КОМПЛЕКСНОЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОТРАБОТАННОЙ ВОДЫ, ОТЛИЧАЮЩЕЙСЯ ПО ТЕМПЕРАТУРЕ И/ИЛИ ХИМИЧЕСКОМУ СОСТАВУ ОТ ВОДЫ В ЕСТЕСТВЕННОМ ВОДОЕМЕ, ДЛЯ ЗАЩИТЫ РЫБ И ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ШУГО- И ЛЬДООБРАЗОВАНИЯ Российский патент 2018 года по МПК E02B8/08 E02B15/02 

Заявляемое техническое решение относится к области энергетики и области рыбного хозяйства и может быть использовано для предотвращения образования льда и шуги в аванкамерах и подводящих каналах водозаборных сооружений, реках, водохранилищах и других водоисточниках, для ограждения зон скопления рыб или трасс их перемещения от попадания рыбы в водозабор.

На многих водозаборах энергетических объектов известен способ использования отработанных теплых вод для подачи в аванкамеру насосной станции с целью предотвращения шуго- и льдообразования.

Горячая вода, как правило, сбрасывается из труб напрямую в аванкамеру водозабора с одной или двух сторон аванкамеры. В результате образуются водоворотные зоны, локальные участки горячей воды, температура которой значительно превышает температуру воды в естественном водоеме и может достигать летальных или сублетальных для рыб значений температуры воды. Такой способ подачи воды предотвращает шуго- и льдообразование, но оказывает негативное воздействие на рыб и другие водные биоресурсы и может приводить к гибели рыб.

Известно, что значение температуры воды выше 30°С для многих теплолюбивых видов рыб становится потенциально опасным. Резкий выброс горячей воды, вызывающий резкое, критическое повышение температуры воды на отдельных локальных участках до сублетальных или летальных значений для рыб вызывает такие реакции как движение кругом, мышечные спазмы, передвижение назад (т.е. вперед хвостом), вставание на рыло, дефекация. Образуемые водоворотные зоны в аванкамере водозабора также приводят к дезориентации рыб. В результате воздействие в целом приводит к попаданию и гибели дезориентированных рыб в водозаборном сооружении.

Известен оголовок водозаборный рыбозащитный, содержащий водозаборную камеру с навесными жалюзийными фильтрующими кассетами и оснащенный потокообразователем с водоструйными насадками, из которых истекает поток воды, по температуре отличный от воды в водоеме (см. патент РФ №111548, МПК Е02В 8/08).

Недостаток известного устройства заключается в отсутствии возможности изменения химического состава воды (при необходимости) для предотвращения негативного воздействия на рыб, обеспечения эффективной защиты рыб и предотвращения шуго- и льдообразования на заданном участке, для получения требуемого эффекта необходимо поднимать или снижать температуру подаваемой воды путем ее подогрева или охлаждения, что, соответственно, приводит к увеличению эксплуатационных затрат.

Задачей заявляемого технического решения является снижение негативного воздействия на рыб и предотвращение их гибели, обеспечение предотвращения шуго- и льдообразования в аванкамере водозаборного сооружения, подводящем канале, реке, водохранилище или любом другом водоисточнике в заданный период за счет использования отработанных вод, отличающихся по температуре и/или химическому составу от воды в естественном водоеме, таким образом, чтобы обеспечить создание оптимальных параметров потока воды, а именно:

- скорости потока;

- направления потока;

- распределения потока в пространстве;

- температуры потока;

- объема используемой воды;

- химического состава воды.

Поставленная задача достигается тем, что предложен, по меньшей мере, один потокообразователь, на который подается отработанная вода, отличающаяся по температуре (горячая/теплая или холодная/ледяная) и/или химическому составу от воды в естественном водоеме.

Каждый отдельный потокообразователь может располагаться на заданном участке горизонтально или вертикально или под углом к подходному потоку. Каждый отдельный потокообразователь может устанавливаться на любом горизонте и в любом створе аванкамеры, подводящего канала водозаборного сооружения, реки, водохранилища или любого другого водоисточника. Потокообразователь или несколько потокообразователей могут перекрывать весь створ подходного к водозабору потока или каждого отдельного водозаборного окна или часть подходного к водозабору потока по горизонтали или по вертикали или под углом к подходному потоку.

