ВОДОЗАБОРНОЕ ОЧИСТИТЕЛЬНОЕ СООРУЖЕНИЕ Российский патент 2014 года по МПК E02B8/02 

Изобретение относится к гидротехнике, а именно к сооружениям для комплексной очистки воды от влекомых и части взвешенных наносов при водозаборе в каналы, трубы и аванкамеры насосных станций.

Известно рыбозащитное устройство, включающее цилиндрическую в плане камеру с отводящим водоводом, в которой концентрично установлена кольцевая стенка с сетчатой верхней частью, подводящий водовод, размещенный касательно к внутренней поверхности стенки, и рыбоотвод, подключенный к центу камеры, причем рыбозащитная кольцевая стенка имеет ломаное очертание, образованное поочередно расположенными и спиралеобразными участками (Авторское свидетельство СССР №1011775, кл. E02B 8/02, 1980).

К недостаткам известного устройства относятся: образование в районах сопряжения 4 и спиралеобразных 5 участков стенки 3 застойных непромываемых участков для скопления примесей, где возможны донные отложения, нарушающих функционирование устройства; травмирование в результате соударения и соприкосновении с механическими примесями и сором - молоди рыб при направлении ее к центральному отверстию в дне камеры 1 и транспортировке ее по рыбоотводу 7; непредусмотренность постоянной или периодической очистки верхней сетчатой части кольцевой стенки 3; постоянные затраты энергии для отвода молоди рыб обратно в водоисточник.

Наиболее близким к предлагаемому по назначению, технической сущности и достигаемому результату является отстойник, включающий служащую для сбора наносов приемную отстойную камеру, имеющую наклонное дно, перегородку с окном в нижней части, делящей камеру на две секции и сбросной коллектор (Авторское свидетельство СССР №1350242, кл. E02B 8/02, 1985).

Недостатки известного устройства: периодическая подача воды потребителю по отводящему патрубку 15, которая периодически прерывается на время промывки отстойника посредством задействования восходящей 7 и нисходящей 9 ветви сифона 8. В результате в трубопроводах с чистой водой создаются воздушные пробки, снижающие эффективность в работе известного устройства и тем самым затрудняющие водоснабжение; завал выходного отверстия восходящей ветви 7 сифона 8 скопленными наносами в конусной части отстойника у окна 5 и естественная кольматация их, что может препятствовать включению в работу сифона 8 (во-первых) и привести к недостаточности всасывающего усилия сифона 8 для поднятия наносной массы на всю высоту восходящей ветви 7 сифона 8, т.е. на высоту от входного отверстия сифона 8 вплоть до капора 10.

Известны также, например, гидроциклоны и пескогравиеловки по авторским свидетельствам СССР №184187, 367895, 544473, 816558, 823647, 882942, 886998, 1065525, 13330254, 1392188, 1456234, 1546547.

Однако известные устройства сложны, обусловленные многочисленными элементами, не практичными в изготовлении, что не позволяет обеспечить надежную продолжительную работу устройств в ходе их эксплуатации.

Цель изобретения - повышение эффективности непрерывной очистки воды от донных и взвешенных наносов.

Поставленная цель достигается тем, что в водозаборном очистительном сооружении, включающем служащую для сбора наносов приемную отстойную камеру, имеющую наклонное дно, перегородку с окном в нижней части, делящей камеру на две секции и сбросной коллектор, отстойная приемная камера по ширине снабжена струенаправляющими стенками, установленными по высоте относительно друг друга со смещением по отношению к перегородке, закрепленными со стороны второй секции камеры, в дне которой за перегородкой выполнена Т-образная стенка в виде порога и имеет дополнительную по ширине отстойную камеру с отводящим водоводом, причем козырек стенки установлен горизонтально от своего основания одним концом в сторону перегородки, а другим - в сторону дополнительной отстойной камеры.

Кроме того, перегородка со стороны секции камеры снабжена криволинейным козырьком в верхней части и имеет щелевое отверстие выше козырька.

При этом с целью повышения эффективности регулирования путем уменьшения поступления взвешенных наносов в дополнительную отстойную камеру, со стороны отводящего водовода установлена вертикальная стенка с возможностью вертикального перемещения и горизонтального перпендикулярного порогу перемещения.

