Способ селективного забора воды из промежуточного слоя трехслойного стратифицированного водоема Российский патент 2023 года по МПК E02B9/04 

Изобретение относится к гидротехнике, в частности к забору воды, и может найти применение при проектировании и строительстве водозаборных устройств, обеспечивающих водоснабжение промышленных предприятий, тепловых и атомных электростанций.

Известен способ, где слой водоема, выбранный для водозабора, изолируют от выше- и нижележащих слоев поверхностью, которую формируют образующими плоское течение водовоздушными струями, направляя их под углом к горизонту на выбранную глубину (авторское свидетельство № 1808904, опубликовано 15.04.1993 г., МПК Е02В 9/04).

Недостатком способа является то, что при его осуществлении водозабор возможен только из верхнего слоя стратифицированного водоема. Кроме того, водовоздушные струи, направленные под углом к горизонту, будут не только изолировать слой водоема, выбранный для водозабора, но и приводить к перемешиванию воды и нарушению стратификации водоема, что не позволяет изобретение считать промышленно применимым, снижает его эффективность.

Наиболее близким техническим решением является способ, в котором забор воды производится из водоема с двухслойной стратификацией, синхронно из двух слоев: через водозаборное окно в одном слое - на промышленные нужды, а через водозаборное окно в другом слое вода возвращается в источник водоснабжения водоема (Патент Российской Федерации № 2648259 от 23.03.2018, МПК Е02В 9/04).

Недостатком способа-прототипа является то, что даже при небольшом расходе забираемой воды в водозаборное окно может затекать вода из другого слоя водоема, чем нарушается селективный водозаборный процесс.

Цель изобретения - снабжение чистой холодной водой промышленных предприятий, тепловых и атомных электростанций.

Поставленная цель достигается тем, что забор воды производят одновременно из трех слоев слоисто стратифицированного водоема через три водозаборных окна в верхнем, промежуточном и нижнем слоях водоема. Воду из промежуточного слоя водоема направляют на промышленные нужды, а забираемую из верхнего и нижнего слоев стратифицированного водоема воду используют в других целях, либо возвращают в водоем на достаточно большом расстоянии от локации водозаборных окон.

Для этого в верхнем и нижнем слоях водоема компонуют два вспомогательных водозаборных окна: верхнее и нижнее, причем оба окна располагают симметрично относительно промежуточного окна (Фиг. 1), водозабор из всех трех окон осуществляют синхронно с одинаковым расходом воды. Поверхности разделов слоев практически остаются в первоначальном горизонтальном положении при любом значении расхода воды, что обеспечивает селективность водозаборного процесса.

Техническое решение заключается в том, что в отличие от способа-прототипа, помимо водозаборного окна в промежуточном слое, в нижнем и верхнем слоях скомпонованы два вспомогательных водозаборных окна. Вода из всех трех окон забирается синхронно, обе поверхности раздела слоев практически остаются в первоначальном горизонтальном положении при любом значении расхода через окна, что обеспечивает селективность водозаборного процесса.

Технический результат заявленного способа заключается в повышении эффективности способа. Обе поверхности раздела слоев практически остаются в первоначальном горизонтальном положении при любом значении расхода через водозаборные окна, что по определению обеспечивает селективный водозаборный процесс из промежуточного слоя водоема. Забираемую из верхнего и нижнего вспомогательных окон воду можно использовать в других целях, либо возвращать воду в водоем на достаточно большом расстоянии от локации водозаборных окон.

На Фиг. 1 представлен схематический чертеж водозаборного процесса, предназначенного для охлаждения тепловыделяющих элементов промышленных предприятий, в том числе тепловых и атомных электростанций в летнее время, когда необходимо подавать охлаждающую воду из промежуточного слоя слоисто стратифицированного водоема с технически чистой и холодной, по сравнению с верхним и нижним слоями водоема.

Обозначения:

Н₁, Н₂, Н₃ - верхний, промежуточный и нижний слои водоема;

q₁, q₂, q₃ - расходы через верхнее, промежуточное и нижнее водозаборное окно соответственно;

η₁ - граница между верхним и промежуточным слоями;

η₂ - граница между нижним и промежуточным слоями;

z₀¹, z₀², z₀³ - расстояние между η₁ и центром верхнего водозаборного окна;

z₀², z₀³ - расстояние между η₂ и центром промежуточного водозаборного окна;

z₀³ - расстояние между дном водоема и центром нижнего водозаборного окна.

Способ осуществляется следующим образом.

Забор воды на промышленные нужды производится через промежуточное водозаборное окно. Забираемую через верхнее и нижнее водозаборные окна воду можно использовать для иных целей, либо возвращать в водоем на достаточно большом расстоянии от расположения водозаборных окон.

Пример

На основе разработанного авторами гидродинамического метода расчета селективных водозаборных процессов была проведена оценка величины сдвига границы между верхним и промежуточным слоями, а также между нижним и промежуточным слоями.

В качестве исходных данных для расчета были выбраны:

Н₁=H₂-Н₃=2 м;

q₁=q₂=q₃=0,6 м³/c; z₀¹=0,5 м;

z₀²=1,0 м; z₀³=1,5 м;

ρ₁=998 кг/м³;

ρ₂=999 кг/м³;

ρ₃=1000 кг/м³.

Из результатов расчетов следует, что сдвиг поверхности раздела между верхним и промежуточным, а также между нижним и промежуточным слоями составляет не более 3% от толщины слоя (Фиг. 1). К тому же, уровень поверхности раздела между верхним и промежуточным слоями не достигает края водозаборного окна, также, как и уровень поверхности раздела между нижним и промежуточным слоями не достигает края водозаборного окна. Это означает, что слои не перемешиваются, т.е. процесс водозабора остается селективным для промежуточного слоя. В итоге для промышленных целей поступает чистая холодная вода.

Изобретение относится к гидротехнике, в частности к забору воды, и может найти применение при проектировании и строительстве водозаборных устройств, обеспечивающих водоснабжение промышленных предприятий, тепловых и атомных электростанций. Сущность изобретения заключается в том, что забор воды производится из трех слоев стратифицированного водоема через водозаборные окна: из промежуточного слоя водозабор производят на промышленные нужды, а из верхнего и нижнего слоев водозабор производят для обеспечения селективного водозабора из промежуточного слоя, причем вода из всех трех окон забирается синхронно с одинаковым расходом. Предлагаемый способ позволяет повысить эффективность водозаборных устройств, обеспечивающих водоснабжение промышленных предприятий, тепловых и атомных электростанций. 1 ил.

Способ селективного забора воды из промежуточного слоя трехслойного стратифицированного водоема, включающий разделение слоев водоема, забор воды из одного слоя на промышленные нужды, возврат воды из другого слоя в источник водоснабжения водоема, отличающийся тем, что забор воды производят синхронно с одинаковым расходом из трех слоев через водозаборные окна в каждом слое: из промежуточного окна на промышленные нужды, а из верхнего и нижнего окон, которые располагаются симметрично относительно промежуточного окна, вода возвращается в источник водоснабжения водоема.