Способ питания электродов для направленного перемещения рыб (варианты)
Владельцы патента RU 2273991:
Федеральное государственное научное учреждение "Государственный научно-исследовательский институт озерного и речного рыбного хозяйства" ФГНУ "ГосНИОРХ" (RU)
Изобретение относится к области промышленного рыболовства и рыбозащиты, а именно к управлению поведением рыб с помощью электрических полей в воде, создаваемых различными системами электродов, обеспечивающими в конечном счете направленное перемещение рыб. Согласно способу однорядную систему электродов, разделенную на секции, питают импульсами, причем отрицательный потенциал напряжения подают поочередно на одну из секций электродов и делают эту секцию катодом, а положительный потенциал напряжения подают на другие секции электродов, не соседние с катодной, и делают их анодами, причем этот способ осуществляют в двух вариантах. В первом варианте положительный потенциал напряжения подают на все другие секции электродов и делают их анодами за исключением секций, соседних с катодной секцией электродов. Во втором варианте положительный потенциал напряжения поочередно подают или только на нечетные секции, когда катодом делают нечетную секцию, или только на четные секции электродов, когда катодом делают очередную четную секцию. При способе питания по первому варианту количество секций должно быть не менее 10, а во втором варианте - не менее 18-20. Изобретение позволяет проводить электрогон рыбы при большей глубине водоема и использовать в электрорыбозаградителях облегченные системы гибких электродов в условиях турбулентности течения в створе установки электродов и при волновом режиме. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.
Изобретение относится к области промышленного рыболовства и рыбозащиты, а именно к управлению поведением рыб с помощью электрических полей в воде, создаваемых различными системами электродов, обеспечивающими в конечном счете направленное перемещение рыб.
Известно много способов питания системы электродов, служащих для направленного перемещения рыб с целью их промысла, защиты или изменения путей миграции.
Способ питания электродов оказывает существенное влияние на структуру электрического поля в воде, которая в свою очередь определяет эффективность управления движением рыб и энергопотребления.
Известны способы питания системы электродов, например, путем чередования полярности отдельных электродов одного ряда или двух, трех рядов, осуществленные в электрорыбозаградителях (ЭРЗ) Мак-Миллана, или путем подачи напряжения на два ряда электродов, каждый из которых находится под одним потенциалом, как в заградителе Летлина (Fishing with Electricity, 1990, London, pp.144-156); путем подачи ступенчато-возрастающего или убывающего напряжения на группы электродов (патент США № 2.778.140, кл.3-17.1, а.с. СССР № 125092, кл. 45 h, 27/30); путем подачи трех или шестифазного импульсного или синусоидального напряжения на группы электродов (патент ПНР № 50.214, кл. 21 g, A 01 k, Стернин В.Г. и др., 1972 "Электродов рыбы", М., Пищ. пром. с.279), или путем подачи напряжения одной полярности на все электроды одновременно, а другой полярности на общий электрод, в качестве которого могут использоваться подводные токопроводящие элементы гидросооружений (патенты США № 1.264.380 и 1.292.246, кл. 119-3, патент США № 2.913.846, кл. 43-17.1); путем подачи напряжения одной полярности поочередно на отдельные электроды или секции электродов, а другой - на общий электрод (Г.М.Мишелович. О расчете протяженных систем электродов 1978, Изв. ГосНИОРХ, Л. №131, с.35-48).
Всем перечисленным аналогам присущи недостатки, снижающие их возможность управления перемещением рыб.
Так, недостатками способов, при которых система электродов находится под одним потенциалом (два ряда разнополярных электродов, один ряд электродов и "общий" электрод противоположной полярности), является низкий градиент поля и высокое энергопотребление. При чередующейся полярности электродов поле концентрируется вблизи электродов, образуя "дырки" для прохода рыб между электродами, а потребление энергии также высокое.
При питании ступенчато возрастающим или убывающим напряжением не используются полярные свойства тока, а потребляемая мощность высока вследствие параллельной работы всех групп электродов.
Лучшие показатели по картине поля и энергопотреблению обеспечиваются при способе питания, когда система электродов разделена на секции, при поочередном их питании. Однако и в этом случае часть энергии тратится впустую на общем электроде, а создание общего электрода с малым сопротивлением растекания является технически сложной задачей.
Известно, что для создания электрического поля в воде необходимы два электрода разной полярности, один из которых является рабочим, а второй вспомогательным, служащим для создания контура тока. Для униполярных систем (постоянный ток и униполярные импульсы), предназначенных для отпугивания и направления рыб, например в электрорыбозаградителях и электрорыбогонах, рабочим электродом обычно служит катод, а вспомогательным - анод. Поскольку энергия электрического поля и его напряженность Е пропорциональна величинам сопротивления растекания катодных Rk и анодных Ra электродов, то лучшие показатели имеют системы, в которых
Однако во всех известных способах питания систем электродов это соотношение не выполняется и поэтому эффективность использования энергии заградителем неудовлетворительна.
