Способ защиты водозаборного сооружения от попадания в него рыбы и мусора
Владельцы патента RU 2404324:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Марийский государственный университет" (RU)
Изобретение относится к гидротехническому строительству, а именно к способам, предназначенным для защиты водозаборных сооружений, водоприемников ГЭС и других глубинных водозаборов от попадания в них рыб и ее молоди, а также природного и бытового мусора. Способ заключается в формировании управляемого суммарного потока воды, создаваемого в результате подачи расхода воды в струеобразующие насадки, расположенные по периметру пропускного отверстия, выполненного в водонепроницаемой стенке, который вовлекает в движение плавучие тела по направлению к пропускному отверстию и обеспечивает их дальнейшее продвижение от пропускного отверстия. Суммарный поток формируют со стороны основного водотока за водонепроницаемой стенкой, ограждающей водоприемное окно от основного водотока, и его направляют так же в сторону основного водотока. При этом суммарный поток создает транзитное мусорорыбоотводящее течение, которое выводит через пропускное отверстие, выполненное в водонепроницаемой стенке, плавучие тела - попавший мусор, водоросли, рыб и ее молодь из области, сформированной водоприемным окном и внутренней стороной водонепроницаемой стенки, вниз по течению основного водотока относительно водоприемного окна. Причем транзитное мусорорыбоотводящее течение совместно с водозаборным течением формирует в области между водоприемным окном и внутренней стороной водонепроницаемой стенки водоворотное течение, которое отделяет осевший мусор, водоросли и образования с фильтрующего экрана водоприемного окна. Отделенный мусор, водоросли и образования так же выводят через пропускное отверстие транзитным мусорорыбоотводящим течением вниз по течению основного водотока относительно водоприемного окна. Повышается эффективность защиты водозаборного сооружения от попадания в него рыб и ее молоди, а также бытового и природного мусора с минимальными эксплуатационными затратами при соблюдении экологических требований охраны природы. 12 з.п. ф-лы, 10 ил.
Изобретение относится к гидротехническому строительству, а именно к способам, предназначенным для защиты водозаборных сооружений, водоприемников ГЭС и других глубинных водозаборов от попадания в них рыб и ее молоди, а также природного и бытового мусора.
Известен способ защиты рыб на водозаборах из водотоков [1], заключающийся в том, что подачу воды группой потокообразователей из области питания водозабора в транзитный поток осуществляют на горизонтах ската рыб и (или) производят подачу воды другой группой потокообразователей в область питания водозабора из горизонтов транзитного потока, где нет ската рыб.
Основным недостатком данного способа являются значительные энергозатраты на создание расхода водяных струй, необходимого для переформирования всей области питания водозабора, требующего больших объемов воды.
Известен также способ управления режимом водоотбора [2], заключающийся в создании выше по течению и в непосредственной близости от водозабора гидравлического экрана, формирующего водоворотную зону, из которой осуществляется забор воды к потребителю.
Недостатком данного способа является осуществление забора воды непосредственно из водоворотной зоны. Миграции рыб, в т.ч. и покатные миграции, характеризуются постоянными чередованиями пребывания рыб в зонах с различной проточностью. Так, большинство рыб отдыхает и кормится на участках с пониженным или водоворотным течением. Кроме того, водоворотные зоны часто являются очагами накопления в них не только рыб, но и плавающего мусора и наносов. Забор воды из этой зоны неизбежно приведет к попаданию рыб в водозабор.
Кроме того, известен способ транспортирования молоди рыбы в рыбоотвод [3], заключающийся в эжектировании молоди рыб во входную часть эжекторной установки из участка водоема с повышенной концентрацией молоди рыб, создании активного эжектирующего рабочего потока в камере смешения посредством вовлечения объема воды, содержащей молодь рыб, в поток, создаваемый центральной эжектирующей гидравлической струей, и дальнейшей транспортировке водорыбной смеси по напорному водоводу в рыбоотвод. На последнем этапе транспортировки молодь рыбы переводят в рыбоотвод в безнапорном режиме посредством формирования гидравлической струи под углом к лотку рыбоотвода и сбрасывают на поверхность рыбоотводящего потока.
Недостатком данного способа является низкая эффективность защиты от попадания молоди рыб и мусора в водозаборное сооружение.
Наиболее близким аналогом является способ транспортировки плавучих тел с первого участка на второй вышерасположенный участок [4], заключающийся в создании управляемого потока жидкости, являющегося результатом взаимодействия двух рядов затопленных струй жидкости и создающего противодавление потоку второго, вышерасположенного участка. Управляемый поток вовлекает в движение плавучие тела, находящиеся на первом участке, по направлению к пропускному отверстию и обеспечивает их беспрепятственный пропуск на второй вышерасположенный участок и дальнейшее продвижение от пропускного отверстия.
