Способ водоснабжения защитных культивационных сооружений и устройство для его осуществления Российский патент 2023 года по МПК E03B3/06 E03B11/02 

Изобретение относится к водоснабжению, в частности к подготовке воды, а также оптимизации режима ее подачи в разводящую сеть, и может быть использовано на защищенных грунтах в регионах с жесткими почвенно-климатическими условиями и повышенном содержании в подземных источниках химических элементов, не представляющих при водопотреблении эксплуатационно-технологической ценности.

Известные способы и устройства для их осуществления представляют изобретения, реализующие процесс водоснабжения потребителей посредством гидроаккумулирующих емкостей, обеспечивающих напорный уровень воды, подаваемой в распределительную сеть после очистки от содержащегося в ней радона путем аэрации, причем непосредственный контакт воды с воздухом для насыщения ее кислородом производится либо рассеиванием потока в виде мелких брызг (RU №2582362 С1), либо, с целью повышения эффективности очистки, эжектированием потока, что способствует образованию на входе в емкость водо-воздушной эмульсии (RU №2750460 С1). В обоих случаях, вода подается по центро-ориентированному вертикальному стояку в верхнюю зону емкости на высоту выше максимально возможного уровня воды, что для водонапорных гидросооружений, обслуживающих объекты коммунального хозяйства, составляет от 10 до 25 метров.

Следует иметь в виду, что устройство подобного типа лучше использовать в масштабах сельских поселений с активностью водопотребления 150 м³/сутки и возможными отрицательными температурами окружающего воздуха в зимний период ниже (-25°С). Такое предположение будет целесообразным в том случае, если не учитывать спонтанность режима водопотребления в селитебных территориях с характерными для него ночными фазами снижения интенсивности водоразбора и не акцентировать внимание на металлоемкости эксплуатируемых гидросооружений, а также на системе автоматического управления с минимализированным функционалом в рамках контроля граничных уровней заполнения водонапорной емкости. Однако, как положительное можно отметить, что через вентиляционные окна, предусмотренные в данном техническом решении, вместе с воздухом будет уходить не только радон, но и также вытесняемые кислородом из воды свободная углекислота и сероводород.

Специфика водоснабжения защищенных культивационных сооружений (теплицы, оранжереи, парники) предполагает, прежде всего, режимность водопотребления с обязательной предварительной (перед подачей в разводящую сеть) подготовкой воды соответственно агробиологическим требованиям для посадочного материала, а также требованиям к созданию безопасных и нормальных условий труда обслуживающего персонала, находящегося, как правило, внутри тепличных или оранжерейных помещений.

В этой связи, известные изобретения (RU №2582362 C1, RU №2750460 С1), имеют недостатки, затрудняющие их внедрение в технологический процесс производства сельскохозяйственной продукции на защищенных грунтах при водоснабжении культивационных сооружений.

Необходимо отметить, что постоянная циркуляция через аккумулирующую емкость скважинной воды приводит к накоплению и неуклонному повышению концентрации в ее надводном пространстве газов, вытесняемых при насыщении воды кислородом, для удаления которых необходима принудительная система воздухообмена с окружающей средой, что в данных технических решениях конструкционно не предусмотрено. Эффективность вентиляционной системы, предлагаемой авторами изобретений, не гарантирует своевременного удаления в атмосферу продуктов отдува, что повышает риск их накопления и значимо затрудняет процесс аэрации. В этом случае аэрирование воды будет иметь продолжение после ее сетевого распределения внутри защитных культивационных сооружений, где для обеспечения безопасных условий труда сотрудников потребуется дополнительная электроэнергия с целью повышения качества их проветривания, включая затраты на автоматическое регулирование температурного режима, поскольку речь идет о биотехнологических объектах. Кроме этого, при накоплении и подготовке воды перед подачей к потребителю, использование приема аэрации предполагает окисление двухвалентного железа и двухвалентного соединения марганца в нерастворимые вещества. Полученные продукты окисления должны подвергаться задержанию посредством фильтрации, что авторами настоящих изобретений не оговаривается и техническое решение для проведения обезжелезивания и деманганации в патентах (RU №2582362 C1, RU №2750460 С1) не представлено.

