ПРИСПОСОБЛЕНИЕ ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОД АКВАТОРИЙ БУХТ И ЗАЛИВОВ Российский патент 2015 года по МПК E02B15/00 E02B3/02 

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.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для очистки вод акваторий бухт (патент №2479690, кл. МПК Е02B 15/00, опубл. 20.04.2013, бюл. №11), 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.

Недостатком известного устройства является ограниченные технические возможности и сложность изготовления.

Техническим решением является очистка застойных и загрязненных вод акваторий бухт и заливов путем создания внутри них 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, расширение технологических возможностей, упрощение конструкции.

Техническое решение достигается тем, что в приспособлении для очистки вод акваторий бухт и заливов, включающем блок из одного и более изогнутых под углом 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, заливов, трубопровод выполнен с образованием по его наружному и внутреннему периметру многозаходных винтовых поверхностей треугольной формы и однонаправленных многозаходных винтовых линий, при этом трубопровод изготовлен из секций, каждая из которых выполнена в виде кругового сектора, смонтированного из полосы, согнутой попеременно в разные стороны по прямым линиям в виде линий сгиба, расположенных на полосе на равных расстояниях друг от друга и размещенных под углом к кромкам полосы с образованием разных по размерам четырехугольников с двумя параллельными сторонами, расположенными на полосе попеременно и параллельно друг другу, при этом полоса свернута в кольцо с многогранной поверхностью, а секции соединены друг с другом свободными сторонами упомянутых четырехугольников в виде пустотелого трубопровода треугольной формой проходного сечения, изогнутого под углом от 30° до 180° и более с образованием по его периметру наружной и внутренней поверхностей многозаходных винтовых поверхностей треугольной формы и однонаправленных многозаходных винтовых линий.

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

Новизна обусловлена тем, что трубопровод выполнен с образованием по его наружному и внутреннему периметру многозаходных винтовых поверхностей треугольной формы и однонаправленных многозаходных винтовых линий, что обеспечивает не только изменение направление течения воды, направляя их потоки в акватории бухт и заливов, увеличивает циркуляцию воды, обеспечивая их очистку, но и расширяет технические возможности и упрощает сложность изготовления.

Новизна обусловлена тем, что трубопровод выполнен с треугольной формой проходного сечения и с треугольной многозаходной винтовой поверхностью, снабженной винтовыми канавками внутри и снаружи трубопровода под углом к его оси в виде карманов треугольной формы, что обеспечивает не только изменение направления течения воды, направляя их потоки в акватории бухт и заливов, но и расширяет технические возможности и упрощает сложность изготовления.

Новизна заключается в том, что каждый трубопровод с треугольной формой проходного сечения выполнен изогнутым под углом от 30° до 180° и более с изменяющимся по диаметру трубопровода с треугольной формой проходного сечения, что расширяет технологические возможности, упрощает изготовление.

Новизна усматривается также в том, что трубопровод изготовлен из секций, каждая из которых выполнена в виде кругового сектора, смонтированного из полосы, согнутой попеременно в разные стороны по прямым линиям в виде линий сгиба, расположенных на полосе на равных расстояниях друг от друга и размещенных под углом к кромкам полосы с образованием разных по размерам четырехугольников с двумя параллельными сторонами, расположенными на полосе попеременно и параллельно друг другу, при этом полоса свернута в кольцо с многогранной поверхностью, а секции соединены друг с другом свободными сторонами упомянутых четырехугольников в виде пустотелого трубопровода треугольной формой проходного сечения, изогнутого под углом от 30° до 180° и более, с образованием по его периметру наружной и внутренней поверхностей многозаходных винтовых поверхностей треугольной формы и однонаправленных многозаходных винтовых линий, что расширяет технологические возможности, упрощает изготовление.

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 треугольной 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 треугольной 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 четырех трубопроводов с треугольной формой проходного сечения, 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 и заливов из трубопроводов с треугольной формой проходного сечения, смонтированных в один ряд.

