ВОДОЗАБОРНОЕ ОЧИСТИТЕЛЬНОЕ СООРУЖЕНИЕ Российский патент 2024 года по МПК E02B9/04 E02B8/02 

Изобретение относится к гидротехнике, а именно к сооружениям для комплексной очистки воды от влекомых и части взвешенных наносов при водозаборе в каналы, трубы и аванкамеры насосных станций.

Известно устройство для осветления воды, содержащее корпус с отводящим каналом, спиральную камеру, расположенную внутри корпуса и выполненную в виде переливной стенки, подводящий канал, подключенный к входу к спиральной камере, и промывной трубопровод, подключенный к промывному отверстию в дне спиральной камеры, при этом водопереливная стенка очерчена по витку спирали Архимеда в пределах угла поворота радиус-вектора, а промывное отверстие расположено в плюсе этой спирали (Авторское свидетельство SU №1330254, Е02В 8/02 от 15.08.1987).

Недостаток данного устройства обусловлен его сложной конструкцией, включающей водосливную стенку, очерченную по спирали Архимеда в пределах угла поворота, и сложностью ее гидравлического расчета. Низкая надежность работы проявляется в том, что взвешенные наносы фракций, перераспределяясь в плане, частично во взвешенном состоянии могут поступать через переливную стенку в корпус и далее к потребителю. Это, в первую очередь, требует, чтобы было постоянство перелива воды, однако, в процессе работы сооружения, происходит частое изменение расходов в подводящем канале. В случае насыщенности потока в большом количестве влекомыми и взвешенными наносами, промывное отверстие не справляется с их промывкой, и происходит частичный завал по ширине камеры. В результате этого увеличивается наполнение в кольцевой камере, и наносы могут попадать через переливную стенку к потребителю, т.е. высота стенок переливной не рассчитана на такой гидравлический режим ее работы, соответственно, гидравлическая структура в камере меняется. В этом случае более мелкие наносы начнут поступать в отводящий трубопровод к потребителю. Таким образом, известное сооружение не позволяет полностью защитить канал чистой воды от части взвешенных наносов. Задача в известном устройстве решается только в одном техническом цикле, защита от донных наносов при определенном расчетном расходе.

Известно рыбозащитное устройство, включающее цилиндрическое в плане камеру с отводящим водоводом, в котором концентрично установлена кольцевая стенка с сетчатой верхней частью, подводящий водовод, размещенный касательно к внутренней поверхности стенки, и рыбоотвод, подключенный к центру камеры, причем рыбозащитная кольцевая стенка имеет ломаное очертание, образованное поочередно расположенными и спиралеобразными участками (Авторское свидетельство SU №1011775, Е02В 8/02 от 15.04.1983).

К недостаткам известного устройства относятся образование в районах сопряжения 4 и спиралеобразных 5 участков стенки 3 застойных непромываемых участков для скопления примесей, где возможны донные отложения, нарушающих функционирование устройства; травмирование в результате соударения и соприкосновении с механическими примесями и сором - молоди рыб при направлении ее к центральному отверстию в дне камеры 1 и транспортировке ее по рыбоотвод 7; непредусмотренность постоянной или периодической очистки верхней сетчатой части кольцевой стенки 3; постоянные затраты энергии для отвода молоди рыб обратно в водоисточник.

Известен отстойник, включающий служащую для сбора наносов приемную отстойную камеру, имеющую наклонное дно, перегородку с окном в нижней части, делящей камеру на две секции и сбросной коллектор (Авторское свидетельство SU №1350242, Е02В 8/02 от 07.11.1987).

Недостатком известного устройства: периодическая подача воды потребителю по отводящему патрубку 15, которая периодически прерывается на время промывки отстойника посредством задействования восходящей 7 и нисходящей 9 ветви сифона 8. В результате в трубопроводах с чистой водой создаются воздушные пробки, снижающие эффективность в работе известного устройства и тем самым затрудняющие водоснабжение; завал выходного отверстия восходящей ветви 7 сифона 8 скопленными наносами в конусной части отстойника у окна 5 и естественная кольматация их, что может препятствовать включению в работу сифона 8 (во-первых) и привести к недостаточности всасывающего усилия сифона для поднятия наносной массы на всю высоту восходящей ветви 7 сифона 8, т.е. на высоту от входного отверстия сифона 5 вплоть до капора 10.

Известны также, например, гидроциклоны и пескогравиеловки SU:№№184187, 367895, 544473, 816558, 823647, 882942, 869998, 1392188, 1456234, 1546547; RU №2532276.

Однако известные устройства сложны, обусловленные многочисленными элементами, непрактичными в изготовлении. Что не позволяет обеспечить надежную продолжительную работу устройства в ходе эксплуатации.