Эффективность процесса дегазации, как и других процессов, связанных с очисткой воды, определяется не только площадью ее контакта с воздухом, но и длительностью периода аэрации. В конструкционном плане напорно-аккумулирующая емкость должна содержать элементы задержки влаги в контакте с воздухом. В известных изобретениях авторы указывают на решение с установкой купола над верхней частью емкости, как элемента, образующего объем для разбрызгивания воды. При этом какая-либо другая функция купола (гидрорефлектирование, водосток, конденсация) не заявляется. В любом случае задержка разбрызгиваемой воды на контактной поверхности купола не окажет значительного влияния на процесс аэрации в силу кратковременности периода водостока в накопительную часть емкости.

Из известных изобретений наиболее близким к предлагаемому является способ водоснабжения производственных и жилишно-бытовых объектов сельских поселений, а также устройство для его осуществления (RU №2758603 С1), которое выбрано в качестве прототипа.

Устройство, осуществляющее прототипный способ, содержит герметичную емкость с разводящей магистралью и водоотводящей трубой, сообщающей ее через фильтрующий элемент со скважиной. Внутреннее пространство герметичной емкости разделено на функциональные секции, включаемые в технологический процесс системой автоматического управления. Для этой цели на внутренней поверхности герметичной емкости расположены температурные датчики, датчики давления воздуха в надводном пространстве, датчики уровня жидкости, запорные, а также воздушные клапаны. Устройство снабжено подземным герметичным резервуаром, имеющим сообщение с емкостью и единое с ней донное основание, на котором по центральной оси установлена водоподъемная колонна с присоединенными к ее нижней части водоподводящей и воздухоподводящей трубами. Сверху емкость закрыта герметизирующим щитом, оборудованным дополнительным компрессором, приводимым в действие ветроустановкой.

Реализация прототипного способа водоснабжения (RU №2758603 С1) основана на принципе объединения в системный функциональный комплекс процесса подготовки воды (водоподготовки) и процесса оптимизации режима ее подачи в разводящую сеть. При этом водоподготовка осуществляется при заполнении водонапорной емкости посредством комбинирования подачи воды и воздуха через водоподъемную колонну, где в результате аэрирования воды происходит ее дегазация, а также обезжелезивание и деманганация. Двухкомпрессорная система принудительного воздухообмена удаляет из водонапорной емкости продукты отдува (свободная углекислота, сероводород, радон), а продукты окисления двухвалентного железа и двухвалентного соединения марганца как нерастворимые вещества подвергаются задержанию посредством фильтрации с применением зернового наполнителя.

Процесс оптимизации режима подачи воды в разводящую сеть в прототипном изобретении заключаются в использовании напорной составляющей от высоты водяного столба, варьированием которой в зависимости от температуры окружающей среды обеспечивается теплообмен с содержимым подземного резервуара, реализующего бойлерный эффект на основе аккумулирования и передачи тепловой энергии земли содержимому водонапорной емкости, при заполнении которой через водоподъемную колонну вода подается пропорционально количеству воздуха, нагнетаемого, как основным компрессором, так и компрессором дополнительного наддува, приводимого ветроустановкой, чем обеспечивается стабильность напора в разводящей сети независимо от интенсивности водопотребления в каждый конкретный момент времени.

Специфика процесса водоснабжения защитных культивационных сооружений заключается в технологической режимности водопотребления внутри ограниченного пространства, изолированного от окружающей среды с целью создания микроклиматических условий, адекватных агробиологическим характеристикам выращиваемых культур. Как правило, сети разводящие артезианскую воду монтируются непосредственно в технологических помещениях, поэтому вероятность их перемерзания при отрицательной температуре окружающей среды практически отсутствует. В этом случае нет необходимости акцентировать внимание на актуальности бойлерного эффекта, реализация которого в прототипном изобретении (RU №2758603 С1) осуществляется в результате функционального совмещения надземных и подземных технологических емкостей. Вопрос в том, что техническое решение предложенное авторами прототипа, хоть и категорируется как гидросооружение «невысотного» типа, является неадекватно громоздким и металлоемким для установки его внутри оранжерейного, тепличного или парникового сооружения, что необходимо для подготовки воды по функции очистки перед подачей ее в разводящую сеть указанных сооружений. В случае оптимизации габаритов прототипного сооружения под технологические помещения с защищенными грунтами использование напорной составляющей от высоты водяного столба будет технологически нерационально и, как следствие, приведет к перераспределению функциональной нагрузки в сторону компрессорного блока, форсирование режима работы которого потребуется в пропорции обратной проценту уменьшения указанных габаритов. Более того, поскольку в данном случае компрессор, обеспечивающий, постоянный дополнительный наддув, приводится в действие ветроустановкой, постольку стабильность его работы напрямую зависит от погодных условий, а монтаж ветроустановки в защитных культивационных сооружениях, в свою очередь, потребует разработку отдельного технического решения. Как следствие, при уменьшении мощности ветрового потока система автоматического управления будет стремиться к максимальному уровню загрузки энергосетевого компрессора, и так уже работающего в форсированном режиме компрессорного блока с целью обеспечения стабильности напора по разводящей сети в связи с габаритным ограничением высоты водяного столба и его напорной составляющей.

