Устройство для перемешивания и насыщения кислородом воды в водоеме

 

Использование: в водоемах различного назначения для улучшения качества воды в застойных зонах с низкой прочностью и недостаточным насыщением воды кислородом. Сущность изобретения: в устройстве, содержащем ветряной двигатель с установленной на понтоне по его оси вращения вертикальной трубой, нижний конец которой погружен в глубинные слои водоема, внутренняя полость водовыпускной части трубы имеет переменное сечение с сужением на участке гребня, а выходное отверстие водовыпускной части трубы заглублено под уровень воды водоема. Перекрытие водовыпускной части трубы в зоне минимального сечения, расположенной выше уровня воды водоема, снабжено каналообразующими элементами, соединенными полостью с воздушной средой. Кроме того, водовыпускная часть может быть выполнена в поперечном сечении в форме круга, ее проточная часть снабжена струеформирующими радиальными направляющими перегородками, разделяющими ее на отдельные участки. 2 з. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к охране вод от загрязнения и может найти применение в водоемах различного назначения для улучшения качества воды в застойных зонах с низкой проточностью и недостаточным насыщением воды кислородом.

Известно устройство для аэрации воды, содержащее понтон с закрепленной на нем вертикальной трубой со снабженным приводом валом и насосными колесами, расположенными в полости трубы, а также отверстиями в верхнем торце трубы [1] Недостатками известного устройства являются сложность их эксплуатации, большие затраты электроэнергии и невысокая эффективность насыщения воды кислородом.

Техническим результатом предлагаемого решения является снижение эксплуатационных затрат и повышение эффективности насыщения воды кислородом.

Это достигается тем, что в устройстве для перемешивания и насыщения кислородом воды в водоеме, включающем ветряной двигатель с установленной на понтоне соосно двигателю вертикальной трубой, нижний конец которой погружен в глубинные слои водоема, а верхняя водовыпускная часть выполнена изогнутой формы выпуклостью вверх, внутренняя полость водовыпускной части трубы имеет переменное сечение с сужением на участке гребня, а выходное отверстие водовыпускной части трубы заглублено под уровень воды в водоеме, при этом перекрытие водовыпускной части трубы в зоне ее минимального сечения, расположенной выше уровня воды водоема, снабжено каналообразующими элементами, соединенными полостью с воздушной средой.

Кроме того, водовыпускная часть трубы выполнена в поперечном сечении в форме круга, и ее проточная часть снабжена радиальными направляющими перегородками, разделяющими ее на отдельные участки.

Кроме того, водовыпускная часть трубы состоит из нескольких участков, выходные отверстия которых направлены под разными углами к поверхности водоема.

На фиг.1 дан поперечный разрез устройства для перемешивания и насыщения кислородом воды; на фиг.2 план (вид сверху) при варианте водовыпуска круговой формы; на фиг.3 разрез А-А на фиг.2; на фиг.4 поперечный разрез Б-Б на фиг.2.

Устройство состоит из понтона 1, на котором закреплена вертикально расположенная труба 2. Понтон 1 гибко связан с размещенными на дне водоема грузами 3. Во внутренней полости трубы 2 по ее оси выполнен вал 4, на нижнем конце которого закреплено насосное колесо 5, соединенное с ветроколесом 6. Верхняя водовыпускная часть 7 трубы 2 выполнена с выходным отверстием 8, заглубленным под уровень воды водоема.

Внутренняя полость водовыпускной части 7 трубы 2 выполнена переменного сечения с сужением на участке гребня 9.

На участке гребня 9 в зоне минимального сечения в перекрытии, выполненном выше уровня воды в водоеме, встроены каналообразующие элементы (каналы) 10, соединяющие внутреннюю полость с воздушной средой, элементы 10 могут быть выполнены расширяющимися в сторону воздушной среды.

При выполнении водовыпускной части трубы в поперечном сечении круговой формы ее проточная часть разделена струеформирующими радиальными перегородками 11 на отдельные участки 12, выходные отверстия 8 которых могут быть направлены под разными углами к поверхности водоема.

Перегородки 11 могут быть выполнены сплошными или с внутренней полостью, заполненной воздухом.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Под действием ветра вращается ветроколесо 6 с валом и насосным колесом 5. Благодаря этому вода из глубинных слоев водоема через нижний открытый конец трубы 2 колесом 5 подается в верхнюю водовыпускную часть 7 трубы, далее на участок гребня 9, где происходят захват воздуха, заполнение водой всей полости участка гребня 9 и подача воды через отверстие 8 в верхние слои водоема.

При этом, благодаря резкому увеличению скорости потока на участке гребня 9 в зоне минимального сечения достигается эффект эжекции, при котором в условиях разрежения происходят подсос воздуха по каналам 10 в полость, эффективное его смешивание с водой и насыщение ее кислородом.

В зависимости от скорости ветра и, соответственно, скорости вращения ветроколеса и насосного колеса изменяется производительность установки.

Насосное колесо преодолевает напор, образующийся практически из суммы потерь напора на входе, по длине трубы и на водовыпускном участке. Эта сумма потерь крайне мала и в основном не превышает 0,2-0,5 м. Поэтому установка будет работать даже в условиях незначительной скорости ветра над водоемом, что в сезон приводит к резкому увеличению процесса водообмена и периода работы установки. В то же время для обеспечения эффекта эжекции необходимо достижение определенной скорости потока воды на участке гребня 9.

Поэтому оптимальные параметры проточной части водовыпуска определяются с учетом изменения скорости ветра в сезонном разрезе, параметров ветродвигателя и других факторов с тем, чтобы обеспечить эффективное насыщение воды кислородом за расчетный период за счет использования эффекта эжекции.

Таким образом, предлагаемая установка обеспечивает интенсификацию процесса водообмена, перемешивания и насыщения воды кислородом. Она проста в эксплуатации, не требует затрат электроэнергии, работает автономно, причем период ее работы в сезон увеличивается за счет работы установки даже в условиях незначительной скорости ветра над водоемом.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ И НАСЫЩЕНИЯ КИСЛОРОДОМ ВОДЫ В ВОДОЕМЕ, включающее ветряной двигатель с установленной на понтоне соосно с двигателем вертикальной трубой, нижний конец которой погружен в глубинные слои водоема, а верхняя водовыпускная часть выполнена изогнутой формы выпуклостью вверх, отличающееся тем, что внутренняя полость надвыпускной части трубы имеет переменное сечение с сужением на участке гребня, а выходное отверстие водовыпускной части трубы заглублено под уровень воды в водоеме, при этом перекрытие водовыпускной части трубы в зоне ее минимального сечения, расположенной выше уровня воды водоема, снабжено каналообразующими элементами, соединенными полостью с воздушной средой.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что водовыпускная часть трубы выполнена в поперечном сечении в форме круга и ее проточная часть снабжена радиальными направляющими перегородками, разделяющими ее на отдельные участки.

3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что водовыпускная часть трубы состоит из нескольких участков, выходные отверстия которых направлены под разными углами к поверхности водоема.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4