Недостатком данного способа является невозможность защиты водозаборного сооружения от попадания в него молоди рыбы и мусора.
Целью изобретения является создание эффективного способа защиты водозаборного сооружения от попадания в него рыб и ее молоди, а также природного и бытового мусора.
Сущность изобретения заключается в следующем
По п.1 формулы изобретения. Формируя суммарный поток со стороны основного водотока за водонепроницаемой стенкой, ограждающей водоприемное окно от основного водотока, и направляя его так же в сторону основного водотока, создают транзитное мусорорыбоотводящее течение. Суммарный поток создают в результате подачи расхода воды в струеобразующие насадки, расположенные по периметру пропускного отверстия, выполненного в водонепроницаемой стенке. Транзитное мусорорыбоотводящее течение выводит из области, сформированной водоприемным окном и внутренней стороной водонепроницаемой стенки, через пропускное отверстие плавучие тела - попавший из основного водотока бытовой и природный мусор, водоросли, рыб и ее молодь вниз по течению основного водотока относительно водоприемного окна. В результате взаимодействия водозаборного течения и транзитного мусорорыбоотводящего течения в области между водоприемным окном и внутренней стороной водонепроницаемой стенки формируется водоворотное течение, которое отделяет осевший мусор, водоросли и образования с фильтрующего экрана водоприемного окна. Отделенный мусор, водоросли и образования вместе с попавшим мусором так же будет выводиться мусорорыбоотводящим течением вниз по течению основного водотока относительно водоприемного окна.
По п.2 формулы изобретения. Транзитное мусорорыбоотводящее течение можно рассматривать как большую гидравлическую струю, которая, взаимодействуя с основным водотоком, создает мощный гидравлический экран, отсекающий и отводящий рыб и ее молодь, а также природный и бытовой мусор, находящийся в потоке основного водотока от водозаборного сооружения.
По п.3 формулы изобретения. Распространение транзитного мусорорыбоотводящего течения, т.е. большой гидравлической струи, приводит к образованию между ее внутренней границей и береговой кромкой водоворотной зоны. Данная водоворотная зона позволяет выделить локальный участок основного водотока, в котором практически нет рыб и ее молоди, а также и природного, и бытового мусора. Таким образом, имеется возможность отбирать часть расхода из водоворотной зоны на нужды водозабора без нанесения ущерба экологии водоема.
По п.4 формулы изобретения. Благодаря тому, что суммарный поток формируют напротив водоприемного окна, создают мусорорыбоотводящее течение, способствующее улучшению очистки фильтрующего экрана водоприемного окна от осевшего мусора, водорослей и образований. Действительно, в этом случае взаимодействие с водозаборным течением будет наиболее сильным, что послужит созданию мощного и стабильного водоворотного течения между водоприемным окном и внутренней стороной водонепроницаемой стенки.
По п.5 формулы изобретения. Формирование несколько суммарных потоков позволит создать одно мусорорыбоотводящее течение, которое получает те же эффекты, что и в случаях п.2, 3, однако в этом случае достигается существенное снижение энергетических затрат.
По п.6 формулы изобретения. Формирование суммарного потока таким образом, что его начальное сечение параллельно плоскости фильтрующего экрана водоприемного окна позволит создать водоворотное течение между водоприемным окном и внутренней стороной водонепроницаемой стенки, которое с одинаковой интенсивностью омывает всю поверхность фильтрующего экрана водоприемного окна.
По п.7 формулы изобретения. Благодаря созданию транзитного мусорорыбоотводящего течения с шириной в вертикальной плоскости сечения, проходящей через пропускное отверстие, меньше ширины водоприемного окна получают водозаборное течение большей ширины, чем ширина мусорорыбоотводящего течения в области между водоприемным окном и внутренней стороной водонепроницаемой стенки. В этом случае мусорорыбоотводящее течение не оказывает никакого влияния на водоотбор.
По п.8 формулы изобретения. Благодаря созданию транзитного мусорорыбоотводящего течения с шириной в вертикальной плоскости сечения, проходящей через пропускное отверстие, равной ширине водоприемного окна, получают водозаборное течение с такой же шириной, как и ширина мусорорыбоотводящего течения в области между водоприемным окном и внутренней стороной водонепроницаемой стенки. При этом мусорорыбоотводящее течение охватит всю ширину водоприемного окна.