В рамках анализа проблематики эксплуатации прототипного изобретения (RU №2758603 С1) на защищенных грунтах необходимо отметить, что при габаритизации технического решения, реализующего известный способ водоснабжения для сохранения функции очистки воды в процессе ее подготовки перед подачей в разводящую сеть, необходимо будет увеличить количество воздуха, пропускаемого через водоподъемную колонну. Это является обязательным технологическим условием для насыщения воды кислородом и удаления из водонапорной емкости продуктов отдува в окружающую среду в случае уменьшения размеров функциональных пространств прототипного изобретения при его модернизации.

Такой подход к водоснабжению защитных культивационных сооружений рациональным не является так, как в связи с перегрузкой компрессорного блока потребуется разработка проекта с внедрением модели пневмокомпрессора большей производительности и потребляемой мощности, что актуализирует вопрос эксплуатационной технологичности сооружений указанного типа и, как следствие, проблему рентабельности агропродукции с защищенных грунтов.

Задачей изобретения является оптимизация режима водоснабжения, интегрирование в его функциональную схему комбинированной системы процессов очистки и подачи воды в разводящую сеть, а также улучшение эксплуатационной технологичности устройства для накопления и подготовки воды перед ее потреблением технологическими объектами.

Это достигается тем, что перед поступлением в сеть, разводящую воду по технологическим объектам, вода из скважины по вертикальному стояку насосом подается в герметичную водонапорную емкость, высота установки которой над опорной поверхностью не превышает габаритного уровня для эксплуатируемого типа защитного культивационного сооружения. Заполнение водонапорной емкости производится посредством впрыскивания водо-воздушной эмульсии, образование которой осуществляется эжекторами, расположенными диаметрально на поперечной штанге, установленной в верхней части стояка с возможностью вращения в горизонтальной плоскости относительно его вертикальной оси. Под давлением от насоса водо-воздушная эмульсия, впрыскиваясь в приемный отсек водонапорной емкости, за счет реактивной силы вызывает момент, вращающий поперечную штангу с установленными на ней эжекторами. Это позволяет не только обеспечивать большую площадь контакта пузырьков воздуха и воды при ее аэрации, но и равномерно распределять водо-воздушную эмульсию по внутренней поверхности приемного отсека. Сам приемный отсек выполнен в виде конфузора, где разбрызгиваемая вода, оседая на его внутренней поверхности, начинает гравитационно перемещаться к ниже расположенному по диффузорному типу конусообразному диску и уже по внешней поверхности продолжает нисходящее перемещение к очередному конусообразному диску, установленному ниже по конфузорному типу. При реализации «ступенчатого» стока воды время ее контакта с воздухом в рассредоточенном по конусным поверхностям состоянии значимо возрастает, что способствует интенсификации процесса аэрации и, как следствие, более качественной ее дегазации, деманганации, а также обезжелезивания с получением нерастворимых продуктов окисления, которые подвергаются задержанию посредством фильтрации с применением зернистого наполнителя. В настоящем изобретении количество конусообразных дисков, обеспечивающих очистку воды, устанавливается исходя из уровня ее загрязнения химическими элементами и с учетом интенсивности водопотребления на технологическом объекте, а размер дисков проектируется по критерию «габаритизации» устройства, реализующего предлагаемый способ водоснабжения, при установке его в функциональном пространстве защитного культивационного сооружения. В процессе аэрации, когда при насыщении воды кислородом из нее вытесняются свободная углекислота, сероводород, радон и другие газы, получаемые продукты отдува устраняются из водонапорной емкости в результате воздухообмена непосредственно с окружающей средой через воздушный предохранительный клапан, срабатывание которого обеспечивается системой автоматического управления в случае увеличения давления воздуха внутри водонапорной емкости свыше технологически необходимого уровня (свыше 400 кПа). Аспект технологичности, имеющий место в фазе очистки, когда обработка воды осуществляется посредством аэрации наиболее предпочтительным и безопасным окислительным агентом - кислородом воздуха, делает возможным оптимизацию эксплуатационных затрат для заданных показателей ее качества за счет рационального использования в предлагаемом способе энергии напора, создаваемого насосом. Это, практически, является технологической основой комбинирования процессов очистки и подачи воды в разводящую сеть из водонапорной емкости.

