УЛОВИТЕЛЬ ПЛАВУЧЕГО МУСОРА Российский патент 2024 года по МПК E02B15/00 E02B15/04 E02B15/10 B63B35/32 C02F1/40 B01D35/05 E03F5/14 

Описание патента на изобретение RU2823635C1

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[001] Данное техническое решение в общем относится к области гидротехники, а в частности к уловителям плавучего мусора, и предназначено для сбора плавучего мусора, включая пластиковые бутылки, пакеты и другие отходы, для последующей утилизации.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[002] В настоящее время совокупности водоросли всех водоемов нашей планеты вырабатывают около 80% кислорода, однако, неконтролируемое увеличение попадающих в водоемы отходов, которые при разложении выделяют множество химических элементов, пагубно влияющих на экосистему и существенно замедляющих процессы фотосинтеза водорослей, может привести к экологической катастрофе.

[003] Известно плавающее устройство, предназначенное для сбора мусора с поверхности водоема (патент ES 1080807 МПК B65F 1/00). Устройство выполнено из емкости, внутри которой размещена плавучая корзина меньших размеров. Плавучая корзина крепится к верхней части указанной емкости посредством упругого элемента (пружины, гибкие мембраны, сильфоны или аналогичные средства). Таким образом, хотя верхний край емкости находится ниже поверхности водоема, верхний край плавающей корзины в состоянии покоя остается на поверхности водоема. Для облегчения удаления мусора, скопившегося в плавучей корзине, предусмотрена съемная сетка. С целью обеспечения правильного вертикального положения и повышенной плавучести корзина оснащена поплавками. Устройство также включает в себя водяной насос, который откачивает воду, поступающую в емкость через верхние края, заставляя указанную корзину опускаться в емкость. По мере опускания плавучей корзины ниже поверхности водоема вода проникает внутрь ее, тем самым вызывая затягивание плавающих объектов (мусора), которые могут находиться поблизости. При этом происходит дополнительный приток воды в емкость, что заставляет корзину перемещаться вверх. Таким образом создается возвратно-поступательное движение корзины.

[004] Предлагаемая конструкция не позволяет обеспечить стабильную работу устройства, так как, с одной стороны, при заполнении корзины мусором в определенный момент упругий элемент будет не в состоянии обеспечить поднятие корзины выше поверхности воды, что приведет к вымыванию собранного мусора. С другой стороны, если учитывать вес собранного мусора при выборе жесткости упругого элемента, то пустая корзина не сможет опуститься в рабочее положение и будет постоянно находиться выше уровня воды водоема. К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относят то, что повторяющееся линейное движение вверх-вниз корзины относительно поверхности воды не позволяет обеспечить постоянный поток воды через него и приводит к тому, что верхний край корзины является источником импульсных возмущений поверхности воды, порождающим поперечные волны, которые распространяются от устройства, увлекая за собой плавающие на поверхности воды объекты, тем самым отдаляя их.

[005] Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному устройству по совокупности признаков является устройство для сбора отходов (патент AU 2017371713 МПК Е02 В 15/04), имеющее более постоянный поток воды через него, а также справляющееся с большими нагрузками внутри корзины. Устройство для сбора отходов содержит: емкость, имеющую отверстие в верхней части, при этом емкость установлена относительно водоема таким образом, что ее верхняя часть прилегает к поверхности воды; цилиндрический элемент, установленный с возможностью скользящего перемещения внутри отверстия емкости; насос для откачки воды из емкости; съемную сетку, устанавливаемую внутри цилиндрического элемента, для сбора мусора из воды, проходящей через цилиндрический элемент. Внутренняя стенка цилиндрического элемента снабжена множеством продольных каналов, по которым может протекать некоторое количество воды. Цилиндрический элемент выполнен таким образом, что внутренняя и наружная стенки образуют кольцевую камеру для обеспечения его плавучести. Рассматриваемое устройство для сбора отходов расположено в водоеме таким образом, чтобы верхняя часть емкости находилась рядом с поверхностью воды и чуть ниже нее. Когда из внутренней части емкости вода откачивается насосом, цилиндрический элемент опускается вниз до тех пор, пока его верхний конец не окажется рядом с поверхностью воды. Затем вода начинает поступать в емкость через цилиндрический элемент. Когда уровень воды в емкости повышается, цилиндрический элемент перемещается вверх, тем самым ограничивая поток воды в емкость. По мере того, как насос откачивает воду из емкости, объем воды, поступающий через цилиндрический элемент, компенсирует объем откачиваемой воды.

[006] Описанный принцип работы рассматриваемого устройства также полностью не исключает возвратно-поступательного движения цилиндрического элемента в процессе работы и, следовательно, не может обеспечить постоянный поток воды через устройство, что снижает его эффективность. При этом верхняя часть цилиндрического элемента также является импульсным генератором возмущений на поверхности воды вокруг самого устройства. Кроме того, цилиндрический элемент с возможностью скользящего перемещения внутри отверстия емкости имеет возможность двигаться не только вверх-низ, но и свободно вращаться вокруг своей оси, что при определенных условиях неизбежно приводит к его колебательно-поступательному и вращательному движению, интенсифицирующему возмущения не только поверхности воды вокруг самого устройства, но и внутри его емкости.

