Способ управления режимом водоотбора и водозаборное устройство его осуществляющее

Изобретение относится к гидротехническому строительству, а именно, к рыбозащитным устройствам в составе водозаборных сооружений. Способ заключается в подаче гидравлической струи, не содержащей молодь рыб, в водоток, формирование в близости от зоны влияния водозабора гидравлического экрана, отделяющего эту зону от основного потока водотока, и образование водоворотной зоны, прилегающей к береговой кромке водотока. Гидравлическую струю формируют выше по течению относительно водозабора, а отбор расхода воды на нужды водопотребления осуществляют из водоворотной зоны, образуемой внутренней границей гидравлической струи и береговой кромкой. Устройство включает водоприемник, расположенный на урезе береговой кромки, всасывающие патрубки, соединенные с насосом, потокообразователь и средство для формирования гидравлической струи в водотоке, выполненное в виде канала с безнапорным режимом, выходная часть которого размещена по течению выше водоприемника. Отметки дна канала и водотока совпадают, а потокообразователь расположен по течению ниже водоприемника и ориентирован вниз по течению. Изобретение позволяет создать в зоне влияния водозабора гидравлические условия, обеспечивающие эффективную защиту молоди рыб от попадания в водозабор. 2 с. и 12 з.п. ф-лы, 9 ил.

 

Изобретение относится к гидротехническому строительству, а именно к рыбозащитным устройствам и сооружениям, устраиваемым в составе водозаборных сооружений, и предназначено для защиты молоди рыб от попадания в водозаборные сооружения.

Известен способ защиты молоди рыб от попадания в водозаборы, включающий формирование в водоеме искусственных течений [1].

Недостатком данного способа является невозможность предусмотреть учет мест концентрации молоди рыб и не позволяет определить место расположения водозабора.

Наиболее близким по технологической схеме и сущности является способ защиты молоди рыб от попадания в водозаборы, состоящий из формировании в водоеме течений, причем течения формируют группой затопленных гидравлических струй в виде водоворотных зон, расположенных между местами максимальных концентраций молоди рыб и водозабором [2].

Известен водоразборный узел, включающий примыкающий перпендикулярно, в плане, к транзитному каналу конечный участок подводящего канала, который снабжен вертикальной продольной стенкой, делящей его на два рукава с равными входными сечениями, причем низовой рукав выполнен расширяющимся в плане в сторону транзитного канала [3].

Недостатком данного сооружения является слабая способность осуществлять функции водозабора.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является водозаборное устройство, включающее водоприемник, сообщающийся с водотоком и расположенный на урезе береговой кромки, всасывающие патрубки, соединенные с насосом, потокообразователь и средство для формирования гидравлической струи в водотоке [2].

Недостатком данного устройства является низкая эффективность рыбозащиты.

Целью изобретения является создание эффективных гидравлических условий в зоне влияния водозабора, необходимых и достаточных для эффективной защиты молоди рыб от попадания в водозабор.

Сущность изобретения заключается в следующем.

По п.1 формулы изобретения. Предварительная подача дополнительного расхода воды, пропускаемого по каналу, входная часть которого ориентирована под углом 90 градусов к продольной оси водотока, позволяет сформировать гидравлическую струю, активно взаимодействующую с транзитным потоком водотока. При этом как мощность создаваемого течения, так и его направленность позволяют создать максимальное сопротивление транзитному потоку водотока. В результате, в месте слияния двух потоков, создаются благоприятные гидравлико-биологические условия, позволяющие осуществлять эффективный водоотбор на нужды потребителей, при этом имеет место эффективная защита молоди рыб. Действительно, подаваемая в поперечном направлении гидравлическая струя, взаимодействуя с потоком реки, создает мощный гидравлический экран, отсекающий и отводящий молодь рыб, находящуюся в потоке водотока. Во-вторых, создаваемая гидравлическая структура - образование вдоль береговой кромки устойчивой водоворотной зоны позволяет сформировать локальный участок водотока, в котором практически нет молоди рыб. Таким образом, имеется возможность отбирать часть расхода из водоворотной зоны на нужды водозабора без нанесения ущерба экологии водоема.

По п.2 формулы изобретения. Подача гидравлической струи под углом 90° к продольной оси водотока, как уже говорилось выше, позволяет создать максимальное гидравлическое сопротивление транзитному потоку водотока и соответственно стабильную водоворотную зону для целей водоотбора.

