СПОСОБ АЭРАЦИИ ВОДОЕМА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2013 года по МПК C02F7/00 

Изобретение относится к обеспечению охраны водной среды и может быть использовано при обогащении кислородом воздуха естественных и искусственных водоемов, в частности, застойных зон при очистке бытовых и производственных сточных вод в биологических прудах.

Известны аэраторы для сточных вод, в которых смешивание воды и воздуха производится с применением механических устройств с приводом от промышленных источников энергии (Б.М. Худенко. Аэраторы для очистки сточных вод. Стройиздат.1973 г. - 112 стр.). Недостаток известных механических аэраторов заключается в их большой энергоемкости и металлоемкости, так как используется энергия от промышленных источников и производятся ее многократные преобразования прежде чем совершается полезное действие.

Известен передвижной плавающий аэратор (SU 2082683, опубл. 27.06.1997 г.), в котором используется энергия ветра. Но для совершения полезного действия в этом аэраторе энергию ветра преобразовывают в механическую энергию дополнительных устройств. Это снижает кпд и делает аэраторы металлоемкими. Кроме того недостатками является необходимость ориентации этих аэраторов навстречу ветру.

Задачей изобретения является обеспечение работы аэратора без специальных действий по ориентации навстречу ветру и без преобразования энергии ветра в другие виды энергии.

Технический результат достигается тем, что в способе аэрации, включающем забор воды из водоема, формирование потока воды, забор воздуха из атмосферы, перемешивание воды м воздуха, сброс насыщенной воздухом воды в водоем, согласно изобретению, поток атмосферного ветра улавливают конфузорами и направляют в смеситель, где воздух смешивается с водой, поступающей из глубины водоема, а водовоздушную смесь выдают из смесителя и сбрасывают в водоем ветряным струйным насосом.

Пример аэрации водоема

Аэрацию воды производят следующим образом. В водоеме размещают и фиксируют якорем поплавок с установленными на нем венцом конфузорами и соответствующими им смесительными трубами с ветряными струйными насосами. Каждый конфузор соединен со своей смесительной трубой, опущенной в воду и имеющей внизу входное отверстие с клапаном, например шариковым, а на верхнем выходе ветряной струйный насос. С помощью конфузора принимают атмосферный ветер и направляют поток воздуха через воздушную трубу в смесительную трубу.

Сначала посредством ветряного струйного насоса и скоростного напора, сформированного конфузорами, освобождают от воды воздушные трубы. Это обеспечивается за счет того, что гидравлическое сопротивление воздушных труб принимают меньше, чем гидравлическое сопротивление входа воды из водоема в смесительную трубу через клапан. При этом суммарный перепад давления на столб воды в воздушной трубе, включающий скоростной напор воздушого потока в конфузоре и вакуум ветряного струйного насоса, превышает высоту столба воды в воздушной трубе. Заполнение смесительной трубы воздухом резко снижает гидростатическое давление воды сверху на шарик клапана в смесителе и поэтому гидростатическое давление водоема открывает клапан, приподнимая шарик вверх. В дальнейшем устанавливается устойчивый процесс поступления воды и воздуха в смеситель.

Подачу воды регулируют диаметром приемного отверстия в клапане смесителя, а подачу воздуха в смеситель соотношением диаметров воздушной трубы и трубы смесителя. Такой режим движения обеспечивает интенсивное струйное перемешивание воды и воздуха и надежный вынос смеси на дневную поверхность.

При появлении атмосферного ветра поток воздуха устремляется в один или два конфузора независимо от направления движения ветра. При этом клапан на входном отверстии смесительной трубы закрыт, а ветряной струйный насос перемещает в водоем. воду из воздушной трубы конфузора. Когда заканчивают процесс опорожнения воздушной трубы и верхней части смесительной трубы от воды, гидростатическое давление водоема поднимает шарик над приемным отверстием клапана и этим открывает клапан. При этом вода из глубинных слоев водоема устремляется в смеситель. С помощью воздушной струи, истекающей в смесительную трубу, обеспечивают струйное перемешивание воды и воздуха, насыщая воду кислородом. Ветряным струйным насосом выдают водовоздушную смесь из смесительной трубы в атмосферу, а затем она стекает в водоем.

Таким образом производят аэрацию воды за счет энергии атмосферного ветра без затрат энергии от промышленных источников.

Устройство для аэрации воды в водоеме

Известны механичкские аэраторы (Б.М. Худенко. Аэраторы для очистки сточных вод. Стройиздат, 1973 г. - 112 стр.). Недостаток известных механических аэраторов заключается в их большой энергоемкости и металлоемкости, так как используется энергия от промышленных источников и ее многократные преобразования в другие виды энергий прежде чем совершается полезное действие.

Известен передвижной плавающий аэратор (SU 2082683, опубл. 27.061997 г.)., в котором используется энергия атмосферного ветра. Но для совершения полезного действия ее преобразовывают в механическую энергию дополнительных устройств. Это делает аэратор металлоемким и энергоемким. К тому же аэратор необходимо постоянно ориентировать навстречу атмосферном ветру.