Наиболее близким к настоящему изобретению является способ питания однорядной системы электродов, которая разделена на секции, причем питание осуществляется импульсами тока таким образом, что при каждом импульсе одну из секций электродов поочередно делают катодом, а все остальные секции электродов делают анодом. Таким образом, достигается наилучшее соотношение между сопротивлениями растекания анода и катода. Этот способ реализован в изобретении по а.с. СССР №535930, A 01 k 61/00, 79/02, 1976. Так, если система электродов состоит из m секций, то при проходе k-ro {1≤k≤m} силового импульса k-ю секцию делают катодом, а остальные (m-1) секций - анодами. При проходе следующего силового импульса (k+1) секцию делают катодом, а остальные - анодами. После прохождения m-го импульса режим работы повторяют. В результате в воде образуется "сильное" катодное поле, переключающееся последовательно вдоль системы, и "слабое" пульсирующее анодное поле у остальных секций (фиг.1а). Если частота генератора импульсов равна f, то частота переключении катодных секций F будет равна
Частоту F выбирают исходя из условий оптимального воздействия поля на рыбу и обычно для электрорыбозаградителей и электрорыбогонов берут в пределах
3≤F≤15.
Оптимальные параметры прототипа находятся в следующих пределах: количество электродов в секции 2≤n≤10, количество секций m≥10, расстояние между электродами d=0,5-3 м, радиус электродов 0,005-0,05 м.
Указанный способ реализован в устройствах для направленного перемещения рыб, таких как униполярный электрорыбозаградитель, электрорыбогоны, которые показали хорошую рыбозащитную и промысловую эффективность при промышленном применении на внутренних водоемах России [Сб. Новгородская лаб. ГосНИОРХ, 1999, СПб, с.48-61].
Недостатком прототипа при использовании этого способа питания в электрорыбогонах с гибкими электродами, длина которых может достигать 4 м, или в стационарных заградителях с гибкой системой электродов, длина которых достигает 10-15 м, устанавливаемой в створе со значительными турбулентными скоростями течения, является опасность кратковременного замыкания разнополярных электродов, принадлежащих соседним секциям, приводящего к выходу из строя коммутатора или источника тока.
Задачей настоящего изобретения является создание способа питания однорядной системы электродов для электрогонов и электрорыбозаградителей, исключающего случайное касание разнополярных электродов.
Сущность настоящего изобретения заключается в том, что однорядную систему электродов, разделенную на секции, питают импульсами, причем отрицательный потенциал напряжения подают поочередно на одну из секций электродов и делают эту секцию катодом, а положительный потенциал напряжения подают на другие секции электродов, не соседние (не смежные) с катодной, и делают их анодами, причем этот способ осуществляют в двух вариантах.
В первом варианте положительный потенциал напряжения подают на все другие секции электродов и делают их анодами, за исключением секций, соседних с катодной секцией электродов. Например, при подключении k-й секции к катоду анодом делают все остальные секции, за исключением (k-1) и (k+1), т.е. анодами являются (m-2) для первой и последней катодных секций и (m-3) секций для остальных катодных секций.
Во втором варианте положительный потенциал напряжения поочередно подают или только на нечетные секции, когда катодом делают нечетную секцию, или только на четные секции электродов, когда катодом делают очередную четную секцию. Например, при подключении 1-й секции к катоду анодом делают 3, 5, 7... секции, а при подключении к катоду 2-й секции анодом делают 4, 6, 8... секции.
Поскольку в обоих вариантах количество анодных секций электродов уменьшено по сравнению с прототипом, то для выполнения условия (1) количество секций, на которое разделяется система электродов, имеет определенные ограничения. Как показано ниже, в способе питания по первому варианту количество секций не должно быть меньше 10, а во втором варианте - меньше 18-20.
Общими с прототипом признаками изобретения являются: разделение однорядной системы электродов на секции и подключение их поочередно к отрицательному потенциалу напряжения, делая их катодами, и подключение положительного потенциала напряжения на другие секции электродов, делая их анодами.
Отличительным от прототипа признаком по первому варианту заявляемого способа является подключение к положительному потенциалу напряжения всех остальных секций, кроме соседних с катодной.
Отличительным от прототипа признаком по второму варианту заявляемого способа является подключение к положительному потенциалу напряжения либо только нечетных секций, либо только четных в зависимости от того, нечетная или четная секция является в этот момент катодом.
Технический результат при осуществления изобретения заключается в повышении надежности работы электрорыбогонов и ЭРЗ с длинными гибкими электродами путем предотвращения короткого замыкания при случайных кратковременных касаниях крайних электродов соседних секций между собой. Это, в свою очередь, позволит проводить электрорыбогон рыбы при большей глубине водоема и использовать в ЭРЗ облегченные системы гибких электродов в условиях турбулентности течения в створе установки электродов и при волновом режиме.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлены условные диаграммы распределения напряженности поля на секциях электродов для прототипа а) и двух вариантов осуществления способа б) и в).