[007] К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относят то, что при заполнении съемной сетки мусором, а также вследствие засорения ее отверстий, гидравлическое сопротивление съемной сетки резко возрастает. Это приводит к перемещению цилиндрического элемента вниз и увеличению расхода потока, поступающего в него, с одновременным уменьшением расхода потока воды, поступающего в емкость, что также заставляет цилиндрический элемент двигаться вниз. В определенный момент поступающий в цилиндрический элемент поток лавинообразно заполнит его, что приведет к вымыванию собранного мусора обратно в водоем.

СУЩНОСТЬ ТЕХНИЧЕСКОГО РЕШЕНИЯ

[008] Технический результат, достигаемый с помощью заявленного устройства, заключается в эффективном и безопасном сборе плавучего мусора с поверхности водоема для его последующей утилизации. Это достигается путем поддержания постоянного потока воды через заявляемое устройство и предотвращения обратного вымывания уже собранного мусора в водоем.

[009] В отличие от рассмотренных выше аналогов создаваемое заявленным устройством постоянное течение потока воды, направленное к центру устройства увлекает, находящийся на поверхности водоема мусор, при этом предлагаемая конструкция устройства практически полностью исключает возвратно-поступательное движение плавучего элемента и полностью исключает его вращательное движение, тем самым исключается возникновение возмущений поверхности воды вокруг самого устройства, отдаляющих плавучий мусор от устройства и препятствующих его эффективной работе. Создание потенциального течения, направленного к центру устройства, обеспечивается тем, что верхняя часть плавучего элемента выполнена остроконечной с конфузорным входным участком и в рабочем состоянии находится ниже поверхности водоема на расстоянии не менее 10 мм, при этом гарантирует постоянный поток воды через устройство.

[0010] С точки зрения обеспечения надежности и безопасности предлагаемая в устройстве система контроля уровня воды в емкости устройства полностью исключат возможность вымывания уже собранного устройством мусора в отличие от рассмотренных аналогов. Для обеспечения устойчивого положения и равномерного хода плавучего элемента устройства используется специальная система съемных поплавков, обеспечивающих запас плавучести 90-100%, что также исключает вымывание собранного мусора, в том числе при внезапном отключении устройства. Размещение водяной помпы внутри устройства способствует гашению шума и вибрации, создаваемыми устройством при работе, что снижает вредное воздействие на окружающую среду. Предлагаемая система отвода воды из устройства, задает горизонтальное направление потока на выходе из него, что существенно уменьшает поднятие со дна водоема частиц, ила и обеспечивает дополнительное прижимающее усилие, направленное к неподвижному элементу пирса, к которому крепится устройство. На выходе системы отвода воды из емкости предусмотрена защитная сетка, препятствующая проникновению обитателей водоема внутрь устройства, когда оно отключено.

[0011] Другие технические решения, применяемые в предлагаемом устройстве, способствуют облегчению монтажа устройства и обеспечивают его надежную работу по время приливов и отливов.

[0012] Указанный технический результат достигается благодаря осуществлению уловителя плавучего мусора, который содержит емкость с отверстием в верхней части, при этом емкость устанавливается в водоеме таким образом, что ее верхняя часть расположена ниже его поверхности; цилиндрическую направляющую, которая вставляется в отверстие, выполненное в верхней части емкости, и жестко крепится к ней, причем ее внешняя и внутренняя поверхности выполнены цилиндрическими, при этом в верхней части имеется фланец для крепления к емкости; горловину, внешняя цилиндрическая поверхность которой имеет меньший диаметр, чем внутренний диаметр цилиндрической направляющей; сменные поплавки, устанавливаемые в нижней части горловины; съемную фильтрующую сетку, устанавливаемую в горловине; водяную помпу, устанавливаемую внутри емкости на разъемное дно; систему отвода воды из емкости.

[0013] В некоторых вариантах реализации отверстие в верхней части уловителя имеет цилиндрическую форму.

[0014] В некоторых вариантах реализации в рабочем состоянии верхняя остроконечная часть горловины находится ниже поверхности водоема

[0015] В некоторых вариантах реализации в нижней части емкости установлены обратные клапаны.

[0016] В некоторых вариантах реализации емкость выполнена с разъемным дном.

[0017] В некоторых вариантах реализации на внутренней поверхности цилиндрической направляющей по всей ее длине выполнены продольные выступы, расположенные с равным шагом по окружности.

[0018] В некоторых вариантах реализации внутренняя поверхность горловины образована входным конфузорным участком, расположенным в верхней ее части, который плавно сопряжен с последующим цилиндрическим участком-успокоителем.

