УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ ПОТОКА ВОДЫ НА ВОДОЗАБОРНЫХ СООРУЖЕНИЯХ Российский патент 2018 года по МПК E02B9/04 E02B5/08 

Изобретение относится к гидротехнике, а именно к устройствам, обеспечивающим очистку воды от плавающего мусора при подаче ее в оросительные системы.

Известны устройства SU: №2005846, Е02В 8/02 от 15.01.1994 и №2177524, Е02В 8/02, Е02В 8/02 от 07.02.2012, включающие установленную у циркуляционного порога с возможностью перемещения относительно оси стенку, верхняя кромка которой и ось вращения находятся выше уровня воды на сооружении, и положение стенки имеет возможность ее регулирования относительно установленного порога.

Однако наличие изменения вращения стенки с учетом установленного циркуляционного порога делают работу сложным из-за необходимости заданного наполнения перед циркуляционным порогом и ручного управления, а также не позволяет обеспечить надежную продолжительную работу устройства в ходе его эксплуатации. Другой недостаток в том, что высота циркуляционного порога требует как большой длины его, так и высоты, в противном случае в русле реки или канала значительно снизится эффективность борьбы сооружения с мусором.

Известно устройство для механической очистки воды и защиты отвода в боковую водоприемную камеру воды от плавающего сора (Авторское свидетельство SU №1781367, Е02В 5/08 от 15.12.1992).

Недостатком данного устройства является то, что при закрытом щите-регуляторе перегораживающего канала отсутствуют вторичные течения потока и при постепенном отложении наносов перед порогом образуется призма отложений взвешенных и донных наносов с последующим поступлением последних в перфорацию барабана, что создает сопротивление, заклинивание щели, в него поступает воды меньше, чем требуется для поливной техники по периметру барабана - происходит заклинивание его. В конечном итоге скорость вращения барабана уменьшается, Соответственно, приводящее лопастное колесо при малом истечении воды из барабана получает незначительную скорость вращения вплоть до его остановки (скорость истечении воды должна быть не менее 3 м/с). Кроме того, для работы управляющего приспособления необходимо через определенное время открывать по всей ширине канала щит-регулятор вручную для смыва отложившейся призмы наносов и при сбросе одновременно большого количества воды в транзитный канал, в конечном итоге, это не позволяет эффективно использовать прямолинейный участок русла или канала. Таким образом, наносы попадут в водозабор, что является существенным недостатком данного устройства. Чистка этого сооружения под потоком воды представляет существенные трудности.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является очистное водозаборное устройство, включающее установленный в водотоке очистной цилиндр, при этом продольная ось цилиндра расположена параллельно направлению потока, оно снабжено плоским затвором, установленным на отводящем трубопроводе во входной его части, и приводом вращения очистного цилиндра, выполненным в виде турбины, при этом цилиндр установлен в береговой нише водотока с возможностью вращения вокруг продольной оси, дно береговой ниши устроено выше дна водотока и выполнено с уклоном в его сторону (SU №1656046, Е02В 5/08 от 15.06.1991).

Недостатком данного устройства является то, что при заборе воды к потребителю очисткой цилиндр находится в подвижном состоянии. При вращении цилиндра это будет способствовать быстрому износу привода вращения всего цилиндра, Кроме того, недостатком является большой вес и его большая энергоемкость для вращения очистного цилиндра, что снижает придонные скорости течения и зависит от высоты напора воды над очистным цилиндром, т.е. снижает пропускную способность устройства. При этом изменение напора воды в меньшую сторону при обтекании цилиндра плохо влияет на работу привода, т.е. изменение расхода (напора) от минимального до максимального в реке или в канале, когда вращение цилиндра может меняться приводом. Все это снижает эффективность и надежность устройства в целом. Кроме того, эти устройства в тяжелых полевых условиях с повышенной влажностью и затопленностью часто выходят из строя.

