Устройство для отвода воды из содержащего влекомые и плавающие загрязнители водотока

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТВОДА ВОДЫ ИЗ СОДЕРЖАЩЕГО ВЛЕКОМЫЕ И ПЛАВАЮЩИЕ ЗАГРЯЗНИТЕЛИ ВОДОТОКА(71) Заявитель Республиканское унитарное предприятие Центральный научно-исследовательский институт комплексного использования водных ресурсов(72) Авторы Емельянов Филипп Игнатьевич Коваленко Эдуард Петрович(73) Патентообладатель Республиканское унитарное предприятие Центральный научно-исследовательский институт комплексного использования водных ресурсов(57) 1. Устройство для отвода воды из содержащего влекомые и плавающие загрязнители водотока, включающее водопроводящее средство и заборный лоток, расположенный под острым углом к направлению водотока и направленный внутренней поверхностью поперечного сечения лотка, установленного с возможностью вертикального смещения, против направления водотока, отличающееся тем, что заборный лоток расположен своей верхней частью ниже поверхности водотока, а нижней частью выше дна, отводной торец заборного лотка расположен в водопроводящем средстве, выполненном в виде отводного канала, гидравлически связанного с водотоком через заборный лоток. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что поперечное сечение заборного лотка имеет форму полуцилиндра. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что поперечное сечение заборного лотка имеет форму швеллера, полки которого расположены горизонтально и больше половины длины стенки швеллера, расположенной вертикально. 5519 1 4. Устройство по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что верхняя часть заборного лотка расположена под поверхностью водотока на глубине, большей максимальной высоты слоя плавающих загрязнителей, а нижняя часть заборного лотка расположена выше дна на расстоянии, большем расчетной высоты слоя потока с влекомыми загрязнителями. 5. Устройство по любому из пп. 1-4, отличающееся тем, что угол между заборным лотком и направлением водотока находится в пределах от 20 до 70, вход в отводной канал отделен от водотока шпорой, установленной с возможностью вертикального смещения, или земляной дамбой, через которые пропущен заборный лоток. 6. Устройство по любому из пп. 1-5, отличающееся тем, что заборный лоток имеет глухой торец, расположенный на противоположной его стороне от отводного торца. 7. Устройство по любому из пп. 1-6, отличающееся тем, что заборный лоток установлен на сваях с возможностью вертикального смещения и жесткой фиксации. 8. Устройство по любому из пп. 1-6, отличающееся тем, что заборный лоток подвешен на поплавках посредством тяг. 9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что тяги выполнены с возможностью регулирования по длине.(56)2026474 1, 1995.2071528 1, 1997.2114245 1, 1998.4324770 1, 1994. Изобретение относится к гидротехническим сооружениям, предназначенным для отвода воды на хозяйственные цели из водотоков, содержащих влекомые и плавающие загрязнители, включая радиоактивные. Известно устройство для очистки водотоков от плавающих загрязнений 1, выполненное со сквозным отверстием и снабженное шпорой, расположенной снаружи заграждения вплотную к нему и установленной перпендикулярно движению потока, заграждение снабжено направляющим сливным лотком, размещенным в верхней части и сообщающимся через отверстие со сборной емкостью. Недостатком устройства является то, что оно позволяет очищать сам поток от плавающих на его поверхности загрязнений, которые отводятся из водотока, и не дает возможности отводить из водотока воду, не содержащую такие загрязнители, а также влекомые загрязнители. Известное устройство водозабора 2 включает насос, сообщенный с водным объектом, водоприемник, к которому подключена всасывающая линия насоса, порог, установленный поперек водоприемника и выполненный в виде двух, представляющих собой заборный лоток, линейных элементов, пересекающихся под углом, обращенным вершиной в сторону, противоположную насосу, водоприемник выполнен в виде водопроводящего средства с высотой стенок, выше уровня воды в водном объекте. При этом водопроводящее средство установлено выше