закрыт, и камера-отстойник работает на заиление. Длина боковой камеры-отстойника определяется по формуле: , где k - числовой коэффициент, принимаемый в пределах 1,3-1,5; ω - гидравлическая крупность расчетных фракций наносов, подлежащих осаждению.

При заданной промывной скорости 3,5-4 м/с глубина воды в камере будет определяться по формуле: . Для глубины h вычисляем значение гидравлического радиуса R, коэффициента С и по формуле Шези находим уклон дна камеры-отстойника .

Забор осветленной воды осуществляется переливом воды через стенки водосборного лотка и поступлением ее в водозаборный шлюз-регулятор, в котором предусматривается затвор для регулирования расхода воды, попадающей в отводящий канал. Устройство водосборного лотка позволяет собирать воду с верхних слоев потока воды, которая является более осветленной, и тем самым сократить в случае необходимости длину рабочей камеры-отстойника. Боковые стенки поперечного водосборного лотка, через которые переливается вода, вращаются вокруг закрепленной оси вращения, этим регулируется расход забираемой воды для потребителя.

Отметка дна водозаборного лотка расположена выше отметки поверхности воды при промывке. Таким образом, водосборный лоток не мешает осуществлять промывку отложившихся наносов. После заиления мертвого объема одной из камер-отстойников необходимо осуществлять промывку. Для этого приподнимается на требуемую высоту рабочий затвор и поток воды вытекает и смывает отложившие на дне наносы. Дно камеры-отстойника запроектировано под уклоном из расчета транспортирования объема отложившихся наносов. Во время промывки промывной затвор полностью открывается. Время промывки в минутах определяется из зависимости , где ρ_тр, ρ_o - соответственно транспортирующая способность и мутность потока; γ_н - удельный вес наносов; V_мер - мертвый объем камеры-отстойника. Обычно время промывки составляет 10-20 минут. Во время промывки одной из камер отстойника поступление воды в водосборный лоток осуществляется через другие камеры-отстойники.

На дне камер-отстойников предусмотрены струенаправляющие стенки, которые предотвращают сбой потока при промывке отложившихся наносов и ускоряют процесс смыва отложившихся наносов. Высота струенаправляющих стенок принимается большей, чем глубина потока воды при промывке.

После очистки рабочей камеры-отстойника рабочий затвор полностью открывается и приспускается промывной затвор и поток воды, вытекающий из-под него, и, протекая по транзитному участку, смывает все отложившие наносы и направляет их в нижний бьеф, в русло реки. Во время промывок затвор закрыт, и подача воды потребителю прекращается. После осуществления промывок затворы приводятся в исходное положение и подача воды потребителю через отводящий канал заново возобновляется.

Для полного эффективного смыва всех наносов, попадающих в транзитный участок, уклон дна его больше либо равен уклону дна камеры-отстойника.

Для достижения наибольшего эффекта ширина боковой камеры-отстойника увеличивается постепенно от начала до водосборного лотка на величину принятого расширения камеры-отстойника и, следовательно, выполняется условие . Разделив это уравнение и проинтегрировав, получим . Подставляя начальные и конечные условия, получим значение коэффициента . Тогда

,

где h - принятое расширение в конце рабочей камеры-отстойника, S_кам - длина боковой камеры-отстойника.

На фиг.1 изображен фронтальный речной водозабор, в плане; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез В-В на фиг.1 во время работы; на фиг.4 - разрез С-С на фиг.1; на фиг.5 - разрез В-В на фиг.1 во время промывки камеры-отстойника; на фиг.6 - разрез В-В на фиг.1 во время промывки транзитного участка; на фиг.7 - разрез D-D фиг.5; на фиг.8 изображен поперечный разрез водосборного лотка с вращающимися боковыми стенками.

Фронтальный речной водозабор с периодической промывкой состоит из водосливной плотины 1, к которой примыкает с верхней стороны понур 2, а с нижней стороны водобойный колодец 3. Фронтальный речной водозабор имеет устои 4, которые сопрягаются струенаправляющими дамбами 5 с верхним бьефом реки 6, а низовыми сопрягающими дамбами 7 с нижним бьефом 8. Сбоку предусмотрена боковая камера-отстойник 9, имеющая верхний шлюз-регулятор 10 и нижний шлюз-регулятор 11. В верхнем шлюзе-регуляторе 11 имеется рабочий затвор 12 и паз для аварийного затвора 13. В нижнем шлюзе-регуляторе 11 имеется промывной затвор 14 и паз для аварийного затвора 15. За нижним шлюзом-регулятором 11 предусмотрен транзитный участок 16 с уклоном. Дно 17 боковой камеры-отстойника 9 запроектировано с уклоном для транспортирования отложившихся наносов во время промывки. Осветленная вода поступает в водосборный лоток, 18 к которому примыкает водозаборный шлюз-регулятор 19, где предусмотрен затвор 20 для регулирования расхода воды, попадающей в отводящей канал 21. Для улучшения процесса промывки наносов в боковой камере, отстойнике 9 на дне 17 имеются струенаправляющие стенки 22. Водосборный лоток 18 имеет боковые стенки 23, которые вращаются вокруг оси 24 с помощью приводного механизма 25.