Притом в нижних частях дна отстойной камеры расположены выходные промывные отверстия.

При этом дно дополнительной отстойной камеры имеет наклон в сторону промывного отверстия, выполненного в приямке камеры, совпадающего с отметкой дна второй секции камеры.

Такая взаимосвязь и взаимозависимость основных элементов водозаборного очистительного сооружения позволит потоку, обогащенному наносами, за счет того, что песок, гравий и взвешенные наносы направляются вначале в приемную отстойную камеру с перегородкой и направляются в промывное отверстие посредством воздействия на них Т-образной стенки с горизонтальным козырьком и струенаправляющими горизонтальными стенками по высоте второй секции камеры, также гасят кинетическую энергию потока. Кроме того, наличие дополнительной отстойной камеры с обратным уклоном в сторону ее промывного отверстия с вертикальной стенкой, установленной с возможностью вертикального перемещения и горизонтального перпендикулярного порогу перемещения, образует перед вертикальной стенкой основной приемной отстойной камеры подпор, когда вода поступает в отводящий водовод, то поверхность воды успокаивается, распределение скоростей потока по ширине отстойника может принимать равномерным, и наносы быстрее выпадают на дно обеих камер и не увлекаются в отводящий водовод и далее потребителю. Таким образом, повышается качество очищаемой воды за счет эффекта успокоения воды в зонах между стенками основной и дополнительной камер. По сравнению с прототипом предложенное водозаборное очистительное сооружение работает в режиме непрерывной подачи осветленной воды потребителю. Экономическая эффективность предлагаемого сооружения заключается в объединении в одном техническом цикле задач оптимального водозабора и эффективной двухэтапной очистки воды от наносов.

На чертеже изображено водозаборное очистительное сооружение, общий вид.

Водозаборное очистительное сооружение включает приемную отстойную камеру 1 и дополнительную отстойную камеру 2 между подводящим 3 и отводящим 4 участками водовода. Основная приемная отстойная камера 1 для сбора наносов с наклонным дном снабжена перегородкой 5, делящей ее на две секции 6 и 7, связанные окном 8, выполненным в нижней части перегородки 5, и имеет промывное отверстие 9 с коллектором 10. Струенаправляющее устройство 11 выполнено в виде горизонтальных стенок, установленных по высоте относительно друг друга со смещением к перегородке 5 (стенки могут изготавливаться из любого материала и могут менять угол наклона, перекрывая просветы между стенками через шарнир при помощи тяги, на чертеже не показано). При этом секция стенок струенаправляющего устройства закреплена с внешней стороны второй секции 7 камеры, а с внутренней стороны закреплен криволинейный козырек 12, выше его в перегородке 5 выполнено щелевое отверстие 13. Вертикальная Т-образная стенка 14 с горизонтальным козырьком 15, один конец которого направлен в сторону перегородки 5, а другой - в сторону камеры 2, расположена за перегородкой 5, и закреплена к дну приямка 16, 20. Стенка 17 расположена перед порогом 18 отводящего водовода 4.

Вертикальная Т-образная стенка 14 и порог 18 образуют дополнительную отстойную камеру 2, зону спокойного состояния воды. Вертикальная стенка 17 установлена параллельно порогу 18 с возможностью вертикального перемещения и горизонтального перпендикулярного порогу 18 перемещения. Позицией 19 обозначен канал между порогом и стенкой 17. Дно дополнительной отстойной камеры 2 выполнено с уклоном в сторону приямка 20, стенки которого устраиваются под углом α₁=45-60°, а дну отстойной камеры придается уклон α₂ не менее 0,05, что вызвано наличием приямка 20, причем дно приямка 20 совпадает с отметкой дна второй секции 7 камеры.

Водозаборное очистительное сооружение работает следующим образом.