По п.3 формулы изобретения. Данный вариант возможен, когда гидравлические условия в водотоке, а именно скорость транзитного потока, увеличиваются. В этом случае подача гидравлической струи под углом, превышающим 90°, дает возможность обеспечить стабильные условия водоотбора.

По п.4 формулы изобретения. Данный вариант позволяет в условиях изменения как гидравлической, так и ихтиологической обстановки в водотоке также обеспечить эффективный водоотбор.

По п.5 формулы изобретения. Данный способ регулирования скорости гидравлической струи, вытекающей из канала, расширяет функциональные возможности, а именно диапазон управляемости режимом водоотбора в условиях изменения факторов внешней среды.

По п.6 формулы изобретения. Выполнение средства для формирования гидравлической струи в виде канала с безнапорным режимом протекания потока позволяет по всей глубине водотока формировать мощный и целенаправленный поток. Размещение выходной части канала выше по течению водоприемника позволяет сформировать стабильные гидравлические условия, позволяющие обеспечить эффективный водоотбор из создаваемой водоворотной зоны, образуемой ниже по течению и распространяемой вдоль береговой кромки. Размещение потокообразователя ниже водоприемника, в поперечном створе водотока, характеризуемом наличием конечной координаты внутренней границы гидравлической струи (так называемая точка развала, характерная максимальной отметкой уровня воды и наличием двух взаимоисключающих направлений вектора скорости потока), позволяет эффективно транспортировать мусор и молодь рыбы вниз по течению водотока, чему во многой степени способствует ориентация потокообразователя вниз по течению.

По п.7 формулы изобретения. Наличие в выходном участке канала устройства для регулирования скоростного режима формируемой гидравлической струи. Данная операция позволяет при изменении гидравлических условий в водотоке поддерживать стабильные условия водоотбора.

По п.8 формулы изобретения. Использование в качестве устройства для регулирования скоростного режима вертикальных щитов, установленных с возможностью вращения на вертикальной оси и соединенных с приводом, позволяет осуществлять управление скоростным режимом гидравлической струи, формируемой в выходной части канала.

По п.9 формулы изобретения. Снабжение нижней кромки щитов направляющими позволяет обеспечить более надежное перемещение щитов.

По п.10 формулы изобретения. Выполнение направляющих криволинейными в плане в полной степени отвечает условиям надежной работы щитов.

По п.11 формулы изобретения. Наличие боковых ниш, выполненных в береговой части канала, также отвечает надежной работе щитов и в целом всего средства для управления гидравлическим режимом струи.

По п.12 формулы изобретения. Размещение потокообразователя в поперечном створе, в котором фиксируется нижняя координата внутренней границы гидравлической струи, позволяет предотвратить проникновение мусора, а главное молоди рыбы в водоворотную зону. При этом при работе потокообразователя создается направленный мусорорыбоотводящий поток.

По п.13 формулы изобретения. Установка направляющей стенки параллельно береговой кромки и напротив потокообразователя, позволяет сформировать мусорорыбоотвод, обеспечивающий гарантированный отвод мусора и молоди рыбы вниз по течению.

По п.14 формулы изобретения. Выполнение в выходной части канала струеформирующей системы в виде жалюзи позволяет осуществлять управление плановым местоположением гидравлической струи, обеспечивая при этом, в условиях изменения факторов внешней среды, образование стабильных условий водоотбора на нужды потребителей. Наличие привода в полной мере отвечает условиям управления струей, обеспечивая поворот жалюзи по отношению к продольной оси канала.

Решение поставленной задачи достигается путем осуществления нового способа и создания новой конструкции водозаборного устройства. Графический материал, иллюстрирующий предлагаемый способ и устройство, представлен на следующих фигурах:

фиг.1 - водозаборное устройство, план;

фиг.2 - поперечный разрез А-А;

фиг.3 - водозаборное устройство, план, вариант с устройством в выходной части канала средства для управления скоростью гидравлической струи;

фиг.4 - водозаборное устройство, план, вариант с мусорорыбоотводом, образованным потокообразователем и направляющей стенкой;

фиг.5 - водозаборное устройство, план, вариант с мусорорыбоотводом, образованным потокообразователем и направляющей стенкой, а также со струеформирующей системой в виде поворотных жалюзи;

фиг.6 - водозаборное устройство, план, вариант работы струеформирующей системой в виде поворотных жалюзи при угле повороте больше 90°;

фиг.7 - водозаборное устройство, план, вариант работы струеформирующей системой в виде поворотных жалюзи при угле поворота меньше 90°;

фиг.8 - фрагмент водозаборного устройства, план, формируемая водоворотная зона;

фиг.9 - водозаборное устройство, план, комплексный вариант компоновки.