В начальный момент работы, когда насосом из скважины по вертикальному стояку воду подают в водонапорную емкость, состояние ее герметичности обеспечивается системой автоматического управления, удерживающей воздушный предохранительный клапан и клапан водозапорный, через который вода подается на технологические объекты, в закрытом виде. Впрыскиваемая через эжекторы вода дегазируется, очищается от продуктов окисления в фильтре с зернистым наполнителем и накапливается в нижней части емкости. Механизм впрыска в предлагаемом устройстве спроектирован как передающий силовой поток механизму привода воздушного компрессора, установленного на крышевом щите водонапорной емкости. При вращении поперечной штанги, момент, создаваемый реактивной силой водо-воздушной эмульсии, передается компрессору, приводя его в действие, в результате чего в надводное пространство водонапорной емкости начинает нагнетаться воздух из окружающей среды. При совместной работе насоса и, как следствие, компрессора водонапорная емкость одновременно заполняется как водой, так и воздействующим на ее поверхность сжатым воздухом, что, соответственно, приводит к непрерывному росту давления внутри водонапорной емкости. Данный процесс будет проходить до тех пор, пока система автоматического управления, реагируя на сигнал датчика, идентифицирующего превышение технологически необходимого давления воздуха в водонапорной емкости, не откроет воздушный предохранительный клапан, чем обеспечивается воздухообмен с окружающей средой, необходимый для удаления из емкости продуктов отдува из воды, и нормализация давления, воздействующего на поверхность жидкости, подготовленной к подаче в разводящую сеть. Водоснабжение технологических объектов начинается в момент, когда уровень воды, накопившейся в нижней части емкости будет выше уровня установки выпускного патрубка с водозапорным клапаном. По сигналу от датчика нижнего уровня жидкости контроллер открывает клапан и под напором, определяемым совокупным воздействием от внутриемкостного давления воздуха, высоты водяного столба и уровня установки емкости над опорной поверхностью, жидкость подается в разводящую сеть. В случае интенсивного водопотребления, превосходящего проектно-технологические нормы, во избежание снижения уровня воды ниже выпускного патрубка, система автоматического управления закроет водозапорный клапан, предохраняя разводящую сеть от заполнения воздухом. При неактивном водопотреблении и чрезмерном накоплении воды в емкости контроллер отключит сетевой насос, прекратив тем самым поступление жидкости в вертикальный стояк, что производится в соответствии с сигналом от датчика верхнего уровня жидкости.

Таким образом, в настоящем изобретении оптимизация режима водоснабжения и интегрирование в его функциональную схему комбинированной системы процессов очистки и подачи воды в разводящую сеть обеспечивается за счет напора воды, создаваемого насосом, но не реализуемого при данном способе по максимальной высоте водяного столба, что позволяет, используя потенциальную энергию эквивалентную разности между максимально-возможным и проектно-технологическим уровнем установки предлагаемого устройства, осуществлять при его работе реактивный привод компрессора и, как следствие, создавать условия для интенсивной аэрации воды, а также поддерживать давление воздуха внутри водонапорной емкости, обеспечивающее, при воздействии на поверхность скопившейся очищенной воды ее подачу в разводящую сеть под напором, стабилизированным адекватно режиму водоснабжения технологических объектов в каждый конкретный момент времени.