Для подачи воды потокообразователь имеет щелевые или перфорированные отверстия или отверстия любой другой формы, либо потокоформирующие насадки, имеющие круглые или щелевые выходные отверстия или отверстия любой другой формы и конфигурации.

Потокообразователь может иметь потоформирующие эжекционные сопла или эжекторы (один эжектор на несколько сопел) для смешения подаваемой отработанной воды и воды из естественного водоема, чтобы с учетом температуры и/или химического состава используемой воды изменить температуру (понизить или повысить (в случае, если осуществляется сброс вод низкой температуры)) и/или химический состав подаваемого потока воды с сублетальных или летальных значений для рыб до значений, не оказывающих негативного воздействия на рыб, позволяющих предотвратить шуго- и льдообразование на заданном участке в заданный период, в любое время года снизить негативное воздействие на рыб, предотвратить их дезориентацию и гибель, обеспечить защиту рыб. Использование потоформирующих эжекционных сопел или эжекторов в составе устройства способствуют созданию более сформированной и более устойчивой к деформации водяной струи при воздействии на нее потоков воды различных направлений и величин, повышая эффективность работы всего устройства.

Геометрические размеры и угол установки каждого отдельного потокообразователя к подходному потоку могут быть любыми и различаться в пределах одного устройства.

Количество рядов отверстий/насадок/эжекционных сопел/эжекторов в каждом отдельном потокообразователе и количество отверстий/насадок/ эжекционных сопел/эжекторов в каждом отдельном ряду может быть от 1 и более и различаться в пределах одного устройства.

Отверстия/насадки/эжекционные сопла/эжекторы могут быть расположены на потокообразователе горизонтально или вертикально в линию, в ступенчатом порядке, в шахматном порядке или в любом другом произвольном порядке.

Угол установки каждой отдельной насадки/эжекционного сопла/эжектора потокообразователя, геометрические размеры отверстий и расстояние между ними, диаметр отверстия/сопл а/эжектора каждой отдельной насадки и расстояние между ними могут быть любыми и различаться в пределах одного устройства.

Количество потокообразователей в составе устройства, место установки, геометрические размеры и конфигурация каждого отдельного потокообразователя, количество рядов отверстий/насадок/эжекционных сопел/эжекторов в каждом отдельном потокообразователе, количество отверстий/насадок/ эжекционных сопел/эжекторов в каждом отдельном ряду, угол установки каждой отдельной насадки/эжекционного сопла/эжектора, размеры каждого отдельного отверстия и расстояние между ними, диаметр отверстия/сопла/эжектора каждой отдельной насадки и расстояние между ними выбираются в зависимости от технических характеристик водозаборного сооружения, гидравлической и ихтиологической ситуации в зоне влияния водозабора (направления и скорости течений в зоне водозабора, зоны распределения рыб в месте размещения устройства по горизонтали и по вертикали водоисточника, размерно-видового состава защищаемых рыб), температуры, химического состава и объема подаваемой отработанной воды в зону действия устройства для создания наиболее оптимальных параметров:

- скорости подаваемого потока для предотвращения образования вихревых, водоворотных зон в зоне действия устройства, обеспечения равномерного смешения подаваемой воды с водой в аванкамере водозабора, подводящем канале или водоисточнике, снижения негативного воздействия на рыб и предотвращения их дезориентации и гибели, обеспечения защиты рыб за счет вызова ответной реакции рыб на изменение скорости потока и их самостоятельного ухода из зоны действия устройства или принудительного отведения рыб из зоны действия устройства потоком воды, создаваемым потокообразователем (потокообразователями);

- направления потока для предотвращения образования вихревых, водоворотных зон в зоне действия устройства, обеспечения равномерного смешения подаваемой воды с водой в аванкамере водозабора, подводящем канале или водоисточнике, снижения негативного воздействия на рыб и предотвращения их дезориентации и гибели;

- равномерного распределения горячих/теплых или холодных/ледяных вод и/или вод с отличающимся химическим составом от воды в естественном водоеме в зоне действия устройства для эффективного предотвращения шуго- и льдообразования на заданном участке, предотвращения негативного воздействия на рыб и их гибели, обеспечения защиты рыб путем вызова ответной реакции рыб на изменение температуры и/или химического состава воды и их самостоятельного ухода из зоны действия устройства;