Наиболее близким к предлагаемому по назначению, технической сущности и достигаемому результату является водозаборное очистительное сооружение, включающее служащую для сбора наносов приемную отстойную камеру, имеющую наклонное дно, перегородку с окном в нижней части, делящей камеру на две секции, сбросной коллектор, при этом приемная отстойная камера состоит из комплекта вибрирующих решеток, имеющих уклоны с разными размерами просветов между стержнями решеток, уменьшающимися от верхней решетки к нижней, при этом решетки установлены обращенными в сторону наносопромывного щелевого отверстия в боковой стенке камеры, размер щелевого отверстия равен максимальному диаметру влекомых наносов и имеет выход с внешней стороны камеры, при этом вторая секция камеры в верхней части снабжена дополнительно гасительной горизонтальной решеткой (Патент RU №2643821, Е02В 8/02 от 06.02.2018).

Недостатком известного устройства является то, что водозаборное очистительное сооружение не обладает достаточным эффектом осаждения взвешенных наносов при очистке воды при водозаборе. Кроме того, сама форма движения потока воды зависит от конструкции расположения вертикальной стенки в секции камеры и в недостаточной возможности в повышении степени осветлении воды из-за восходящих токов воды вверх, и зависит от наличия гасительной горизонтальной решетки. В предложенном устройстве крутящий момент поступающей воды и передается устройством крыльчатки в целом, которая при вращении оказывает роликом с зубьями со ступицей, падает и ударяется в падину зубьев, что вызывает сотрясение горизонтальных наклонных полок. Под воздействием часто повторяющихся соударений ступицы крыльчатки о консоль, на которой закреплена, полки испытывают колебательные движения под воздействием чего осадок сползает с полок, а вторая вертикальная перегородка через тягу связана с распрямлением пружины. Опорная пружина позволяет тяге связанной с вертикальной перегородкой колебаться в вертикальном направлении, что интенсифицирует процесс сползания мелких наносов с полок вниз в погашенный поток воды в сторону промывного отверстия с коллектором, при этом третья секция сверху прикрыта установленной наклонной под углом струенаправляющей перегородкой.

Технический результат заключается в создании конструкции водозаборного очистительного сооружения, обеспечивающей высокую эффективность осаждения взвешенных частиц наносов при очистке водозабора для предприятий.

По сравнению с прототипом, поступающий поток распределяется по высоте отвода со стороны первой секции через выпускные отверстия в вертикальной перегородке в сторону закрепленных наклонных полок, связанных со второй вертикальной перегородкой с отверстиями и с тягой, перегородка, которая имеет вибрационный привод, закрепленная через тягу сверху на корпусе и работает водозабор в режиме повышения эффективности и снижения придонных скоростей в разделенном потоке и упрощении конструкции.

Технический результат достигается тем, что водозаборное очистительное сооружение, включающее приемную отстойную камеру для сбора наносов, имеющую наклонное дно, перегородку в нижней части, делящую камеру на секции, одна из секций камеры в верхней части снабжена гасительным элементом, сбросной коллектор и средство вибрации, согласно изобретения, приемная камера состоит из трех секций, разделенных между собой двумя вертикальными перегородками с отверстиями для перепуска воды, при этом вертикальные перегородки связаны наклонными полками шарнирно, обращенными концом в сторону третьей секции камеры, последняя вертикальная перегородка с отверстиями связана с тягой, имеющей вибрационный привод, закрепленный сверху на корпусе, кроме того, средство для вибрации полок со стороны первой секции в виде распределительной камеры выполнено в виде установленных на консоли шайбы с зубьями, одна сторона которых наклонная, а другая - расположена под прямым углом к горизонтали, и крыльчатки, имеющей ступицу с роликом, контактирующим с зубьями, при этом крыльчатка установлена на консоли сверху и обращена в сторону подводящего водовода, а в третьей секции камеры ко второй вертикальной перегородке с отверстиями и к корпусу закреплена струенаправляющая наклонная перегородка с шарнирами крепления выше отверстий в вертикальной перегородке.

Дополнительное размещение в третьей галерее камеры, включающей вторую вертикальную перегородку с отверстиями, прикрывает восходящий поток вверх над пакетом наклонных полок (элементов), позволяет максимально снизить восходящие потоки с мелкими взвешенными частицами наносов из исходной поступающей воды и при разделении потока способствует эффективному их осаждению в сторону осаждения и промывки наносов при сбросе в коллектор.

Подобное исполнение водозаборного очистительного сооружения, по мнению автора, ранее не было известно и отвечает критерию «существенные отличия».

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 изображено водозаборное очистительное сооружение, общий вид;

на фиг. 2 - узел на фиг. 1.