Заштрихованные участки условно обозначают "полярность" и размер зон поля катодных и анодных секций, состоящих из 3 электродов. Диаграммы приведены для первых трех и последнего m-го импульса, после которого процесс повторяется.
Для оценки влияния на электротехнические параметры предлагаемых вариантов способа питания электродов рассчитаем значения напряженности поля и импульсной мощности для прототипа и предлагаемого способа.
Условие (1) эффективной работы устройства вытекает из требования соотношения сопротивлений растекания катодных Rk и анодных Ra секций [Мишелович. Влияние пространственной характеристики поля униполярного тока на возможности управления поведением. Изв. ГосНИОРХ, 1975, с.110-117].
Для прототипа можно с достаточной для практики точностью принять, что что общее сопротивление растекания анодных секций составляет
где Rk - сопротивление катодной секции при Ra=0.
Сопротивление нагрузки в общем случае равно
для прототипа
для первого варианта изобретения
для второго варианта
Напряженность поля в рабочей зоне катодной секции составляет 
где E0 напряженность поля при Ra=0.
Для прототипа можно записать
Напряженность поля в эффективной зоне по предлагаемому способу по первому варианту составит
по второму варианту
Вычислим отношение значений напряженности в рабочей зоне по предлагаемому способу и прототипу:
По первому варианту
По второму варианту
Соответственно, для потребляемой мощности по первому варианту
по второму варианту
Данные расчетов по формулам 13-16 сведены в таблицу.
| Таблица | |||||||
| Параметры | Количество секций, m | ||||||
| 10 | 12 | 14 | 16 | 18 | 20 | 22 | |
| Е'/Е | 0,972 | 0,982 | 0,987 | 0,990 | 0,993 | 0,994 | 0,995 |
| Е''/Е | 0,884 | 0,909 | 0,923 | 0,933 | 0,941 | 0,947 | 0,952 |
| Р'/Р | 0,972 | 0,982 | 0,987 | 0,990 | 0,993 | 0,994 | 0,995 |
| Р''/Р | 0,884 | 0,909 | 0,923 | 0,933 | 0,941 | 0,947 | 0,952 |
Таким образом, снижение напряженности поля в предлагаемом способе по сравнению с прототипом незначительно: менее 3% при m≥10 для первого варианта и менее 5% при m≥20 для второго варианта. Импульсная потребляемая мощность снижается в том же отношении, что повышает экономичность устройств для направленного перемещения рыб.
Без существенного снижения параметров электрического поля предлагаемый способ питания электродов можно применять по первому варианту при m≥10, а по второму варианту при m≥18-20.
Примеры осуществления способа
Способ питания электродов по варианту 1 был осуществлен при устройстве электрического рыбозаградителя, предназначенного для предотвращения попадания рыб из р.Волги в водозабор Сормовской ТЭЦ. Систему электродов электрорыбозаградителя устанавливали на входе в водозаборный ковш в зоне турбулентных течений. Длина заграждения 30 м, глубины от 3 до 5 м. Использовали жесткие электроды из стального троса диаметром 20 мм. Расстояние между электродами 0,8 м. Нижние концы электродов закрепили к бетонным якорям, а верхние к металлической ферме через изоляционные втулки. Всего использовали 36 электродов, которые разделили на 12 секций по 3 электрода в каждой. Секции переключали с частотой F=8 Гц.
Способ питания электродов по второму варианту применили в электрорыбогоне, имеющем следующие параметры: общая длина 150 м, количество секций m=20, количество электродов в секции n=4, расстояние между электродами d=1,8 м, длина электродов 4 м.
Катодные секции переключали вдоль системы электродов с частотой 5 или 10 Гц, а анодами делали поочередно 9 нечетных, либо 9 четных секций.
1. Способ питания систем электродов для направленного перемещения рыб, при котором разделенную на секции однорядную систему электродов питают импульсами тока таким образом, что при каждом импульсе одну из секций поочередно делают катодом, а анодом делают другие секции, отличающийся тем, что анодом делают все остальные секции электродов, кроме соседних с катодом.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что систему электродов разделяют не менее чем на 10 секций.
3. Способ питания систем электродов для направленного перемещения рыб, при котором разделенную на секции однорядную систему электродов питают импульсами тока таким образом, что при каждом импульсе одну из секций поочередно делают катодом, а анодом делают другие секции, отличающийся тем, что анодом делают поочередно или только нечетные секции электродов, когда катодом делают очередную нечетную секцию, или только четные секции электродов, когда катодом делают очередную четную секцию.
4. Способ по п.3, отличающийся тем, что систему электродов разделяют не менее чем на 18-20 секций.