Водозаборное устройство включает водоприемник 1, сообщающийся с водотоком 2 и расположенный на урезе береговой кромки, всасывающие патрубки 3, соединенные с насосом 4, потокообразователь 5 и средство для формирования гидравлической струи в водотоке, выполненное в виде канала 6, с безнапорным режимом протекания потока, выходная часть 7 которого размещена по течению выше водоприемника 1, при этом отметки дна канала 6 и водотока 2 совпадают, а потокообразователь 5 расположен по течению ниже водоприемника 1 и ориентирован вниз по течению водотока 2.

Кроме того, в выходном участке канала 6 может быть установлено устройство 8 для регулирования скоростного режима гидравлической струи, истекающей из него.

Помимо того, устройство 8 для регулирования скоростного режима выполнено в виде вертикально установленных щитов 9, одна вертикальная кромка которых закреплена на оси 10 вращения, а другая кромка соединена с приводом их горизонтального перемещения.

Кроме того, нижняя по течению кромка щитов 9 может быть снабжена направляющей 11.

Помимо того, направляющая 11 может быть выполнена криволинейно в плане, по образующей, формируемой нижней кромкой при перемещении щита 9.

Кроме того, направляющая 11 может имеет возможность перемещения в боковой нише 12, выполненной в береговой части канала 6.

Гидравлическая струя, вытекающая из канала 6, характеризуется внешней 13 и внутренней 14 границами.

Помимо того, потокообразователь 5 может быть размещен в поперечном створе водотока 2, в котором фиксируется нижняя координата внутренней границы 14 гидравлической струи.

Кроме того, потокообразователь 5 может быть снабжен направляющей стенкой 15, расположенной параллельно береговой кромке, при этом они образуют мусорорыбоотвод 16.

Помимо того, в выходном створе канала 6 может быть выполнена струенаправляющая система в виде вертикальных жалюзи 17, соединенных с приводом их перемещения.

Водоотбор осуществляется из образуемой водоворотной зоны 18. Для управления режимом водоотбора насосная станция 4 имеет задвижку 19, которая соединена с напорной линией 20.

Для нормальной работы потокообразователя 5 он соединен подводящим трубопроводом 21 с напорной линией 21 насоса 4.

Способ управления режимом водоотбора осуществляется следующим образом.

Из канала 6 подают расход воды, формирующий мощную гидравлическую струю с шириной, равной ширине канала 6. При этом в водотоке 2 формируется гидравлическая структура потока (фиг.1), характеризующаяся внешними 13 и внутренними 14 границами гидравлической струи, взаимодействующей с транзитным потоком водотока 2, в процессе слияния двух потоков. При этом вдоль береговой кромки, расположенной ниже выходного створа канала 6, образуется водоворотная зона 18, свободная от наличия молоди рыбы. Отсутствие молоди рыбы в водоворотной зоне 18 обеспечивается гидравлическим экраном, образуемым гидравлической струей, формируемой каналом 6. Как ширина струи, так ее протяженность и направленность способствуют активному транспортированию молоди рыбы и мусора вниз по течению водотока 2. Забор воды к потребителю осуществляется непосредственно из водоворотной зоны 18.

Для предотвращения проникновения молоди рыбы в водоворотную зону 18 предусмотрено устройство потокообразователя 5, размещенного в поперечном створе, в котором фиксируется нижняя координата внутренней границы 14 гидравлической струи ((.) А, фиг.4).

Способ может осуществляться при различных углах слияния потока из канала 6 и транзитного потока водотока 2 (фиг.4, 6 и 7), в зависимости от характеристик внешней среды.

Для управления режимом слияния двух потоков, при подаче гидравлической струи в водоток 2, предварительно сужают ширину канала 2. При этом добиваются повышения средней скорости истекающего потока.

Водозаборное устройство работает следующим образом.

Забор воды потребителю осуществляется из водоворотной зоны 18 посредством всасывающих патрубков 3, соединенных с насосом 4, и далее, по напорной линии 21. Эффективную работу по водоотбору обеспечивает комплекс дополнительных устройств. Потокообразователь 5 совместно с направляющей стенкой 15 формируют мусорорыбоотвод 16, отводя молодь рыбы и мусор за пределы влияния водоворотной зоны 18, вниз по течению водотока 2.