По п.9 формулы изобретения. Благодаря созданию транзитного мусорорыбоотводящего течения с шириной в вертикальной плоскости сечения, проходящей через пропускное отверстие, больше ширины водоприемного окна получают водозаборное течение меньшей ширины, чем ширина мусорорыбоотводящего течения в области между водоприемным окном и внутренней стороной водонепроницаемой стенки. В этом варианте мусорорыбоотводящее течение охватит всю область между водоприемным окном и внутренней стороной водонепроницаемой стенки.
По п.10 формулы изобретения. Создание транзитного мусорорыбоотводящего течения на одном уровне с водоприемным окном позволит усилить эффект, получаемый в п.4.
По п.11 формулы изобретения. Создание транзитного мусорорыбоотводящего течения выше уровня водоприемного окна позволит сформировать и мусорорыбоотводящее течение выше слоя течения воды в водоприемное окно.
По п.12 формулы изобретения. Создание транзитного мусорорыбоотводящего течения ниже уровня водоприемного окна позволит сформировать и мусорорыбоотводящее течение ниже слоя течения воды в водоприемное окно.
По п.13 формулы изобретения. Создание транзитного мусорорыбоотводящего течения одновременно выше и ниже уровня водоприемного окна позволит сформировать и мусорорыбоотводящее течение одновременно выше и ниже слоя течения воды в водоприемное окно.
Решение поставленной задачи достигается путем реализации нового способа защиты водозаборного сооружения от попадания в него рыбы и мусора. Графический материал, поясняющий сущность предлагаемого изобретения, представлен на следующих фигурах:
фиг.1 - схема создания транзитного мусорорыбоотводящего течения на виде в плане;
фиг.2 - то же, с помощью нескольких суммарных потоков;
фиг.3 - то же, начальное сечение суммарного потока параллельно плоскости фильтрующего экрана водоприемного окна, причем ширина транзитного мусорорыбоотводящего течения в вертикальной плоскости сечения, проходящей через пропускное отверстие, меньше ширины водоприемного окна;
фиг.4 - то же, ширина транзитного мусорорыбоотводящего течения в вертикальной плоскости сечения, проходящей через пропускное отверстие, равна ширине водоприемного окна;
фиг.5 - то же, ширина транзитного мусорорыбоотводящего течения в вертикальной плоскости сечения, проходящей через пропускное отверстие, больше ширины водоприемного окна;
фиг.6 - то же, суммарный поток формируют под углом, превышающим 90°, к продольной оси основного водотока;
фиг.7 - схема создания транзитного мусорорыбоотводящего течения на разрезе вертикальной плоскостью, мусорорыбоотводящее течение создают на одном уровне с водоприемным окном;
фиг.8 - то же, мусорорыбоотводящее течение создают выше уровня водоприемного окна;
фиг.9 - то же, мусорорыбоотводящее течение создают ниже уровня водоприемного окна;
фиг.10 - то же, мусорорыбоотводящее течение создают одновременно выше и ниже уровня водоприемного окна.
Устройство для защиты водозабора от попадания в него рыб и мусора размещают рядом с береговой кромкой 1 основного водотока 2 (фиг.1-6). Устройство включает в себя водонепроницаемую стенку 3, ограждающую водоприемное окно 4 от основного водотока 2. В расположенной ниже по течению грани водонепроницаемой стенки 3 выполнено пропускное отверстие 5 с системами струеобразующих насадков 6 (фиг.7-10). Роль экранирующих стенок 7 заградительного козырька играют грани выходной части пропускного отверстия 5. Для питания систем струеобразующих насадков 6 используют раздающие коллекторы 8, выполненные внутри водонепроницаемой стенки 3. С целью очистки поступающей воды в водозабор водоприемное окно 4 оснащают фильтрующим экраном 9.
Способ защиты водозаборного сооружения от попадания в него рыбы и мусора осуществляется следующим образом.
С включением насосной станции 10 для забора воды потребителю формируется водозаборное течение 11 (фиг.1-10). Малую часть расхода для нужд потребления отбирают и подают через раздающие коллекторы 8 в систему струеобразующих насадков 6, расположенных по периметру пропускных отверстий 5, которые формируют за водонепроницаемой стенкой 3 гидравлические струи 11, направленные в сторону основного водотока 2. Взаимодействуя между собой, гидравлические струи 11 формируют со стороны основного водотока 2 за водонепроницаемой стенкой 3 суммарный поток 12, который так же направлен в сторону основного водотока 2. Начальную осевую скорость суммарного потока находят из выражения:
где - начальная осевая скорость суммарного потока (м/с);
φ' - безразмерный коэффициент, определяемый опытным путем, его значения изменяются в диапазоне 0,001-4,00;
V0 - начальная скорость истечения водяных струй из струеобразующих насадков (м/с);
- диаметр струеобразующих насадков (м);
bЭ - расстояние между осями водяных струй (м);
n - число водяных струй в ряду;
hЭ - расстояние между плоскостями распространения водяных струй (м).
