УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОД АКВАТОРИЙ БУХТ Российский патент 2013 года по МПК E02B15/00 E02B3/00 

Изобретение относится к гидротехнике и, в частности, к устройствам для очистки застойных вод акваторий бухт и заливов водой прибрежных течений, проходящих мимо них транзитом. Может быть использовано для очистки заливов рек путем направления течений в их застойные воды и усиления циркуляции воды в них.

Известна карта (фиг.1) морских течений Черного моря (htth://blacksea-map/ru/map_black_sea_current_map 576665_0_0.htm). На ней видны течения, опоясывающие все Черное море, в том числе показаны течения вблизи берегов со скоростями до 40 см/с, проходящие вблизи Геленджикской бухты (фиг.2), но не заходящие в нее, так же как в Цемесскую и в другие бухты курортных городов Черного моря (Геленджик и его окрестности. Краснодар, 1964: Колесникова А.А., Казицин В.В., Щеглов Д.Е., Геленджик. Справочник-путеводитель, 2 изд., Краснодар, 1969). Поэтому циркуляция воды, например, в Геленджикской бухте замедлена - скорость течений в ней недостаточна - 0,1 мм/с, что отрицательно сказывается на экологическом состоянии этой бухты, накопления загрязнений в виде мусора, наносов и плавающих включений.

Техническим решением является очистка застойных и загрязненных вод акваторий бухт путем создания внутри их постоянной циркуляции чистой морской воды с помощью предлагаемого изобретения за счет поворота и направления прибрежных течений в их акватории, увеличения скорости искусственно созданных течений с последующим выводом в открытое море этими течениями загрязнений бухт и заливов.

Техническое решение достигается тем, что устройство для очистки вод акваторий бухт включает блок из одного и более изогнутых винтовых трубопроводов, соединенных между собой боковыми сторонами и смонтированных в одном блоке, который закреплен на пути потока прибрежных течений для изменения направления части потоков воды, увеличения их скорости и введения этих потоков в акваторию бухт, при этом каждый винтовой трубопровод выполнен изогнутым под углом от 45° до 170° с многозаходной винтовой поверхностью снабженной винтовыми канавками внутри и снаружи винтового трубопровода под углом к его оси в виде карманов многоугольной формы в форме различных геометрических фигур с четырьмя и более боковыми сторонами, причем расстояние между прямыми линиями сгиба равно длине каждого элемента многоугольника, при этом карманы по внутренней и наружной поверхностям могут отличаться как по форме так и размерам по периметру винтового трубопровода, смонтирован из секций, каждая из которых выполнена в виде кругового сектора, изготовленного из полосы свернутой в кольцо с многогранной поверхностью и образованием разных по размерам четырехугольников с двумя параллельными сторонами, расположенными параллельно друг другу, при этом секции соединены друг с другом свободными сторонами упомянутых четырехугольников в виде пустотелого винтового трубопровода.

По данным патентно-технической литературы не обнаружено техническое решение, аналогичное заявляемому, что позволяет судить об изобретательском уровне предлагаемого устройства для очистки вод акваторий бухт.

Новизна заключается в том, что устройство для очистки вод акваторий бухт включает блок из одного и более изогнутых винтовых трубопроводов, соединенных между собой по периметру и смонтированных в одном блоке, который закреплен на пути потока прибрежных течений для изменения направления части потоков воды, увеличения их скорости и введения этих потоков в акваторию бухт, что увеличивает тем самым скорость циркуляции воды в них.

Новизна заключается также в том, что каждый винтовой трубопровод выполнен изогнутым под углом от 45° до 170° с многозаходной винтовой поверхностью, снабженной винтовыми канавками внутри и наружи винтового трубопровода под углом к его оси в виде карманов многоугольной формы в форме различных геометрических фигур с четырьмя и более боковыми сторонами, что не только изменяет направление течения воды, направляя и закручивая их в втягивание в винтовые трубопроводы потоки в акватории бухт, но и увеличивает циркуляцию воды, обеспечивая их очистку.

Новизна обусловлена тем, что трубопровод выполнен с изменяющимся по диаметру трубопровода шагом винтовых линий по наружному периметру и с многозаходной винтовой поверхностью, снабженной винтовыми канавками внутри и наружи винтового трубопровода под углом к его оси в виде карманов многоугольной формы в форме различных геометрических фигур с четырьмя и более боковыми сторонами, причем расстояние между прямыми линиями сгиба равно длине каждого элемента многоугольника, при этом карманы по внутренней и наружной поверхностям могут отличаться как по форме так и размерам по периметру винтового трубопровода, что обеспечивает закручивание и втягивание воды в изогнутые винтовые трубопроводы, с помощью которых измененяется направление движения потоков воды течений моря и подача из в акваторию бухт.

