Устройство водозабора

(12) ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ ввдомство гвспувлики БЕЛАРУСЬУстройство водозабора, включающее насос,сообщенный с водным объектом Водоприемник,к которому подключена всасывающая линия насоса, порог, установленный поперек водоприемника И ВЫПОЛНЕННЫЕ В ВИДЕ ДВУХ пря. молинейных элементов, пересекающихся под Ю углом, обращенным вершиной в сторону, противоположную насосу, отличающееся тем,ЧТО ВОДОПРПВМНИК ВЫПОЛНЕН В ВИДЕ ЛОТКЗ С высотой стенок выше уровня воды в водном объекте, при этом лоток установлен выше или по уровню дна водного объекта, порог устаНОБЛЕН на ДНЕ ЛОТКЗ И СОСТОИТ ИЗ ДВУХ УТОЛКОВ,горизонтальные полки которых расположены ВВЕРХУ И направлены навстречу ПОТОКУ, при этом уголки вставлены в отверстии стенок лотПЧ ка, размеры которых соизмеримы с шириной ПОЛОК УГОЛКОВ, ПРИЧЕМ вершина УГЛа ПОРОГ расположена в продольной вертикальной пло Ю СКОСТИ СИММБТРИИ ЛОТКЗ. п 2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что ш к боковым стенкам лотка примыкают дамбы,образующие с ними гидравлически изолиро ВЗННЫС ОТ ВОДНОГО объекта ОТСЕКИ, КОТОРЫЕ соединены водоводами с лотком, причем часть щ КЗЖДОГО ВОДОВОДЗ РЗСПОЛОЖЕНЗ В ЛОТКВ за ПО(71) Заявитель Центральный научно-исследовательский институт комплексного использования водных ресурсов(73) Патентообладатель Центральный научно-исстедователхьский институт комплек сного использования водных ресурсоврогом, при этом выходные отверстия водоводов В ЛОТКЕ обращены В СТОРОНУ НВСОСЗ И РЭСПО ЛОЖЕНЫ БЛИЖЕ К ОСИ ЛОТКЭ, ЧЕМ К ЕГО СТЕНКМ,а ВХОДНЫЕ ОТВЕРСТИЯ ВОДОВОДОВ РНСПОДОЖЕНЫ вне зон выхода порога в отсеки.3. Устройство по п. 1, отличающееся тем,ЧТО у БХОДЗ В ЛОТОК УСТЗНОВЛЕН С ВОЗМОЖНОстью вертикального перемещения поплавок в виде угольника, обращенного вершиной навстречу потоку и выполненного из уголков,ГОРИЗОНТЗЛЬНЫЕ ПОЛКИ КОТОРЫХ РЗСПОЛОЖЕНЫИзобретение относится к гидротехническим сооружениям по забору воды из водных объектов, в которых основная масса загрязнителей фиксируется взвешенными наносами и донными отложениями, что характерно для водных объектов, загрязненных радиоактивными веществами, например цезиевой группы, которые в основной своей массе сорбированы донными отложениями и взвесями придонного слоя воды.Известно водозаборное устройство, включающее сообщенный с водным объектом водоприемник, к которому подключена всасывающая линия насосной станции, поперек водоприемника установлена стенка с отперстнем.Недостатком устройства является необходимость забора воды без взвешенных и влекомых наносов.Извесгно водозаборное устройство, включающее насос, водоприемник, формирователь потока со струенаправленным порогом, который установлен под углом относительно оси водоприемника.Недостатком устройства является малая эф фективность работы сгруенаправляющею порога.Наиболее близким по технической сущности является водозаборное устройство, включаюЩЕ НЗСОС, СОООЩЕННЫЙ С ВОДНЫМ ОБЪЕКТОМ водоприемник, к которому подключена всасывающая линия насоса, порог, установленный ПОПЕРЕК ВОДОПРИЕМНИКН И ВЫПОЛНЕННЫЙ В ВИДЕ двух прямоугольных элементов, пересекающихся под углом, обращенным вершиной в сторону, противоположную насосу 1.НЕДОСТЕТКОМ УСТРОЙСТВЕ ЯВЛЯЕТСЯ НЕВЫСОКЗЯ эффективность работы порога по предотвращению захвата наносов при водозаборе.