Из карты течений, например Черного моря (фиг.1), видно, что вдоль берегов моря существуют поверхностные течения, движущие вдоль берегов с сравнительно большой скоростью, достаточной для очистки прибрежных вод от мусора и различных загрязнений. Однако, если побережье моря имеет углубленную 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 ухудщает экологическую обстановку в таких искуственно созданных бухтах, а также естественных, как на фиг.2.

Предлагаемое приспособление 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 треугольной формой проходного сечения, соединенных между собой боковыми сторонами известными способам, например, смонтированных в одном блоке 1, залитом по периметру бетоном в виде пирамиды по всей длине трубопроводов 2 с треугольной формой проходного сечения. Угол сгиба трубопроводов с треугольной 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 треугольной формой проходного сечения выполнен изогнутым под углом 30-180° и более. Для примера на фиг.5, фиг.6 показан трубопровод 2 с треугольной формой проходного сечения, изогнутый под углом 90°, выполненный с треугольной винтовой поверхностью по его внутреннему и наружному периметру.

Трубопровод 2 с треугольной формой проходного сечения может быть изготовлен из секций 3 (одна из секций на фиг.5 выделена сплошными утолщенными линиями), соединенными между собой известными методами, например сваркой, клейкой и т.п., с образованием по наружному и внутреннему периметру трубопровода 2 с треугольной формой проходного сечения винтовых линий и винтовых поверхностей треугольной формы.

Трубопровод 2 с треугольной формой проходного сечения выполнен из секций 3 (фиг.5) с треугольной многозаходной винтовой поверхностью, снабженной винтовыми канавками внутри и снаружи трубопровода 2 с треугольной формой проходного сечения под углом к его оси в виде карманов треугольной формы.

Трубопровод 2 (фиг.5, фиг.6) выполнен в виде тора (кругового кольца) изготовлен из секций 2 (одна из секций на фиг.5 выделена сплошными утолщенными линиями), соединенным между собой известными методами, например сваркой, клейкой и т.п. Каждая из секций 3 изготовлена в виде кругового сектора (фиг.5, фиг.6) и смонтирована из полосы 4, на которой размечены прямоугольники 5, по диагоналям которых расположены линии сгиба 6 на равных расстояниях друг от друга, одна из диагоналей - линия сгиба 6 полосы 4 показана на фиг.7 утолщенной линией. На полосе 4 размечены также линии обрезки 7 кромок полосы 4, показанных на фиг.7 штрихпунктирной линией с двумя точками. После разметки по линии обрезки кромок 7 участки полосы 4 (на фиг.7 эти участки полосы 4 заштрихованы) отрезаются, и полоса 4 приобретает вид, показанный на фиг.8, у которой линии сгиба 6 полосы 4 разные по длине L₁, L₂, L₃, L₄, L₅, L₇, L₈, L₉, L₁₀, L₁₁, L₁₂, L₁₃, L₁₄, L₁₅, L₁₆. Полоса 4 (фиг.8) после обрезки кромок прямоугольников 5 по линии обрезки 7 сгибается попеременно в разные стороны по прямым линиям, размещенным под углом к кромкам полосы 4 с образованием разных по размерам четырехугольников с двумя параллельными сторонами - т.е. по диагоналям 6 прямоугольников 5, параллельных друг другу, и затем сворачивается в кольцо 8 с треугольной поверхностью, как показано на фиг.10. Кромки 9 и 10 полосы 4 после сворачивания в кольцо 8 соединяются известными методами, например сваркой, пайкой и т.д. с образованием секции 3 в виде кругового сектора.

Таким образом, трубопровод 2 (фиг.1, фиг.2, фиг.3) выполнен по периметру в виде многозаходной винтовой поверхности с винтовыми линиями по периметру трубопровода 1 (одна из винтовых линий показана на фиг.5 утолщенной линией 11-12-13-14-15-16-17-18-19-20-21-22-23-24-25-26-27) и винтовыми канавками внутри трубопровода 1 в виде карманов треугольной формы под углом к оси трубопровода.