Таким образом, обобщая вышесказанное, недостатками известного устройства являются: отсутствие контроля за эффективностью процесса забора воды из реки или канала, очистки и смыва налипшего мусора, водорослей и других тел при минимальном наполнении береговой ниши, например, общим водовоздушным потоком, т.е. непосредственно к привязке к наполнению потока воды в реке или в канале, что не позволяет обеспечить надежную продолжительность работы устройства в ходе его эксплуатации.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности регулирования гидравлической структуры водовоздушной струи очистного цилиндра путем применения в качестве привода вращения цилиндра и повышения надежности работы устройства.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в устройстве для регулирования гидравлической структуры потока воды на водозаборных сооружениях, включающем установленный в водотоке пустотелый очистной цилиндр, боковая поверхность которого выполнена водопроницаемой, привод вращения, крестовина и отводящий трубопровод, сопряженный с одним из оснований очистного цилиндра, при этом цилиндр установлен в береговой нише водотока, дно береговой ниши устроено выше дна водотока и выполнено с уклоном в его сторону, причем продольная ось цилиндра расположена параллельно направлению потока, пустотелый очистной цилиндр в средней своей части выполнен полым валом снабженным камерой смешения и насосом, при этом вход и выход оснований очистного цилиндра снабжены двумя раздельными приводами, выполненными в виде насадков, соединенных с трубами, которые соединены замками-хомутами с поверхностью оснований с торцов очистного цилиндра, и насадки закреплены внутри цилиндра с возможностью вращения и ориентирования под острым углом к опорной части водопроницаемой поверхности цилиндра, причем внутренняя поверхность цилиндра в зоне расположения насадков снабжена выступами, каждый из которых расположен в одной плоскости параллельно направлению потока так, что закручиванием потока и созданием направленного тока водовоздушных струй, подключенных к источнику полого вала напорной водовоздушной среды, дает возможность вращению цилиндра, закрепленного стержнями жесткости, концы которых расположены в подшипниках упора, с одной стороны снабженной крестовиной, а с другой стороны в стенке береговой ниши.

Кроме того, для обеспечения уменьшения трения при вращении цилиндра и осуществления динамической смазки подшипника на входной и выходной частях вала выполнены отверстия.

Кроме того, вал закреплен со стороны входа и выхода оснований торцов очистного цилиндра посредством упоров, находящихся внутри раздающей камеры, соединенной с трубами.

Актуально сейчас применение полимерных емкостей, т.е. цилиндров с перфорацией отверстий его поверхности. Качество современного пластика таково, что он может и не уступать в прочности классическим материалам, по устойчивости к температурным перепадам - даже превосходить. Полимерные цилиндры (емкости) - явление относительно новое, которое внедряется во многие производственные процессы. Это связано с небольшим весом емкости, т.е. цилиндр легко можно установить и подручными средствами, без применения грузоподъемной техники. Другим преимуществом таких сооружений является то, что они являются износостойкими, имеющими поверхность с меньшими сопротивлениями, легко выполнять в их стенках заданную и необходимую перфорацию с отверстиями. Кроме того, все крепежные элементы и полый вал с насадками и трубами также легко и герметично можно соединить между собой.

На фиг. 1 изображено устройство для регулирования гидравлической структуры потока воды на водозаборных сооружениях, вид в плане; на фиг. 2 - цилиндр, разрез и система подачи расхода к насадкам; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 4 - фрагмент выполнения основания торца цилиндра с насадками и трубами, изометрия.