[0019] В некоторых вариантах реализации внешняя поверхность горловины образована цилиндрическим участком-успокоителем, который сопряжен с последующим расширяющимся к верху коническим участком.

[0020] В некоторых вариантах реализации на внешней цилиндрической поверхности горловины по всей ее длине выполнены продольные пазы, расположенные по окружности с шагом равным шагу выступов на цилиндрической направляющей.

[0021] В некоторых вариантах реализации сменные поплавки, устанавливаемые на горловине, выполнены полыми и разъемными с целью заполнения их внутреннего объема легкими материалами.

[0022] В некоторых вариантах реализации сменные поплавки устанавливаются с равным шагом по окружности на внешней цилиндрической поверхности горловины.

[0023] В некоторых вариантах реализация сменные поплавки устанавливаются в Г-образные пазы, выполненные на внешней цилиндрической поверхности горловины, и дополнительно фиксируются в ней.

[0024] В некоторых вариантах реализация сенные поплавки упирается в цилиндрическую направляющую, когда горловина находится в крайнем верхнем положении.

[0025] В некоторых вариантах реализация производительность водяной помпы определяется с учетом гидравлического сопротивления как на съемной фильтрующей сетки, так и системы отвода воды из емкости.

[0026] В некоторых вариантах реализации производительность водяной помпы определяется с учетом гидравлического сопротивления как съемной фильтрующей сетки, так и системы отвода воды из емкости.

[0027] Уловитель плавучего мусора по п. 1, характеризующего тем, что с целью перемещения устройства относительно уровня воды в водоеме при приливах и отливах оно оснащается автоматической системой регулировки положения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0028]В дополнение к выполняемому описанию и с целью лучшего понимания характеристик уловителя плавучего мусора настоящее описание технического решения сопровождается набором чертежей, на которых в иллюстративном характере изображено следующее.

[0029] На Фиг. 1 показаны фронтальный и профильный продольные разрезы уловителя плавучего мусора, установленного на монтажный карсас, с указанием основных частей и элементов, которые он содержит.

[0030] На Фиг. 2 показан общий вид уловителя плавучего мусора, установленного на монтажный каркас.

[0031] На Фиг. 3 показан схематический вид уловителя плавучего мусора, когда он погружен в водоем, а его горловина находится в крайнем верхнем положении.

[0032] На Фиг. 4 показан схематический вид уловителя плавучего мусора, когда его горловина находится в рабочем положении, а ее верхняя остроконечная часть опускается ниже поверхности водоема.

[0033] На Фиг. 5 показаны основные геометрические характеристики опытного образца уловителя плавучего мусора.

[0034] На Фиг. 6 представлено изображение опытного образца, предлагаемого устройства, когда его горловина находится в крайнем верхнем положении.

[0035] На Фиг. 7 представлено изображение опытного образца, предлагаемого устройства, когда оно находится в рабочем состоянии.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0036] Заявляемое устройство, разрезы которого изображены на Фиг. 1, состоит из:

1 - емкости;

2 - цилиндрической направляющей;

3 - горловины;

4 - сменных поплавков;

5 - съемной фильтрующей сетки;

6 - водяной помпы;

7 - системы отвода воды из емкости.

[0037] Основной частью заявляемого устройства является емкость 1 с цилиндрическим отверстием 8 в верхней части, не ограничиваясь. Любому специалисту в уровне техники очевидно, что форма отверстия может быть любой. Емкость 1 выполнена с разъемным дном 9, а в ее нижней части установлены обратные клапаны 10. Цилиндрическая направляющая 2 вставляется в отверстие 8, расположенное в верхней части емкости, и плотно крепится сверху емкости 1 при помощи фланца 11. Продольные выступы 12, расположенные на внутренней поверхности цилиндрической направляющей 2, совмещаются с продольными пазами 13, выполненными на внешней цилиндрической поверхности горловины 3, по которым горловина 3 заводится в цилиндрическую направляющую 2. Сменные поплавки 4 заводятся в Г-образные пазы 14, выполненные на внешней цилиндрической поверхности горловины 3, и фиксируются в ней. Водяная помпа 6 жестко крепится фланцем к разъемному дну 9 емкости 1. Также на разъемном дне 9 монтируется система отвода воды из емкости 7, представляющая собой последовательность изогнутых отводов, обеспечивающих минимальное гидравлическое сопротивление на выходе из устройства и задающих необходимое направление потока на выходе из емкости 1. Разъемное дно 9 в сборе с водяной помпой 6 и системой отвода воды из емкости 7 устанавливается в нижней части емкости 1. Съемная фильтрующая сетка 5, выполненная из материала с мелкоячеистой структурой, который в том числе может способствовать улавливанию мелких частиц мусора, размещается в горловине 3.

Далее устройство крепится на монтажный каркас 15, оснащенный телескопической штангой 16.

