Водозаборное устройство Советский патент 1993 года по МПК E02B9/04 

Изобретение относится к коммунальному хозяйству и предназначено для обеспечения снабжения потребителей водой из рек и проточных каналов.

Целью изобретения является повышение надежности работы водозаборного устройства путем уменьшения поступления наносов и шуги в водоприемную камеру.

На фиг,1 представлено водозаборное устройство, поперечный разрез, (стрелками и буквами обозначены направления течения водных потоков в устройстве); на фиг.2 - размещение устройства в русле реки.

Водозаборное устройство состоит из водоприемной камеры 1, выполненной в виде цилиндра, и перфорированной по верхней образующей отверстиями 2. Водоприемная камера 1 защищена от набегающего потока пластиной, выполненной из двух, верхней 3 и нижней 4, половин. Половины представляют собой части горизонтальных круговых цилиндров и установлены концентрично с водоприемной камерой 1.

Между половинами 3 и 4 и камерой 1 образован кольцевой канал 5. Нижняя половина 4 имеет радиус меньший, чем радиус верхней половины 3. За осью симметрии по направлению потока в нижней половине 4 выполнены отверстия перфорации 6, крытые сеткой. Верхняя половина 3 выполнена с напуском на нижнюю так, что между ними образованы щелевые каналы 7,7 закрытые сетками 8, 8. Через щелевые каналы 7,7 осу- ществляется вход-выход потока воды в кольцевой канал 5. Сетки 8, 8 лежат в плоскостях, касательных к внешней поверхности нижней половины 4 и проходящих через концевые кромки 9 верхней половины 3. Кольцевой канал 5 перекрыт дополнительными горизонтальными сетками 10,10, - прикрепленными к внутренней поверхности верхней половины 3 и внешней поверхности водоприемной камеры 1. Сетка 10 расположена перед отверстиями перфорации 2 водоприемной камеры 1, а сетка 10 - за этими отверстиями. Водоприемная камера соедиЁ

00

ттЛ

00

о VJ

йена с отводящим водоводом 11, выполненным из эластичных рукавов. Водозаборное устройство с торцов закрыто заглушками 12, 13 с целью предотвращения проникновения воды через эти торцы. Устройство размещено поперек русла реки и подвешено над ее дном с помощью трособлочной системы 14 так, что имеется гидравлический уклон к отводящему водоводу 10,

Водозаборное устройство работает следующим образом.

Известно, что реки, особенно горные, несут большое количество наносов, а в зимнее время года - большое количество шуги, причем образование шуги происходит по всей толщине водяного потока. Другим фактором, осложняющим водозабор из таких рек, является сезонное изменение уровня водяного потока. Рассмотрим работу устройства в зимний сезон, когда уровень реки стабилизировался, а водный поток насыщен и наносами и шугой. Для простоты рассмотрения устройства в работе разделим весь водяной поток, натекающий на водозаборное устройство, на потоки, расположенные в вертикальной плоскости один над другим: поток А - поток, натекающий на верхнюю половину 3 защитной пластины, причем на ту ее часть, которая расположена выше горизонтальной диаметральной плоскости; поток Б - поток, натекающий на часть верхней половины 3 защитной пластины, расположенной ниже диаметральной плоскости; поток В - поток, натекающий на сетку 7; поток Г - поток, натекающий на часть нижней половины 4 защитней пластины, расположенной между линией крепления сетки 8 и нижней образующей этой половины.

Обтекание водным потоком А части половины 3, расположенной выше диаметральной горизонтальной плоскости, приведет к изменению направления этого потока, динамическому воздействию этого потока на эту часть половины 3, образованию и сходу турбулентных вихрей. Частота схода вихрей, их амплитуда будут определяться как параметрами потока А и прилегающих к нему потоков, так и параметрами всего водозаборного устройства в целом (величиной площади продольного сечения устройства). Сход вихрей потока А приведет к перемещению водного потока за водозаборным устройством и ликвидации зоны рециркуляции, способствующей накоплению шуги за устройством.