Решаемая изобретением задача - уменьшеНИЕ захвата НЕНОСОВ ПРИ ВОДОЗЗООРЕ ПУТЕМУМЕНЬШЕНИЯ ВОЗМОЖНОСТИ попадания НВНОСОВ В НЗСОС.Задача решается тем, что водоприемник выполнен в виде лотка с высотой стенок выше уровня воды в водном объекте, при этом лотоквнизу и направлены навстречу потоку, при этом вершина угольника расположена в продольной вертикальной плоскости симметрии лотка, а верхняя часть вертикальных полок уголков расположена над уровнем воды, причем поплавок примыкает вертикальными полками к торцам стенок лотка.УСТЗНОВЛЕН ВЫШЕ ИЛИ ПО УРОВНЮ дна ВОДНОГО объекта, порог установлен на дне лотка и состоит из двух уголков, горизонтальные полки КОТОРЫХ РЗСПОЛОЖЕНЫ ВВЕРХУ И направлены НЗВСТРЕЧУ ПОТОКУ, ПРИ ЭТОМ УГОЛКИ ВСТЗВЛЕНЫ в отверстия стенок лотка, размеры которых соизмеримы с Шириной полок уголков, причем вершина угла порога расположена в продольной вертикальной плоскости симметрии лотка. К боковым стенкам лотка примыкают дамбы,образующие с ними гидравлически изотрованные от водного объекта отсеки, которые соединены водоводами с лотком, причем часть КЗЖДОГО ВОДОВОДЗ РЗСПОЛОЖЕНЗ В ЛОТКС 33 ПОРОГОМ, ПРИ ЭТОМ ВЫХОДНЫЕ ОТВЕРСТИЯ ВОДОВОДОВ в лотке обращены в сторону насоса и расположены ближе к оси лотка, чем к его стенкам,а выходные отверстия водоводов расположены ВНЕ ЗОН ВЫХОДЕ ПОРОГЕ В ОТСЕКИ.У входа в лоток установлен с возможностью вертикального перемещения поплавок в виде угольника, обращенного вершиной навстречу потоку и выполненного из уголков, горизонТЗЛЬНЫЕ ПОЛКИ КОТОРЫХ РЗСПОЛОЖЕНЫ ВНИЗУ И направлены НЗВСТРЕЧУ ПОТОК), ПРИ ЭТОМ ВЕРШИНЕ УЮЛЪНИКН РНСПОЛОЖЕНЗ Б ПРОДОЛЬНОЙ вертикальной плоскости симметрии лотка, а ВЕРХНЯЯ ЧЕСТЬ ВЕРТИКЗЛЬНЫХ ПОЛОК УГОЛКОВ расположена над Уровнем воды, причем поплавок примыкает вертикальными полками к торцам СТЕНОК ЛОТКЗ.Сопротивление давления при натекании потока на твердое тело описывается формулойш- площадь миделевого сечения тела (проекция тела на плоскость, перпендикулярную направлению движения)При натекании турбулентного потока на ПРЯМОУПОЛЬНУЮ ПЛЗСТИНКУ С ОТНОШЕНИЕМ ЕЕ длины к высоте, равной 10 и расположеннойперпендикулярно направлению движения потока, С 31,29.Если поток натекает на полуцилиндр, направленный вогнутой стороной к направлению движения потока, то С 523, в то время как если направлен выпуклой стороной, то С 51,2.- ширину порядка высоты порога в виде пла стинки или более, приводит также к увеличению коэффициента С до величины 2,3. В этом случае наблюдается, как следует из формулы(1), большее значение Ер, чем в случае ее ОТСУТСТВИЯ, ПРИЧЕМ значение РЕ УВВДШЧИВЗВТСЯ в 1,78 раза при равных значениях 11 и длине порога.Изменением величины Р на стенках порога по его длине определяется величина скорости потока, обтекающего его стенку, а, следовательно, и вынос загрязнителей таким потоком из непосредственной зоны забора воды. У входа В ЛОТОК И В НЕМ максимальные скорости наблюдаются на ПЕРЕСЕЧЕНИЯ) ШРИЗОНТШТЬВОЙ плоскости с вертикальной плоскостью, близкой к плоскости симметрии лотка, и уменьшаются по мере приближения вертикальных плоскостей к стенкам лотка, где они имеют наименьшее значение. Тогда следует, что значения Р убывают также в горизонтальных плоскостях по мере удаления от оси симметрии лотка в направлении к стенкам лотка. Отсюда максимально эффективное расположение линии пересечения частей порога должно быть в плоскости симметрии лотка, так как смещение на ее стенке приводит к появлению на одном из участков одной из частей порога градиентов Ре, имеющих обратное значение среднему градиенту в этом пороге, что существенно уменьшает способность этого порога или части порога ОТВОДИТЬ ЗНГРЯЗНИТВЛИ.