Способ отбора воды фильтрующим водоприемником

 

Использование: в гидротехнике, а именно, в водозаборных сооружениях систем промышленного, сельскохозяйственного, хозяйственно-питьевого водоснабжения и в рыбозащитных устройствах. Сущность изобретения: при отборе воды фильтрующим водоприемником формируют гидравлический режим его работы, при котором через низовой по течению транзитного потока участок водоприемного фильтра проходит поток обратной фильтрации, для чего увеличивают отношение скорости транзитного потока на участке расположения водоприемника к средней скорости фильтрации через водоприемный фильтр до величины, превышающей критическое значение, равное 35 для водоприемного Фильтра из проницаемых искусственных или естественных материалов. 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к гидротехнике, преимущественно - в водоразборах системы промышленного, сельскохозяйственного, хозяйственно-питьевого водоснабжения и в рыбозащитных устройствах.

Известен способ отбора воды фильтрующим водоприемником, гидравлический режим обора вводы в котором характеризуют скоростью обтекающего водоприемный фильтр потока и скоростью втекания в водоприемный фильтр и отмечают меньшее засорение фильтра при скоростях течения, в 5 раз превышающих скорости затекания воды в фильтр. (Водоразборные сооружения для водоснабжения из поверхностных источников./Под ред. К.А.Михайлова и А.С.Образовского. М.: Стройиздат, 1976, с.210).

Недостатком известного способа является отсутствие параметра, характеризующего возникновение критического состояния гидравлического режима, граничного с режимом, включающим поток обратной фильтрации, и отсутствие возможности формирования требуемого гидравлического режима работы фильтрующего водоприемника.

Известен способ отбора воды (прототип) сетчатым водоприемником, включающий формирование режима работы водоприемника путем регулирования отношения скоростей транзитного потока на участке расположения водоприемника и потока фильтрации через водоприемную сетку (Павлов Д.С., Пахоруков А.М. Биологические основы защиты рыб от попадания в водоразборные сооружения. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983, с.206-209, 215-226).

Недостатком известного способа является отсутствие сведений о пределе регулирования отношения скоростей, которое приводит к новому состоянию гидравлического режима, включающему поток обратной фильтрации.

Сущность изобретения состоит в том, что согласно предлагаемому способу рекомендован параметр, обеспечивающий возможность контроля и регулирования состояния гидравлического режима фильтрующего водоприемника и установлен критерий контроля - его численное значение, названное критическим, соответствующим критическому состоянию гидравлического режима работы фильтрующего водоприемника.

Критическое состояние гидравлического режима работы фильтрующего водоприемника - это переходное состояние от режима отбора воды к промывному режиму, т. е. состояние прекращения фильтрации через низовой по течению транзитного потока участок фильтра и формирование здесь застойной зоны.

Изобретение направлено на решение технической задачи формирования требуемого гидравлического режима работы фильтрующего водоприемника.

Предлагаемый способ позволяет создать промывной гидравлический режим работы фильтрующего водоприемника, при котором через водоприемный фильтр проходит поток обратной фильтрации.

Кроме того, предлагаемый способ позволяет формировать гидравлический режим отбора воды фильтрующим водоприемником, при котором обеспечивают требуемую максимальную скорость транзитного потока при минимальной требуемой скорости фильтрации.

Технический результат изобретения заключается в улучшении контакта рабочего органа со средой.

Создавая гидравлический режим с потоком обратной фильтрации через водоприемный фильтр, обеспечивают новую технологию промывки фильтра, не останавливая водозабор.

Кроме того, технический результат изобретения, заключается в улучшении экологических и технических свойств фильтрующего водоприемника.

Увеличивая скорость транзитного потока на участке расположения водоприемника, улучшают условия выноса рыбы из зоны контакта ее с водоприемным фильтром. Снижая скорость фильтрации воды через водоприемный фильтр, являющийся рабочим органом фильтрующего водоприемника, уменьшают поджатие молоди рыб к фильтру и обеспечивают повышение надежности отбора воды в тяжелых зимних условиях. При величинах отношения скорости транзитного потока на участке расположения водоприемника к средней скорости фильтрации через водоприемный фильтр, превышающих известные (15), но меньших критического (35), предлагаемого в изобретении, будет сформирован гидравлический режим отбора воды без образования потока обратной фильтрации и с улучшенными экологическими и эксплутационными свойствами. Гидравлический режим работы фильтрующего водоприемника в состоянии отбора воды при значении отношения упомянутых скоростей близком к критическому обеспечивает улучшение контакта рабочего органа со средой.

