Способ регулирования гидравлической структуры потока воды и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к гидротехнике, а именно к средствам защиты различных водозаборных сооружений, например, от речных до городских ливневодов, от попадания в них мусора, наносов и плавающих включений. Для реализации способа регулирования гидравлической структуры потока воды при уменьшении мутности и количества плавающих включений в потоке увеличивают угол атаки динамической оси потока на регуляторы структуры потока путем их поворота в вертикальной плоскости относительно оси вращения, а при увеличении мутности и количества плавающих включений в потоке уменьшают угол атаки. Устройство для осуществления способа включает водоприемную камеру, затвор и регуляторы структуры потока, выполненные с возможностью поворота приводом, а именно, в виде фильтров, установленных с возможностью вертикального перемещения относительно их осей, расположенных в начале фильтров по току воды. Изобретение позволяет регулировать гидравлическую структуру потока воды на всем водозаборном сооружении, не турбулизируя дополнительно поток, исключая ненужные вторичные течения, и расширяет диапазон регулирования. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к гидротехнике, а именно к средствам защиты различных водозаборных сооружений от речных до городских ливневодов, от попадания в них мусора, наносов и плавающих включений.

Известен способ регулирования гидравлической структуры потока воды, включающий размещение за циркуляционным порогом вертикальной параллельной порогу стенки, когда при увеличении уровня воды перед циркуляционным порогом вертикальную стенку перемещают в сторону циркуляционного порога (А. С. СССР №1562395, МКИ Е 02 В 8/02, Б.И. №17, 1990 г.).

Недостатком данного способа является то, что на многих гидротехнических сооружениях из-за большой изменчивости гидравлических режимов, например на ливневых водоводах, нет возможности организовать устойчивую циркуляцию перед порогом, также этот способ неприемлем на потоках с большим содержанием плавающих предметов, мешающих или исключающих вообще передвижение порогов относительно друг друга.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности будет способ автоматического регулирования гидравлической структуры потока при заборе воды, когда при уменьшении мутности сбрасываемой воды увеличивают интенсивность циркуляции потока перед порогом, а при увеличении мутности сбрасываемой воды уменьшают интенсивность циркуляции потока перед порогом путем поворота порога относительно горизонтальной оси (А. С. СССР №1114730, МКИ Е 02 В 8/02, Б. И. №35, 1984 г.).

Недостатком этого способа регулирования гидравлической структуры потока воды является то, что при любой ситуации, будь то установившийся режим работы сооружения или отработка возмущения на нем, вода в водоприемник попадает только из верхних слоев, которые в наибольшей степени насыщены плавником и мусором.

Известно устройство для осуществления способа регулирования гидравлической структуры потока воды, содержащее циркуляционный порог, установленный под углом к оси водотока, причем порог выполнен из секций, установленных с возможностью поворота приводом относительно горизонтальной оси, размещенной в нижней части секции (А. С. СССР №1114730, МКИ Е 02 В 8/02, Б. И. №35, 1984 г.).

Недостатком данного устройства является то, что оно создает устойчивую циркуляцию потока только при определенных скоростях в нем и неработоспособно как при большой турбулизации потока, так и при малой энергии в потоке, что существенно ограничивает область его применения.

Наиболее близким по технической сущности будет устройство регулирования гидравлической структуры потока, содержащее циркуляционный порог речного водозаборного сооружения и вертикальную стенку, установленную с возможностью вертикального перемещения и горизонтального перпендикулярно циркуляционному порогу (А.С. СССР №1562395, МКИ Е 02 В 8/02, Б.И. №17, 1990 г.).

Недостатком этого устройства является то, что его устойчивая работа по борьбе с наносами и плавающими включениями в поток возможна лишь в незначительном диапазоне изменения расходов скоростей и соответственно уровня воды в верхнем бьефе сооружения. В остальных случаях, или образуется устойчивая воронка, или канал между порогом и стенкой настолько велик, что наносы беспрепятственно попадают в водоприемную камеру. Также весьма сложна кинематическая схема устройства, должная обеспечивать вертикальное и горизонтальное, перпендикулярно циркуляционному порогу, перемещение, которое может не выполняться вообще при заклинивании плавником.