Суммарный поток 12, вовлекая за собой в движение окружающею его воду, создает транзитное мусорорыбоотводящее течение 13, среднюю скорость которого на выходе из пропускного отверстия 5 можно определить по формуле (1). Транзитное мусорорыбоотводящее течение 13 выводит через пропускное отверстие 5 плавучие тела - попавший мусор, водоросли, рыб и ее молодь из области 14, сформированной водоприемным окном 4 и внутренней стороной водонепроницаемой стенки 3, вниз по течению основного водотока 2 относительно водоприемного окна 4. Причем транзитное мусорорыбоотводящее течение 13 совместно с водозаборным течением 11 формирует в области 14 между водоприемным окном 4 и внутренней стороной водонепроницаемой стенки 3 водоворотное течение 15. Водоворотное течение 15 отделяет осевший мусор, водоросли и образования с фильтрующего экрана 9 водоприемного окна 4. Отделенный мусор, водоросли и образования так же выводят через пропускное отверстие 5 транзитным мусорорыбоотводящим течением 13 вниз по течению основного водотока 2 относительно водоприемного окна 4.
Помимо того, транзитное мусорорыбоотводящее течение 13 по своей внешней границе 15 с основным водотоком 2 образует гидравлический экран, препятствующий попаданию в водозаборное сооружение рыбы и ее молоди, а также природного и бытового мусора (фиг.1-6).
Кроме того, транзитное мусорорыбоотводящее течение 13 по своей внутренней границе 16 с береговой кромкой 1 образует водоворотную зону 17, свободную от наличия рыбы и ее молоди, а также природного и бытового мусора, причем забор воды к потребителю осуществляют непосредственно из этой водоворотной зоны 17 (фиг.1-6).
Помимо того, суммарный поток 12 формируют напротив водоприемного окна 4 (фиг.1-10).
Кроме того, формируют несколько суммарных потоков 12, создающих одно мусорорыбоотводящее течение 13 (фиг.2).
Помимо того, суммарный поток 12 формируют таким образом, что его начальное сечение параллельно плоскости фильтрующего экрана 9 водоприемного окна 4 (фиг.3).
Кроме того, транзитное мусорорыбоотводящее течение 13 создают с шириной в вертикальной плоскости сечения, проходящей через пропускное отверстие 5, меньше ширины водоприемного окна 4 (фиг.3).
Помимо того, транзитное мусорорыбоотводящее течение 13 создают с шириной в вертикальной плоскости сечения, проходящей через пропускное отверстие 5, равной ширине водоприемного окна 4 (фиг.4).
Кроме того, транзитное мусорорыбоотводящее течение 13 создают с шириной в вертикальной плоскости сечения, проходящей через пропускное отверстие 5, больше ширины водоприемного окна 4 (фиг.5).
Помимо того, транзитное мусорорыбоотводящее течение 13 создают на одном уровне с водоприемным окном 4 (фиг.7).
Кроме того, транзитное мусорорыбоотводящее течение 13 создают выше уровня водоприемного окна 4 (фиг.8).
Помимо того, транзитное мусорорыбоотводящее течение 13 создают ниже уровня водоприемного окна 4 (фиг.9).
Кроме того, транзитное мусорорыбоотводящее течение 13 создают одновременно выше и ниже уровня водоприемного окна 4 (фиг.10).
Помимо того, суммарный поток 12 формируют под углом 90° (фиг.3-5) или под углом, не превышающим 90° (фиг.1, 2), или же под углом, превышающим 90 (фиг.6), к продольной оси основного водотока 2.
Предлагаемое изобретение позволит существенно повысить эффективность защиты водозаборного сооружения от попадания в него рыбы ее молоди, а также от бытового и природного мусора с минимальными эксплутационными затратами при соблюдении экологических требований охраны природы.
Источники информации
1. А.с. 1148935 СССР, МПК4 Е02В 8/08. Способ защиты рыб на водозаборах из водотоков / Ю.М.Колпачков, В.М.Синявская, Ю.Е.Курин, Н.А.Юношев (СССР). - № 3554798/29-15; Заявлено 21.02.83; Опубл. 07.04.85, Бюл. № 13. - 3 с.
