Устройство для образования полыньи на ледяной поверхности водного бассейна Российский патент 2019 года по МПК E02B15/02 

Изобретение относится к области очистки ото льда части открытых водоемов и водотоков, которое может быть использовано при проведении природоохранных мероприятий для сохранения рыбы - образования отдушин, оттаивания примерзших на воде судов и сооружений, а также для получения незамерзающих прорубей в сельской местности, в том числе и для создания бассейнов для «моржей» и т.д.

Известен способ и устройство, предотвращающие замерзание участка поверхности, находящегося вдоль трубопровода, установленного на заданном уровне водной поверхности бассейна. См. заявку на изобретение №200510519/03(001894) от 24.01.05 г. «Способ образования полыньи на ледяной поверхности водного бассейна». Известное устройство состоит из трубопровода, выполненного в виде замкнутого полого корпуса - контура, например, прямоугольника с заборным патрубком, связанным с нижними слоями воды, и трубопроводом отвода воды из контура, установленного под зеркалом водной поверхности. Выходное отверстие трубопровода отвода воды из контура смонтировано ниже уровня водной поверхности водоема. С нижней стороны контура смонтирована телескопическая опора с поплавками.

К недостаткам известного устройства можно отнести то, что подача более теплой воды из нижних слоев к ледяной поверхности водного бассейна осуществляется и регламентируется скоростью вытекания воды из выходного патрубка устройства, которая в свою очередь зависит от длины и диаметра трубопровода, выходящего из контура устройства, что не обеспечивает поддержание полыньи в незамерзающем состоянии при температурах ниже минус 20-25 градусов Цельсия.

Известно более совершенное устройство для образования полыньи на ледяной поверхности водного бассейна см. патент РФ №2295001, М. кл. Е02В 15/02, включающее полый корпус, канал подвода и связанный с верхней частью корпуса канал отвода потока воды, привод, связанный при помощи вала с винтовой лопастью, смонтированной в нижней части корпуса, при этом корпус устройства снабжен поплавками и выполнен в виде двух связанных друг с другом полых цилиндров различного диаметра, соединенных частью корпуса, выполненной в виде полого усеченного конуса, и снабжен, по крайней мере, одной направляющей, смонтированной на выходе потока из конусной части корпуса, а вал устройства снабжен оболочкой, между которой и валом помещена незамерзающая смазка.

К недостаткам известного устройства можно отнести повышенную нагрузку на лопасть, находящуюся на глубине бассейна и невозможность запуска устройства в работу в случае остановки работы, замерзания воды и примерзания лопасти.

Техническим результатом предполагаемого изобретения устранение недостатков прототипа, в частности снижение потребляемой мощности в процессе работы устройства и обеспечение бесперебойной работы устройства, в том числе и в случае оттаивания примерзшей лопасти, а также обеспечение очистки поверхности водоема ото льда при более низких температурах.

Поставленный технический результат достигается использованием сочетания общих с прототипом известных признаков, включающих средство для удержания устройства на поверхности водного бассейна, корпус устройства с каналом подвода воды из глубины бассейна, каналом отвода потока воды, выполненным в верхней части корпуса и привод, связанный при помощи вала, с винтовой лопастью и новых признаков, заключающихся в том, что винтовая лопасть устройства выполнена в верхней части канала подвода воды из глубины бассейна над усеченным конусообразным раструбом на уровне средней части канала отвода потока воды, при этом привод устройства смонтирован над водной поверхностью бассейна при помощи средства для удержания устройства на поверхности водного бассейна и снабжен размещенным над лопастью источником нагрева среды, связанным электрической цепью питания с защитным от примерзания лопасти устройством, включающем аварийную и рабочую электрические схемы, контакты которого, при увеличенной нагрузке вращения лопасти при примерзании, по аварийной схеме - источник питания - якорь двигателя - обмотка возбуждения соединены с источником нагрева среды, при устранении нагрузки от примерзания лопасти, контакты защитного устройства по рабочей схеме - источник питания - якорь двигателя - конденсатор - выпрямитель и транзистор замкнуты.

В качестве источника нагрева среды использована, например, галогеновая лампа.

В качестве двигателя использован коллекторный с последовательным возбуждением

Новизной предложенного технического решения является выполнение винтовой лопасти устройства в верхней части канала подвода воды из глубины бассейна над усеченным конусообразным раструбом на уровне средней части канала отвода потока воды, при этом привод устройства смонтирован над водной поверхностью бассейна при помощи средства для удержания устройства на поверхности водного бассейна и снабжен размещенным над лопастью источником нагрева среды, связанным электрической цепью питания с защитным от примерзания лопасти устройством, включающем аварийную и рабочую электрические схемы, контакты которого, при увеличенной нагрузке вращения лопасти при примерзании, по аварийной схеме - источник питания - якорь двигателя - обмотка возбуждения соединены с источником нагрева среды, при устранении нагрузки от примерзания лопасти, контакты защитного устройства по рабочей схеме - источник питания - якорь двигателя - конденсатор - выпрямитель и транзистор замкнуты.