Техническим решение задачи предлагаемого изобретения является расширение диапазона регулирования и повышение эффективности путем уменьшения поступления наносов и плавающих включений из потока в водоприемную камеру водозаборного сооружения, а также повышение надежности работы.

Задача достигается тем, что согласно способу регулирования гидравлической структуры потока преимущественно при заборе воды из водотока, при уменьшении мутности и количества плавающих включений в потоке увеличивают угол атаки динамической оси потока на регуляторы структуры потока путем их поворота в вертикальной плоскости относительно оси вращения, а при увеличении мутности и количества плавающих включений в потоке соответственно уменьшают, а в устройстве для осуществления способа, включающем водоприемную камеру, затвор и регуляторы структуры потока с возможностью поворота приводом, последние выполнены в виде фильтров, установленных с возможностью вертикального перемещения относительно их осей, расположенных в начале фильтров по току воды.

Способ отличается тем, что при заборе воды из водотока, когда уменьшаются мутность и количество плавающих включений в потоке, увеличивают угол атаки α динамической оси потока, на фильтры путем их поворота в вертикальной плоскости, а при увеличении мутности и количества плавающих включений в потоке, наоборот, уменьшают угол атаки, что позволяет расширить диапазон и упростить процесс регулирования.

Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию “новизна”. Сравнительный анализ заявляемого способа с другими решениями в данной области не позволил выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа. Это позволяет сделать вывод о его соответствии критерию “изобретательский уровень”.

Сопоставительный анализ заявляемого устройства с прототипом показывает, что в нем регуляторы структуры потока выполнены в виде фильтров, установлены с возможностью вертикального перемещения, причем ось вращения каждого фильтра устанавливают в начале его, по току воды. Таким образом, заявляемое устройство, реализующее способ его регулирования соответствует критерию “новизна”. Сравнительный анализ заявляемого устройства с другими решениями в данной области не позволил выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию “изобретательский уровень”. Именно использование в качестве устройства при заборе воды из водотоков фильтров, установленных с возможностью вертикального перемещения, когда ось вращения каждого фильтра установлена в его начале, по току воды, позволяет охватить параметрами управления все водозаборное сооружение за счет адекватного реагирования на изменение технологических параметров входа, таких как мутность потока и количество плавающих включений в нем.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на фиг.1 изображено водозаборное сооружение с устройством для регулирования гидравлической структуры потока, продольный разрез; на фиг.2 - разрез по А - А фиг.1.

Устройство содержит водоприемную камеру 1, представляющую собой прямоугольную галерею переменной высоты, расположенную ниже дна естественного водотока или канала. Водоприемная камера 1 имеет вытянутую в плане форму, располагается вдоль оси водотока и служит для аккумуляции очищенной воды. Фильтры 2 выполнены в виде плит, в качестве примера из пористого бетона, которые перекрывают водоприемную камеру 1 и служат одновременно для забора и очистки воды. Фильтры 2 установлены с возможностью вертикального перемещения, так как в начале каждого фильтра установлена ось 3, а конец плиты фильтра имеет в верхней части шток 4 с приводом управления 5, осуществляемого с мостика 6, а в нижней части - забральную стенку 7, препятствующую току воды, минуя фильтр. Наклонный плоский щит 8 служит для регулирования подачи воды из водоприемной камеры 1.