Воздействие водного потока Б на часть верхней половины 3 защитной пластины, расположенную ниже горизонтальной диаметральной плоскости, приведет к динамическому воздействию на эту половину и

изменению направления потока Б. При этом поток Б будет иметь направление, параллельное сетке 8, а значит он будет направлен под углом к потоку В, натекающему на

сетку 8. Взаимодействие потоков Б и В приведет к образованию двух потоков: потока Д, прошедшего через сетку 8 и поступившего в щелевой канал 7, и потока Б+В. Результирующая скорость потока Б+В будет

направлена под углом к поверхности нижней половины 4. Далее этот поток вступит во взаимодействие с потоком Г. Такое взаимодействие потоков Б, В, Б+В, Г приведет к тому, что в местах их слияния появится дополнительное гидросопротивление. Величина этого гидросопротивления будет определяться параметрами взаимодействующих потоков. Таким образом получим,что проникновению твердых частиц наносов и

шуги к сетке 8 будут препятствовать два фактора: изменение направления течения потока Б+В; наличие переменного по величине местного гидросопротивления перед сеткой 8.

Взаимодействие потока Б+В в потоком Г приведет к образованию суммарного потока Б+В+Г, обтекающего нижнюю половину .4 защитной пластины. Это взаимодействие приведет, также как в случае с потоком А, к динамическому воздействию на половину 4. При достижении потоком Б+В+Г отверстий перфорации 6, закрытых сеткой, начнется взаимодействие этого потока с потоком жидкости, находящимся в кольцевом канале 5. Взаимодействие этих потоков будет сопровождаться явлением подсасывания. Возникновение этого явления приведет к тому, что вместе с потоком воды из кольцевого канала 5 будут

выноситься и попавшие туда наносы. Эффективность явления подсасывания будет определяться соотношением скоростей взаимодействующих потоков. Далее этот поток (обозначим его через Б+В+Г+Д) будет обтекать сетку 8 и будет иметь направление, параллельное этой сетке.

Поток Д, прошедший через сетку 8, будет иметь меньшую, чем другие потоки скорость и будет содержать меньшее количество твердых частиц и шуги. Освобождению потока Д от наносов и шуги будут способствовать такие свойства сетки 8, как преломление и ослабление потока. Размещение сетки 8 в плоскости, касательной к внешней поверхности половины 4 и проходящей через нижнюю кромку 9 верхней половины 4 защитной пластины, обеспечит постоянное ее нахождение в положении под

углом к набегающему потоку. Это приведет

к усилению вышеназванных свойств сетки 8.

После прохождения потоком Д щелевого канала 7 произойдет его разделение в кольцевом канале 5 на потоки : - поток Д1, обтекающий водоприемную камеру 1 снизу, и поток Д2, прошедший через дополнительную сетку 10. Разделение потока Д на два будет сопровождаться ослаблением обеих составляющих и обеднением потока Д2 твердыми частицами наносов и шуги. Освобождение потока Д2 от твердых частиц и шуги обуславливается расширением площади поперечного сечения канала, гидросопротивлением дополнительной сетки и подсосом потока Д1 из кольцевого канала 5 через отверстия перфорации 6, закрытые сеткой. Далее поток Д2 будет омывать поверхность водоприемной камеры 1 и при достижении отверстий перфорации 2 этой камеры распадается на потоки ДЗ и Д4. Поток ДЗ попадет во внутреннюю полость камеры 1 и благодаря наличию гидравлического уклона устремится к отводящему водоводу 11. Из водовода 11 вода подается потребителю. Поток Д4, после прохождения дополнительной сетки 10, встретится с потоком Д1;, образованным из потока Д1 после отсоса из него части жидкости через отверстия перфорации б потоком Б+В+Г. Результирующий поток Д4+Д1 , будет выходить через щелевой канал 7 и сетку 8. Способствовать выходу потока Д4+Д1 из щелевого канала будет поток Б+В+Г+Д, так как из-за разности скоростей обоих потоков здесь также возникнет явление подсасыва- ния. После прохождения результирующим потоком сетки 8 он сольется с потоком А за пределами водозаборного устройства.