Так, выполнение винтовой лопасти устройства в верхней части канала подвода воды из глубины бассейна над усеченным конусообразным раструбом на уровне средней части канала отвода потока воды позволяет снизить потребляемую двигателем мощность и обеспечить возможность растапливания льда при примерзании лопасти в период остановки работы устройства.

Монтаж привода устройства над водной поверхностью бассейна при помощи средства для удержания устройства на поверхности водного бассейна и наличие размещенного над лопастью источника нагрева среды (льда, шуги и т.п.) позволяет поддерживать рабочую температуру двигателя привода и оттаивать примерзшую лопасть.

Связь источника нагрева среды электрической цепью питания с защитным от примерзания лопасти устройством, включающем аварийную и рабочую электрические схемы, контакты которого, при увеличенной нагрузке вращения лопасти при примерзании, по аварийной схеме - источник питания - якорь двигателя - обмотка возбуждения соединены с источником нагрева среды, позволяют подать большую часть тока около 80% на источник нагрева среды для растопления льда и освобождения ото льда лопасти. Меньшая часть тока (примерно 20%) поступающая на обмотки якоря двигателя не позволяет якорю вращаться до полного размораживания лопасти устройства.

При устранении нагрузки от примерзания лопасти, контакты защитного устройства по рабочей схеме - источник питания - якорь двигателя - конденсатор - выпрямитель и транзистор замкнуты - позволяет включить в работу двигатель и обеспечить вращение лопасти.

Признаки использования в качестве источника нагрева среды, например, галогеновой лампы, а в качестве двигателя использование коллекторного с последовательным возбуждением - являются признаками дополнительными направленными на уточнение основных признаков и способствуют достижению поставленного технического результата.

Проведенный патентно-информационный поиск показал, что сочетания предложенных известных и новых признаков предполагаемого изобретения в патентной и научно-технической литературе - не обнаружено, что позволяет отнести признаки к обладающим новизной.

Поскольку предложенное сочетание признаков не известно из существующего уровня техники и позволяет получить более высокий технический результат, то предлагаемые существенные признаки можно признать соответствующими критерию - изобретательский уровень.

Описание осуществления предлагаемого устройства и проведенные опытные работы позволяют отнести предложенное устройство для образования полыньи на ледяной поверхности водного бассейна к промышленно выполнимым.

На Фиг. 1 схематично показано предлагаемое устройство для образования полыньи на ледяной поверхности водного бассейна.

На фиг. 2 схематично представлена электрическая схема защитного от примерзания устройства.

Предлагаемое устройство для образования полыньи на ледяной поверхности водного бассейна, при помощи которого в зимний период осуществляется образование полыньи, состоит из средства для удержания устройства на поверхности водного бассейна, выполненного либо в виде телескопических опор, устанавливаемых на дне водоема либо в виде поплавков 1. Поплавки 1 позволяют установить привод 2 над водной поверхностью 3 водоема. При этом лопасть 4 находится над раструбом 5 канала 6 подвода воды, напротив центральной части канала 7 отвода потока воды. Вал 8 соединяет электродвигатель привода 2 с винтовой лопастью 4. Между приводом 2 и винтовой лопастью 4 помещен источник 9 нагрева среды. Защитное от примерзания лопасти устройство включает аварийную, содержащую источник питания 10, якорь двигателя 11, обмотку возбуждения 12 и источник 9 нагрева среды и рабочую, содержащую источник питания 10, якорь двигателя 11, конденсатор 13, выпрямитель с диодами 14 и 15, потенциометр 16, зарядный конденсатор 17, транзистор 18, реле 19 с контактами 20 электрические схемы.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

При включении электродвигателя привода 2 вращение двигателя через вал 8 передается на винтовую лопасть 4, которая по каналу 6 начинает поднимать воду из нижних слоев водоема, а затем по горизонтально расположенному каналу 7 направлять поток воды в сторону оттаиваемой поверхности льда и впоследствии поддерживать образовавшуюся площадь полыньи в незамерзающем состоянии.

В случае непредвиденного или планового отключения электроэнергии на длительное время, лопасть 4 и вода находящаяся вокруг лопасти 4 замерзает. В этом случае, при подаче электроэнергии от источника питания 10 электродвигатель 11, вследствие возникшей нагрузки из-за обмерзания лопасти - не заработает (не вращается). В этом случае импульсов с якоря двигателя не будет, транзистор 18 будет заперт, контакты 20 разомкнуты и ток от источника 10 питания, через якорь двигателя 11 двигателя и обмотку возбуждения 12 будет поступать на источник 9 нагрева среды, который ограничивает до 80-ти процентов прохождение тока через электродвигатель 11. Происходит оттаивание лопасти и растопление льда вокруг лопасти 4.

