УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОД АКВАТОРИЙ БУХТ И ЗАЛИВОВ Российский патент 2014 года по МПК E02B3/02 E02B15/00 

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 и заливов 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 в устройстве для очистки вод акваторий бухт и заливов, включающем блок из одного и более изогнутых трубопроводов с волнообразной формой проходного сечения, 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, заливов, при этом каждый трубопровод с волнообразной формой проходного сечения выполнен изогнутым под углом от 30° до 180° и более с изменяющимся по диаметру трубопровода с волнообразной формой проходного сечения шагом винтовых линий по наружному периметру и с волнообразной винтовой поверхностью по внутреннему периметру в виде карманов волнообразной формы, при этом трубопровод с волнообразной формой проходного сечения смонтирован из секций с волнообразной многозаходной винтовой поверхностью двоякой кривизны, снабженной винтовыми канавками внутри и наружи трубопровода с волнообразной формой проходного сечения под углом к его оси в виде карманов волнообразной формы с центрами кривизны, расположенными наружи и внутри поперечного сечения трубопровода с волнообразной формой проходного сечения, смонтирован из секций, каждая из которых выполнена в виде кругового сектора, изготовленного из полосы, свернутой в кольцо с 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 трубопровода с волнообразной формой проходного сечения, с образованием по наружной и внутренней поверхностям, направленных в одну сторону под углом к продольной оси трубопровода с волнообразной формой проходного сечения, волнообразных винтовых поверхностей в виде карманов волнообразной формы по наружной и внутренней поверхностям, которые по периметру трубопровода с волнообразной формой проходного сечения могут быть различными не только по форме, но и по размерам, при этом расстояние между линиями сгиба равно сумме длин периметров геометрических фигур карманов внутренней и наружной поверхностей.

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

Новизна обусловлена тем, что трубопровод выполнен с волнообразной формой проходного сечения и с волнообразной многозаходной винтовой поверхностью двоякой кривизны, снабженной винтовыми канавками внутри и наружи трубопровода под углом к его оси в виде карманов волнообразной формы с центрами кривизны, расположенными наружи и внутри поперечного сечения трубопровода с волнообразной формой проходного сечения, что обеспечивает не только изменение направление течения воды, направления их потоков в акватории бухт и заливов, но и увеличивает циркуляцию воды, обеспечивая их очистку.

Новизна заключается в том, что каждый трубопровод с волнообразной формой проходного сечения выполнен изогнутым под углом от 30° до 180° и более с изменяющимся по диаметру трубопровода с волнообразной формой проходного сечения шагом винтовых линий по наружному периметру и с волнообразной винтовой поверхностью по внутреннему периметру в виде карманов волнообразной формы, при этом трубопровод с волнообразной формой проходного сечения смонтирован из секций с волнообразной многозаходной винтовой поверхностью двоякой кривизны, снабженной винтовыми канавками внутри и наружи трубопровода с волнообразной формой проходного сечения под углом к его оси в виде карманов волнообразной формы с центрами кривизны, расположенными наружи и внутри поперечного сечения трубопровода с волнообразной формой проходного сечения, смонтирован из секций, каждая из которых выполнена в виде кругового сектора, изготовленного из полосы, свернутой в кольцо с 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 трубопровода с волнообразной формой проходного сечения, с образованием по наружной и внутренней поверхностям, направленным в одну сторону под углом к продольной оси трубопровода с волнообразной формой проходного сечения, волнообразных винтовых поверхностей в виде карманов волнообразной формы по наружной и внутренней поверхностям, которые по периметру трубопровода с волнообразной формой проходного сечения могут быть различными не только по форме, но и по размерам, при этом расстояние между линиями сгиба равно сумме длин периметров геометрических фигур карманов внутренней и наружной поверхностей, что расширяет технологические возможности и обеспечивает изменение направление течения воды, направляя их потоки в акватории бухт и заливов, и увеличивает циркуляцию воды, обеспечивая их очистку.