Устройство для регулирования гидравлической структуры потока включает в себя установленный в водотоке/пустотелый очистной цилиндр 2, боковая поверхность которого выполнена водопроницаемой, т.е. перфорированной с отверстиями, отводящий трубопровод 3, сопряженный с одним из оснований торца очистного цилиндра 2, цилиндр расположен параллельно направлению потока, плоский затвор 4, установленный на отводящем трубопроводе 3 во входной его части. Дно береговой ниши 5 устроено выше дна 6 водотока и выполнено с уклоном в его сторону. Цилиндр 2 установлен в береговой нише 5 на высоте в зависимости от ее глубины водотока 1 с возможностью вращения посредством крепления стержня 7 жесткости и закрепленного с одной стороны с крестовиной 8, установленной во входном сечении отводящего трубопровода 3, и основание с торца очистного цилиндра 2 выполнено телескопическим, цилиндр 2 выполнен диаметром, большим диаметра отводящего трубопровода 3. Дно береговой ниши 5 устроено выше дна 6 и выполнено уклоном в его сторону. Другая сторона основания торца цилиндра 2 закреплена посредством торцевого опорного крепления стержня 9 в подшипниках упора в береговой ниши стенки 10. Цилиндр 2 опирается на подшипник 11 на горизонтальном валу 12, выполненном полым. Вал 12 закреплен упорами 13 и 14 на входе и выходе, находящимися внутри раздающих камер 15 и 16, выполненными разборными. Разделяющие камеры 15 и 16 каждая из них соединена, соответственно, с трубами 17 и 18, имеющими насадки 19 и 20, направленные по касательной в сторону боковой поверхности очистного цилиндра 2 (под острым углом), на котором закреплены жестко выступы 21, каждый из которых на внутренней поверхности его расположен в одной плоскости параллельно направлению потока, причем насадки 19 и 20 каждый и них направлен одновременно на выступы 21 (другой конец основания торца цилиндра не показан), где струи закручиваются и поворачивают в сторону вращения цилиндра 2, т.е. струи соударяются о выступы 21 и оказывают давление на них. Такое выполнение насадков 19 и 20 с закрепленными выступами на внутренней боковой стороне цилиндра 2 позволяет создавать не только вращение цилиндра 2, но и в свою очередь позволяет смывать с поверхности перфорации цилиндра 2 посторонние инородные тела. Трубы 17 и 18 в свою очередь закреплены с обеих сторон оснований торцов цилиндра 2 замками-хомутами 22 и 23. Для уменьшения трения при вращении цилиндра и осуществления динамической смазки подшипника 11 начальная и концевая часть вала 12 выполнена отверстиями 24. Подача расхода воды для вращения цилиндра (привод) осуществляется по напорному трубопроводу 25 от насоса 26 и далее по валу 12 к разделяющим камерам 15 и 16 и к насадкам 19 и 20. Для эффективности работы устройства посредством подачи водовоздушного потока к насадкам 19 и 20 вал 12 снабжен смесительной камерой 27, соединенной трубопроводом 28 с атмосферой.

Для прекращения подачи воздуха в камеру 27 смешения в верхней части трубопровода 28 имеется регулируемый шаровой кран 29.

Устройство работает следующим образом.

При заборе воды к потребителю, вода из водотока 1 проходит через стенки пустотелого очистного цилиндра 2, очищается от плавника, мусора и других плавающих включений.

Далее включается в работу насос 26, по напорному трубопроводу 28 вода поступает в смесительную камеру 27, где за счет создаваемого разряжения происходит эжекция воздуха, поступающего из трубопровода 28, имеющего регулируемый шаровой кран 29 и соединенного с атмосферой. Шаровой кран 29 находится в состоянии «Открыто» на величину, обеспечивающую заданную степень насыщения воды воздухом. Из камеры 27 смешения смесь поступает в полый вал 12 и далее в разделяющие камеры 15 и 16, откуда по трубам 17 и 18, закрепленным хомутами 22 и 23 на основаниях торцевых поверхностях, к насадкам 19 и 20 под острым углом струи поступают и направляются на выступы 21, прикрепленные к внутренней боковой поверхности цилиндра 2, т.е. гидравлические водовоздушные струи, выходящие из насадков 19 и 20, обеспечивают своим давлением вращательный момент цилиндра 2, закрепленного на стержнях 7 и 9 в подшипниках. Вращательный момент цилиндра 2 возникает за счет реактивной тяги (привода), и создают ток воды, направленный на места креплений выступов 21 на боковой поверхности водопроницаемого цилиндра 2. При этом дополнительно, в свою очередь, также позволяет смывать частицы кольманта внутри поверхности цилиндра и влекомый микропузырьками увлекается в сторону течения воды в отводящий трубопровод 3, причем это влияет и на очистку перфорации отверстий в цилиндре 2, вода, которая поступает из водотока 1. При этом уклон дна 6 позволяет также учитывать транспортирование плавника и мусора, удаленного со стенок цилиндра 2 в транзитный поток водотока 1.

Таким образом, водяные или водовоздушные струи насадков 19 и 20 создают не только вращение (привод) цилиндра 2, но и создают смывающие скорости относительно внутренней поверхности цилиндра 2 одновременно с поступлением воды из водотока 1 через перфорацию отверстий боковой поверхности цилиндра.