- температуры потока для обеспечения оптимальной температуры воды, предотвращающей шуго- и льдообразование на заданном участке и безопасной для рыб, обеспечения защиты рыб путем вызова ответной реакции рыб на изменение температуры воды и их самостоятельного ухода из зоны действия устройства;

- химического состава воды для обеспечения оптимального химического состава воды, предотвращающей шуго- и льдообразование на заданном участке и безопасной для рыб, обеспечения защиты рыб путем вызова ответной реакции рыб на изменение химического состава воды и их самостоятельного ухода из зоны действия устройства;

- объема используемой воды для предотвращения шуго- и льдообразования на заданном участке.

Вода, подаваемая на потокообразователь, может отличаться не только по температуре, но и/или по химическому составу от воды в естественном водоеме.

Дополнительные затраты на подогрев/охлаждение воды и/или изменение ее химического состава не требуются, поскольку используются отработанная вода.

В летний период многие или некоторые объекты не сбрасывают в водоем отработанную воду для предотвращения шуго- и льдообразования, возникает необходимость создания специального пруда-охладителя для охлаждения отработанных вод.

Заявляемое техническое решение позволяет использовать отработанную воду в любое время года (зима, лето, весна, осень) для обеспечения защиты рыб от попадания в водозаборное сооружение за счет вызова ответной реакции рыб на изменение температуры и/или химического состава, направления, скорости потока и самостоятельного ухода рыб из зоны действия устройства или принудительного отведения рыб из зоны действия устройства потоком воды, создаваемым потокообразователем (потокообразователями).

За счет комплексного действия заявленного устройства и создания наиболее оптимальных параметров скорости, направления, температуры и/или химического состава потока, распределения потока в пространстве, объема используемой воды достигается повышение эффективности предотвращения шуго- и льдообразования на заданном участке в заданный период, предотвращение образования вихревых, водоворотных зон в зоне действия устройства, обеспечение равномерного смешения подаваемой воды с водой в аванкамере водозабора, подводящем канале, реке или любом другом водоисточнике, снижение негативного воздействия на рыб и предотвращение их дезориентации и гибели, обеспечение защиты рыб путем вызова ответной реакции рыб на внешние раздражители (изменение скорости, температуры, химического состава, направления потока) и самостоятельный уход рыб из зоны действия устройства или принудительное отведение рыб из зоны действия устройства потоком воды, создаваемым потокообразователем (потокообразователями).

Сущность заявляемого технического решения поясняется фигурами:

на фиг. 1 схематически показаны некоторые возможные варианты расположения потокообразователя (потокообразователей) 1 в аванкамере водозаборного сооружения 2;

на фиг. 2 схематически показаны возможные варианты исполнения отверстий 3 (щелевых, перфорированных), при одинаковых и разных геометрических размерах отверстий в одном потокообразователе;

на фиг. 3 схематически показаны возможные варианты исполнения потокоформирующих насадок 4 с круглыми отверстиями и прямоугольными выходными отверстиями, при одинаковых и разных геометрических размерах отверстий в одном потокообразователе;

на фиг. 4 схематически показаны возможные варианты исполнения потокоформирующих эжекционныйх сопел/эжектров 5 потокообразователя;

на фиг. 5 схематически показаны частные случаи исполнения устройства, дополнительно оснащенного вертикальным или горизонтальным элементом (экраном) 6;

на фиг. 6 схематически показаны частные случаи исполнения потокоформирующих элементов 7 в виде пластин и полусфер;

на фиг. 7 схематически показаны возможные варианты траектории расположения устройства в плане водозаборного сооружения.

Для повышения эффективности функционирования заявленного технического решения в состав комплексного устройства дополнительно может входить, по меньшей мере, один вертикальный, либо горизонтальный, либо наклонный элемент в виде глухого или водопроницаемого экрана (жалюзийного, сетчатого, электрического) для предотвращения попадания рыб в водозабор, обеспечения самостоятельного отхода рыб из зоны действия устройства или принудительного отведения рыб из зоны действия устройства потоком воды, создаваемым потокообразователем (потокообразователями).