Технологичность предлагаемого технического решения проявляется в реализации энергосберегающего режима водоснабжения с функцией очистки и подачи воды в разводящую сеть на основе перераспределения энергии напора создаваемого насосной установкой, а также в возможности габаритизации устройства для водоснабжения внутри технологических пространств защитных культивационных сооружений.

Предлагаемый способ может быть реализован устройством (рис. Фиг. 1), содержащим герметичную водонапорную емкость 1, по центральной оси которой расположен вертикальный стояк 2 с установленной на его верхнем конце поперечной штангой 3, оборудованной эжекторами 4 и имеющей возможность вращения в горизонтальной плоскости относительно вертикальной оси стояка 2. От поперечной штанги 3 силовой поток через приводной вал 5 передается воздушному компрессору 6, размещенному на крышевом щите 7 водонапорной емкости 1. Непосредственно под крышевым щитом 7 в верхней части водонапорной емкости 1 расположен приемный отсек 8 конфузорного типа, внутри которого разбрызгивается вода, нагнетаемая по стояку 2 из скважины 9 насосом 10. Для гравитационного перемещения эжектированной влаги, равномерно распределяемой по внутренней поверхности приемного отсека 8, к фильтру с зерновым наполнителем 11 между ними внутри водонапорной емкости 1 установлены конусообразные диски 12 с усеченными вершинами, аксиально ориентированные и скомплектованные в последовательности ступенчатого перехода по принципу «диффузор-конфузор». Подача сконцентрированной в нижней части емкости 1 очищенной воды в разводящую сеть, распределяющую ее по технологическим объектам, производится через выпускной патрубок 13, оборудованный водозапорным клапаном 14, функциональным состоянием которого управляет контроллер 15 в соответствии с сигналами от датчика нижнего уровня жидкости 16, установленного на внутренней стенке емкости 1 выше уровня расположения выпускного патрубка 13. Для предохранения емкости 1 от переполнения водой внутри нее ниже уровня расположения фильтра с зерновым наполнителем 11 установлен датчик верхнего уровня жидкости 17. Кроме этого, во внутренней полости водонапорной емкости 1 выше датчика верхнего уровня жидкости 17 размещен датчик давления воздуха 18, по сигналу от которого контроллер 15 управляет работой воздушного клапана 19, обеспечивая технологически необходимое давление воздуха над поверхностью накапливаемой в нижней части водонапорной емкости 1 очищенной воды перед подачей ее в разводящую сеть. Для установки и габаритизации внутри защитного культивационного сооружения водонапорная емкость 1 монтируется на опорной раме 20.

Предлагаемый способ водоснабжения реализуется в устройстве следующим образом. В начальный момент работы устройства воду из скважины 9 насосом 10 по вертикальному стояку 2 подают в герметичную водонапорную емкость 1, высота установки которой на опорной раме 20 от опорной поверхности не превышает габаритного уровня для эксплуатируемого типа защитного культивационного сооружения. Водонапорную емкость 1 заполняют посредством впрыскивания в ее приемный отсек 8 водо-воздушной эмульсии, образование которой осуществляют эжекторами 4, вызывающими за счет реактивной силы момент, вращающий поперечную штангу 3, что позволяет, как обеспечивать большую площадь контакта пузырьков воздуха и воды при ее аэрации, так и равномерно распределять водо-воздушную эмульсию по внутренней поверхности приемного отсека 8. Далее, вода, разбрызгиваемая таким образом в объеме приемного отсека 8, оседает на его внутренней поверхности и гравитационно перемещается к ниже расположенному по диффузорному типу конусообразному диску 12, где уже по внешней поверхности продолжает нисходящее перемещение к очередному конусообразному диску, установленному соответственно ниже предыдущего, но уже по конфузорному типу. То есть, для увеличения периода контакта с воздухом воды в рассредоточенном состоянии по конусным поверхностям дисков осуществляют «ступенчатый» сток, что способствует интенсификации процесса аэрации и, как следствие, более качественной дегазации, деманганации, а также обезжелезивания воды с получением нерастворимых продуктов окисления, которые после схода с внутренней поверхности самого нижнего диска, аксиально сориентированного своим конфузором на подачу воды в фильтр 11, подвергаются задержанию посредством фильтрации с применением зернистого наполнителя. Количество конусообразных дисков, обеспечивающих очистку воды в соответствие агробиологическим требованиям, устанавливают с учетом интенсивности водопотребления на технологических объектах, а их размер проектируют в аспекте эксплуатационной технологичности и по критерию «габаритизации» устройства, реализующего предлагаемый способ водоснабжения, при установке его в функциональном пространстве защитного культивационного сооружения.

