ВОДОЗАБОРНОЕ ОЧИСТИТЕЛЬНОЕ СООРУЖЕНИЕ Российский патент 2024 года по МПК 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 промывном 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 полюсе 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 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 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 рыбоотводу 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).

Недостатки 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 8 для поднятия массы на всю высоту восходящей ветви 7 сифона 8, т.е. на высоту от входного отверстия сифона 8 вплоть до капора 10.

Известны также, например, гидроциклоны и пескогравиеловки SU: №184187, 367895, 544473, 816558, 823647, 882942, 869998, 106552, 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 осветления воды из-за восходящих токов воды вверх, и зависит от наличия гасительной горизонтальной решетки. В предложенном устройстве отстойная камера состоит из трех секций, разделена вертикальной перегородкой с отверстиями, увеличивающимися вниз для перепуска воды. Вторая секция выполнена в виде расположенных вдоль потока воды пилообразных рычагов, установленных с возможностью вертикального перемещения с тягой и с исполнительным механизм и с пружиной сжатия и растяжения. Третья секция камеры сверху имеет закрепленную с наклоном под углом струенаправляющую перегородку, тяга, связанная с цилиндрической пружиной позволяет создать колебательные явления для полок и сползанию накапливающих мелких наносов в сторону наносопромывного отверстия с коллектором.

Технический результат заключается в создании конструкции водозаборного 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 перепускные отверстия в вертикальной перегородке в сторону закрепленных на подвижных пилообразных рычагах полок в сторону закрепления тяги с исполнительным механизмом по степени сжатия или разжатия цилиндрической пружины, т.е. воздействуя на тягу, определяет момент сползания наносов и очистку полок.

Технический результат достигается тем, что водозаборное очистительное сооружение, включающее приемную отстойную камеру для сбора наносов, имеющую наклонное дно, вертикальную перегородку с окном в нижней части, делящую камеру на секции, сбросной коллектор, согласно изобретения, приемная отстойная камера состоит из трех секций, разделена вертикальной перегородкой с отверстиями для перепуска воды, первая секция камеры снабжена вибрирующей решеткой, обращенной в сторону наносопромывного щелевого отверстия в боковой стенке камеры, размер щелевого отверстия равен максимальному диаметру влекомых наносов и имеет выход с внешней стороны камеры, вторая секция камеры выполнена в виде расположенных вдоль потока воды пилообразных рычагов с закрепленными наклонными полками, пилообразные рычаги одним концом шарнирно закреплены к вертикальной перегородке с отверстиями, а другим - к тяге, подвешенной на цилиндрической пружине, причем цилиндрическая пружина расположена внутри корпуса камеры и соединена через вал с исполнительным механизмом с возможностью совершения вертикальных колебаний пружины в резонансном режиме, при этом исполнительный механизм расположен сверху приемной отстойной камеры, третья секция камеры имеет закрепленную наклонную струенаправляющую перегородку с шарнирами крепления, расположенную в верхней части камеры.

Такое выполнение водозаборного очистительного сооружения позволит потоку, обогащенному наносами, за счет того, что на первом этапе наиболее крупные фракции, попадая на вибрационную решетку в первой секции камеры, смываются в наносопромывное щелевое отверстие, а другие мелкие фракции, поступая во взвешенном состоянии, частично поступают через отверстия в вертикальной перегородке, распределяются в каналы, образованные наклонными полками. Выделяющийся осадок мелких фракций наносов частично оседает на полках и по ним сползает в сторону воронок для отвода в сторону приямка промывного отверстия с коллектором. Процесс удаления мелких наносов с поверхности полок интенсифицируется вибрацией, сообщенной полкам, которые сверху закреплены к подвижным пилообразным рычагам, соединенными тягой с пружиной и с исполнительным механизмом. При этом тяга подвешена на цилиндрической пружине, которая образует пружинный маятник, собственная частота колебаний зависит от контакта конца штока со стороны исполнительного механизма (это можно представить как работа строительного дорожного молотка с вибрацией), частота колебаний которого определяется выражением: γ_с=1/2π√а/m, где а - упругость витков цилиндрической пружины; π - число Пифагора; m - масса тяги с элементами крепления.

Если масса суммарной вертикальной тяги учитывать, то упругость витков цилиндрической пружины, обеспечивающей собственную частоту колебаний γ_с подчиняется уравнению, списыванием выражением: а=(γ_с2π)²m. Таким образом, происходит резонансный режим вибрации тяги связанной с пилообразными рычагами c полками, сверху закрепленными к ним, рычаги которые снабжены шарнирами и соединены с тягой, пружиной и исполнительным механизмом вертикальных колебаний с высокой амплитудой. Кроме того, часть выпавших мелких наносов поступает в воронку с промывкой ее в сторону приямка на дне камеры. При этом другая часть мелких наносов выпадает в третьей секции камеры также в наносоотводящий коллектор на дне камеры. Кроме того, предложенное устройство работает в режиме непрерывной подачи осветленной воды потребителю, а сброс ее для промывки наносов в целом смывается с полок, интенсифицируясь вибрацией устройством. В целом конструкция проста, в результате снижаются затраты на ее эксплуатацию, отсутствует завал наносами на дне отстойной камеры.