Геометрические размеры, конфигурация, место и угол расположения каждого отдельного элемента (экрана) по отношению к потокообразователю (потокообразователям) устройства и подходному потоку могут быть различными.

Варианты создания электрического поля электрическим экраном и электронным оборудованием могут быть различными, исходя из ихтиологической ситуации в зоне работы водозабора, створа и горизонта размещения и функционирования устройства.

Комплексное устройство и/или элемент (экран) могут быть выполнены в виде стационарной конструкции и стационарно крепиться к гидротехническому сооружению или на опорах, либо в виде плавающей конструкции и устанавливаться на плавающих понтонах, при этом могут быть установлены на любом участке понтона. Компоновка комплексного устройства и элемента (экрана) может быть различной.

Для повышения эффективности функционирования заявленного технического решения в состав комплексного устройства дополнительно может входить, по меньшей мере, один потокоформирующий элемент.

Геометрические размеры, конфигурация, место и угол расположения каждого отдельного потокоформирующего элемента по отношению к потокообразователю (потокообразователям) устройства и подходному потоку могут быть различными.

Поставленная задача, заключающаяся в снижении негативного воздействия на рыб и предотвращении их гибели в водозаборном сооружении, предотвращении шуго- и льдообразования в заданный период на заданном участке аванкамеры, подводящего канала водозаборного сооружения, реки, водохранилища или любого другого водоисточника за счет использования отработанных вод, отличающихся по температуре и/или химическому составу от воды в естественном водоеме, таким образом, чтобы обеспечить создание оптимальных параметров потока воды, а именно: скорости, направления, температуры и/или химического состава потока воды, распределения потока в пространстве, объема используемой воды, выполнена.

Применение заявляемого технического решения позволяет использовать известные в промышленности элементы.

Технический результат заявленного технического решения заключается в повышении эффективности предотвращения шуго- и льдообразования на заданном участке в заданный период, обеспечении защиты рыб от попадания в водозабор, обеспечении самостоятельного ухода рыб из зоны действия устройства или принудительного отведения рыб из зоны действия устройства за счет действия потока воды, создаваемого потокообразователем (потокообразователями), предотвращении образования вихревых и водоворотных зон, локальных участков с летальными и сублетальными для рыб значениями температуры воды и/или химическими показателями воды, снижении энергетических затрат, возможности использования отработанной воды в любое время года для обеспечения защиты рыб от попадания в водозабор.

Настоящее техническое решение может быть использовано для предотвращения образования льда и шуги в аванкамерах, подводящих каналах водозаборных сооружений, реках, водохранилищах или любых других водоисточниках, для ограждения зон скопления рыб или трасс их перемещения от попадания рыбы в водозабор, для создания более благоприятных условий для воспроизводства рыб в естественных или искусственных условиях.