При первичной подаче воды из скважины 9 в водонапорную емкость 1 состояние ее герметичности обеспечивают системой автоматического управления посредством контроллера 15, удерживающего воздушный клапан 19 и водозапорный клапан 14 в закрытом состоянии. Впрыскиваемая через эжекторы 4 вода дегазируется, очищается от продуктов окисления в фильтре с зерновым наполнителем 11 и накапливается в нижней части емкости 1. При вращении поперечной штанги 3 момент, создаваемый реактивной силой водо-воздушной эмульсии, через приводной вал 5 приводит в действие компрессор 6, за счет чего в надводное пространство водонапорной емкости 1 нагнетают воздух из окружающей среды. При совместной работе насоса 10 и, как следствие, компрессора 6 водонапорная емкость 1 одновременно заполняется, как водой, так и воздействующим на ее поверхность сжатым воздухом, что, соответственно, приводит к непрерывному росту давления внутри емкости 1. Данный процесс будет проходить до тех пор, пока контроллер 15, реагируя на сигнал датчика давления воздуха 18, не откроет воздушный клапан 19, чем обеспечивают воздухообмен с окружающей средой, необходимый для удаления из емкости 1 продуктов отдува из воды, и нормализуют давление, воздействующее на поверхность жидкости, подготовленной к подаче в разводящую сеть.

Водоснабжение технологических объектов начинают, когда уровень воды, накопившейся в нижней части емкости 1 будет выше уровня установки выпускного патрубка 13 с водозапорным клапаном 14. По сигналу от датчика нижнего уровня жидкости 16 контроллер 15 открывает водозапорный клапан 14 и под напором, определяемым совокупным воздействием от внутриемкостного давления воздуха, высоты водяного столба в емкости 1 и уровня ее установки над опорной поверхностью, жидкость подается в разводящую сеть. В случае интенсивного водопотребления, превосходящего проектно-технологические нормы, во избежание уменьшения уровня воды ниже выпускного патрубка 13 система автоматического управления посредством контроллера 15 закроет водозапорный клапан 14, предохраняя разводящую сеть от заполнения ее воздухом. При неактивном водопотреблении и чрезмерном накоплении воды в емкости 1 контроллер 15 в соответствии с сигналом от датчика верхнего уровня жидкости 17 отключит насос 10 от электросети, чем обеспечивают прекращение поступления воды в вертикальный стояк 2.

Таким образом, применение предлагаемого способа и устройства для его осуществления позволит снабжать технологические объекты водой в оптимальном режиме функционального комбинирования процессов очистки и подачи воды в разводящую сеть.