Задача изобретения обеспечить аэрацию только за счет энергии ветра и без трудовых затрат на ориентацию навстречу ветру, без преобразования энергии ветра в другие виды энергии.

Технический результат достигается тем, что нагнетатель воздуха выполнен в форме конфузоров, улавливающих атмосферный ветер и направляющих поток воздуха в смесительную трубу, размещенную в водоеме и ориентированную вверх с возможностью притока воды в нее из водоема в направлении, совпадающем с направлением движения воздуха в этой же трубе. Причем верхний торец этой смесительной трубы снабжен ветряным струйным насосом. Конфузоры для улавливания ветра устанавливаются венцом на поплавке. У каждого конфузора имеется своя труба для прохода воздуха в камеру смешения. Выход воздушной трубы размещен в трубе, выполняющей роль смесителя для струйного перемешивания воды и воздуха. В смесителе обеспечен свободный приток воды из глубины водоема. Выход из смесителя оснащен ветряным струйным насосом

Устройство для аэрации воды в водоеме изображено на прилагаемом к описанию чертеже.

Устройство смонтировано на заякоренном поплавке 1 и содержит конфузоры 2, установленные венцом по окружности на поплавке. Воздушная труба 3 конфузора 2 входит в трубу-смеситель 4. Выход воздушной трубы 3 размещен в трубе-смесителе 4 с возможностью поступления воды из глубины водоема в смеситель 4. Труба-смеситель 4 имеет крепеж на трубе 3. Труба 4 на нижнем конце имеет входное отверстие 6 с клапаном, например, шариковым 7. На верхнем конце трубы-смесителя 4 смонтирован ветряной струйный вакуумный насос 5, выполненный в виде конфузора с направляющей трубой, вмещающей выход из смесителя 4.

Устройство для аэрации воды в водоеме работает следующим образом. Поплавок 1 со смонтированными на нем конфузорами 2 выводят в акваторию водоема, заякоривают в нужном месте. На этом подготовка устройства для аэрации воды заканчивается.

Запуск и работа аэратора производится в автоматическом режиме. С какой бы стороны ни перемещался поток атмосферного воздуха он в обязательном порядке улавливается одним из конфузоров 2. В конфузорах 2 скорость движения воздуха усиливается. Одновременно ветряной струйный насос создает над выходом из смесителя вакуум. В воздушных трубах 3 формируется избыточное давление под действием скоростного напора атмосферного воздуха. Поэтому вода и воздух из воздушной трубы 3 выталкиваются в смеситель 4. В смесителе 4 из-за появления воздуха гидростатическое давление на шарик клапана становится меньше, чем гидростатическое давление на шарик клапана со стороны водоема. Поэтому клапан открывается и вода из водоема поступает в смеситель. Устанавливается устойчивый процесс смешения воды с воздухом и выдачи водовоздушной смеси на дневную поверхность ветряным насосом 5 в совокупности со скоростным напором, сформированным конфузорами..

Таким образом, происходит аэрация воды в водоеме без использования промышленных источников энергии за счет энергии окружающей среды, а именно, за счет нагнетания атмосферного воздуха конфузорами в смесительную трубу, струйного перемешивания его с водой и работе ветряного струйного насоса по выдаче водовоздушной смеси из смесителя в водоем.

Изобретение может быть использовано при очистке бытовых и промышленных сточных вод в биологических прудах. Способ аэрации водоемов включает нагнетание атмосферного воздуха в воду за счет скоростного напора атмосферного ветра. В смесительной трубе (4), размещенной в водоеме, организуют струйное перемешивание воды и атмосферного воздуха. Получают водовоздушную смесь, которую посредством ветряного струйного насоса (5) выдают на дневную поверхность. Устройство для аэрации водоемов содержит расположенные венцом на поплавке (1) конфузоры (2). Конфузоры (2) направляют поток воздуха через воздушную трубу (3) в смесительную трубу (4), размещенную в водоеме. Смесительная труба (4) ориентирована вверх с возможностью притока воды в нее в направлении, совпадающем с направлением движения воздуха в ней. Изобретение позволяет производить аэрацию воды за счет энергии окружающей среды, а именно за счет энергии скоростного напора атмосферного ветра. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ аэрации водоемов, включающий смешивание атмосферного
воздуха с водой, отличающийся тем, что в воду нагнетают атмосферный воздух за счет скоростного напора атмосферного ветра с организацией струйного перемешивания воды и воздуха в смесительной трубе, размещенной в водоеме, и выдают водовоздушную смесь на дневную поверхность посредством ветряного струйного насоса.

2. Устройство для аэрации водоемов, содержащее нагнетатель воздуха и смеситель воздуха с водой, отличающееся тем, что нагнетатель воздуха выполнен в форме конфузоров, принимающих атмосферный ветер, расположенных венцом на поплавке и направляющих поток воздуха через воздушную трубу в смесительную трубу, размещенную в водоеме, ориентированную вверх, с возможностью притока воды в нее в направлении, совпадающем с направлением движения воздуха в ней, и выдачи на дневную поверхность водовоздушной смеси ветряным струйным насосом.