Комплексное устройство состоит из, по меньшей мере, одного потокообразователя, на который подается отработанная вода, отличающаяся по температуре и/или химическому составу от воды в естественном водоеме. Каждый отдельный потокообразователь может располагаться на заданном участке горизонтально или вертикально, или под углом к подходному потоку. Каждый отдельный потокообразователь может устанавливаться на любом горизонте и в любом створе аванкамеры, подводящего канала водозаборного сооружения, реки, водохранилища или любого другого водоисточника. Потокообразователь или несколько потокообразователей могут перекрывать весь створ подходного к водозабору потока, или каждого отдельного водозаборного окна, или часть подходного к водозабору потока по горизонтали, или по вертикали, или под углом к подходному потоку. Для подачи воды потокообразователь имеет отверстия любой формы, либо потокоформирующие насадки, имеющие выходные отверстия любой формы и конфигурации. Потокообразователь может иметь потокоформирующие эжекционные сопла или эжекторы (один эжектор на несколько сопел) для смешения подаваемой отработанной воды и воды из естественного водоема. Геометрические размеры и угол установки каждого отдельного потокообразователя к подходному потоку могут быть любыми и различаться в пределах одного устройства. Количество рядов отверстий/насадок/эжекционных сопел/эжекторов в каждом отдельном потокообразователе и количество отверстий/насадок/эжекционных сопел/эжекторов в каждом отдельном ряду может быть от 1 и более и различаться в пределах одного устройства. Отверстия/насадки/эжекционные сопла/эжекторы могут быть расположены на потокообразователе горизонтально или вертикально в линию, в ступенчатом порядке, в шахматном порядке или в любом другом произвольном порядке. Угол установки каждой отдельной насадки/эжекционного сопла/эжектора потокообразователя, геометрические размеры отверстий и расстояние между ними, диаметр отверстия/сопла/эжектора каждой отдельной насадки и расстояние между ними могут быть любыми и различаться в пределах одного устройства. Заявленный способ использования отработанной воды осуществляется с помощью вышеописанного комплексного устройства. Группа изобретений обеспечивает повышение эффективности предотвращения шуго- и льдообразования на заданном участке в заданный период, предотвращение образования вихревых, водоворотных зон в зоне действия устройства, обеспечение равномерного смешения подаваемой воды с водой в аванкамере водозабора, подводящем канале, реке или любом другом водоисточнике, снижение негативного воздействия на рыб и предотвращение их дезориентации и гибели, обеспечение защиты рыб путем вызова ответной реакции рыб на внешние раздражители (изменение скорости, температуры, химического состава, направления потока) и самостоятельный уход рыб из зоны действия устройства или принудительное отведение рыб из зоны действия устройства потоком воды, создаваемым потокообразователем (потокообразователями). 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Комплексное устройство для защиты рыб и предотвращения шуго- и льдообразования, включающее, по меньшей мере, один потокообразователь, отличающееся тем, что на потокообразователь подается отработанная вода, отличающаяся по температуре и/или химическому составу от воды в естественном водоеме, при этом потокообразователь располагается горизонтально или под углом к подходному потоку, каждый отдельный потокообразователь может устанавливаться на любом горизонте и в любом створе водоисточника, потокообразователь или несколько потокообразователей перекрывают весь створ подходного к водозабору потока или каждого отдельного водозаборного окна или часть подходного к водозабору потока по горизонтали, или по вертикали, или под углом к подходному потоку, для подачи воды каждый потокообразователь имеет щелевые, или перфорированные отверстия, или отверстия любой другой формы, либо потокоформирующие насадки, имеющие круглые, или щелевые отверстия, или отверстия любой другой формы и конфигурации, либо потокоформирующие эжекционные сопла или эжекторы для смешения подаваемой отработанной воды и воды из естественного водоема и создания более сформированной и устойчивой к деформации водяной струи, количество рядов отверстий/насадок/эжекционных сопел/эжекторов в каждом отдельном потокообразователе и количество отверстий/насадок/ эжекционных сопел/эжекторов в каждом отдельном ряду может быть от 1 и более и различаться в пределах одного устройства, угол установки каждой отдельной насадки/эжекционного сопла/эжектора потокообразователя, геометрические размеры отверстий и расстояние между ними, геометрические размеры отверстия/сопла/эжектора каждой отдельной насадки и расстояние между ними могут быть любыми и различаться в пределах одного устройства, в результате за счет комплексного действия устройства достигается в любое время года предотвращение образования вихревых, водоворотных зон в зоне действия устройства, обеспечение равномерного смешения подаваемой воды с водой в водоисточнике, снижение негативного воздействия на рыб и предотвращение их дезориентации и гибели, обеспечение защиты рыб путем вызова ответной реакции рыб на внешние раздражители (изменение скорости, температуры и/или химического состава, направления потока) и самостоятельный уход рыб из зоны действия устройства или принудительное отведение рыб из зоны действия устройства потоком воды, создаваемым потокообразователем (потокообразователями), в заданный период предотвращение шуго- и льдообразования на заданном участке.

2. Комплексное устройство по п.1, отличающееся тем, что в состав комплексного устройства дополнительно входит, по меньшей мере, один вертикальный, либо горизонтальный, либо наклонный элемент в виде глухого или водопроницаемого экрана (жалюзийного, сетчатого, электрического) для предотвращения попадания рыб в водозабор, обеспечения самостоятельного отхода рыб из зоны действия устройства или принудительного отведения рыб из зоны действия устройства потоком воды, создаваемым потокообразователем (потокообразователями), при этом геометрические размеры, конфигурация, место и угол расположения каждого отдельного элемента (экрана) по отношению к потокообразователю (потокообразователям) устройства и подходному потоку могут быть различными.