Как правило, местные скорости по вертикали УМВНЬШЗЮТСЯ ОТ поверхности КО ДНУ. При натекаиии на пластинку, расположенную перпендикулярно направлению ПОТОКЗ, ВОЗНИКЗЮТ вторичные циркуляционные течения, которые у пластинки, находящейся верхней кромкой над потоком, направлены сверху вниз, что обЛЕГЧЗСТ подныривание ПЛЗВЗЮЩИХ ЗЗГРЯЗНИТВлей под пластинку. При наличии горизонтальной полки у нижней кромки пластинки, направленной против течения и имеющей ширину, равную или больше высоты ПЛВСТИНКИ, ПОДНЫРИВЗНИС плавающих ЗЗГРЯЗНИТСЛВЙ ПОД ПЛЗСТИНКУ ИСКЛЮЧЗВТСЯ.При натекании ПОТОКЕ. на порог, ВЫПОЛНЕНный в виде пластинки, перед ней образуется Циркуляционная зона, в которой у пластинки скорости направлены вниз, а на некотором расстоянии против течения вверх, что приВОДИТ К ВЫНОСу ВЛВКОМЫХ ЗЗГРЯЗНИТВЛСЙ ИЗ этой зоны в транзитный поток. Наличие гори 10зонтальной полки, направленной против течения, уменьшает такой вынос при 13/1121. где Ь - ширина порога, Ь высота стенки порога.Расположение находящейся в лотке части водовода, соединяющего лоток с отгороженным отсеком водного объекта вдоль течения, обеспечивает понижение гидродинамического давления на выходе из водовода до минимального,за счет кинетической энергии потока, обтекаюЩего выход водовода. Это обеспечивает возможность понижения отметки уровня воды в отгороженном отсеке водного объекта по сравнению с уровнем воды в лотке, а в результате- более интенсивный отвод загрязнителей по порогу в отгороженный отсек водного объекта. Расположение части водовода, находящегося в лотке в зоне с повышенными местными скоростями, позволяет увеличить эффект уменьшения давления на выходе водовода за счет увеличения кинетической энергии потока, обтекающего водовод.В рассматриваемом техническом решении возможное удаление выхода из водовода от стенок лотка обеспечивает его расположение в лотке, при котором поток с возможно большими местными скоростями будет обтекать такой выход.Возможное удаление входа в водовод от выхода из порога в отсеке водного объекта, отгороженного дамбой, позволяет увеличить расстояние и возможное время выпадения в осадок взвешенных загрязнителей в воде, поступающей в отсек и отводимой из него снова в лоток. Чем больше расстояние и время выпадения в осадок, тем больше степень очистки воды, поступающей снова в лоток, от влекомых загрязнителей.Изложенная сущность изобретения поясняется графическим материалом, где на фиг. 1 изображен вид сверху устройства водозабора на фиг. 2 - разрез А-А фиг. 1, на фиг. 3 разрез Б-Б фиг. 1.