Особенность предлагаемого изобретения заключается в том, что повышение эффективности и надежности эксплуатации устройства для забираемой в оросительную систему расхода воды обеспечивается водяными или водовоздушными струями в виде привода для вращения цилиндра на опорных стержнях и с помощью устройств с полым валом независимо от напора (наполнения) воды над поверхностью цилиндра от минимального до максимального уровня в береговой нише водотока, что повышает эксплуатационную надежность за счет отсутствия турбины, связанной с напором воды над поверхностью цилиндра, расположенного в береговой нише водотока, повышает производительность труда персонала оросительной системы. Все это в целом означает то, что водозабор очищенной воды в береговой нише особую роль имеет свойство гидравлической структуры потока воды, выходящего из насадков за счет перераспределения нагрузок на выступы, закрепленные на боковой поверхности цилиндра, в зонах входа и выхода воды пустотелого вала с разделяющими камерами.

Изобретение относится к гидротехнике, а именно к устройствам, обеспечивающим очистку воды от плавающего мусора при подаче ее в оросительные системы. Устройство для регулирования гидравлической структуры потока воды на водозаборных сооружениях включает установленный в водотоке 1 очистной цилиндр 2, отводящий трубопровод 3, плоский затвор 4. Привод вращения выполнен в виде насадков 19 и 20, направленных по касательной в сторону боковой поверхности очистного цилиндра 2, на котором закреплены выступы 21 на внутренней его поверхности напротив насадков 19 и 20. Насадки расположены таким образом, чтобы обеспечить за счет реактивных сил выходящих струй крутящий момент для вращения цилиндра 2. Цилиндр 2 установлен в береговой нише 5 водотока 1. Устройство включает также насос 26, напорный трубопровод 25, смесительную камеру 27, расположенную на полом валу 12. В смесительной камере 27, соединенной трубопроводом 28 с атмосферой, происходит насыщение воды воздухом за счет эжекции. Далее по полому валу 12, на котором расположен с возможностью вращения цилиндр 12, опирающийся на подшипник 11, закрепленный на валу 12, вода поступает в раздающие камеры 15 и 16 и к насадкам 19 и 20. Изобретение обеспечивает повышение эффективности и надежности процесса регулирования гидравлической структуры водовоздушной струи очистного цилиндра путем применения в качестве привода вращения цилиндра и его крутящего момента за счет реактивных сил, выходящих из насадков для вращения цилиндра 2 относительно его крепления в упорах крестовины 8 и в береговой нише стенки 10. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для регулирования гидравлической структуры потока воды на водозаборных сооружениях, включающее установленный в водотоке пустотелый очистной цилиндр, боковая поверхность которого выполнена водопроницаемой, привод вращения, крестовину и отводящий трубопровод, сопряженный с одним из оснований очистного цилиндра, при этом цилиндр установлен в береговой нише водотока, дно береговой ниши устроено выше дна водотока и выполнено с уклоном в его сторону, причем продольная ось цилиндра расположена параллельно направлению потока, отличающееся тем, что пустотелый очистной цилиндр в средней своей части снабжен полым валом с камерой смешения и насосом, при этом вход и выход оснований очистного цилиндра снабжены двумя раздельными приводами, выполненными в виде насадков, соединенных с трубами, которые соединены замками-хомутами с поверхностью оснований с торцов очистного цилиндра, и насадки закреплены внутри цилиндра с возможностью вращения и ориентированы под острым углом к опорной части водопроницаемой поверхности цилиндра, причем внутренняя поверхность цилиндра в зоне расположения насадков снабжена выступами, каждый из которых расположен в одной плоскости параллельно направлению потока так, что закручиванием потока и созданием направленного тока водовоздушных струй, подключенных к источнику полого вала напорной водовоздушной среды, дает возможность вращению цилиндра, закрепленного стержнями жесткости, концы которых расположены в подшипниках упора и с одной стороны снабжены крестовиной, а с другой стороны закреплены в стенке береговой ниши.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что для обеспечения уменьшения трения при вращении цилиндра и осуществления динамической смазки подшипника на входной и выходной частях вала выполнены отверстия.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вал закреплен со стороны входа и выхода оснований торцов очистного цилиндра посредством упоров, находящихся внутри раздающей камеры, соединенной с трубами.