или по уровню дна водного объекта и имеет высоту стенок выше, уровня воды в водном объекте. Порог, установленный на дне водопроводящего средства, состоит из двух уголков, горизонтальные полки которых расположены вверху и направлены навстречу потоку, при этом уголки вставлены в отверстия стенок водопроводящего средства, размеры которых соизмеримы с шириной полок уголков. У входа в водопроводящее средство установлен заборный лоток, расположенный под острым углом к направлению течения потока и направленный внутренней поверхностью поперечного сечения лотка, выполненного с возможностью вертикального смещения, против направления течения потока, а верхняя часть вертикальной полки лотка, выполненного в виде уголков, расположена над уровнем воды. 2 5519 1 Недостатком этого устройства является необходимость в насосах, приводимых электромоторами или двигателями внутреннего сгорания, в сборных емкостях для аккумулирования отводимых плавающих и влекомых загрязнителей, а также невозможность непосредственного отвода из водотока наименее загрязненной части воды потребителю без подведения энергии извне, что увеличивает общие затраты (стоимость устройства и его эксплуатации) на отвод воды из содержащего влекомые и плавающие загрязнители водотока. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство 3,содержащее сборную емкость, отделенную от потока заграждением со сквозным отверстием, к которому подсоединен сливной лоток, имеющий -образную форму с горизонтальной полкой и вертикальной стенкой. Сливной лоток опирается на стойку, имеющую направляющие скобы. Шпора прикреплена снаружи заграждения, вплотную к отверстию. К сборной емкости гидравлически подсоединен дополнительный лоток, который установлен на дне русла, жестко прикреплен к внешней стороне стенки, гидравлически соединен со сборной емкостью и имеет -образную форму поперечного сечения. Недостатком устройства является то, что оно отводит из потока наиболее загрязненную плавающими и влекомыми загрязнителями часть воды в сборную емкость и не позволяет отводить из водотока наименее загрязненную такими загрязнителями воду потребителю. Задачей рассматриваемого технического решения является отвод из водотока, загрязненного плавающими и/или влекомыми загрязнителями, части воды с наименьшим содержанием таких загрязнителей за счет кинетической энергии водотока, а также снижение общих затрат на такой отвод воды. Задача решается тем, что устройство содержит водопроводящее средство и заборный лоток, расположенный под острым углом к направлению течения потока и направленный внутренней поверхностью поперечного сечения лотка, выполненного с возможностью вертикального смещения, против направления течения потока, кроме того, заборный лоток расположен ниже поверхности водотока своей верхней частью и выше дна своей нижней частью, направленных против направления течения, отводной торец заборного лотка расположен в водопроводящем средстве, выполненном в виде отводного канала, гидравлически связанного с водотоком только через заборный лоток. Заборный лоток может быть выполнен имеющим форму поперечного сечения в виде полуцилиндра или швеллера, полки которых расположены горизонтально и больше половины высоты расположенной вертикально стенки швеллера. Верхняя часть заборного лотка расположена под поверхностью водотока на глубине 11, а нижняя часть расположена на расстоянии от дна 22, где 1, 2 - соответственно максимальная высота слоя плавающих загрязнителей и расчетная высота слоя потока с влекомыми загрязнителями. Заборный лоток может иметь глухой торец, расположенный на противоположной его стороне от торца отвода, и не касаться берега водотока на расстоянии 33, где 3 расчетная ширина слоя с влекомыми загрязнителями у берега. Угол между направлением потока и заборным лотком может быть в пределах 7020, а вход в отводной канал отделен от водотока шпорой, выполненной с возможностью вертикального смещения, или земляной дамбой, через которые пропущен заборный лоток. Заборный лоток может быть выполнен с возможностью жесткой фиксации в заданном положении на сваях, если он выполнен с возможностью вертикального смещения, а также может быть подвешен на поплавках через тяги, которые могут быть выполнены с возможностью регулирования по длине. Наличие в устройстве водопроводящего средства и заборного лотка является необходимым, но не достаточным существенным признаком для решения поставленной задачи. 