Устройство водозабора состоит из установленного, например, на берегу 1 водного объекта 2 насоса 3, всасывающая линия которого соединена с сообщенным с водным объектом водоприемником в виде водопроводящего сооружеиия, например, лотка 4 с высотой стенок 5 выше уровня воды в водном объекте, при этом лоток установлен выше или по уровню два водного объекта, порог 6 установлен на дне лотка и состоит из двух уголков, горизонтальные полки которых расположены вверху и направлены навстречу потоку, при этом уголки вставлены в отверстия 7 стенок 5 лотка 4, размеры которых соизмеримы с шириной уголков, причем вершина угла порога 6 расположена в продольной вертикальной плоскости симметрии лотка 4. Порог 6 имеет отношение 131/1121, где Ь - ширина горизон 7 ВУ 1356 С 1 3тальиой полки порога, 11 - высота стенки порога. Через отверстия 7 порог 6 проходит за стенки 5 лотка 4, и внешние поверхности порога б герметично соединены в отверстиях 7 со стенками лотка 4. Между боковыми стенками 5 лотка 4 от его входа к берегу 1 водного объекта выполнены дамбы 8 так, что они отгораживают отсеки 9, которые являются гидравлически изолированными от водного объекта. Отсеки 9 соединены водоводами 10 с лотком 4, причем часть каждого водовода расположена в лотке, при этом выходные отверстия водоводов в лотке обращены в сторону насоса и расположены ближе к оси лотка, чем к его стенкам, а входные отверстия водоводов расположены вне зоны выхода порога в отсеки. Перед входом в лоток 4 установлен с возможностью вертикального перемещения поплавок 11 в виде угольника, обращенного вершиной навстречу потоку и вьшолненного из уголков,горизонтальные полки которых расположены внизу и направлены навстречу потоку, при этом вершина угольника расположена в продольной вертикальной плоскости симметрии лотка, а верхняя часть вертикальных полок уголков расположена над уровнем воды. Поплавок 11 примыкает вертикальными полками к торцам стенок 5 лоткаи смещение поплавка в горизонтальной плоскости ограничено сваями 12.Устройство работает следующим образом.При включении насоса 3 в водоприемнике в виде лотка 4 снижается уровень воды и образуетсн течение воды из водного объекта 2 (показано стрелкой). Поверхностный поток набегает на поплавок 11 и плавающие загрязнители сбрасываются по поплавку за стенки 5 лотка 4. Поток с влекомыми и частично взвешеннымн наносами движется по лотку 4 до порога 6, где основная масса взвесей попадает под горизонтальную полку порога 6 и через отверстия 7 поступает за стенку лотка в отсеки 9 водного объекта 2, огражденные дамбой 8,которые служат отстойниками. При обтекавии потоком выходного отверстия водовода 10 давление в нем понижается и становится меньше давления во входном отверстии, расположенном в отсеке 9. В результате отстоявшаяся в отсеке 9 вода по водоводу 10 поступает в лоток 4, и в отсеке 9 поддерживается уровень воды,препятствующий поступлению ее в лоток и через отверстия 7.При накоплении наносов в отсеках 9 их откачииают и вывозят на захоронение. у Эффективность устройства заключается вавтоматической очистке забираемой для про ИЗБОДГВВННЫХ целей ВОДЫ ОТ ПЛНВЗЮЩПХ ЗНгрязнений и влекомых наносов, поэтому наиболее эффективно использовать устройство на водных объектах, загрязненных радиоактивными веществами цезиевой группы, которые ННХОДЯТСЯ В СВЯЗЗННОМ СОСТОЯНИИ С донными отложениями и органическими вещеСТЗВЗМИ, И ПОДНИМЗЮЩШСЯ ПрИ ВСТрО-ВОЛНОБОМ ПРОЦЕССЕ, ВЫЗЬВЗЯ ВТОрРПГНОВ загрязнение ВОД ного объекта.Государственное патентное ведомство Республики Беларусь.