После оттаивания лопасти 4 с началом ее вращения защитное устройство переходит на рабочий режим создания полыньи на ледовой поверхности водоема. Если лопасть может свободно вращаться, двигатель сначала начнет работать в слабом режиме через источник 9 нагрева среды. При этом с якоря электродвигателя 11 пойдут импульсы через конденсатор 13, диоды 14 и 15 выпрямителя на потенциометр 16 через который произойдет зарядка конденсатора 17 и откроется транзистор 18.При этом сработает реле 19 и контакты 20 замкнуться. После замыкания контактов 20, ток потечет минуя источник 9 нагрева среды через обмотку возбуждения и двигатель заработает в полную мощность.

При этом лопасть 4 начинает вращаться и перегонять более теплую воду со дна бассейна к ледовой его поверхности, осуществляя растопление льда у выхода воды из отводного канала 7. При переходе работы защитного устройства на рабочий режим, как только лопасть начнет вращаться, импульсы с якоря двигателя 11 пройдя по электрической схеме - источник питания 10 - якорь двигателя 11 - конденсатор 13 - диоды 14 и 15 выпрямителя, потенциометр 16, зарядный конденсатор 17 откроют транзистор 18, сработает реле 19 и замкнутся контакты 20. Двигатель привода 2 начнет работать в полную мощность. Потенциометром 16 коррегируется порог срабатывания реле 20.

Изготовленный авторами опытный образец устройства был испытан в некоторых рыбоводных хозяйствах Алтайского края. Потребляемая мощность двигателя - 20 Вт. При работе предлагаемого устройства образовалась полынья площадью 6-10 м². При этом соответствующими службами хозяйства осуществлялся контроль количества кислорода в воде, которое после нескольких часов работы доходило до нормы и поддерживалось в норме на протяжении всего времени работы установки. Круглосуточная работа установки не требует участия человека, снижается потребление электроэнергии, повышается содержание кислорода в воде.

Авторами в настоящее время разработаны рабочие чертежи устройства и ведутся переговоры об изготовлении опытной партии устройств для рыбоводных хозяйств Алтайского края. В дальнейшем предполагается организовать их производство в г. Барнауле для сохранения рыбы в замерзающих прудах и в протоках поймы реки Оби.

Изобретение относится к области очистки ото льда части открытых водоемов и водотоков и может быть использовано при проведении природоохранных мероприятий для сохранения рыбы - образования отдушин, оттаивания примерзших на воде судов и сооружений, а также для получения незамерзающих прорубей в сельской местности, в том числе и для создания бассейнов для «моржей» и т.д. Устройство для образования полыньи на ледяной поверхности водного бассейна включает средство для удержания устройства на поверхности водного бассейна, корпус устройства с каналом подвода воды из глубины бассейна, каналом отвода потока воды, выполненным в верхней части корпуса, и привод, связанный при помощи вала с винтовой лопастью. Винтовая лопасть устройства выполнена в верхней части канала подвода воды из глубины бассейна над усеченным конусообразным раструбом на уровне средней части канала отвода потока воды. Привод устройства смонтирован над водной поверхностью бассейна при помощи средства для удержания устройства на поверхности водного бассейна и снабжен размещенным над лопастью источником нагрева среды, связанным электрической цепью питания с защитным от примерзания лопасти устройством, включающим аварийную и рабочую электрические схемы, контакты которого при увеличенной нагрузке вращения лопасти при примерзании по аварийной схеме - источник питания - якорь двигателя - обмотка возбуждения соединены с источником нагрева среды, при устранении нагрузки от примерзания лопасти контакты защитного устройства по рабочей схеме - источник питания - якорь двигателя - конденсатор - выпрямитель и транзистор замкнуты. Изобретение обеспечивает снижение потребляемой мощности в процессе работы устройства и возможность бесперебойной работы устройства, в том числе и в случае оттаивания примерзшей лопасти, а также обеспечивает очистку поверхности водоема ото льда при более низких температурах. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для образования полыньи на ледяной поверхности водного бассейна, включающее средство для удержания устройства на поверхности водного бассейна, корпус устройства с каналом подвода воды из глубины бассейна, каналом отвода потока воды, выполненным в верхней части корпуса, и привод, связанный при помощи вала с винтовой лопастью, отличающееся тем, что винтовая лопасть устройства выполнена в верхней части канала подвода воды из глубины бассейна над усеченным конусообразным раструбом на уровне средней части канала отвода потока воды, при этом привод устройства смонтирован над водной поверхностью бассейна при помощи средства для удержания устройства на поверхности водного бассейна и снабжен размещенным над лопастью источником нагрева среды, связанным электрической цепью питания с защитным от примерзания лопасти устройством, включающим аварийную и рабочую электрические схемы, контакты которого при увеличенной нагрузке вращения лопасти при примерзании замкнуты по аварийной схеме - источник питания - якорь двигателя - обмотка возбуждения - источник нагрева среды, при устранении нагрузки от примерзания лопасти контакты защитного устройства замкнуты по рабочей схеме - источник питания - якорь двигателя - конденсатор - выпрямитель - транзистор - реле.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве источника нагрева среды использована, например, галогеновая лампа.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве двигателя использован коллекторный с последовательным возбуждением.