Жалюзийная система 17 обеспечивает подачу гидравлической струи под разными углами, по отношению к направлению транзитного потока.

Для управления скоростью гидравлической струи в канале 6 предусмотрено устройство регулятора в виде поворотных щитов 9.

Наиболее эффективный процесс водоотбора осуществляется в случае комплексной компоновки (фиг.9). В этом случае достигается максимальный уровень рыбозащиты и условие экологического равновесия в водотоке 2.

Предлагаемое изобретение позволяет существенно упростить компоновку водозаборного устройства, повысить надежность его работы и эффективность защиты молоди рыб от попадания в водозабор.

Источники информации

1. Павлов Д.С., Пахоруков А.М. Биологические основы защиты рыб от попадания в водозаборные сооружения. М., 1973, с.174-175.

2. А.С. СССР №1002451 (СССР). Способ защиты рыб от попадания в водозаборы. Автор: Колпачков Ю.М. Опубл. 07.03.83. БИ №9.

3. А.С. СССР №1401108 (СССР). Узел соединения открытых водотоков. Авторы: Шеренков И.А., Ковтун Е.Д., Аникеенко А.М. и Нетюхайло А.П. Опубл. 07.06.88. БИ №21.

1. Способ управления режимом водоотбора, состоящий в подаче гидравлической струи, не содержащей в себе молодь рыб, в водоток, формирование в непосредственной близости от зоны влияния водозабора гидравлического экрана, отделяющего зону влияния водозабора от основного потока водотока, и образование водоворотной зоны, прилегающей к береговой кромке водотока, отличающийся тем, что гидравлическую струю формируют выше по течению относительно водозабора, а отбор расхода воды на нужды водопотребления осуществляют непосредственно из водоворотной зоны, образуемой внутренней границей гидравлической струи и береговой кромкой.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что гидравлическую струю подают под углом 90° к продольной оси водотока.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что гидравлическую струю подают под углом, большим 90°, к продольной оси водотока.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что гидравлическую струю подают под углом, меньшим 90°, к продольной оси водотока.

5. Способ по любому из пп. 1 – 4, отличающийся тем, что при подаче гидравлической струи в водоток предварительно сужают ширину канала притока.

6. Водозаборное устройство, включающее водоприемник, сообщающийся с водотоком и расположенный на урезе береговой кромки, всасывающие патрубки, соединенные с насосом, потокообразователь и средство для формирования гидравлической струи в водотоке, отличающееся тем, что средство для формирования гидравлической струи выполнено в виде канала с безнапорным режимом протекания потока, выходная часть которого размещена по течению выше водоприемника, при этом отметки дна канала и водотока совпадают, а потокообразователь расположен по течению ниже водоприемника и ориентирован вниз по течению водотока.

7. Водозаборное устройство по п. 6, отличающееся тем, что в выходном участке канала установлено устройство для регулирования скоростного режима гидравлической струи, истекающей из него.

8. Водозаборное устройство по п. 7, отличающееся тем, что устройство для регулирования скоростного режима выполнено в виде вертикально установленных щитов, одна вертикальная кромка которых закреплена на оси вращения, а другая кромка соединена с приводом их горизонтального перемещения.

9. Водозаборное устройство по п. 8, отличающееся тем, что нижняя по течению кромка щитов снабжена направляющей.

10. Водозаборное устройство по п. 9, отличающееся тем, что направляющая выполнена криволинейной в плане по образующей, формируемой нижней кромкой при перемещении щита.

11. Водозаборное устройство по п. 10, отличающееся тем, что направляющая имеет возможность перемещения в боковой нише, выполненной в береговой части канала.

12. Водозаборное устройство по любому из пп. 6 - 11, отличающееся тем, что потокообразователь размещен в поперечном створе водотока, в котором фиксируется нижняя координата внутренней границы гидравлической струи.

13. Водозаборное устройство по любому из пп. 7 – 12, отличающееся тем, что потокообразователь снабжен направляющей стенкой, расположенной параллельно береговой кромке, при этом они образуют мусорорыбоотвод.

14. Водозаборное устройство по любому из пп. 6 – 13, отличающееся тем, что в выходном створе канала выполнена струенаправляющая система в виде вертикальных жалюзи, соединенных с приводом их перемещения.