3 5519 1 Признак, касающийся расположения заборного лотка в водотоке, а также его торца отвода, дает возможность пропускать плавающие и влекомые загрязнители по потоку без попадания в заборный лоток, таким образом свести к возможному минимуму содержание плавающих и влекомых загрязнителей в отводимой из водотока части воды за счет его кинетической энергии. Признаки, относящиеся к выполнению заборного лотка по форме его поперечных сечений, направленных к потоку, обеспечивают наиболее интенсивный отвод воды из водотока за счет кинетической энергии, а также позволяют снизить стоимость устройства. Наличие глухого торца в заборном лотке на его противоположном конце от торца отвода и расположенного на определенном расстоянии от берега позволяет пропускать влекомые по периметру берега загрязнители без поступления их в заборный лоток. Признак, касающийся пределов, в которых целесообразно, чтобы был заключен угол,устанавливает диапазон, в котором наиболее эффективна работа устройства. Возможности вертикального перемещения лотка и его фиксации в вертикальном положении позволяют расширить диапазон изменения уровня воды, в пределах которого работа устройства наиболее эффективна. На фиг. 1 показан план устройства, на фиг. 2 - его разрез, на фиг. 3 - подвеска заборного лотка на поплавках, на фиг. 4 - поперечный разрез заборного лотка, выполненного на основе полуцилиндра. Устройство содержит заборный лоток 1, выполненный в виде полуцилиндра или швеллера, направленного против течения потока своей внутренней поверхностью 2 и расположенного под острым угломк направлению вектора 3 средней скорости потока. При выполнении заборного лотка с сечением в виде швеллера 4 его стенка 5 располагается вертикально, а полки 6 и 7 горизонтально в потоке, причем ширина в полки 6, а также 7 больше половины высотыстенки 5 швеллера 4. Торец 8 заборного лотка 1 может быть глухим. Верхняя часть 9 лотка 1 расположена под поверхностью водотока на глубине 11, где 1 - максимальная высота слоя плавающих загрязнителей. Нижняя часть 10 лотка 1 расположена на расстоянии 22, где 2 - расчетная высота слоя потока с влекомыми загрязнителями. Торец отвода 11 лотка 1 расположен в отводном канале 12, вход в который отделен от водотока шпорой 13, выполненной с возможностью вертикального смещения при аналогичном смещении лотка 1, к которому она может быть прикреплена,или земляной дамбой (на фиг. не показано). Через шпору 13 или земляную дамбу пропущен заборный лоток, который в пределах земляной дамбы выполнен в виде трубопровода. Шпора 13 или земляная дамба перекрывают поступление воды с загрязнителями непосредственно из водотока помимо поступления воды по лотку 1 в отводной канал 12. Внешние стенки 14 лотка герметически подсоединены к прорези 15 шпоры 13, которая может быть выполнена эластичной. Заборный лоток может быть установлен на сваях 16 с возможностью вертикального смещения по ним и жесткой фиксации заданного положения на сваях 16 или может быть выполнен с возможностью вертикального смещения в потоке на поплавках 17 в зависимости от изменения уровня воды в водотоке. В последнем случае лоток 1 подвешен на поплавках 17 с помощью тяг 18 и выполнен с возможностью вертикального смещения по сваям 16, а тяги 18 выполнены регулируемыми по длине. Горизонтальное смещение лотка 1 относительно свай 16 может быть ограничено направляющими 19. Направляющие 19 могут быть снабжены крепежными приспособлениями, например винтами 20, позволяющими жестко фиксировать положение лотка 1 на сваях 16. Торец 8 лотка 1 может быть расположен от берега на расстоянии 33, где 3 - расчетная ширина слоя потока у берега с влекомыми загрязнителями определенных параметров. Через опору 21, установленную на поплавках 17, может быть пропущена тяга 18, имеющая винтовую нарезку. Винтовой болт 22 с рычагом 23 его поворота вокруг тяги 18 и ее вертикального смещения оперт на опору 21 (фиг. 3). 