[0038] Заявляемое устройство, общий вид которого показа на Фиг. 2, работает следующим образом. При помощи монтажного каркаса 15 устройство в вертикальном положении прочно крепится к неподвижному элементу пирса, марины или в любого другого водного пространства. Для облегчения погружения устройства в водоем установленные в нижней части емкости 1 обратные клапаны 10 открываются автоматически за счет разницы давлений, что способствует быстрому наполнению емкости 1 водой и уменьшению усилия, которое нужно прикладывать для погружения устройства в воду. При помощи телескопической штанги 16 регулируется глубина погружения устройства таким образом, чтобы верхняя часть емкости 1 располагалась ниже поверхности водоема (Фиг. 3). Размеры телескопической штанги определяются, например, расстоянием от пирса до уровня воды в водоеме. Размеры самого устройства в первую очередь определяются производительностью насоса - чем больше объем емкости 1, тем большей производительности должен быть насос для поддержания в ней уровня воды в рабочем диапазоне. Следует также отметить влияние гидравлического сопротивления, как фильтрующей сетки, так и системы отвода воды из устройства, поскольку оно также играет существенную роль в соотношениях объема емкости и производительности насоса, например, чем больше гидравлическое сопротивление отвода, тем большей производительности нужно выбирать насос при тех же размерах емкости. При изменении глубины погружения уровня воды в водоеме относительно исходного рабочего положения устройства вследствие приливов и отливов устройство может быть оборудовано автоматизированной системой, регулирующей уровень погружения и приводящей в действие телескопическую штангу 16. Автоматизированная система может быть снабжена датчиками изменения уровня поверхности воды водоема относительно устройства, передающими сигнал на контроллер, который в свою очередь запускает сервомотор. Сервомотор приводит в движение телескопическую штангу, которая перемещает устройство в рабочее положение относительно изменившегося уровня воды.

[0039] Когда устройство погружено в водоем и емкость 1 полностью заполнена водой, горловина 3 за счет выталкивающей силы, действующей на сменные поплавки 4, находится в крайнем верхнем положении (см. Фиг. 3), а ее верхняя часть возвышается над поверхностью водоема. Поплавки в предлагаемом устройстве выполнены не заодно с горловиной, а представляют собой отдельные элементы, которые выполняются с учетом плотности воды в водоеме, массы горловины и т.п. Их количество также может подбираться с учетом отмеченных факторов. При этом сменные поплавки 4 упираются в цилиндрическую направляющую 2, что исключает возможность самопроизвольного выхода горловины 3 из емкости 1.

[0040] Размещение водяной помпы 6 внутри емкости 1 предотвращает ее физическое и механическое повреждение, а также в случае мелководного расположения устройства такое расположение водяной помпы 6 с системой отвода воды из емкости 7, задающей необходимое горизонтальное направление потока на выходе из емкости 1, исключает существенно уменьшает поднятие со дна водоема частиц, ила и т.п. Кроме того расположение водяной помпы 6 во внутреннем объеме емкости 1 способствует гашению шума и вибрации, создаваемыми помпой при работе, что снижает вредное воздействие на окружающую среду.

[0041] Система отвода воды из емкости 7 обеспечивает горизонтальное направление потока воды, при этом возникает при этом усилие, направленное в противоположную движению потоке сторону. При направлении потока перпендикулярно штанге 16 в противоположном от нее направлении, возникающее прижимающее усилие будет направлено к неподвижному элементу пирса, к которому крепится устройство, что дополнительно способствует удержанию устройства на месте его установки. На выходе системы отвода воды из емкости 7 устанавливается защитная сетка, выполненная из сетчатого полотна с потерей напора на уровне 0,1-0,5 м, препятствующая проникновению обитателей водоема внутрь устройства, когда оно отключено.

[0042] При включении устройства в работу (Фиг. 4) водяная помпа 6 через систему отвода воды из емкости 7 начинает откачивать воду. При этом уровень воды в емкости 1 понижается до рабочего hpmax (максимальное рабочее расстояние от поверхности воды в емкости 1 до ее дна), увлекая за собой горловину 3 со сменными поплавками 4. Расстояние, которое обеспечивает нахождение верхней остроконечной части горловины 3 ниже поверхности водоема на уровне hpmin при соответствующих размерах емкости, производительности насоса и гидравлических сопротивлений входного (фильтрующая сетка) и выходного тракта (система отвода воды из емкости) устройства. Таким образом горловина устанавливается в рабочее положение, а ее верхняя остроконечная часть находится ниже поверхности водоема на уровне hpmin (минимальное рабочее расстояние от поверхности водоема до верхней точки горловины 3). Рабочее положение горловины - это положение, при котором верхняя остроконечная часть находится ниже поверхности водоема на уровне равном минимальному значению hpmin. В таком положении горловины 3 расход, поступающий через нее в емкость 1, откачивается водяной помпой 6. Производительность водяной помпы 6 выбирается не только с учетом расхода воды, поступающего через горловину 3 во внутренний объем емкости 1, но и с учетом гидравлического сопротивления съемной фильтрующей сетки 5 и системы отвода воды из емкости 7. Под производительностью насоса, она же подача или объемный расход, понимают объем жидкости, перекачиваемый оборудованием в единицу времени. Параметр обозначается буквой Q. Основные единицы измерения - м3/с, м3ч, л/с, л/ч. Максимальное значение данной технической характеристики указывают на идентификационной табличке каждого насоса - шильде. Это гарантирует нахождение горловины в начальном рабочем положении, при котором верхняя остроконечная часть горловины 3 располагается ниже уровня воды hpmin, что, в свою очередь, создает потенциальное течение, направленное к центру устройства и гарантирует постоянный поток воды через него. В то же время объекты, находящиеся на поверхности воды, увлекаются создаваемым течением и снисходящим потоком затягиваются в горловину 3.