Оснащение водозаборного очистного сооружения новыми элементами устройств в качестве для равномерного распределения исходной воды по сечению отстойной камеры, полки которые являются каналами, и которые сообщаются с подвижными пилообразными рычагами, подсоединенные к вертикальной тяге через цилиндрическую пружину с исполнительным механизмом.

При этом в третьей секции камеры к тяге и к корпусу закреплена струенаправляющая перегородка с шарнирным креплением, и которая расположена в верхней части галереи.

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

Сущность изобретения поясняется чертежом, где:

на фиг. 1 изображено водозаборное очистительное сооружение, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - узел 1 на фиг. 1.

Водозаборное очистительное сооружение содержит корпус 1 с приемной отстойной камеры 2, перегородку 3 с отверстиями 4 в ней, подводящий водовод 5 для подачи воды распределительную секцию 6 камеры и распределения исходной воды по сечению отстойной камеры 2. В нижней части перегородки 3 с отверстиями 4, диаметры которых увеличиваются по ходу движения воды сверху вниз и отверстия, которые размещены между полками 10 из металла и направляющие 9, рычаги 15 которых закрепленные с помощью пружинных колец 11. Полки 10 свободно свисают с направляющих, имеют V-образный профиль, свободные концы которых по высоте обращены в сторону промывного отверстия 12 с коллектором 13. В нижней части каждой из них имеется воронка 14 для частичного отвода мелких наносов. Под каждой полкой 11 имеются подвижные пилообразные рычаги 15 расположенные вдоль потока воды, которые шарнирно крепятся одним концом к вертикальной перегородке 3 с отверстиями 4, а другим - к тяге 16 с исполнительным механизмом 17.

В секции 6. Обращенной к подводящему водоводу 5, она выполнена с гасительным устройством в виде вибрирующей решетки 18, имеющей уклон, которая свободным концом дополнительно оперта на горизонтальную полку 19, закрепленную ниже наносопромывного отверстия 20 с коллектором 21, имеющим выход с внешней стороны корпуса 1.

В третьей секции 22 камеры 2 закреплена дополнительно наклонная под углом струенаправляющая перегородка 23. В верхней части секции 22 корпуса 1 с внешней стороны отводящая труба 24 жестко установлена в колодце 25 таким образом, что ее выходной конец 26 затоплен под уровень. За отводящей трубой 24 находится трубопровод 27 (или канал) водохозяйственной системы потребителя.

Тяга 16 подвешена на цилиндрической пружине 28, которая связана через вал 29 с исполнительным механизмом 17, работа пружины 28 образует пружинный маятник, собственная частота колебаний которого определяется выражением: где а - упругость витков цилиндрической пружины; π - число Пифагора; m - масса нижней части тяги с концами рычагов с полками.

Если массу суммарной вертикальной тяги учитывать, то упругость витков цилиндрической пружины, обеспечивающей собственную частоту колебаний подчиняется уравнению, описываемым выражением: Таким образом, происходит резонансный режим вибрации тяги 16 с полками 10, которые сверху закреплены с подвижными шарнирно пилообразными рычагами 15, соединенные с тягой 16 с исполнительным механизмом 17 вертикальных колебаний с высокой амплитудой.

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 5 поступает в секцию 6 камеры. Наносы попадают вначале на вибрирующую решетку 18. В течение вибрации крупные наносы фракций, соударяющиеся в воде, смываются по уклону решетки 18 в сторону наносопромывного щелевого отверстия 20, остальная часть мелких фракций и взвешенных наносов проходит в распределительную секцию 65. Одновременно вода наполняет секцию 6 камеры 2. Более тяжелые мелкие наносы поступают на дно секции (галереи) и направляются через окно 7 в сторону промывного отверстия 12 с коллектором 13, прикрытые сверху по длине полкой 10 на пилообразном рычаге 15. Взвешенные наносы вместе с водой через отверстия 4 в вертикальной перегородке 3 направляются в каналы, образованные полками 10, где происходит их разделение. При осаждении мелких фракций наносов на полки, одна их часть сползает к воронке 14 для отвода в сторону промывного отверстия 12, а другая часть падает со свободного конца полок 10, и также поступает в сторону промывного отверстия 12, затем выводится через коллектор 13. Осветленная успокоенная вода поднимается вверх к потребителю. Это связано с закреплением в верхней части секции 22 камеры 2 струенаправляющей под углом перегородки 23, т.е. поверхность воды сверху сглаживается. Процесс удаления осадка с поверхности полок 10 интенсифицируется вибрацией, сообщаемой полкам через подвижные пилообразные рычаги 15, соединенными вертикальной тягой 16 с установленной цилиндрической пружины 28, которая связана с валом 29 исполнительного механизма 17. Вал 29 исполнительного механизма 17 совершает вертикальные колебания пружины 28 в резонансном режиме с большой амплитудой, в виду того, что конец вала контактирует вставкой (не показано) с пружиной (это можно сравнить с работой дорожного вибратора дорожного в строительстве с колебанием штока), возникает собственная частота колебаний в виде пружинного маятника образованного цилиндрической пружиной 28 с общей массой m подвешенной тяги 16 с концами полок 10.