Новизна заключается также в том, что винтовой трубопровод, смонтирован из секций, каждая из которых выполнена в виде кругового сектора, изготовленного из полосы, свернутой в кольцо, с многогранной поверхностью и образованием разных по размерам четырехугольников с двумя параллельными сторонами, расположенными параллельно друг другу, при этом секции соединены друг с другом свободными сторонами упомянутых четырехугольников, что обеспечивает поворот и направление прибрежных течений в акваторию бухт.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена карта течений Черного моря бухты; на фиг.2 - карта бухты, например карта побережья Геленджикской бухты; на фиг.3 - устройство для очистки вод акваторий бухт в виде блока из шести трубопроводов, смонтированных в три ряда, общий вид; на фиг.4 - вид А на фиг.3(М1:2); на фиг.5 - один из трубопроводов устройства для очистки вод акваторий бухт; на фиг.6 - сечение Б-Б на фиг.5; на фиг.7 - полоса с размеченными прямыми линиями сгиба и линиями обрезки кромок четырехугольника; на фиг.8 - полоса после обрезки кромок четырехугольников; на фиг.9 - полоса после обрезки кромок четырехугольников, согнутая по прямым линиям сгиба; фиг.10 - аксонометрическая проекция полосы, свернутой в кольцо (в виде кругового сектора - секцию); на фиг.11 - устройство для очистки вод акваторий бухт в виде блока из восьми трубопроводов, смонтированных в один ряд, общий вид; на фиг.12 - карта бухты с смонтированным на пути потока прибрежных течений предлагаемого устройства для очистки вод акваторий бухт из трубопроводов, смонтированных в один ряд.

Из карты течений, например Черного моря (фиг.1), видно что вдоль берегов моря существуют поверхностные течения, движущиеся вдоль берегов с сравнительно большой скоростью, достаточной для очистки прибрежных вод от мусора и различных загрязнений. Однако если побережье моря имеет углубленные бухты, например, как Геленджикская бухта (фиг.2), то поверхностные течения, в том числе и глубинные, вдоль побережья транзитом проходят мимо бухт и лишь незначительная часть таких течений проникает внутрь таких глубоких бухт побережья морей. Кроме того, в отдельных прибрежных участках моря в населенных пунктах, например, как в Анапе, были построены дамбы, которые перекрыли доступ в них течений моря, и в результате в прибрежных водах таких городов созданы зоны застоя вод акватрий бухт, что ухудшает экологическую обстановку в таких искуственно созданных бухтах, а также естественных, как на фиг.2.

Предлагаемое устройство для очистки вод бухт (фиг.3, фиг.4) выполнено в виде блока 1 из одного и более изогнутых под углом винтовых трубопроводов 2, соединенных между собой боковыми сторонами известными способам, например смонтированных в одном блоке 1, залитом по периметру бетонном в виде, например, пирамиды 3 по всей длине винтового трубопровода 2. Угол сгиба винтовых трубопроводов устройства определяется геометрией устья залива, бухты, а точнее углом между направлением прибрежнего течения моря и касательной к берегу устья бухты, залива, на фиг.2, например, угол β≈60°. Границы блока 1 показаны утолщенными линиями с двумя точками на фиг.3 и фиг.4.

Винтовой трубопровод 2 выполнен изогнутым под углом от 45° до 170°, например на фиг.5, фиг.6 под углом 90° в виде части тора (кругового кольца) с многогранной винтовой поверхностью по его внутреннему и наружному периметру, и может быть изготовлен из секций 4 (одна из секций на фиг.5 выделена сплошными утолщенными линиями), соединенными между собой известными методами, например сваркой клейкой и т.п., с образованием по наружной и внутренней поверхностях винтовых линий (на фиг.5 одна из винтовых линий показана утолщенной линией 5-6-7-8-9-10-11-12-13) и винтовых поверхностей многоугольной формы в виде различных геометрических фигур с четырьмя и более боковыми сторонами, например, прямоугольник, трапеция, ромб и т.п., в виде (фиг.6) карманов наружной поверхности 14, 15, 16, 17, 18, 19 и карманов внутренней поверхности 20, 21, 22, 23, 24, 25. Каждая из секций 4 изготовлена в виде кругового сектора (фиг.5, фиг.6) и смонтирована из полосы 26 (фиг.7) на которой размечены прямоугольники, по диагоналям которых расположены линии сгиба, проходящие через точки 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50 на расстояниях друг от друга, равных длине стороны геометрической фигуры, например как на фиг.6 и фиг.7 на расстоянии L₁, L₂, L₃. Линии сгиба полосы 26 показаны на фиг.7 утолщенной линией. На полосе 26 размечены также линии обрезки 51 кромок полосы 26, показанных на фиг.7 штрихпунктирной линией с двумя точками. После разметки по линии обрезки кромок 51 участки полосы 26 (на фиг.7 эти участки полосы 26 заштрихованы) отрезаются, и полоса 26 приобретает вид, показанный на фиг.8, у которой линии сгиба полосы 26 разные по длине L₄, L₅, L₇, L₈, L₉, L₁₀, L₁₁, L₁₂, L₁₃, L₁₄, L₁₅, L₁₆. L₁₇, L₁₈, L₁₉, L₂₀, L₂₁, L₂₂, L₂₃, L₂₄, L₂₅, L₂₆, L₂₇.