3. Комплексное устройство по п.1, отличающееся тем, что в состав комплексного устройства дополнительно входит, по меньшей мере, один потокоформирующий элемент, при этом геометрические размеры, конфигурация, место и угол расположения каждого отдельного потокоформирующего элемента по отношению к потокообразователю (потокообразователям) устройства и подходному потоку могут быть различными.

4. Способ использования отработанной воды, отличающейся по температуре и/или химическому составу от воды в естественном водоеме, для защиты рыб и предотвращения шуго- и льдообразования, отличающийся тем, что отработанная вода подается на один или несколько потокообразователей, при этом потокообразователь располагается горизонтально или вертикально, или под углом к подходному потоку, каждый отдельный потокообразователь устанавливается на любом горизонте и в любом створе водоисточника, потокообразователь или несколько потокообразователей перекрывают весь створ подходного к водозабору потока или каждого отдельного водозаборного окна или часть подходного к водозабору потока по горизонтали, или по вертикали, или под углом к подходному потоку, для подачи воды каждый потокообразователь имеет щелевые, или перфорированные отверстия, или отверстия любой другой формы, либо потокоформирующие насадки, имеющие круглые, или щелевые отверстия, или отверстия любой другой формы и конфигурации, либо потокоформирующие эжекционные сопла или эжекторы для смешения подаваемой отработанной воды и воды из естественного водоема, чтобы изменить температуру и/или химический состав подаваемой отработанной воды до значений, не оказывающих негативного воздействия на рыб, и создать более сформированную и более устойчивую к деформации водяную струю, количество рядов отверстий/насадок/эжекционных сопел/эжекторов в каждом отдельном потокообразователе и количество отверстий/насадок/эжекционных сопел/эжекторов в каждом отдельном ряду может быть от 1 и более и различаться в пределах одного устройства, угол установки каждой отдельной насадки/эжекционного сопла/эжектора потокообразователя, геометрические размеры отверстий и расстояние между ними, геометрические размеры отверстия/сопла/эжектора каждой отдельной насадки и расстояние между ними могут быть любыми и различаться в пределах одного устройства, в результате достигается в любое время года предотвращение образования вихревых, водоворотных зон в зоне действия устройства, обеспечение равномерного смешения подаваемой воды с водой в водоисточнике, снижение негативного воздействия на рыб и предотвращение их дезориентации и гибели, обеспечение защиты рыб путем вызова ответной реакции рыб на внешние раздражители (изменение скорости, температуры и/или химического состава, направления потока) и самостоятельный уход рыб из зоны действия устройства или принудительное отведение рыб из зоны действия устройства потоком воды, создаваемым потокообразователем (потокообразователями), в заданный период предотвращение шуго- и льдообразования на заданном участке.

5. Способ использования отработанной воды, отличающейся по температуре и/или химическому составу от воды в естественном водоеме, для защиты рыб и предотвращения шуго- и льдообразования по п.4, отличающийся тем, что дополнительно используется, по меньшей мере, один вертикальный, либо горизонтальный, либо наклонный элемент в виде глухого или водопроницаемого экрана (жалюзийного, сетчатого, электрического) для предотвращения попадания рыб в водозабор, обеспечения самостоятельного отхода рыб из зоны действия устройства или принудительного отведения рыб из зоны действия устройства потоком воды, создаваемым потокообразователем (потокообразователями), при этом геометрические размеры, конфигурация, место и угол расположения каждого отдельного элемента (экрана) по отношению к потокообразователю (потокообразователям) устройства и подходному потоку могут быть различными.

6. Способ использования отработанной воды, отличающейся по температуре и/или химическому составу от воды в естественном водоеме, для защиты рыб и предотвращения шуго- и льдообразования по п.4, отличающийся тем, что дополнительно используется, по меньшей мере, один потокоформирующий элемент, при этом геометрические размеры, конфигурация, место и угол расположения каждого отдельного потокоформирующего элемента по отношению к потокообразователю (потокообразователям) устройства и подходному потоку могут быть различными.