Новизна заключается в том, что устройство для очистки вод акваторий бухт и заливов включает блок из одного и более изогнутых волнообразных трубопроводов с волнообразной формой проходного сечения, 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 и заливов, увеличивая тем самым скорость циркуляции воды в них.

Новизна заключается также в том, что каждый трубопровод с волнообразной формой проходного сечения выполнен из изогнутых под углом от 30° до 180° и более с изменяющимся по диаметру трубопровода с волнообразной формой проходного сечения шагом винтовых линий по наружному периметру и с волнообразной винтовой поверхностью по внутреннему периметру в виде карманов волнообразной формы, что не только изменяет направление течения воды, направляя их потоки в акватории бухт и заливов, но и увеличивает циркуляцию воды, обеспечивая их очистку.

Новизна обусловлена тем, что трубопровод с волнообразной формой проходного сечения выполнен с изменяющимся по диаметру трубопровода с волнообразной формой проходного сечения шагом винтовых линий по наружному периметру и с волнообразной винтовой поверхностью по внутреннему периметру в виде карманов волнообразной формы, которые по периметру могут быть различными не только по форме, но и размерам, что обеспечивает изменение направления движения закрученных потоков жидкостей.

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 и заливов в виде блока из шести трубопроводов с волнообразной формой проходного сечения, смонтированных в три ряда, общий вид; на фиг.4 - вид А на фиг.3 (M1:2); на фиг.5 - один из трубопроводов устройства с волнообразной формой проходного сечения для очистки вод акваторий бухт и заливов; на фиг.6 - разрез В-В на фиг.5; на фиг.7 - полоса с размеченными прямыми линиями сгиба и линиями обрезки кромок четырехугольников; на фиг.8 - полоса после обрезки кромок четырехугольников; на фиг.9 - полоса после обрезки кромок четырехугольников, согнутая по прямым линиям сгиба, наглядное изображение; фиг.10 - аксонометрическая проекция полосы, свернутой в кольцо (в виде кругового сектора-секции); на фиг.11 - устройство для очистки вод акваторий бухт и заливов в виде блока из восьми трубопроводов с волнообразной формой проходного сечения, смонтированных в один ряд, общий вид; на фиг.12 - карта бухты со смонтированным на пути потока прибрежных течений предлагаемым устройством для очистки вод акваторий бухт и заливов из трубопроводов с волнообразной формой проходного сечения смонтированных в один ряд.

Предлагаемое устройство для очистки вод акваторий бухт и заливов (фиг.3, фиг.4) выполнено в виде блока 1 из одного и более изогнутых под углом трубопроводов 2 с волнообразной формой проходного сечения, соединенных между собой боковыми сторонами известными способами, например смонтированных в одном блоке 1, залитом по периметру бетоном в виде пирамиды по всей длине трубопроводов 2 с волнообразной формой проходного сечения. Угол сгиба трубопроводов с волнообразной формой проходного сечения 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.

Трубопровод 2 с волнообразной формой проходного сечения выполнен изогнутым под углом 30°-180° и более. Для примера на фиг.5, фиг.6 показан трубопровод 2 с волнообразной формой проходного сечения, изогнутый под углом 90°, выполненный в виде части тора (кругового кольца) с волнообразной винтовой поверхностью по его внутреннему и наружному периметру. Трубопровод 2 с волнообразной формой проходного сечения может быть изготовлен из секций 3 (одна из секций на фиг.5 выделена сплошными утолщенными линиями), соединенных между собой известными методами, например сваркой, клейкой и т.п. с образованием по наружному и внутреннему периметру трубопровода 2 с волнообразной формой проходного сечения винтовых линий и винтовых поверхностей волнообразной формы, с центрами кривизны, расположенными наружи и внутри поперечного сечения трубопровода 2 с волнообразной формой проходного сечения.