Полоса 26 (фиг.8) после обрезки кромок прямоугольников по линии обрезки 51 сгибается по прямым линиям - линиям сгиба 27-50 (фиг.7, фиг.9), размещенным под углом α к кромкам полосы 26 с образованием разных по размерам четырехугольников с двумя параллельными сторонами - т.е. по диагоналям, проходящим через точки 27-50 прямоугольников (фиг.7), параллельных друг другу, и затем сворачивается в кольцо 52 с многогранной поверхность, как показано на фиг.10. Поперечные кромки кромки 53 и 54 полосы 26 (фиг.7, фиг.8, фиг.9) после сворачивания в кольцо 52 соединяются известными методами, например сваркой, пайкой и т.д. с образованием секции 4 в виде кругового сектора (фиг.5, фиг.8).

Таким образом, винтовой трубопровод 2 (фиг.5, фиг.6) выполнен по периметру в виде многозаходной винтовой поверхности с винтовыми линиями, изменяющимся по диаметру винтового трубопровода 2 шагом по его периметру, одна из винтовых линий показана на фиг.5 утолщенной линией 5-6-7-8-9-10-11-12-13 и винтовыми канавками внутри и снаружи винтового трубопровода 2 в виде карманов многоугольной формы, под углом к оси винтового трубопровода 2. На фиг.5 показано, что по наружному диаметру D винтового трубопровода 2 шаг винтовых линий S₁ больше шага винтовых линий S₁ по внутреннему диаметру d винтового трубопровода 2.

Винтовой трубопровод 2 (фиг.5, фиг.6) с криволинейной винтовой поверхностью по его внутреннему и наружному периметру с образованием карманов многоугольной формы с изменяющимся по диаметру корпуса шагом может быть изготовлен и другими способами.

Один или более изогнутых трубопроводов 2 соединяют между собой боковыми сторонами известными способами в один блок. На фиг.3, фиг.4 показан блок 1 из шести соединенных между собой винтовых трубопроводов 2 в три ряда и залитых бетоном. Конструкция блока 1 залитого бетоном показана на фиг.3 и фиг.4 утолщенными линиями с двумя точками. На фиг.11 показан блок 1 из восьми трубопроводов 2, смонтированных в один ряд и соединенных между собой боковыми сторонами известными способами и залитыми бетоном, т.е. выполненными в виде широкой плиты. Такие блоки можно устанавливать в бухты, где достаточно большая ширина входа в бухту. Они будут занимать не более 1.5% входа в бухту и не препятствуют судоходству. Расчеты показывают, что для очистки воды вдоль берегов Геленджикской бухты достаточно на пути движения потоков течений смонтировать блок 1 из восьми трубопроводов 2 в один ряд. Примерная схема расчета прилагается.

На фиг.12 представлена карта бухты со смонтированным на пути прибрежных течений предлагаемым устройством для очистки вод акваторий бухт и заливов с указанием направления движения потоков воды прибрежных течений моря внутрь бухты. Такие блоки можно устанавливать в бухты, где достаточно большая ширина входа в бухту, например в Геленджикской бухте ширина входа 1800 м.

Технико-экономические преимущества возникают за счет поворота и направления потоков прибрежных течений в акваторию бухт и заливов с помощью предлагаемого устройства, включающего блок из одного и более изогнутых винтовых трубопроводов, соединенных между собой боковыми сторонами известными способами, который закреплен на пути потока прибрежных течений, изменяет направление части потоков воды прибрежных течений и направляет их в акваторию бухт и заливов со скоростью, равной скорости прибрежных течений, что, усиливает циркуляцию воды, положительно сказывается на экологическом состоянии бухт и заливов, выводит накопленные загрязнения, мусор, наносы и плавающие включения в открытое море.