Технический результат достигается способом отбора воды фильтрующим водоприемником, включающим формирование гидравлического режима работы фильтрующего водоприемника путем регулирования отношения скорости транзитного потока на участке расположения водоприемника к средней скорости фильтрации через водоприемный фильтр, при этом для образования гидравлического режима работы фильтрующего водоприемника, при котором через низовой по течению транзитного потока участок водоприемного фильтра проходит поток обратной фильтрации, увеличивают отношение скорости транзитного потока на участке расположения водоприемника к средней скорости фильтрации через водоприемный фильтр до величины, превышающей критическое значение, равное 35 для водоприемного фильтра из проницаемых искусственных или естественных материалов.

На фиг. 1 и 2 показана схема лабораторной установки, на которой выполнены исследования гидравлического режима.

Состояние гидравлического режима работы фильтрующего водоприемника определяют по значению отношения скорости транзитного потока на участке расположения водоприемника v_t к средней скорости фильтрации через водоприемный фильтр в водоприемник v_ф. Критическое состояние гидравлического режима работы фильтрующего водоприемника соответствует v_t/v_ф= 35, что установлено в процессе лабораторных исследований гидравлического режима фильтрующего водоприемника, выполненного в виде вертикального фильтрующего экрана с рыбоотводом, предназначенного для использования в тяжелых зимних условиях отбора воды.

На лабораторной установке (фиг.1), включающей водоприемный фильтр 1, расположенный вертикально, рыбоотвод 2 и глухую стенку 3, показан поток прямой фильтрации 4 через водоприемный фильтр в водоприемник и поток обратной фильтрации 5 через водоприемный фильтр из водоприемника, возникающий при значениях отношения скорости транзитного потока v_t к средней скорости фильтрации v_ф более критического значения, а также застойная зона 6 раздела потоков прямой и обратной фильтрации.

В процессе лабораторных исследований создан поток обратной фильтрации 5 на низовом по течению транзитного потока участке водоприемного фильтра при численных значениях отношения скорости v_t транзитного потока к средней скорости фильтрации v_ф через водоприемный фильтр более критического, причем участок потока прямой фильтрации 4 отделен от участка потока обратной фильтрации участком застойной зоны 6.

Установлено, что критическое значение отношения рассматриваемых скоростей соответствует состоянию гидравлического режима, когда на низовой по течению кромке водоприемного фильтра начинает формироваться застойная зона. Численное значение отношения v_t/v_ф, соответствующее критическому состоянию гидравлического режима, для фильтров из проницаемых искусственных или естественных материалов установлено равным 35.

В таблице приведены данные, подтверждающие появление зоны обратной фильтрации при v_t/v_ф>35, протяженностью S м, считая от низовой (по течению) кромки фильтра. Данные выписаны из серии опытов с потоком глубиной 0,4 м и скоростью течения 0,51 - 0,63 м/с.

Из результатов опытов, приведенных в таблице, следует, что при v_t/v_ф = 33,84, обратная фильтрация на водоприемном фильтре отсутствует, а при v_t/v_ф = 51,45, зона обратной фильтрации достигает 0,2 м. Графическая интерполяция подтверждает значение параметра v_t/v_ф= 35, соответствующим критическому (граничному) условию отсутствия фильтрации через низовой по течению транзитного потока участок водоприемного фильтра и началу формирования застойной зоны.

В результате исследований установлено, что в фильтрующем водоприемнике зона обратной фильтрации отсутствует при v_t <35 v_ф но при v_t > 35 v_ф на низовом участке фильтра возникает поток обратной фильтрации, где v_ф - средняя скорость фильтрации, определяемое как частное от деления величины расхода воды Q, поступающего в водоразбор через фильтр, на всю площадь фильтра ω, включая участки застойной зоны и обратной фильтрации, если таковые имеются: где v_t - скорость транзитного потока, обтекающего фильтр, определяется (задается) по створу низовой кромки фильтра (по створу I-I на фиг.1).

Гидравлический режим фильтрующего водоприемника при использовании его для забора воды из поверхностных источников в различных системах водоснабжения или в качестве рабочего органа рыбозащитных работающих устройств определяют по значению отношения скорости транзитного потока на участке расположения водоприемника к средней скорости фильтрации через водоприемный фильтр в водоприемник.

Создавая поток обратной фильтрации, увеличивают скорость транзитного потока и (или) уменьшают скорость потока фильтрации (путем уменьшения отбора воды) до значений отношения, превышающих критическое.

Формула изобретения

Способ отбора воды фильтрующим водоприемником, включающий формирование гидравлического режима работы фильтрующего водоприемника путем регулирования отношения скорости транзитного потока на участке расположения водоприемника к средней скорости фильтрации через водоприемный фильтр, отличающийся тем, что для образования гидравлического режима работы фильтрующего водоприемника, при котором через низовой по течению транзитного потока участок водоприемного фильтра проходит поток обратной фильтрации, увеличивают отношение скорости транзитного потока на участке расположения водоприемника к средней скорости фильтрации через водоприемный фильтр до величины, превышающей критическое значение, равное 35 для водоприемного фильтра из проницаемых искусственных или естественных материалов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3