[0043] Сменные поплавки 4 представляют собой отдельные полые элементы, внутренний объем которых заполняется легким материалом, например, вспененным полиуретаном. Размеры поплавков, материал для их наполнения, а также их количество, определяются с учетом плотности воды в водоеме, массы горловины и т.п. Стоит отметить, что для обеспечения вертикального устойчивого положения горловины 3 на поверхности воды в емкости 1 должно устанавливаться не менее трех поплавков с равным шагом по окружности.

[0044] Конструкция горловины 3 со сменными поплавками 4, наполненными легким материалом, обеспечивает большой запас плавучести 90-100% и устойчивое вертикальное положение горловины 3 на поверхности воды в емкости 1 даже при полном заполнении горловины 3 водой и мусором. Размеры горловины определяются: размерами емкости, производительностью насоса и гидравлическими сопротивлениями входного (фильтрующая сетка) и выходного тракта (система отвода воды из емкости) устройства. Устойчивое положение горловины - сохранение равновесия (в статическом положении или в движении) на поверхности воды.

[0045] Благодаря повышенной плавучести горловины 3 со сменными поплавками 4, резкое воздействие потока на горловину, вызванное, например, проходящим рядом катером, приведет к такому же резкому ее подъему вверх, что ограничит поступление потока воды внутрь емкости 1 через горловину 3.

[0046] Вследствие большой плотности воды расположение горловины 3 ниже уровня воды практически исключает распространение в водной толще возмущений, которые могут возникать при перемещении горловины 3 вниз, а также вследствие ее возвратно-поступательного движения, которое возникает на переходных режимах работы устройства. Вращательному движению горловины 3, которое приводит к возникновению возмущений внутри емкости 1, препятствуют продольные выступы 12 цилиндрической направляющей 2, проходящие в продольных пазах 13 горловины 3. Практически полное исключение возмущений на поверхности воды, вызываемых работой устройства, значительно повышают эффективность его работы.

[0047] С целью беспрепятственного скользящего перемещения горловины 3 в цилиндрической направляющей 2 и обеспечения минимально возможных подсосов воды через зазор внешняя цилиндрическая поверхность горловины 3 имеет диметр несколько меньше, чем внутренний диаметр цилиндрической направляющей 2. При обеспечении минимального зазора для предотвращения заклинивания горловины 3 в цилиндрической направляющей 2 на внутренней стороне в верхней и нижней частях выполняются фаски. Длина цилиндрической направляющей 2, в которой перемещается горловина 3, должна быть не менее половины диаметра этой горловины для уменьшения вероятности заедания этой пары скольжения.

[0048] Как известно при уменьшении проходного сечения канала происходит увеличение скорости потока через него, в своею очередь гидравлическое сопротивление канала прямо пропорционально квадрату скорости потока, таким образом увеличение скорости потока в два раза влечет за собой рост гидравлического сопротивление в четыре раза. При повышении гидравлического сопротивления съемной фильтрующей сетки 5, например, вследствие засорения ее отверстий, а также прилипания к ее поверхности пластиковых пакетов и т.п., поступающий в емкость 1 расход воды будет уменьшаться. Тогда при неизменной производительности водяной помпы 6 уровень воды в емкости 1 понизится, что приведет к перемещению горловины 3 вниз, а ее остроконечная часть переместится в новое положение и окажется на расстоянии hp ниже уровня воды. На данном установившемся режиме работы устройства при hp>hpmin увеличивается расход воды, поступающей в горловину 3, при этом вследствие роста гидравлического сопротивления фильтрующей сетки 5 и сохранении неизменной производительности водяной помпы 6, расход воды поступающей в емкость 1 останется неизменным, чем обеспечивается постоянный поток воды через устройство. Далее при понижении уровня воды в емкости 1 ниже Hpmin (минимальное рабочее расстояние от поверхности воды в емкости 1 до ее дна) поток лавинообразно заполнит горловину 3, что в конечном счете приведет к вымыванию собранного мусора обратно в водоем. С целью недопущения этого явления датчик уровня воды 17 дает сигнал на отключение водяной помпы, при этом поступающая через горловину вода начинает повышать уровень воды в емкости 1, а сменные поплавки 4 выталкивают горловину 3 с собранным мусором в съемной фильтрующей сетке 5 вверх, пока она не остановится в своем крайнем верхнем положении, тем самым предотвращается вымывание мусора обратно и обеспечивается легкий доступ к съемной фильтрующей сетке 5 для удаления собранного мусора.