2. Пат. 2245413 РФ, МПК7 Е02В 8/08, 9/04. Способ управления режимом водоотбора и устройство его осуществляющее / Н.А.Иванова, В.Н.Шкура, В.Н.Шкура, А.А.Чистяков (РФ). - № 2003113371/03; Заявлено 06.05.2003; Опубл. 27.01.2005, Бюл. № 2. - 8 с.
3. Пат. 2250298 РФ, МПК7 Е02В 8/08. Способ транспортирования молоди рыбы в рыбоотвод и рыбомусороотводное устройство, его осуществляющее / А.А.Чистяков, А.В.Новойдарский, В.Н.Шкура (РФ). - № 2003121539/03; Заявлено 10.07.2003; Опубл. 20.04.2005, Бюл. № 11. - 13 с.
4. Пат. 2306250 РФ, МПК8 Е02В 8/08. Способ транспортировки плавучих тел с первого участка на второй, вышерасположенный участок / О.Г.Введенский, А.Я.Полянин (РФ). - № 2005113357/06; Заявлено 03.05.2005; Опубл. 20.09.2007, Бюл. № 26. - 5 с.
1. Способ защиты водозаборного сооружения от попадания в него рыбы и мусора, заключающийся в формировании управляемого суммарного потока воды, создаваемого в результате подачи расхода воды в струеобразующие насадки, расположенные по периметру пропускного отверстия, выполненного в водонепроницаемой стенке, который вовлекает в движение плавучие тела по направлению к пропускному отверстию и обеспечивает их дальнейшее продвижение от пропускного отверстия, отличающийся тем, что суммарный поток формируют со стороны основного водотока за водонепроницаемой стенкой, ограждающей водоприемное окно от основного водотока, и его направляют также в сторону основного водотока, при этом суммарный поток создает транзитное мусорорыбоотводящее течение, которое выводит через пропускное отверстие, выполненное в водонепроницаемой стенке, плавучие тела - попавший мусор, водоросли, рыб и ее молодь из области, сформированной водоприемным окном и внутренней стороной водонепроницаемой стенки, вниз по течению основного водотока относительно водоприемного окна, причем транзитное мусорорыбоотводящее течение совместно с водозаборным течением формирует в области между водоприемным окном и внутренней стороной водонепроницаемой стенки водоворотное течение, которое отделяет осевший мусор, водоросли и образования с фильтрующего экрана водоприемного окна, отделенный мусор, водоросли и образования также выводят через пропускное отверстие транзитным мусорорыбоотводящим течением вниз по течению основного водотока относительно водоприемного окна.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что транзитное мусорорыбоотводящее течение по своей внешней границе с основным водотоком образует гидравлический экран, препятствующий попаданию в водозаборное сооружение рыбы и ее молоди, а также природного и бытового мусора.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что транзитное мусорорыбоотводящее течение по своей внутренней границе с береговой кромкой образует водоворотную зону, свободную от наличия рыбы и ее молоди, а также природного и бытового мусора, причем забор воды к потребителю осуществляют непосредственно из этой водоворотной зоны.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что суммарный поток формируют напротив водоприемного окна.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что формируют несколько суммарных потоков, создающих одно мусорорыбоотводящее течение.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что суммарный поток формируют таким образом, что его начальное сечение параллельно плоскости фильтрующего экрана водоприемного окна.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что транзитное мусорорыбоотводящее течение создают с шириной в вертикальной плоскости сечения, проходящей через пропускное отверстие, меньше ширины водоприемного окна.
8. Способ по п.1, отличающийся тем, что транзитное мусорорыбоотводящее течение создают с шириной в вертикальной плоскости сечения, проходящей через пропускное отверстие, равной ширине водоприемного окна.
9. Способ по п.1, отличающийся тем, что транзитное мусорорыбоотводящее течение создают с шириной в вертикальной плоскости сечения, проходящей через пропускное отверстие, больше ширины водоприемного окна.
10. Способ по п.1, отличающийся тем, что транзитное мусорорыбоотводящее течение создают на одном уровне с водоприемным окном.
11. Способ по п.1, отличающийся тем, что транзитное мусорорыбоотводящее течение создают выше уровня водоприемного окна.
12. Способ по п.1, отличающийся тем, что транзитное мусорорыбоотводящее течение создают ниже уровня водоприемного окна.
13. Способ по п.1, отличающийся тем, что транзитное мусорорыбоотводящее течение создают одновременно выше и ниже уровня водоприемного окна.