Водозаборное очистительное сооружение содержит корпус 1 с приемной отстойной камерой 2, которая имеет перегородки 3 и 4 разделяющие ее на три секции 5, 6, 7 с пропускными отверстиями 8 и 9 соответственно, а в нижней их части перегородок 3 и 4, выполнены связанные с секциями камеры, окна 10 и 11 соответственно, в сторону промывного отверстия 12 с коллектором 13. В секции 5, обращенной к подводящему водоводу 14 корпуса 1, на перегородке 3 закреплена консоль 15, на которой вертикально установлена ось 16 с крыльчаткой 17. Крыльчатка 17 снабжена ступицей 18 с роликом 19, контактирующим с зубьями 20, одна сторона 21 которых выполнена наклонно, а другая сторона 22 установлена под прямым углом к горизонтали. Для исключения ассиметричных нагрузок целесообразно ступицу 18 снабдить двумя симметрично расположенными роликами 19. Зубья 20 размещены на шайбе 23.

Разделяющие вертикальные перегородки 3 и 4, отделяющие секции 5, 6, 7 камеры и зоны осветления ее, которой размещены наклонные полки 24, одним концом шарнирно закрепленные на неподвижной вертикальной перегородке 3, а другим шарнирно связаны с подвижной перегородкой 4, которая подвешена к тяге 25 на конце снабженной жестко с установленной на ней пружиной опорой 26 на корпусе 1(крышке).

Вертикальная перегородка 3 выполнена с отверстиями 8, увеличивающимися сверху вниз. Наклонная дополнительная струенаправляющая перегородка 27 шарнирно закреплена к перегородке 4 и к боковой стенке корпуса 1 ниже выпускного отверстия 28 корпуса 1. В верхней части корпуса 1 с внешней стороны отводящая труба 29 жестко установлена в колодце 30, таким образом, что ее выходной конец 31 затоплен под уровень. За отводящей трубой 29 находится трубопровод 32 (или канал) водохозяйственной системы потребителя очищенной воды.

Дно отстойной камеры 2 выполнено с уклоном в сторону приямка с промывным отверстием 12, стенки которого устраиваются под углом α=45-60° с коллектором 13.

Водозаборное очистительное сооружение работает следующим образом.

Вода вместе с наносами из подводящего водовода 14 поступает в секцию 4, где она распределяется через отверстия 8 и поступает на межполочное пространство, где на наклонных полках 24 возможно выделение мелких фракций наносов, а после выхода из полок осветленная вода (жидкость) поднимается и через выпускное отверстие 28 через отводящую трубу 29 направляется потребителю, а мелкие наносы опускаются в сторону промывного отверстия с коллектором. Причем условия отстаивания таких потоков улучшаются благодаря закреплению в верхней части прикрывающей восходящие токи воды под углом струенаправляющей перегородки 27 с шарнирами крепления к вертикальной перегородке 4 и к боковой стенке корпуса 1.

Крупные наносы поступают через нижние окна 10 и 11 по уклону в сторону наносопромывного отверстия 12 с коллектором 13.

По мере возможности накопления на полках 24 осадка наносов пружина 26 сжимается из-за увеличения массы воздействующей на тягу 25 связанной с вертикальной перегородкой 4. По степени сжатия пружины 26 определяется момент, при котором крыльчатка 17 при котором крыльчатка 17 вращаясь под действием вращаясь под действием движения потока сверху вниз исходной из подводящего водовода 14. При вращении крыльчатки 17 ролик 19 катится по пологим стенкам 21 зубьев 20. При достижении роликом 17 он вместе со ступицей 18 падает и ударяется о впадину зубьев, что вызывает сотрясение полок 24.

Под воздействием часто повторяющихся соударений ступицы крыльчатки о консоль 15 полки 24 испытывают колебательные движения, под воздействием чего постоянно наносы сползают с полок 24, что уменьшает массу полок и вызывает распрямление пружины 26 опорной, по которой определяют окончание очистки полок 24 от мелких наносов (осадка).

Опорная пружина 26 позволяет тяге 25 связанной с вертикальной перегородкой 4 колебаться вместе шарнирно закрепленной со струенаправляющей перегородкой 27, колебаться в вертикальном направлении и снижает разжимание ударной энергии на верхней части корпуса, способствуя передаче большей части ударной энергии непосредственно на наклонные полки, что интенсифицирует процесс сползания мелких наносов (осадка) с полок. При этих условиях в целом при простоте конструкции происходит раздельное задержание влекомых и взвешенных наносов и их в начале по раздельности отвод в сторону промывного отверстия 12 с коллектором 13, и далее смыв происходит большим потоком воды, чем в известном устройстве.