[0049] Заявитель изготовил опытные образцы уловителя плавучего мусора, опытная эксплуатация которых подтвердила достижение заявленного технического результата. При изготовлении опытных образцов была проведена разработка их трехмерных моделей, на основе которых были изготовлены два варианта для дальнейших экспериментальных исследований. Первый вариант устройства был изготовлен для подтверждения негативных эффектов наиболее близкого аналога устройства (патент AU 2017371713 МП К Е02В 15/04), выявленных аналитическим и расчетным путем. Второй вариант устройства содержал совокупность признаков, описанных выше и позволивших достигнуть заявленный технический результат. Все опытные образцы были изготовлены в реальных масштабах.

[0050] Емкость устройства выполнена методом вакуумной отливки с использованием материалов на основе полиэтилена, не поддающихся воздействию ультрафиолета и агрессивных сред. При изготовлении горловины и других элементов были применены аддитивные технологии.

[0051] Монтажный каркас с основанием 400x400 мм из профиля 40x40, элементы крепежа и телескопическая штанга изменяемой длиной 1500…2500 мм изготовлены из аустенитной нержавеющей стали марки AISI 316 устойчивой к коррозии, что позволяет использовать устройство в морской воде.

[0052] Испытания первого образца были проведены в апреле 2023 года в пресноводном водоеме, технические решения, применяемые в данном образце, были близки к аналогу (патент AU 2017371713). Результаты проведенных испытаний показали крайне нестабильную работу устройства не только в условиях относительно спокойной водной глади, но особенно проявились под воздействием набегающих волн, например, при усилении ветра. Опытным путем показано, что в случае расположения верхней части цилиндрического элемента на уровне или чуть ниже поверхности воды возникают возмущения, которые препятствуют постоянному направленному течению потока с мусором на его поверхности к устройству. При этом интенсифицируется вращательное и возвратно-поступательное движение цилиндрического элемента, которые приводят к еще более существенным возмущениям поверхности воды, отдаляющим плавучий мусор от устройства. Кроме того, при установке съемной сетки, выполненной из мешковины (т.е. материала с малой пропускной способностью) при неизменной производительности насоса происходило через достаточно короткий промежуток времени наблюдалось резкое погружение цилиндрического элемента в воду с лавинообразным заполнением его внутреннего объема водой и вымыванием уже собранного мусора.

[0053] Испытание второго образца проводилось в мае 2023 года. При разработке второго образца (предлагаемого устройства) были учтены все выявленные недостатки и ограничения его эксплуатации, которые в полной мере также применимы к аналогу (патент AU 2017371713). В предлагаемом устройстве внесены существенные изменения и была кардинально изменена конструкция следующих элементов. Цилиндрический элемент в предлагаемом устройстве, заменен на горловину с входным конфузорным участком и верхней остроконечной частью оказывающей минимальное возмущение на поступающий в нее поток, при опускании горловины ниже уровня воды в водоеме. Для исключения вращательного была спроектирована и изготовлена цилиндрическая направляющая, а на внешней стороне горловины выполнены продольные пазы. Для обеспечения устойчивого положения и равномерного хода горловины, спроектированы и внедрены съемные поплавки, обеспечивающие запас плавучести 95%.

[0054] Изменение так же коснулись и системы отвода воды из емкости, так как на первом образце она была направлена вертикально вниз, что при работающем устройстве приводило к вымыванию со дна водоема песка, илистых отложений и тем самым замутнению воды, то на втором образце отвод рассчитан и спроектирован таким образом, что поток направлен горизонтально относительно дна.

[0055] Основные технические характеристики второго варианта (Фиг. 5):

• объем емкости - 100 л;

• габаритные размеры емкости:

диаметр - 500 мм;

высота - 725 мм;

• максимальная производительность водяной помпы - 600 л/мин, максимальный напор - 12 м (с учетом пропускной способности фильтрующей сетки и гидравлического сопротивления системы отвода воды из емкости, включающее местные сопротивления поворотных участков и сопротивление линейного участка на выходе);

• съемная фильтрующая сетка выполнена из прочного сетчатого материала с диаметром ячейки 3 мм;

• съемные поплавки в кол-ве 4 шт. заполнены вспененным полиуретаном, обеспечивают выталкивавшую силу, действующую на горловину, - 35 кг;

• габаритные размеры емкости:

внутренний диаметр горловины: в верхней части - 340 мм, в нижней

цилиндрической части - 315 мм;

общая высота горловины - 350 мм,

длина цилиндрической части горловины - 300 мм.

