Водозаборное устройство

 

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 пластинами щелевых каналов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4931135/15 (22) 24.04.91 (46) 30.05.93. Бюл. М 20 (72) О.В.Калачев (56) Авторское свидетельство СССР

М 1476053, кл. Е 02 В 9/04, 1989. (54) ВОДОЗАБОРНОЕ УСТРОЙСТВО (57) Использование: в коммунальном хозяйстве для снабжения потребителей водой из рек и проточных каналов, Сущность изобретения: с целью повышения надежности раИзобретение 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, поп ереч н ый разрез, (стрел ками 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. Ы«1818407 А1 боты 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, Между половинами 3 и 4 и камерой 1 образован кольцевой канал 5. Нижняя половина

4 имеет радиус меньший, чем радиус верхней половины 3. 3а осью симметрии по направлению потока в нижней половике 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

I I . сетками 8, 8. Через щелевые каналы 7,7 осуществляется 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 зтими отверстиями. Водоприемная камера соеди1818407 нена 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  — поток, натекающий на сетку 7; поток à — поток, натекающий на часть нижней половины 4 защитной 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 эоны 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

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 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

20 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 слу30 чае с потоком А, к динамическому воздействию на половину 4. При достижении потоком Б+В+Г отверстий перфорации б, закрытых сеткой, начнется взаимодействие этого потока с потоком жидкости, находя35 щимся 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

40 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 обте45 кать сетку 8 и будет иметь направление, параллельное этой сетке.

1818407 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

I дополнительной сетки 10, встретится с потоком Д1, образованным из потока Д1 после отсоса из него части жидкости через отверстия перфорации 6 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 подсасывания. 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 обтекания 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 няют характер течения, усиливают . гидросопротивление элементов устройства.

30 Способ подвески водозаборного уст35

55

25 гидросопротивлений, обусловленных внезапным расширением поперечного сечения потока (от щелевого канала 7 к кольцевому каналу 5), а также наличием дополнительной 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 эффектов подсасывания на сетках отверстий перфорации 6, а также на сетке 7 . обеспечивающих вынос твердых частиц из водозаборного устройства.

Все эти факторы позволяют сделать вывод о высокой надежности работы водозаборного устройства, заключающейся в уменьшении поступления наносов и шуги в водоприемную камеру. Повышению надежности работы устройства способствуют также и такие факторы: способ размещения водозаборного устройства в русле реки с помощью трособлочной системы 14; нестационарность параметров водного потока реки, приводящая к осцилляциям обтекаемого тела и усилению турбулентных явлений (осцилляциям скорости, давления. гидросопротивления и т.д.). Эти осцилляции измеройства с помощью трособлочной системы

14 позволяет менять положение устройства относительно дна и перемещать его в слой речного потока, содержащий наименьшее количество наносов и шуги. Трособлочная система 14 позволяет также изменять гидравлический уклон, Последнее обстоятельство позволяет регулировать производительность водозаборного устройства, а в случае необходимости очистки водоприемной камеры от наносов — облегчить эту операцию.

Описание работы и конструкции предлагаемого водозаборного устройства показывает, что оно обладает высокой надежностью, простотой конструктивного исполнения, применимостью в реках и каналах с широким спектром характеристик водного потока (равнинные реки и каналы, реки пустынных районов, горные реки). Выбор и расчет параметров сеток водозаборного устройства в целом должен быть произведен с учетом конкретных условий эксплуатации устройства.

Формула изобретения

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

1818407 камера выполнена в виде перфорированного по верхней образующей цилиндра, о т лича ющееся 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 кон5 цевые кромки верхней.

2, Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что кольцевой канал перекрыт доffoëíèòåëьными горизонтальными сетками, 10 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 во15 дозабарное устройство подвешено при помощи трособлочной системы над дном реки поперек русла с возможностью образования гидравлического уклона к отводящему водоводу, выполненному в виде эластичных

20 рукавов.

1810407

Составитель О.Калачев

Техред М.Моргентал Корректор C.Ê)ñêî

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1927 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5