При этом происходит колебательные явления, так как сама вода уже имея напорное движение, оказывает на сжатие и разжатия витков на пружинную опору 26, т.е. дополнительно происходит эффект - резонансный, наклонные полки 24 при этом начинают колебаться за счет их соединения с вертикальной перегородкой 4, последняя соединена с установленной шарнирно струенаправляющей перегородкой 27, а значит, эти колебания также будут связаны с устройством работы в целом крыльчатки 15, т.е. они взаимосвязаны между собой надежно в эксплуатации. Такая организация процесса движения потока при водозаборе очистительного сооружения в сторону промывного отверстия с коллектором способствует повышению эффективности работы сооружения для потребителя осветленной воды.

Благодаря расширению диапазона подавления окончательно пульсаций и смыва наносов динамические нагрузки падающего потока сверху вниз во многом уменьшаются по сравнению с прототипом, повышается эффективность работы сооружения в целом, за счет простоты конструкции и взаимосвязи всех его элементов, и далее падающего потока с наносами в сторону промывного отверстия с коллектором.

Технико-экономический эффект предложенного сооружения также связан с повышением степени осветления от мелких наносов, не менее 30% из-за возможности вести процесс постоянного оседания и смыва всех фракций наносов при вибрационных и ударных воздействий на полки, работы крыльчатки и пружины ударной под воздействием колебательных движений потока воды и встряску их, что повышает функциональные возможности, простота конструкции выгодно отличают предлагаемый водозабор от прототипа.

Изобретение относится к гидротехнике, а именно к сооружениям для комплексной очистки воды от влекомых и части взвешенных наносов при водозаборе в каналы, трубопроводы и аванкамеры насосных станций. Водозаборное очистительное сооружение включает приемную отстойную камеру 2. Приемная отстойная камера 2 для сбора наносов выполнена с наклонным дном и разделена вертикальными перегородками 3 и 4 с выпускными отверстиями 8 и 9 на три секции 5, 6 и 7. Камера 2 имеет промывное отверстие 12 с коллектором 13. Первая секция 5 камеры 2 в верхней части снабжена комплектом устройств, включающих в себя средство для сообщения вибрации полкам 24 в виде крыльчатки 17 и установленной на консоли шайбы с зубьями, одна сторона которых наклонная, а другая – расположена под прямым углом к горизонтали. При вращении крыльчатки 17 под действием поступающей исходной воды из водовода 14 ролик 19 катится по зубьям 20 шайбы, поднимается по их пологим стенкам 21 на вершину зуба 20, а затем ролик 19 вместе со ступицей 18 крыльчатки 17 падает и соударяется с впадиной зубьев 20, что вызывает встряску полок 24. Вертикальная перегородка 4 с отверстиями 9 сверху имеет тягу 25, имеющую вибропривод в виде пружинной опоры 26, закрепленной сверху на корпусе 1. Перегородка 4 в третьей секции 7 связана с наклонной струенаправляющей перегородкой 27 шарнирно, которая одним концом закреплена к вертикальной перегородке 4, а другим - к боковой стенке корпуса 1. Наклонная струенаправляющая перегородка 27 с шарнирами крепления закреплена выше отверстий в вертикальной перегородке 4. Наносы крупные и мелкие смываются в сторону промывного отверстия 12 с коллектором 13. С внешней стороны корпуса 1 в верхней части выполнено выпускное отверстие 28, отводящая труба 29 жестко установлена в колодце 30, конец которой затоплен. Технический результат - повышение эффективности работы по пути движения потока при водозаборе, при этом за счет работы крыльчатки с ее элементами, связи с наклонными полками в сторону установки второй вертикальной перегородки с отверстиями и с тягой с пружиной, установленной сверху корпуса, упрощается конструкция и улучшается очистка воды от донных и взвешенных наносов с подачей чистой воды потребителю. 2 ил.

Водозаборное очистительное сооружение, включающее приемную отстойную камеру для сбора наносов, имеющую наклонное дно, перегородку в нижней части, делящую камеру на секции, одна из секций камеры в верхней части снабжена гасительным элементом, сбросной коллектор и средство вибрации, отличающееся тем, что приемная камера состоит из трех секций, разделенных между собой двумя вертикальными перегородками с отверстиями для перепуска воды, при этом вертикальные перегородки связаны наклонными полками шарнирно, обращенными концом в сторону третьей секции камеры, последняя вертикальная перегородка с отверстиями связана с тягой, имеющей вибрационный привод, закрепленный сверху на корпусе, кроме того, средство для вибрации полок со стороны первой секции в виде распределительной камеры выполнено в виде установленных на консоли шайбы с зубьями, одна сторона которых наклонная, а другая - расположена под прямым углом к горизонтали, и крыльчатки, имеющей ступицу с роликом, контактирующим с зубьями, при этом крыльчатка установлена на консоли сверху и обращена в сторону подводящего водовода, а в третьей секции камеры ко второй вертикальной перегородке с отверстиями и к корпусу закреплена струенаправляющая наклонная перегородка с шарнирами крепления выше отверстий в вертикальной перегородке.