Устройство погружалось в водоем таким образом, чтобы в нерабочем состоянии расстояние от верхней остроконечной части горловины до уровня воды в водоеме составляло 90 мм (Фиг. 6). При работающем устройстве это обеспечивает нахождение горловины в начальном рабочем положении (при пустой съемной фильтрующей сетке), когда верхняя остроконечная часть горловины располагается ниже уровня воды в водоеме на расстоянии hpmin=10 мм, что обеспечивало поступление воды в горловину со скоростью на входе не более 0,5 м/с.В этом случае максимальное рабочее расстояние от поверхности воды в емкости до ее дна составляет Hpmax=450 мм. При увеличении гидравлического сопротивления съемной фильтрующей сетки, например, при замене материала на мешковину, опусканию горловины ниже предельно допустимого уровня hpmax = 35мм препятствовала верхняя расширяющаяся часть горловины, при этом скорость воды, на входе в горловину не превышала 0,85 м/с и тем самым исключалась возможность лавинообразного заполнения внутреннего объема горловины водой, с последующим вымыванием мусора.

[0056] Проведенная в августе 2023 года в Республике Крым опытная эксплуатация предлагаемого устройства (Фиг. 7) подтвердила его высокоэффективную работу по очищению водной акватории. При работе устройства в морской воде при различных погодных условиях (штиль, порывистый ветер) и внешних воздействиях (движение катеров и другого водного транспорта) было обеспечено стабильное положение горловины, т.е. не наблюдалось ее возвратно-поступательное движение, и зафиксировано постоянное движение потока, которое увлекало находящийся на поверхности воды мусор в устройство.

Похожие патенты RU2823635C1

название год авторы номер документа
Устройство для очистки плавающего мусора с поверхности водоема 2020
  • Хатамтаев Валериан Изаилович
  • Загретдинов Адип Вагапович
  • Чернова Надежда Александровна
RU2724556C1
Комплексное устройство для ликвидации аварийных разливов нефтепродуктов с поверхности малых рек 2020
  • Петров Алексей Борисович
  • Рожков Андрей Владимирович
  • Шестакова Наталия Александровна
RU2745349C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЕЛЕКТИВНОГО СБОРА ТВЕРДЫХ ВЗВЕШЕННЫХ ЧАСТИЦ В ВОДНОЙ СРЕДЕ 2020
  • Колобов Михаил Юрьевич
RU2748673C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ СБОРА НЕФТЕПРОДУКТОВ И ПЛАВАЮЩЕГО МУСОРА С ПОВЕРХНОСТИ ВОДОЕМА 1992
  • Шеховцов Иван Иванович
  • Ожог Галина Сергеевна
RU2044827C1
ПЛАВУЧЕЕ СРЕДСТВО ДЛЯ СБОРА НЕРАСТВОРИМЫХ ЖИДКОСТЕЙ И МУСОРА С ПОВЕРХНОСТИ ВОДЫ 2009
  • Бухарицин Петр Иванович
  • Беззубиков Лев Германович
RU2411323C2
Способ улавливания с поверхности водоема плавающих полых зольных микросфер и устройство для его осуществления 2002
  • Струков А.С.
  • Еремин К.В.
RU2225475C1
ДВУХКОНСОЛЬНЫЙ ДОЖДЕВАЛЬНЫЙ АГРЕГАТ 1998
  • Мазаева Т.И.
  • Салдаев А.М.
  • Рогачев А.Ф.
  • Полицимако А.Н.
RU2150820C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАБОРА ВОДЫ ИЗ ПОВЕРХНОСТНЫХ ИСТОЧНИКОВ 2016
  • Голубенко Михаил Иванович
RU2609377C1
САМООЧИЩАЮЩИЙСЯ ФИЛЬТР ДЛЯ ДОЖДЕВАЛЬНОЙ МАШИНЫ 2022
  • Лысов Николай Васильевич
  • Жидов Виктор Викторович
RU2795054C1
БИОРЕАКТОР И СПОСОБ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ ФОТОСИНТЕЗИРУЮЩИХ МИКРООРГАНИЗМОВ С ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ 2008
  • Рамазанов Юрий Ахметович
  • Репков Андрей Петрович
RU2471863C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 823 635 C1

Реферат патента 2024 года УЛОВИТЕЛЬ ПЛАВУЧЕГО МУСОРА

Уловитель плавучего мусора относится к гидротехнике. Устройство (стационарное или передвижное, при условии, что оно остается неподвижным относительно уровня водной поверхности), содержит: емкость 1 с цилиндрическим отверстием 8 в верхней части, системой обратных клапанов 10 в нижней части и разъемным дном 9; цилиндрическую направляющую 2, с продольными выступами, расположенными на ее внутренней поверхности, жестко фиксирующуюся в емкости 1; горловину 3 с продольными пазами 13, расположенными на ее внешней цилиндрической поверхности, в то время как внутренняя поверхность горловины 3 образована входным конфузорным участком, расположенным в верхней ее части, который плавно сопряжен с последующим цилиндрическим участком-успокоителем; сменные поплавки 4, установленные в Г-образные пазы 14, выполненные в нижней части горловины 3 на ее внешней цилиндрической поверхности; съемную фильтрующую сетку 5, установленную в горловине 3, и водяную помпу 6 с системой отвода воды из емкости 7, установленную внутри емкости 1 и жестко закрепленную фланцем к разъемному дну емкости 1. Устройство предназначено для сбора плавучего мусора, включая пластиковые бутылки, пакеты и другие отходы, для последующей утилизации. Технический результат - обеспечение постоянного потока воды через устройство с целью эффективного и безопасного улавливания мусора с поверхностей водоемов и его накопления, а также исключения вымывания собранного мусора обратно в водоем. 12 з.п. ф-лы, 7 ил.

