Фильтрующий водоприемник с рыбозащитным устройством для водозаборов из поверхностных водоисточников Российский патент 2022 года по МПК E02B9/04 E02B8/08 

Изобретение относится к области гидротехнического строительства для целей мелиорации и сельскохозяйственного водоснабжения и предназначено для забора воды из поверхностных водоисточников и обеспечения защиты оросительных систем от попадания в них сора и загрязнений биогенного характера (животного и растительного происхождения).

Известен водоприемник с вихревыми камерами и рыбозаградительными фильтрами (Проектирование сооружений для забора поверхностных вод. Справочное пособие к СНиП //ВНИИ ВОДГЕО Госстроя СССР. - М.: Стройиздат, 1990, стр. 96, рис. 59), включающий массивный корпус, вихревую камеру, соединенную с самотечным водоводом, сороудерживающую и сороотражающую решетки, съемные фильтрующие кассеты с гравийной загрузкой мощностью до 0,60-0,75 м. Водоприемник обеспечивает эффективную рыбозащиту.

Недостатком известного технического решения является низкая эффективность, обусловленная относительно невысокими скорости фильтрации, при которых требуется существенное увеличение габаритных размеров даже для водозаборов малой производительности и возможностью глубокой кольматации фильтрующей загрузки, что требует периодической импульсной промывки, существенно усложняющей эксплуатацию водоприемника, при увеличении энергетических затрат в связи с необходимостью обеспечения работы системы промывки.

Известно рыбозащитное устройство водозаборного сооружения (Авт.с. СССР №1247456, МПК⁴ Е02В 8/08), включающее размещенную между бычками перегораживающего поток сооружения приемную камеру с установленными в ней с помощью системы крепления на равных расстояниях одна от другой пластинами и плоскими сетками, привод для изменения положения пластин и сеток, рыбоотвод, входными окнами примыкающий к задней стенке приемной камеры, на передней стенке которой закреплены горизонтальные обтекатели, расположенные с промежутками между ними, причем с целью повышения надежности в работе и эффективности рыбозащиты система крепления пластин и плоских сеток выполнена в виде вертикальных стержней, установленных в приемной камере с возможностью перемещения вдоль своих осей с помощью привода, а на стержнях жестко закреплены пластины и плоские сетки, при этом обтекатели и входные окна рыбоотвода размещены со смещением по вертикали относительно друг друга, а боковые стенки приемной камеры в промежутках между обтекателями выполнены из сетчатого полотна с очертанием в плане по цилиндрической поверхности второго порядка. Кроме того, привод для изменения положения пластин и плоских сеток выполнен в виде понтона с системой заполнения его водой и опорожнения.

Недостатком известного технического решения является низкая эффективность, связанная со сложностью конструкции и эксплуатации устройства, в частности, с необходимостью обеспечения перемещения вертикальных стержней вдоль собственной оси, что также затрудняет возможность применения устройства для русловых водоприемников.

Известно рыбозащитное устройство (Авт.с. СССР №1254107, МПК⁴ Е02В 8/08), включающее устанавливаемый на всасывающем патрубке насоса сетчатый барабан, промывное приспособление, выполненное в виде водоструйной флейты и установленное внутри сетчатого барабана на оси с возможностью вращения от привода, выполненного в виде лопастной турбины, размещенной на оси, раму с возможностью поворота относительно шарнира в вертикальной плоскости. Рыба и мусор, задерживаемые сетчатым полотном барабана, смываются струями воды из водоструйной флейты. Вода во флейту поступает из напорного коллектора насоса по рукаву.

Недостатком известного технического решения является сложность конструкции и эксплуатации в связи с наличием вращающихся элементов, трубопроводов подачи промывной воды от насоса, что исключает или существенно затрудняет возможность применения устройства для русловых водоприемников и при ограниченных глубинах потока в русле реки.

Известно рыбозащитное устройство (Авт.с. СССР №1428805, МКИ⁶ Е02В 8/08), включающее камеру, установленную в водоисточнике, фильтрующее приспособление, выполненное в виде плоских сетчатых пластин, привод поворота сетчатых пластин, перфорированные трубы, патрубок, подпятник, поворотные створки, напорный водовод и стопор, причем камера выполнена в виде цилиндра с возможностью его вращения в вертикальной плоскости, поперечное сечение которого представляет собой звезду. При этом грани цилиндра выполнены из плоских сетчатых пластин. Забор воды осуществляется через плоские сетчатые пластины, водоприемные окна патрубка, установленного на оси во внутренней полости цилиндра. Одновременно вода, подаваемая по напорному водоводу, поступает к подпятнику и во внутреннюю полость нижнего основания цилиндра и далее к перфорированным трубам, создавая водоструйную завесу и приводя камеру во вращение.