Технический результат, выражающийся в повышении интенсивности аэрации и оптимизации подачи очищенной воды в разводящую сеть при условии габаритизации устройства для водоснабжения внутри технологических пространств защитных культивационных сооружений, достигается за счет увеличения площади и времени контакта воздуха с водой посредством ее эжектирования и гравитационного ступенчатого стока в накопительную часть емкости, а также перераспределения энергии напора, создаваемого насосной установкой с учетом и возможностью использования реактивных сил от разбрызгивания воды на привод компрессора, создающего внутри водонапорной емкости давление, стабилизирующее напор в разводящей сети при водоснабжении технологических объектов в каждый конкретный момент времени. Предлагаемый способ заключается в том, что в начальный момент работы устройства воду из скважины насосом по вертикальному стояку подают в герметичную водонапорную емкость, высота установки которой на опорной раме от опорной поверхности не превышает габаритного уровня для эксплуатируемого типа защитного культивационного сооружения. Водонапорную емкость заполняют посредством впрыскивания в ее приемный отсек водо-воздушной эмульсии, образование которой осуществляют эжекторами, вызывающими за счет реактивной силы момент, вращающий поперечную штангу, что позволяет, как обеспечивать большую площадь контакта пузырьков воздуха и воды при ее аэрации, так и равномерно распределять водо-воздушную эмульсию по внутренней поверхности приемного отсека. Далее, вода, разбрызгиваемая таким образом в объеме приемного отсека, оседает на его внутренней поверхности и гравитационно перемещается к ниже расположенному по диффузорному типу конусообразному диску, где уже по внешней поверхности продолжает нисходящее перемещение к очередному конусообразному диску, установленному соответственно ниже предыдущего, но уже по конфузорному типу. То есть, для увеличения периода контакта с воздухом воды в рассредоточенном состоянии по конусным поверхностям дисков осуществляют ее «ступенчатый» сток, что способствует интенсификации процесса аэрации и, как следствие, более качественной дегазации, деманганации, а также обезжелезивания воды с получением нерастворимых продуктов окисления, которые после схода с внутренней поверхности самого нижнего диска, аксиально сориентированного своим конфузором на подачу воды в фильтр, подвергаются задержанию посредством фильтрации с применением зернистого наполнителя. Количество конусообразных дисков, обеспечивающих очистку воды в соответствие агробиологическим требованиям, устанавливают с учетом интенсивности водопотребления на технологических объектах, а их размер проектируют в аспекте эксплуатационной технологичности и по критерию «габаритизации» устройства, реализующего предлагаемый способ водоснабжения, при установке его в функциональном пространстве защитного культивационного сооружения.

При первичной подаче воды из скважины в водонапорную емкость состояние ее герметичности обеспечивают системой автоматического управления посредством контроллера, удерживающего воздушный клапан и водозапорный клапан в закрытом состоянии. Впрыскиваемая через эжекторы вода дегазируется, очищается от продуктов окисления в фильтре с зерновым наполнителем и накапливается в нижней части емкости. При вращении поперечной штанги момент, создаваемый реактивной силой водо-воздушной эмульсии, через приводной вал приводит в действие компрессор, за счет чего в надводное пространство водонапорной емкости нагнетают воздух из окружающей среды. При совместной работе насоса и, как следствие, компрессора водонапорная емкость одновременно заполняется, как водой, так и воздухом, воздействующим на ее поверхность, что, соответственно, приводит к непрерывному росту давления внутри емкости. Данный процесс будет проходить до тех пор, пока контроллер, реагируя на сигнал датчика давления воздуха, не откроет воздушный клапан, чем обеспечивают воздухообмен с окружающей средой, необходимый для удаления из емкости продуктов отдува из воды, и нормализуют давление, воздействующее на поверхность жидкости, подготовленной к подаче в распределительную сеть.

Водоснабжение технологических объектов начинают, когда уровень воды, накопившейся в нижней части емкости будет выше уровня установки выпускного патрубка с водозапорным клапаном. По сигналу от датчика нижнего уровня жидкости контроллер открывает водозапорный клапан и под напором, определяемым совокупным воздействием от внутриемкостного давления воздуха, высоты водяного столба в емкости и уровня ее установки над опорной поверхностью, жидкость подается в разводящую сеть. В случае интенсивного водопотребления, превосходящего проектно-технологические нормы, во избежание уменьшения уровня воды ниже выпускного патрубка система автоматического управления посредством контроллера закроет водозапорный клапан, предохраняя разводящую сеть от заполнения ее воздухом. При неактивном водопотреблении и чрезмерном накоплении воды в емкости контроллер в соответствии с сигналом от датчика верхнего уровня жидкости отключит насос от электросети, чем обеспечивают прекращение поступления воды в вертикальный стояк.

Фактически в настоящем изобретении оптимизация режима водоснабжения и интегрирование в его функциональную схему комбинированной системы процессов очистки и подачи воды в разводящую сеть обеспечивается за счет напора воды, создаваемого насосом, но не реализуемого при данном способе по максимальной высоте водяного столба, что позволяет, используя потенциальную энергию эквивалентную разности между максимально возможным и проектно-технологическим уровнем установки предлагаемого устройства осуществлять при его работе реактивный привод компрессора и, как следствие, создавать условия для интенсивной аэрации воды, а также поддерживать давление воздуха внутри водонапорной емкости, обеспечивающее, при воздействии на поверхность скопившейся очищенной воды ее подачу в разводящую сеть под напором, адекватным активности водопотребления технологическими объектами.