Формула изобретения RU 2 823 635 C1

1. Уловитель плавучего мусора, содержащий емкость с отверстием в верхней части, при этом емкость устанавливается в водоеме таким образом, что ее верхняя часть расположена ниже его поверхности; цилиндрическую направляющую, которая вставляется в отверстие, выполненное в верхней части емкости, и жестко крепится к ней, причем ее внешняя и внутренняя поверхности выполнены цилиндрическими, горловину, внешняя цилиндрическая поверхность которой имеет меньший диаметр, чем внутренний диаметр цилиндрической направляющей, систему отвода воды из емкости, отличающийся тем, что цилиндрическая направляющая имеет в верхней части фланец для плотного крепления к емкости, в нижней части горловины установлены сменные поплавки, в горловине установлена съемная фильтрующая сетка, причем на внутренней поверхности цилиндрической направляющей по всей ее длине выполнены продольные выступы, расположенные с равным шагом по окружности, а на внешней цилиндрической поверхности горловины по всей ее длине выполнены продольные пазы, расположенные по окружности с шагом, равным шагу выступов на цилиндрической направляющей, при этом сменные поплавки устанавливаются в Г-образные пазы, выполненные на внешней цилиндрической поверхности горловины, и дополнительно фиксируются в ней, а в нижней части емкости установлена водяная помпа, жестко закрепленная фланцем к разъемному дну емкости.

2. Уловитель плавучего мусора по п. 1, характеризующийся тем, что отверстие в верхней части уловителя имеет цилиндрическую форму.

3. Уловитель плавучего мусора по п. 1, характеризующийся тем, что в рабочем состоянии верхняя остроконечная часть горловины находится ниже поверхности водоема.

4. Уловитель плавучего мусора по п. 1, характеризующийся тем, что в нижней части емкости установлены обратные клапаны.

5. Уловитель плавучего мусора по п. 1, характеризующийся тем, что емкость выполнена с разъемным дном.

6. Уловитель плавучего мусора по п. 1, характеризующийся тем, что внутренняя поверхность горловины образована входным конфузорным участком, расположенным в верхней ее части, который плавно сопряжен с последующим цилиндрическим участком-успокоителем.

7. Уловитель плавучего мусора по п. 1, характеризующийся тем, что внешняя поверхность горловины образована цилиндрическим участком-успокоителем, который сопряжен с последующим расширяющимся кверху коническим участком.

8. Уловитель плавучего мусора по п. 1, характеризующийся тем, что сменные поплавки, устанавливаемые на горловине, выполнены полыми и разъемными с целью заполнения их внутреннего объема легкими материалами.

9. Уловитель плавучего мусора по п. 1, характеризующийся тем, что сменные поплавки устанавливаются с равным шагом по окружности на внешней цилиндрической поверхности горловины.

10. Уловитель плавучего мусора по п. 1, характеризующийся тем, что сменные поплавки упираются в цилиндрическую направляющую, когда горловина находится в крайнем верхнем положении.

11. Уловитель плавучего мусора по п. 1, характеризующийся тем, что производительность водяной помпы определяется с учетом гидравлического сопротивления как съемной фильтрующей сетки, так и системы отвода воды из емкости.

12. Уловитель плавучего мусора по п. 1, характеризующийся тем, что система отвода воды из емкости обеспечивает горизонтальное направление потока воды, а возникающее при этом усилие дополнительно прижимает устройство к месту его установки.

13. Уловитель плавучего мусора по п. 1, характеризующийся тем, что с целью перемещения устройства относительно уровня воды в водоеме при приливах и отливах оно оснащается автоматической системой регулировки положения.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2024 года RU2823635C1

CN 113550286 A, 26.10.2021
JP 2022151474 A, 07.10.2022
И. И. Готовке,В. И. Филин, К. Г. Куликов и А. Н. Смехов 0
  • А. П. Маевский, С. Н. Смехов, Ю. И. Провоторов,
SU206319A1
CN 212656202 U, 05.03.2021
AU 2017371713 A1, 11.07.2019
WO 2021089955 A1, 14.05.2021
US 4325150 A, 20.04.1982.

RU 2 823 635 C1

Авторы

Андреев Егор Евгеньевич

Вайлунов Кирилл Викторович

Даты

2024-07-26Публикация

2024-03-15Подача