Таким образом, установка цилиндрической напряженной пружины 28 между тягой 16 и валом 29 исполнительного механизма 17 при выполнении условия, указанного выше для упругости витков цилиндрической пружины 28 обеспечивает резонансный режим (вибрацию) вертикальных колебаний тяги 16 с полками 10, что позволяет удалить осадок мелких фракций наносов через воронку 14, и коней полок 10, т.е. интенсифицируется вибраций, что повышает функциональные возможности отстойной камеры водозаборного очистительного сооружения с взвешенными частицами из заборной воды и выгодно отличают предлагаемое сооружение 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 вертикальной перегородкой 3 с отверстиями 4 и вертикальной тягой 16 с полками 10 на три секции 6, 8 и 22. Перегородка 3 с отверстиями 4 в нижней своей части выполнена окном 7. Первая секция 6 камеры снабжена в средней ее части вибрирующей решеткой 18, имеющей уклон в сторону наносопромывного щелевого отверстия 20 в боковой стенке секции 6 камеры, и нижним концом дополнительно оперта на горизонтальную полку 19 ниже наносопромывного щелевого отверстия 20 с коллектором 21. Вторая секция 8 в средней части снабжена полками 10, закрепленными сверху к подвижным пилообразным рычагам 15, расположенным вдоль потока воды, которые шарнирно крепятся одним концом к вертикальной перегородке 3 с отверстиями 4, а другим - к тяге 16, связанной с исполнительным механизмом 17. В конце полки 10 снабжены воронками 14 для частичного отвода мелких частиц наносов в сторону промывного отверстия 12 с коллектором 13. Третья секция 22 камеры в верхней части снабжена дополнительной закрепленной наклонно - под углом с шарнирами крепления струенаправляющей перегородкой 23. При работе сооружения вода, содержащая наносы, поступает в распределительную секцию 6 камеры 2, падает на решетку 18, где расщепляется на отдельные струи, и крупные наносы смываются с решетки 18 в сторону наклона ее в наносопромывное щелевое отверстие 20 с коллектором 21, имеющим выход с внешней стороны камеры 2. Мелкие и взвешенные наносы проходят через решетку 18 в секцию 6, и часть их концентрируется в приямке у промывного отверстия 12 с коллектором 13, а часть взвешенных наносов поступает через впускные отверстия 4 в перегородке 3 с направляющими 9 для полок 10, снизу закрепленных с подвижными пилообразными рычагами 15. В целом это создает условия уменьшения скорости падающего разделенного потока воды для осаждения мелких и взвешенных наносов в зоне приямка с наклонным дном камеры 2. Полки 10 с воронками 14 дополнительно гасят водную поверхность воды с возможностью получения чистой воды в секции 22 камеры и с прикрытием сверху закрепленной под углом струенаправляющей перегородкой 23 перед отводящей трубой 24. Повышается эффективность работы по пути движения потока при водозаборе и подаче чистой воды к потребителю. 3 ил.

Водозаборное очистительное сооружение, включающее приемную отстойную камеру для сбора наносов, имеющую наклонное дно, вертикальную перегородку с окном в нижней части, делящую камеру на секции, сбросной коллектор, отличающееся тем, что приемная отстойная камера состоит из трех секций, разделена вертикальной перегородкой с отверстиями для перепуска воды, первая секция камеры снабжена вибрирующей решеткой, обращенной в сторону наносопромывного щелевого отверстия в боковой стенке камеры, размер щелевого отверстия равен максимальному диаметру влекомых наносов и имеет выход с внешней стороны камеры, вторая секция камеры выполнена в виде расположенных вдоль потока воды пилообразных рычагов с закрепленными наклонными полками, пилообразные рычаги одним концом шарнирно закреплены к вертикальной перегородке с отверстиями, а другим - к тяге, подвешенной на цилиндрической пружине, причем цилиндрическая пружина расположена внутри корпуса камеры и соединена через вал с исполнительным механизмом с возможностью совершения вертикальных колебаний пружины в резонансном режиме, при этом исполнительный механизм расположен сверху приемной отстойной камеры, третья секция камеры имеет закрепленную наклонную струенаправляющую перегородку с шарнирами крепления, расположенную в верхней части камеры.