Из приведенного описания работы водозаборного устройства видно, что предотвращение попадания наносов и шуги во внутреннюю полость водозаборной камеры 1 вместе с потоком ДЗ осуществляется за счет последовательного гашения энергии набегающего на водозаборное устройство речного потока и одновременного отделения от этого потока составляющих его частей, насыщенных твердыми частицами наносов и шуги. Последовательность гашения энергии заключается в следующем: изменение направления движения потока и траектории движения твердых частиц, содержащихся в нем, из-за необходимости об- текания водозаборного устройства; преодоление гидросопротивлений, обусловленных слиянием водных потоков, направленных под углом друг к другу, а также наличием сетки 8, расположенной под углом к обтекающему ее потоку; преодоление

гидросопротивлений, обусловленных внезапным расширением поперечного сечения потока (от щелевого канала 7 к кольцевому каналу 5), а также наличием дополнительной 5 сетки 10; организацией обтекания водоприемной камеры 1 по кольцевому каналу 5 водными потоками, существенно отличающимися друг от друга по параметрам (потоки Д2 и Д1; потоки Д4 и Д1); организацией

0 эффектов подсасывания на сетках отверстий перфорации б, а также на сетке 7., обеспечивающих вынос твердых частиц из водозаборного устройства.

Все эти факторы позволяют сделать вы5 вод о высокой надежности работы водозаборного устройства, заключающейся в уменьшении поступления наносов и шуги в водоприемную камеру. Повышению надежности работы устройства способствуют так0 же и такие факторы: способ размещения водозаборного устройства в русле реки с помощью трособлочной системы 14; нестационарность параметров водного потока реки, приводящая к осцилляциям обтекае5 мого тела и усилению турбулентных явлений (осцилляциям скорости, давления, гидросопротивления и т.д.). Эти осцилляции изме- няют характер течения, усиливают гидросопротивление элементов устройства.

0 Способ подвески водозаборного устройства с помощью трособлочной системы 14 позволяет менять положение устройства относительно дна и перемещать его в слой речного потока, содержащий наименьшее

5 количество наносов и шуги. Трособлочная система 14 позволяет также изменять гидравлический уклон. Последнее обстоятельствопозволяет регулировать производительность водозаборного устрой0 ства, а в случае необходимости очистки водоприемной камеры от наносов - облегчить эту операцию.

Описание работы и конструкции предлагаемого водозаборного устройства показывает, что оно обладает высокой

5 надежностью, простотой конструктивного исполнения, применимостью в реках и каналах с широким спектром характеристик водного потока (равнинные реки и каналы, реки пустынных районов, гбрные реки). Выбор и

0 расчет параметров сеток водозаборного устройства в целом должен быть произведен с учетом конкретных условий эксплуатации устройства.

Формула изобретения

5 1. Водозаборное устройство, включающее расположенную в водотоке водоприемную камеру, соединенную с отводящим водоводом, и защитную пластину, установленную над водоприемной камерой, причем

камера выполнена в виде перфорированного по верхней образующей цилиндра, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы путем уменьшения поступления наносов и шуги в водоприемную камеру, защитная пластина камеры выполнена из двух, верхней и нижней половин, которые представляют собой части горизонтальных круговых цилиндров, установленных концентрично водоприемной камере с возможностью образования между камерой и этими половинами кольцевого канала, при этом нижняя половина пластины имеет меньший радиус, чем верхняя, и выполнена перфорированной за ее продольной осью симметрии по направлению движения потока, а отверстия перфорации закрыты сеткой, кроме того, верхняя половина пластины выполнена с напуском на нижнюю и установлена с возможностью образования между

упомянутыми пластинами закрытых сетками щелевых каналов, лежащих в плоскостях, касательных к внешней поверхности нижней половины и проходящих через кон- цевые кромки верхней.

2, Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что кольцевой канал перекрыт дополнительными горизонтальными сетками,

прикрепленными к внутренней поверхности верхней половины защитной пластины и внешней поверхности водоприемной камеры, при этом сетки установлены перед и за отверстиями перфорации камеры, а само водозаборное устройство подвешено лри помощи трособлочной системы над дном реки поперек русла с возможностью образования гидравлического уклона к отводящему водоводу, выполненному в виде эластичных

рукавов.

Использование: в коммунальном хозяйстве для снабжения потребителей водой из рек и проточных каналов. Сущность изобретения: с целью повышения надежности работы путем уменьшения поступления наносов и шуги в водоприемную камеру защитная пластина выполнена из двух половин - верхней и нижней, установленных в камере с возможностью образования кольцевого канала. Нижняя пластина имеет меньший радиус, чем верхняя, и перфорирована. Верхняя половина пластин выполнена с напуском на нижнюю и установлена с возможностью образования между пласти- нами щелевых каналов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Фиг

Ю13Ы

ю