Приложение

Методика расчета устройств для очистки вод акваторий бухт и заливов

Предлагается методика для расчета основных параметров при проектировании и изготовлении устройства для очистки вод акваторий бухт и заливов.

1. Угол сгиба трубопроводов устройства определяется геометрией устья залива, бухты, а точнее углом между направлением прибрежнего течения моря и касательной к берегу устья бухты, залива, на фиг.2, например угол β≈60°.

2. Длина побережья бухты равна 12000 м. При средней глубине 2 м и ширине полосы воды вдоль берега бухты 30 м объем воды вдоль всего побережья Геленджикской бухты W≈L×B×H=12000×30×2≈720000 м³.

Ширина входа в Геленджикскую бухту 1800 м.

(Лотышев И.П. География Кубани. Энциклопедический словарь. Майкоп, 2008).

Для создания благоприятной экологически чистой среды в акватории Геленджикской бухты необходимо обеспечить замену этого объема воды в течение заданного времени T, например T≈240 часа.

Скорость прибрежнего течения в районе Геленджикской бухты V=40 см/с=2400 см/мин=2,4 м/мин (Геленджик и его окрестности. Краснодар, 1964: Колесникова А.А., Казицин В.В., Щеглов Д.Е., Геленджик. Справочник-путеводитель, 2 изд. Краснодар, 1969.).

Таким образом, расход воды через винтовые трубопроводы устройства равен

При скорости течения V≈2,4 м/мин площадь проходного сечения предлагаемого устройства для очистки вод акваторий бухт и заливов равна

.

Поэтому для мелководной бухты, такой как Геленджикская, блок устройств для очистки вод акваторий бухт и заливов монтируется из восьми винтовых трубопроводов, изогнутых под углом β≈60°, соединенных друг с другом своими боковыми сторонами в один ряд.

Площадь проходного сечения одного винтового трубопровода будет составлять S₁=2.6 м², а значит диаметр одного трубопровода . Тогда ориентировочно поперечное сечение блока (показано на фиг.11) по ширине будет составлять 18 м, по толщине 2 м.

Изобретение относится к гидротехнике. Устройство включает блок из одного и более изогнутых винтовых трубопроводов, соединенных между собой боковыми сторонами и смонтированных в одном блоке. Блок закреплен на пути потока прибрежных течений для изменения направления части потоков воды, увеличения их скорости и введения этих потоков в акваторию бухт. Каждый винтовой трубопровод выполнен изогнутым под углом от 45° до 170° с многозаходной винтовой поверхностью, снабженной винтовыми канавками внутри и снаружи винтового трубопровода под углом к его оси в виде карманов многоугольной формы в форме различных геометрических фигур с четырьмя и более боковыми сторонами. Расстояние между прямыми линиями сгиба равно длине каждого элемента многоугольника. Карманы по внутренней и наружной поверхностям могут отличаться как по форме, так и по размерам по периметру винтового трубопровода. Трубопровод смонтирован из секций, каждая из которых выполнена в виде кругового сектора, изготовленного из полосы, свернутой в кольцо, с многогранной поверхностью и образованием разных по размерам четырехугольников с двумя параллельными сторонами, расположенными параллельно друг другу. При этом секции соединены друг с другом свободными сторонами упомянутых четырехугольников в виде пустотелого винтового трубопровода. Обеспечивается эффективная очистка застойных и загрязненных вод акваторий бухт за счет создания внутри их постоянной циркуляции чистой морской воды. 12 ил.

Устройство для очистки вод акваторий бухт, включающее блок из одного и более изогнутых винтовых трубопроводов, соединенных между собой боковыми сторонами и смонтированных в одном блоке, который закреплен на пути потока прибрежных течений для изменения направления части потоков воды, увеличения их скорости и введения этих потоков в акваторию бухт, при этом каждый винтовой трубопровод выполнен изогнутым под углом от 45° до 170° с многозаходной винтовой поверхностью, снабженной винтовыми канавками внутри и снаружи винтового трубопровода под углом к его оси в виде карманов многоугольной формы в форме различных геометрических фигур с четырьмя и более боковыми сторонами, причем расстояние между прямыми линиями сгиба равно длине каждого элемента многоугольника, при этом карманы по внутренней и наружной поверхностям могут отличаться как по форме, так и размерам по периметру винтового трубопровода, смонтирован из секций, каждая из которых выполнена в виде кругового сектора, изготовленного из полосы свернутой в кольцо с многогранной поверхностью и образованием разных по размерам четырехугольников с двумя параллельными сторонами, расположенными параллельно друг другу, при этом секции соединены друг с другом свободными сторонами упомянутых четырехугольников в виде пустотелого винтового трубопровода.