4 5519 1 Заборный лоток, выполненный в виде полуцилиндра 24, может иметь прямолинейные вставки 25, расположенные касательно его торцам 26 (фиг. 4) и имеющие ширину 1. Устройство работает следующим образом. При натекании потока на заборный лоток 1 на его стенке, направленной против потока, создают скоростной напор, составляющая которого, действующая вдоль лотка, вызывает движение воды вдоль лотка 1 при его расположении под острым угломк вектору скорости потока. В результате под воздействием кинетической энергии набегающего на лоток 1 части потока слой воды с наименьшим содержанием загрязнителей поступает в отводной канал 12, а плавающие и влекомые загрязнители пропускают транзитом в потоке соответственно над и под заборным лотком 1 при выполнении условий 11 и 22. Наличие глухого торца 8 в заборном лотке 1, расположенного на расстоянии 33,ограничивает возможность попадания влекомых вдоль берега водотока загрязнителей в заборный лоток 1. При натекании потока на полуцилиндр, направленный выпуклой стороной к потоку,коэффициент сопротивления давления 2,3, в то время когда он направлен выпуклой стороной 1,2. Сопротивление давления при натекании потока на твердые тела равно 2,2 где- коэффициент сопротивления давления- площадь миделевого сечения тела- плотность- характерная скорость 4. При натекании турбулентного потока на прямоугольную пластину с отношением ее длины к высоте, равной 10 и расположенной перпендикулярно направлению движения потока 1,29. Когда поток натекает на швеллер, выпуклой стороной направленной к потокуувеличивается в 1,78 раза при равных значенияхи длине швеллера, имеющего/2 (фиг. 2). При изменении отметки поверхности воды в водотоке заборный лоток 1 смещают в потоке таким образом, чтобы соблюдались приведенные выше неравенства, после чего положение лотка 1 на сваях 16 жестко фиксируется, например, винтами 20. При установке лотка 1, подвешенного на поплавках 17, винты 20 приводят в положение, когда они позволяют свободное вертикальное смещение лотка 1 на сваях 16. По мере изменения отметки воды в водотоке соответственно изменяется положение лотка в потоке, причем глубина остается неизменной. В случае необходимости глубину регулируют,изменяя соответствующую длину тяг 18 между опорой 21 и лотком 1, путем поворота болта 22 с помощью рычага 23 вокруг тяги 18. Наличие шпоры 13 обеспечивает гидравлическое отделение водотока от отводного канала 12 помимо заборного лотка 1, что дает возможность исключить попадание плавающих и влекомых загрязнителей в отводной канал 12 непосредственно с водой помимо лотка 1 из водотока. Вставки 25 обеспечивают более плавное обтекание лотка 1 потоком(фиг. 4). Расчетная высота слоя потока с влекомыми загрязнителями определяется с помощью одного из известных методов, например используя зависимость,где- мутность потока в рассматриваемой точке на вертикали- ускорение силы тяжести Н - глубина С - скоростной коэффициент 5 5519 1 е - постоянная, равная 2,718- коэффициент, равный 22,3-24,0 0 - мутность у дна- гидравлическая крупность ср- средняя скорость потока на вертикали- координата, направленная от поверхности потока вниз по вертикали, причемН-, где- расстояние рассматриваемой точки от дна по вертикали. Эта зависимость получена для естественных водных потоков, близких к двухмерным,с использованием известных полуэмпирических связей между отдельными параметрами потока 5, 6. Устройство целесообразно использовать для отвода воды из водотоков, загрязненных плавающими и влекомыми загрязнителями, включая радиоактивные, на хозяйственные нужды, такие как орошение, техническое водоснабжение, подпитку рыбохозяйственных прудов и т.д. Источники информации 1. А.с. СССР 987024, 1983. 2. Патент РБ 1356, 1996. 3. Патент РФ 2026474, 1995. 4. Альтшуль А.Д., Киселев П.Д. Гидравлика и аэродинамика. - М. Стройиздат, 1975. С. 326. 5. Караушев А.В. Проблемы динамики естественных водных потоков. -Л. Гидрометеоиздат, 1960. - С. 392. 6. Малые реки России. / Под ред. А.М. Черняева. - Свердловск Средне-Уральское книжное издательство, 1988. - С. 317. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.