Группа изобретений относится к области водоснабжения. Способ состоит в заполнении герметичной водонапорной емкости (1) водой из скважины (9) с одновременной аэрацией для насыщения ее кислородом, подаче воды в разводящую сеть под напором, определяемым совокупным воздействием от высоты водяного столба в водонапорной емкости и давления воздуха в надводном пространстве водонапорной емкости. Компрессор (6), создающий условия для интенсивной аэрации воды, а также поддерживающий давление воздуха внутри водонапорной емкости (1), обеспечивающее при воздействии на поверхность скопившейся очищенной воды ее подачу в разводящую сеть под напором, стабилизированным адекватно режиму водоснабжения технологических объектов в каждый конкретный момент времени, приводится в действие реактивной силой, возникающей при разбрызгивании воды и создающей момент вращения, способствующий равномерному распределению по внутренней поверхности приемного отсека (8) водо-воздушной эмульсии. После чего высвободившаяся вода совершает нисходящее гравитационное перемещение по ступенчатой траектории типа «диффузор-конфузор». Устройство содержит герметичную водонапорную емкость (1), оборудованную датчиком давления воздуха (18), датчиками уровня жидкости (16 и 17), водозапорным (14) и воздушным (19) клапаном, на крышевом щите (7) которой установлен воздушный компрессор (6), по центральной оси размещен вертикальный стояк (2), а в нижней ее части расположен выпускной патрубок (13). Устройство дополнительно снабжено поперечной штангой (3), установленной на верхнем конце вертикального стояка (2) с возможностью вращения в горизонтальной плоскости и оборудованной эжекторами (4). Поперечная штанга (3) посредством приводного вала (5) соединена с компрессором (6), под которым внутри водонапорной емкости (1) расположен приемный отсек (8) конфузорного типа, а между ним и фильтром с зерновым наполнителем (11) установлены конусообразные диски (12) с усеченными вершинами, аксиально ориентированные и скомплектованные в последовательности ступенчатого перехода по принципу «диффузор-конфузор». Обеспечивается повышение интенсивности аэрации и оптимизации подачи очищенной воды в разводящую сеть. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ водоснабжения, включающий заполнение герметичной водонапорной емкости водой из скважины с одновременной аэрацией для насыщения ее кислородом, подачу воды в разводящую сеть под напором, определяемым совокупным воздействием от высоты водяного столба в водонапорной емкости и давления воздуха в надводном пространстве водонапорной емкости, отличающийся тем, что компрессор, создающий условия для интенсивной аэрации воды, а также поддерживающий давление воздуха внутри водонапорной емкости, обеспечивающее при воздействии на поверхность скопившейся очищенной воды ее подачу в разводящую сеть под напором, стабилизированным адекватно режиму водоснабжения технологических объектов в каждый конкретный момент времени, приводится в действие реактивной силой, возникающей при разбрызгивании воды и создающей момент вращения, способствующий равномерному распределению по внутренней поверхности приемного отсека водо-воздушной эмульсии, после чего высвободившаяся вода совершает нисходящее гравитационное перемещение по ступенчатой траектории типа «диффузор-конфузор».

2. Устройство водоснабжения для осуществления способа по п. 1, содержащее герметичную водонапорную емкость, оборудованную датчиком давления воздуха, датчиками уровня жидкости, водозапорным и воздушным клапаном, на крышевом щите которой установлен воздушный компрессор, по центральной оси размещен вертикальный стояк, а в нижней ее части расположен выпускной патрубок, отличающееся тем, что оно снабжено поперечной штангой, установленной на верхнем конце вертикального стояка с возможностью вращения в горизонтальной плоскости и оборудованной эжекторами, причем поперечная штанга посредством приводного вала соединена с компрессором, под которым внутри водонапорной емкости расположен приемный отсек конфузорного типа, а между ним и фильтром с зерновым наполнителем установлены конусообразные диски с усеченными вершинами, аксиально ориентированные и скомплектованные в последовательности ступенчатого перехода по принципу «диффузор-конфузор».