Трубопровод 2 с волнообразной формой проходного сечения выполнен из секций 3 (фиг.5) с волнообразной многозаходной винтовой поверхностью двоякой кривизны, снабженной винтовыми канавками внутри и наружи трубопровода 2 с волнообразной формой проходного сечения под углом к его оси в виде карманов волнообразной формы с центрами кривизны, расположенными снаружи 4, 5, 6, 7, 8, 9 (фиг.6) и карманов криволинейной формы с центрами кривизны, расположенными внутри поперечного сечения трубопровода с волнообразной формой проходного сечения 10, 11, 12, 13, 14, 15.

Карманы волнообразной формы по наружной поверхности 4, 5, 6, 7, 8, 9 (фиг.5) и карманы волнообразной формы по внутренней поверхности 10, 11, 12, 13, 14, 15 по периметру трубопровода 2 с волнообразной формой проходного сечения могут быть различными не только по форме, но и по размерам.

Каждая из секций 3 изготовлена из полосы 16 (фиг.7), согнутой волнообразно по линиям сгиба 17, расположенным под одинаковыми углами а к продольным кромкам полосы 16 и размещенным на одинаковых расстояниях L между линиями сгиба 17. Расстояние L равно сумме длин периметров геометрических фигур карманов внутренней и наружной поверхностей, а именно расстоянию между точками А-Б, Б-В, В-Г, Г-Д, Д-Е, Е-А.

Таким образом, каждая из секций 3 изготовлена в виде кругового сектора (фиг.5) и смонтирована из полосы 16 (фиг.7, фиг.8), на которой размечены прямоугольники 18 (один из прямоугольников показан на фиг.7 двойной линией), и линии сгиба 17, размещенные друг от друга на одинаковых расстояниях, равных длине развертки периметра волнообразных карманов на расстояниях L и под углом α к продольным кромкам полосы 16.

На полосе 16 размечены также линии обрезки 19 кромок полосы 16, показанные на фиг.7 штрих-пунктирной линией с двумя точками. После разметки по линии обрезки кромок 19 участки полосы 16 (на фиг.7 эти участки полосы 16 заштрихованы) отрезаются, и полоса 16 приобретает вид, показанный на фиг.8, у которой линии сгиба 17 полосы 16 разные по длине L₁, L₂, L₃, L₄, L₅, L₆ с образованием при этом разных по размерам четырехугольников с двумя параллельными сторонами - линиям сгиба 19 параллельных друг другу. Полосу 16 (фиг.8) после обрезки кромок прямоугольников 18 по линии обрезки 19 сгибают волнообразно по прямым линиям, размещенным под углом α к кромкам полосы 16 с образованием волнообразных поверхностей А-Б, Б-В, В-Г, Г-Д, Д-Е, Е-А и затем сворачивается в кольцо 20 (фиг.10) с волнообразной поверхностью. Волнообразная полоса 16 после сворачивания в кольцо 20 соединяется известными методами, например сваркой, пайкой и т.д. по поперечным кромкам 21 и 22 (фиг.8, фиг.9) полосы 16 с образованием секции 3 в виде кругового сектора.

Таким образом, трубопровод 2 с волнообразной формой проходного сечения (фиг.5, фиг.6) выполнен по периметру в виде многозаходной волнообразной винтовой поверхности волнообразной формы под углом к оси трубопровода 2 с волнообразной формой проходного сечения.

Трубопровод 2 с волнообразной формой проходного сечения (фиг.5, фиг.6) с волнообразной винтовой поверхностью по его внутреннему и наружному периметру с образованием карманов волнообразной формы с изменяющимся по диаметру рабочей камеры шагом может быть изготовлен и иным способом.

Один или более изогнутых трубопроводов 2 с волнообразной формой проходного сечения соединяют между собой боковыми сторонами известными способами в один блок. На фиг.3, фиг.4 показан блок 1 из шести соединенных между собой трубопроводов 2 с волнообразной формой проходного сечения 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 с волнообразной формой проходного сечения с карманами волнообразной формы, смонтированными в один ряд и соединенными 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 с волнообразной формой проходного сечения 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 трубопроводов с волнообразной формой проходного сечения, 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 с волнообразной формой проходного сечения 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×В×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 течении заданного времени Т, например Т≈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 трубопроводы с волнообразной формой проходного сечения устройства равен

$$Q\approx \frac{W}{T}=720000/14400\approx 50{м}^3/мин$$

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

$$S\approx \frac{Q}{V}=50/2,4\approx 20.83{м}^2$$ .