Фронтальный речной водозабор работает следующим образом. Поток воды в верхнем бьефе 6 струенаправляющими дамбами 5 направляется к водосливной плотине 1, которая, подпирая, повышает отметку до требуемого уровня. Перед водосливной плотиной 1 устраивается понур 2, который удлиняет путь фильтрации и тем самым снижает фильтрационное противодавление на водобойный колодец 3 и фильтрационные градиенты. Фронтальный речной водозабор имеет устои 4, которые сопрягаются струенаправляющими дамбами 5 с верхним бьефом реки 6, а низовыми сопрягающими дамбами 7 с нижним бьефом 8. В результате подпора вызванной устройством водосливной плотины 1 поток воды поступает в камеры-отстойники 9 (фиг.1.2). Боковая камера-отстойник 9 имеет верхний шлюз-регулятор 10 и нижний шлюз-регулятор 11. Верхний шлюз-регулятор 10 имеет рабочий затвор 12, который во время работы полностью открывается, и паз для аварийно-ремонтного затвора 13. Паз для аварийно-ремонтного затвора 13 предусматривается перед рабочим затворам 12. Низовой шлюз-регулятор 11 также имеет промывной затвор 14 и паз для аварийно-ремонтного затвора 15, который устраивается за промывным затвором 14. Во время работы (фиг.3) промывной затвор 14 закрыт и боковая камера-отстойник 9 работает на заиление. Забор осветленной воды осуществляется переливом воды через верхние кромки водосборного лотка 18 и далее поступает в водозаборный шлюз-регулятор 19, в котором предусматриваются затвор 20 для регулирования расхода воды, попадающей в отводящий канал 21. Отметка дна водозаборного лотка 18 расположена выше отметки поверхности воды при промывке отстойника (фиг.5). Боковые стенки 23 поперечного водосборного лотка вращаются вокруг закрепленной оси вращения 24 с помощью приводного механизма 25, этим регулируется расход забираемой воды для потребителя (фиг.8). После заиления мертвого объема в одной из камер-отстойников 9 необходимо осуществлять в ней промывку (фиг.5, 7). Для этого приподнимается на требуемую высоту рабочий затвор 12 и поток воды вытекает и смывает отложившие на дне наносы. Дно 17 боковой камеры-отстойника 9 запроектировано под уклоном из расчета транспортирования объема отложившихся наносов. Во время промывки промывной затвор 14 в промываемой камере-отстойнике 9 полностью открывается (фиг.6). После очистки рабочей камеры-отстойника 9 рабочий затвор 12 полностью открывается, приспускается промывной затвор 14 и поток воды, вытекающий из-под него, протекает по транзитному участку 16, смывает все отложившие наносы и направляет их в нижний бьеф 8, в русло реки. Во время промывок затвор 20 закрыт и подача воды потребителю прекращается. После осуществления промывок подача воды потребителю через отводящий канал 21 заново возобновляется. Для достижения наибольшего эффекта ширина боковой камеры-отстойника 9 увеличивается постепенно от начала до водосборного лотка 18 и, следовательно, выполняется условие . Разделив это уравнение и проинтегрировав, получим . Подставляя начальные и конечные условия, получим значение коэффициента . Тогда

,

где h - принятое расширение в конце боковой камеры-отстойника 9, S_кам - длина боковой камеры-отстойника 9.

Для улучшения процесса промывки на дне боковой камеры-отстойника 17 предусмотрены струенаправляющие стенки 22.

Предлагаемое техническое решение повысит стабильность и качество очистки воды, поступающей потребителю, и является более экономичным по сравнению с вариантом при строительстве отдельных отстойников.

Устройство водосборного лотка позволяет собирать воду с верхних слоев потока воды, которая является более осветленной, и тем самым сократить в случае необходимости длину рабочей камеры-отстойника.

Затраты на строительство такого варианта водозаборного сооружения в 1,5 раза меньше, чем водозаборов с отдельными отстойниками.

Источники информации

1. А.с. 1781383 СССР, МКИ Е02В 15/00. Устройство для очистки каналов с бетонной облицовкой от наносов / Ламердонов З.Г., Хужоков К.С., Степанов П.М., Докучаев В.В. (СССР); Заяв. 18.04.91; опубл. 15.12.92, Бюл. №46.

2. Патент РФ №2272100 МКИ Е02В 8/02, 9/04; Фронтальный речной водозабор с периодической промывкой / Ламердонов З.Г.; Заяв. 04.08.2004; опубл. 20.03.2006, Бюл. №8 (прототип).

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано в качестве водозаборного сооружения при заборе воды для хозяйственных нужд. Фронтальный речной водозабор содержит водосливную плотину и водозабор с двумя и более параллельными камерами-отстойниками и поперечным водосборным лотком, дно которого расположено выше поверхности воды при промывке камер-отстойников. Ширина боковой камеры-отстойника в плане по направлению течения потока увеличивается постепенно в соответствии с уравнением у=(2h/S² _кам)·(х²/2), где h - принятое расширение в конце боковой камеры-отстойника, S_кам - длина боковой камеры-отстойника. Боковые стенки поперечного водосборного лотка установлены с возможностью вращения вокруг закрепленной оси с помощью приводного механизма. Изобретение обеспечивает повышение эффективности очистки забираемой воды благодаря вращающимся с помощью приводного механизма боковым стенкам поперечного водосборного лотка, которые позволяют забирать воду из верхних более осветвленных слоев потока в камерах-отстойниках. 8 ил.

Фронтальный речной водозабор, содержащий водосливную плотину и водозабор с двумя и более параллельными камерами-отстойниками и поперечным водосборным лотком, дно которого расположено выше поверхности воды при промывке камер-отстойников, отличающийся тем, что ширина боковой камеры-отстойника в плане по направлению течения потока увеличивается постепенно в соответствии с уравнением

где h - принятое расширение в конце боковой камеры-отстойника;

S_кам - длина боковой камеры-отстойника,

при этом боковые стенки поперечного водосборного лотка установлены с возможностью вращения вокруг закрепленной оси с помощью приводного механизма.