Трубопровод 2 (фиг.5, фиг.6) с многогранной винтовой поверхностью по его внутреннему и наружному периметру с образованием по его наружной и внутренней поверхностей многозаходных винтовых поверхностей треугольной формы и однонаправленных многозаходных винтовых линий может быть изготовлен и иным способом.

Один или более изогнутых трубопроводов 2 с треугольной 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 треугольной 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 четырех трубопроводов 2 с треугольной формой проходного сечения с карманами треугольной 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 треугольной 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 приспособления, включающего блок из одного и более изогнутых трубопроводов с треугольной 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, расширения технологических возможностей и упрощения изготовления.

Приложение.

Методика расчета приспособления для очистки вод акваторий бухт и заливов

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

1. Угол сгиба трубопроводов с волнообразной формой проходного сечения приспособления 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×Н=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 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 треугольной 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 приспособления для очистки вод акваторий бухт и заливов равна

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

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

Площадь проходного сечения одного трубопровода с треугольной 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, при условии монтажа в плите 8 трубопроводов) по ширине будет составлять 18 м, по толщине 2 м.

Изобретение относится к гидротехнике, в частности к устройствам для очистки застойных вод акваторий бухт и заливов водой прибрежных течений, проходящих мимо них транзитом. Приспособление содержит блок из одного и более изогнутых под углом трубопроводов, соединенных между собой боковыми сторонами. Блок закреплен на пути потока прибрежных течений. Трубопровод выполнен с образованием по его наружному и внутреннему периметру многозаходных винтовых поверхностей треугольной формы и однонаправленных многозаходных винтовых линий. Трубопровод изготовлен из секций. Каждая из секций выполнена в виде кругового сектора, смонтированного из полосы, согнутой попеременно в разные стороны по прямым линиям в виде линий сгиба. Линии сгиба расположены на полосе на равных расстояниях друг от друга и размещены под углом к кромкам полосы с образованием разных по размерам четырехугольников с двумя параллельными сторонами, расположенными на полосе попеременно и параллельно друг другу. Полоса свернута в кольцо с многогранной поверхностью. Секции соединены друг с другом свободными сторонами упомянутых четырехугольников в виде пустотелого трубопровода треугольной формой проходного сечения. Проходное сечение изогнуто под углом от 30° до 180° и более с образованием по его периметру наружной и внутренней поверхностей многозаходных винтовых поверхностей треугольной формы и однонаправленных многозаходных винтовых линий. Обеспечивается очистка акваторий бухт и заливов путем направления течений в их застойные воды и усиления циркуляции воды. 12 ил.

Приспособление для очистки вод акваторий бухт и заливов, включающее блок из одного и более изогнутых под углом 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, заливов, отличающееся тем, что трубопровод выполнен с образованием по его наружному и внутреннему периметру многозаходных винтовых поверхностей треугольной формы и однонаправленных многозаходных винтовых линий, при этом трубопровод изготовлен из секций, каждая из которых выполнена в виде кругового сектора, смонтированного из полосы, согнутой попеременно в разные стороны по прямым линиям в виде линий сгиба, расположенных на полосе на равных расстояниях друг от друга и размещенных под углом к кромкам полосы с образованием разных по размерам четырехугольников с двумя параллельными сторонами, расположенными на полосе попеременно и параллельно друг другу, при этом полоса свернута в кольцо с многогранной поверхностью, а секции соединены друг с другом свободными сторонами упомянутых четырехугольников в виде пустотелого трубопровода треугольной формой проходного сечения, изогнутого под углом от 30° до 180° и более с образованием по его периметру наружной и внутренней поверхностей многозаходных винтовых поверхностей треугольной формы, и однонаправленных многозаходных винтовых линий.