Вода вместе с наносами из подводящего участка водовода 3 поступает в секцию 6, заполняет секцию 7, и наносы сосредотачиваются у промывного отверстия 9 и перемещаются в коллектор 10, а основной поток воды поступает через щели струенаправляющего устройства 11, щелевое отверстие 13 и Т-образную стенку 14 в дополнительную отстойную камеру 2. В результате возникающего обтекания и подпора со стороны передвижной стенки 17 перед порогом 18 отводящего водовода 4 происходит подъем воды, что дает возможность более крупным и мелким наносам осесть на дно камер ближе к наносопромывным отверстиям 9 и 21, соответственно, с коллекторами 10 и 22, а также за счет энергии потока и уклона - в сторону промывного отверстия, осуществляя при этом восстановление распределения скоростей потока по ширине дополнительной отстойной камеры 2 равномерным, т.е. установившийся режим. Это эффективно может влиять на выпадение песка и гравия как перед Т-образной стенкой 14 секции 7, так и в приямке 20 камеры 2. Осевшие более мелкие наносы в дополнительной отстойной камере 2 смещаются по наклонному дну в сторону приямка 20 промывного отверстия 21. Очищенная вода проходит в канал 19, между стенкой 17 и порогом 18, из которого по отводящему водоводу 4 чистая вода поступает потребителю. Для более точного достижения требуемого режима стенку 17 перемещают в вертикальном направлении, причем стенку можно удалить или приближать к порогу (на чертеже показано пунктиром).

Следует отметить, что из большого числа методов технологического расчета отстойных камер и предложенных для этого расчетных формул прогрессивными являются лишь те из них, которые позволяют наиболее полно учитывать действительные условия осаждения и взаимосвязь между основными расчетными параметрами. Этому требованию удовлетворяет предложение изобретение, необходимое для получения требуемого положительного эффекта наносотранспортирующих потоков, и скорость осаждения тех частиц, которые должны задерживаться в отстойных камерах с постоянной их промывкой. В общем виде такая связь выражается известным уравнением Т=Н/(u₀ - ω), где Т - продолжительность отстаивания; Н - принятая рабочая глубина проточной части отстойника; u₀ - наименьшая скорость осаждения задерживаемых частиц в воде, находящихся в состоянии покоя; ω - добавочное сопротивление, испытываемое оседающей частицей при движении воды в очистной камере. Если в основной отстойной камере, разделенной на две секции, получены относительно большие скорости движения воды, тогда как за Т-образной стенкой в дополнительной отстойной камере 2 средняя скорость обычно не превышает 0,01 м/с, хотя это и может привести к некоторым показателям между расчетными и фактическими в работе сооружения, зависящие от действительных условий процесса отстаивания таких потоков, но благодаря ограничениям элементов, образующих лабиринтные перегородки и перекрытие рабочего уровня, и при необходимости может регулироваться, наличие обратного донного течения потока перед порогом отводящего водовода 4 снижает поверхностный характер движения очищенной воды к потребителю, улучшая гидравлические условия работы отводящего водовода 4 к потребителю. Поэтому для улучшения гидродинамических условий работы предложенного изобретения создана конструкция водозаборного очистительного сооружения впуска наносонасыщенного потока и выпуска осветленной воды к потребителю. При этих условиях происходит взмучивание с повышенной концентрацией взвешенных наносов, и повторное их осаждение взмученного осадка происходит намного быстрее и полнее, чем в известном устройстве.

Кроме того, повторное осаждение взвешенных мелких наносов частично происходит перед Т-образной стенкой, а другая часть их - в дополнительной отстойной камере 2 с приямком 20.

При правильном выбранном соотношении между параметрами предложенных элементов сооружения обеспечивается качество очищенной воды к потребителю, что зависит от гидравлической нагрузки в каждой секции сооружения. Изобретение по существу представляет собой двухэтапную очистку от наносов, способную удалять выпавшие наносы при постоянной их промывке из двух приямков.

За счет последовательного действия все наносы концентрируются в зоне промывных отверстий 9 и 21 камер и в дальнейшем увлекаются в коллектор 10 и 22, а отстойные камеры освобождаются от наносов, чем предотвращается заиление и кольматация ими отстойных камер.

Близость форм каждого приямка 16 и 20 и траектории частиц наносов к Т-образной стенке 14 и обратный уклон дна камеры 2 приводит к возрастанию влияния всасывающего эффекта к промывным отверстиям 9 и 21, а очищенная вода через нижнюю кромку передвижной стенки 17 поступает в канал 19 и далее в отводящий водовод 4.