Недостатком известного технического решения является сложность конструкции и эксплуатации в связи с наличием вращающихся элементов, что также существенно снижает надежность работы устройства и затрудняет возможность его оперативного ремонта при относительной труднодоступности к отдельным элементам конструкции. Это исключает или существенно затрудняет возможность применения устройства для русловых водоприемников и при ограниченных глубинах потока в русле реки. Кроме того, рыбозащита за счет создания водоструйной завесы при относительно высоких энергозатратах остается низкоэффективной и не находит широкого применения в практике.

Известен сборный фильтрующий водоприемник (Расчет и конструирование водозаборных узлов. А.М. Тугай. - Киев, "Будiвельник", 1978, стр. 67, табл.15), имеющий фильтрующие пласты (кассеты) на водоприемном отверстии, водоприемный раструб, направляющие на входе в самотечный или сифонный водовод и обсыпку оголовка щебнем или камнем. Такой русловой водоприемник эффективно применяется на реках со средними и тяжелыми условиями забора воды, в частности при большом количестве влекомых наносов и при тяжелых шуголедовых условиях при средней и большой производительности водозабора. Сборный фильтрующий водоприемник обеспечивает эффективную рыбозащиту и может изготавливаться в заводских условиях.

Недостатком известного технического решения является сложность монтажа и эксплуатации фильтрующего водоприемника, обусловленная большими габаритами из-за малой скорости протока воды в фильтрующей загрузке, а также необходимостью создания высокого давления, необходимого для промывки загрузки при ее глубокой кольматации.

Прототипом к заявленному изобретению является водоприемник, который имеет массивный оголовок с обсыпкой щебнем или камнем, фильтрующие кассеты на водоприемном отверстии с фильтрующей загрузкой, водоприемный раструб, соединенный с самотечным или сифонным водоводом. Загрузка фильтрующих кассет выполнена плавающей из шарообразных элементов разного диаметра, имеющих положительную гидравлическую крупность. Рыбозащита осуществляется за счет отпугивания мальков рыбы при активном перемещении шарообразных элементов плавающей фильтрующей загрузки в кассетах между верхней и нижней решетками при гидродинамическом воздействии на них потока воды, поступающей в водоприемник, и за счет механического препятствования проникновению мальков рыбы в толщу загрузки.

Недостатком известного технического решения является низкая эффективность очистки потока воды через фильтрующую загрузку, сложность замены и утилизации применяемой фильтрующей загрузки, сложность монтажа водоприемного устройства, Низкая рыбозащитная эффективность.

Задачей изобретения является создание эффективного водоприемника для забора воды из русла реки, обеспечивающего надежную рыбозащиту, снижение количества используемой фильтрующей загрузки и снижение энергозатрат на промывку в случае ее необходимости.

Технический результат заключается в развитой структуре поровых каналов, с увеличением удельной поверхности фильтрования и скорости фильтрования.

Технический результат достигается за счет того, что фильтрующий водоприемник с рыбозащитным устройством для водозаборов из поверхностных водоисточников содержит массивный оголовок с обсыпкой щебнем или камнем, фильтрующие кассеты с фильтрующей загрузкой на водоприемном отверстии, выделенная полость соединена с самотечным или сифонным водоводом, фильтрующие кассеты выполнены в виде цилиндрических ячеек с размещенными в них мешочками из углеродной ткани с фильтрующей загрузкой, выполненной из древесной щепы с размерами частиц 2-5 мм и толщиной загрузки 200 мм и более, при этом цилиндрические ячейки горизонтально перекрыты пластмассовой сеткой -верхняя часть с размерами пор 1,5-2,0 мм и нижняя часть с размерами пор до 2-4 мм.

Массивный оголовок фильтрующего водоприемника выполнен в виде жесткого металлического короба.

Использование цилиндрических ячеек, в которые помещены мешочки из углеродной ткани с фильтрующей загрузкой, выполненной из древесной щепы с размерами частиц 2-5 мм и толщиной загрузки 200 мм и более, позволяет за счет увеличения размеров древесной цепы с среднем на 30% создать развитую структуру поровых каналов, тем самым существенно увеличивает удельную поверхность фильтрования и скорость фильтрования, не уменьшая эффективность очистки.

Фильтрующие ячейки горизонтально перекрыты пластмассовой сеткой при этом верхняя часть с размерами пор 1,5-2,0 мм и нижняя часть с размерами до пор 2-4 мм, что позволяет соблюсти требуемые размеры отверстий в сетчатых рыбозащитных сооружений (табл. 9.2 СП 101.13330.2012 «Подпорные стены, судоходные шлюзы, рыбопропускные и рыбозащитные сооружения»), что обеспечивает надежную рыбозащиту.

Цилиндрическая форма ячейки позволяет увеличить пропускную способность устройства, исключая создания зон турбулентности и облегчает выемку отработанной фильтрующей загрузки из ячеек, за счет помещения фильтрующей загрузки в мешки из углеродной ткани.

Отведение воды в выделенную полость одновременно от всех цилиндрических ячеек с помощью самотечного водовода, тем самым усредняет ее расход. На фиг.1 представлен фильтрующий водоприемник с рыбозащитным устройством, размещенного в русле поверхностного водоисточника. На фиг. 2 выполнен поперечный разрез водоприемник с рыбозащитным устройством.