Устройство для регулирования гидравлической структуры потока воды работает следующим образом: вода, двигаясь по руслу естественного или искусственного водотока, насыщена наносами и плавающими включениями. Принцип действия сооружения основан на использовании фильтрационно-инерционных свойств потока. Для увеличения фильтрации путем перевода кинетической энергии быстродвижущегося потока в потенциальную энергию давления жидкости фильтрующие плиты 2 на оси 3 посредством штока 4 и привода управления 5, осуществляемого с мостика 6, будут приподняты, что увеличит угол атаки динамической оси потока на фильтр 2, а забральная стенка 7 будет препятствовать току воды, минуя фильтры. При уменьшении фильтрации, наоборот, угол атаки α динамической оси потока на фильтр 2 необходимо уменьшить. Изменение положения фильтра 2 к динамической оси потока, отсутствие каких-либо преград в потоке способствует беспрепятственному прохождению наносов и плавающих включений транзитом при любом режимном состоянии технологических факторов и адекватному воздействию устройства на эти изменения. Очищенная от наносов и плавающих включений вода из водоприемной камеры 1, пройдя плоский наклонный щит 8, поступает водопотребителю.

Предлагаемый способ регулирования гидравлической структуры потока воды осуществляется следующим образом: при установившемся режиме гидравлических параметров в водотоке, таких как уровень воды на сооружении, скорости движения воды, ее мутность и количество плавающих включений, естественно, будут и установившиеся технологические параметры самого сооружения, такие как угол атаки фильтра 2 к динамической оси потока и, как следствие, установки приводов управления 5 и величина открытия плоского щита 8. При уменьшении уровня воды на сооружении и, как следствие, уменьшении количества наносов и плавающих включений в потоке с целью поддержания заданных параметров по водоотбору необходимо увеличить угол атаки α динамической оси потока на фильтр 2, что достигается поднятием штока 4 посредством привода управления 5, осуществляемого с мостика 6, одного конца фильтра 2 относительно другого, прикрепленного к оси 3. При увеличении уровня воды на сооружении все действия на нем должны быть противоположны описанным выше. Тогда при любом режимном изменении параметров в водотоке найдутся такие технологические параметры на сооружении, которые позволят отработать эти возмущения и обеспечат плановую водоподачу через плоский щит 8.

Предлагаемый способ регулирования гидравлической структуры потока воды, включающий изменение уровня в верхнем бьефе гидротехнического сооружения и осуществляемый посредством адекватного изменения угла атаки α динамической оси потока воды на фильтр 2, при изменении мутности и плавающих включений в потоке, позволяет расширить диапазон и упростить процесс регулирования, исключить попадание плавающих включений в водоприемную камеру 1, а также повысить надежность работы всего сооружения, так как потоку не создается никаких препятствий и он может без сопротивления транспортировать любые включения транзитом.

Устройство для регулирования гидравлической структуры потока воды, включающее водоприемную камеру, затвор и регуляторы структуры потока, выполненные в виде фильтров, при этом фильтры на нем установлены с возможностью вертикального перемещения, так как ось вращения каждого фильтра расположена в начале его, по току воды, просто по конструктивному решению, надежно в работе, позволяет охватить параметрами управления все водозаборное сооружение, не турбулизируя дополнительно поток, исключая ненужные вторичные течения, обязательные при циркуляционных порогах, расширить диапазон регулирования работы с максимальной эффективностью.

Формула изобретения

1. Способ регулирования гидравлической структуры потока воды, преимущественно при её заборе из водотока, включающий изменение уровня воды и скорости потока в верхнем бьефе гидротехнического сооружения в зависимости от его мутности и количества плавающих включений, отличающийся тем, что при уменьшении мутности и количества плавающих включений в потоке увеличивают угол атаки динамической оси потока на регуляторы структуры потока путем их поворота в вертикальной плоскости относительно оси вращения, а при увеличении мутности и количества плавающих включений в потоке соответственно уменьшают угол атаки.

2. Устройство для регулирования гидравлической структуры потока воды, преимущественно при её заборе из водотока, включающее водоприемную камеру, затвор и регуляторы структуры потока, выполненные с возможностью поворота приводом, отличающееся тем, что регуляторы структуры потока выполнены в виде фильтров, установленных с возможностью вертикального перемещения относительно их осей, расположенных в начале фильтров по току воды.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2