Экономическая эффективность от применения предложенного водозаборного очистительно сооружения заключается в объединении в одном технологическом цикле задач оптимального водозабора и эффективной двухэтапной очистки воды от наносов.

Изобретение относится к гидротехнике, а именно к сооружениям для комплексной очистки воды от влекомых и части взвешенных наносов при водозаборе в каналы, трубопроводы и аванкамеры насосных станций. Водозаборное очистительное сооружение включает приемную отстойную камеру 1 и дополнительную отстойную камеру 2 между подводящим 3 и отводящим 4 водоводами. Приемная отстойная камера 1 для сбора наносов выполнена с наклонным дном и разделена вертикальной перегородкой 5 на две секции 6 и 7, связанные окном 8. Окно 8 выполнено в нижней части перегородки 5. Камера 1 имеет промывное отверстие 9 с коллектором 10. Вторая секция 7 камеры для сбора наносов снабжена в конце наклонного дна вертикальной Т-образной стенкой 14 с горизонтальным козырьком 15. Стенка 14 закреплена к дну приямка 16, 20. Козырек 15 одним концом установлен в сторону перегородки 5, а другим - в сторону дополнительной отстойной камеры 2. Отстойная приемная камера 1 по ширине снабжена струенаправляющими горизонтальными стенками 11, установленными по высоте относительно друг друга со смещением по отношению к перегородке 5. Струенаправляющие стенки 11 закреплены со стороны второй секции 7 камеры 1. Между вертикальной Т-образной стенкой 14, стенкой 17 и порогом 18 отводящего участка водовода 4 размещена дополнительная отстойная камера 2. Дно камеры 2 выполнено с уклоном в сторону приямка 20 с промывным отверстием 21 с коллектором 22. Перегородка 5 с внутренней стороны в верхней своей части снабжена криволинейным козырьком 12 с щелевым отверстием 13. При работе сооружения вода, содержащая наносы, поступает в приемную отстойную камеру 1, где замедляется, и наносы концентрируются у нижней части секции 7, а частичные возможно взвешенные наносы поступают по наклонному дну камеры 2 и затягиваются в приямок 20 у промывного отверстия 21 с коллектором 22. Повышается эффективность непрерывной очистки воды от донных и взвешенных наносов, а также обеспечивается возможность регулирования гидравлической структуры потока в дополнительной отстойной камере. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Водозаборное очистительное сооружение, включающее служащую для сбора наносов приемную отстойную камеру, имеющую наклонное дно, перегородку с окном в нижней части, делящую камеру на две секции, и сбросной коллектор, отличающееся тем, что с целью повышения эффективности непрерывной очистки воды от донных и взвешенных наносов отстойная приемная камера по ширине снабжена струенаправляющими горизонтальными стенками, установленными по высоте относительно друг друга со смещением по отношению к перегородке, закрепленными со стороны второй секции камеры, в дне которой за перегородкой выполнена Т-образная стенка в виде порога и имеет дополнительную по ширине отстойную камеру с отводящим водоводом, причем козырек стенки установлен горизонтально от своего основания одним концом в сторону перегородки, а другим - в сторону дополнительной отстойной камеры.

2. Водозаборное очистительное сооружение по п.1, отличающееся тем, что перегородка со стороны секции камеры снабжена криволинейным козырьком в верхней части и имеет щелевое отверстие выше козырька.

3. Водозаборное очистительное сооружение по п.1, отличающееся тем, что с целью повышения эффективности регулирования путем уменьшения поступления взвешенных наносов в дополнительную отстойную камеру со стороны отводящего водовода установлена вертикальная стенка с возможностью вертикального перемещения и горизонтального перпендикулярного порогу перемещения.

4. Водозаборное очистительное сооружение по п.1, отличающееся тем, что в нижних частях дна отстойной камеры расположены выходные промывные отверстия.

5. Водозаборное очистительное сооружение по п.1 или 4, отличающееся тем, что дно дополнительной отстойной камеры имеет наклон в сторону промывного отверстия, выполненного в приямке камеры, совпадающего с отметкой дна второй секции камеры.