Фильтрующий водоприемник с рыбозащитным устройством, имеет массивный оголовок 1 в виде жесткого металлического короба с обсыпкой щебнем или камнем 2, фильтрующие кассеты с фильтрующей загрузкой на водоприемном отверстии 9. Выделенная полость 7, соединена с самотечным водоводом 8. Фильтрующие кассеты выполнены в виде цилиндрических ячеек 3 с размещенными в них мешочками из углеродной ткани 4, обладающей высокими прочностными свойствами с фильтрующей загрузкой, выполненной из древесной щепы с размерами частиц 2-5 мм и толщиной загрузки 200 мм и более, при этом цилиндрические ячейки 3 горизонтально перекрыты пластмассовой сеткой - верхняя часть 5 с размерами пор 1,5-2,0 мм и нижняя часть 6 с размерами пор до 2-4 мм.

Фильтрующий водоприемник с рыбозащитным устройством работает следующим образом.

Вода из русла реки поступает через водоприемное отверстие 9 массивного оголовка 1, выполненного из коррозиестойкого металла. Загрузку цилиндрических ячеек 3 осуществляют размещением мешочков из углеродной ткани 4, заполненных фильтрующим материалом. В качестве фильтрующего материала используют древесную щепу с размерами частиц 2-5 мм и толщиной загрузки не менее 200 мм, которая, в случае необходимости легко утилизируется. Использование данного вида фильтрующей загрузки позволяет снизить количество используемого материала, так как при намокании она расширятся в размерах в среднем на 30%; также она находится во взвешенном состоянии, выполняя функцию по отпугиванию рыб от водоприемного отверстия 9 оголовка 1. Использование пластмассовой сетки с размерами пор 1,5-2,0 мм в верхней части 5 водоприемного отверстия 9 оголовка 1 позволит предотвратить попадание мальков в фильтрующие кассеты 4. Фильтрующий материал регенерируется обратным током воды, а в случае полного износа из цилиндрических ячеек 3 вынимают мешочки из углеродной ткани 4, в последующем их опорожняют от отработанной загрузки и промывают под проточной водой и заполняют новой фильтрующей загрузкой и помещают в цилиндрические ячейки 3. Вода отводится одновременно от всех цилиндрических ячеек 3 с фильтрующей загрузкой 4, помещенных на пластмассовую сетку в нижнюю ее часть 6 с размерами пор 2-4 мм, в выделенную полость 7 одновременно от всех цилиндрических ячеек 3 с помощью самотечного водовода 8, тем самым усредняя расход отводимой воды. Промывка фильтрующей загрузки производится через самотечный водовод 8.

Изобретение относится к области гидротехнического строительства для целей мелиорации и сельскохозяйственного водоснабжения и предназначено для забора воды из поверхностных водоисточников и обеспечения защиты оросительных систем от попадания в них сора и загрязнений биогенного характера (животного и растительного происхождения). Фильтрующий водоприемник имеет массивный оголовок 1 в виде жесткого металлического короба с обсыпкой щебнем 2, фильтрующие кассеты с фильтрующей загрузкой на водоприемном отверстии 9. Фильтрующие кассеты выполнены в виде цилиндрических ячеек 3, заполненных мешочками из углеродной ткани 4 с фильтрующим материалом - древесной щепой с размерами частиц 2-5 мм и толщиной загрузки 200 мм и более. Фильтрующие кассеты горизонтально перекрыты пластмассовой сеткой - верхняя часть 5 с размерами пор 1,5-2,0 мм и нижняя часть 6 с размерами пор 2-4 мм. Вода отводится в выделенную полость 7 одновременно от всех цилиндрических ячеек 3 с помощью самотечного водовода 8, тем самым усредняя расход отводимой воды. Обеспечивается развитая структура поровых каналов, с увеличением поверхности фильтрования и скорости фильтрования. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Фильтрующий водоприемник с рыбозащитным устройством для водозаборов из поверхностных водоисточников, содержащий массивный оголовок с обсыпкой щебнем или камнем, фильтрующие кассеты с фильтрующей загрузкой на водоприемном отверстии, выделенная полость соединена с самотечным водоводом, отличающийся тем, что фильтрующие кассеты выполнены в виде цилиндрических ячеек с размещенными в них мешочками из углеродной ткани с фильтрующей загрузкой, выполненной из древесной щепы с размерами частиц 2-5 мм и толщиной загрузки 200 мм и более, при этом цилиндрические ячейки горизонтально перекрыты пластмассовой сеткой - верхняя часть с размерами пор 1,5-2,0 мм и нижняя часть с размерами пор 2-4 мм.

2. Фильтрующий водоприемник с рыбозащитным устройством для водозаборов из поверхностных водоисточников по п. 1, отличающийся тем, что массивный оголовок выполнен в виде жесткого металлического короба.