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

Площадь проходного сечения одного трубопровода с волнообразной формой проходного сечения будет составлять S₁=2.6 м², а значит диаметр одного трубопровода $$D=\sqrt{3.3}\approx 1.82м$$ . Тогда ориентировочно поперечное сечение блока (показано на фиг 11) по ширине будет составлять 18 м, по толщине 2 м.

Устройство относится к гидротехнике, в частности к устройствам для очистки застойных вод акваторий бухт и заливов водой прибрежных течений, проходящих мимо них транзитом. Устройство включает блок из одного и более изогнутых трубопроводов с волнообразной формой проходного сечения, соединенных между собой боковыми сторонами. Блок закреплен на пути потока прибрежных течений. Каждый трубопровод с волнообразной формой проходного сечения выполнен изогнутым под углом от 30° до 180° и более с изменяющимся по диаметру трубопровода шагом винтовых линий по наружному периметру и с волнообразной винтовой поверхностью по внутреннему периметру в виде карманов волнообразной формы. Трубопровод смонтирован из секций с волнообразной многозаходной винтовой поверхностью двоякой кривизны. Поверхность секций снабжена винтовыми канавками внутри и наружи трубопровода под углом к его оси в виде карманов волнообразной формы с центрами кривизны, расположенными наружи и внутри поперечного сечения трубопровода. Трубопровод смонтирован из секций, каждая из которых выполнена в виде кругового сектора. Круговой сектор изготовлен из полосы, свернутой в кольцо с образованием разных по размерам четырехугольников с двумя параллельными сторонами. При этом секции соединены друг с другом свободными сторонами четырехугольников в виде пустотелого трубопровода с образованием по наружной и внутренней поверхностям, направленных в одну сторону под углом к продольной оси трубопровода с волнообразной формой проходного сечения, волнообразных винтовых поверхностей в виде карманов волнообразной формы по наружной и внутренней поверхностям, которые по периметру трубопровода могут быть различными по форме и по размерам. Расстояние между линиями сгиба равно сумме длин периметров геометрических фигур карманов внутренней и наружной поверхностей. Обеспечивается очистка акваторий бухт и заливов путем направления течений в их застойные воды и усиления циркуляции воды. 12 ил.

Устройство для очистки вод акваторий бухт и заливов, включающее блок из одного и более изогнутых трубопроводов с волнообразной формой проходного сечения, 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, заливов, при этом каждый трубопровод с волнообразной формой проходного сечения выполнен изогнутым под углом от 30° до 180° и более с изменяющимся по диаметру трубопровода с волнообразной формой проходного сечения шагом винтовых линий по наружному периметру и с волнообразной винтовой поверхностью по внутреннему периметру в виде карманов волнообразной формы, при этом трубопровод с волнообразной формой проходного сечения смонтирован из секций с волнообразной многозаходной винтовой поверхностью двоякой кривизны, снабженной винтовыми канавками внутри и наружи трубопровода с волнообразной формой проходного сечения под углом к его оси в виде карманов волнообразной формы с центрами кривизны, расположенными снаружи и внутри поперечного сечения трубопровода с волнообразной формой проходного сечения, смонтирован из секций, каждая из которых выполнена в виде кругового сектора, изготовленного из полосы, свернутой в кольцо с 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 трубопровода с волнообразной формой проходного сечения, с образованием по наружной и внутренней поверхностям, направленных в одну сторону под углом к продольной оси трубопровода с волнообразной формой проходного сечения, волнообразных винтовых поверхностей в виде карманов волнообразной формы по наружной и внутренней поверхностям, которые по периметру трубопровода с волнообразной формой проходного сечения могут быть различными не только по форме, но и по размерам, при этом расстояние между линиями сгиба равно сумме длин периметров геометрических фигур карманов внутренней и наружной поверхностей.