Рыбозащитное устройство водозаборного сооружения
Изобретение относится к гидротехническому строительству, а именно, к устройствам, позволяющим защищать молодь рыбы от попадания в водозаборные сооружения. Рыбозащитное устройство включает фильтрующую водоразделительную дамбу, выполненную в виде вертикальной водоразделительной стенки, расположенной вдоль водозаборного канала и отделяющей входную часть канала от водотока, устройство для предварительного отвода молоди рыбы, выполненное в виде вертикального стержня, установленного с возможностью вращения посредством привода и размещенного перед водоразделительной стенкой со стороны ее торцевой части, обращенной навстречу течению водотока. Стержень смещен относительно водоразделительной стенки в сторону водозаборного канала. Устройство для предварительного отвода молоди рыбы снабжено дополнительным средством для усиления рыбоотводящего эффекта, которое выполнено в виде плоских круглых дисков, жестко закрепленных по высоте стержня соосно ему. Диски установлены параллельно друг другу с образованием щелевых водозаборных каналов. Торцевая часть водоразделительной стенки, примыкающая к стержню, выполнена с щелевыми пазами, расположенными напротив плоскостей расположения дисков, при этом диски имеют возможность свободного прохода относительно щелевых пазов. Изобретение обеспечивает повышение эффективности отвода молоди рыбы за пределы зоны влияния водозабора благодаря наличию дисков, значительного увеличивающих площадь контакта с окружающей стержень средой и создающих мощный циркуляционный поток, который позволяет отвести молодь рыбы и влекомые наносы за внешнюю поверхность дамбы. 14 з.п. ф-лы, 16 ил.
Изобретение относится к гидротехническому строительству, а именно к способам, сооружениям и устройствам, предназначенных для защиты молоди рыб от попадания в водозаборные сооружения.
Известно рыбозащитное устройство [1], включающее фильтрующую дамбу, выполненную в виде вододелительной стенки, расположенной вдоль водозабора, и установленный перед ней по течению потока вращающийся стержень, который смещен относительно дамбы в сторону водозабора.
Недостатком данного устройства является низкая эффективность защиты и отвода молоди рыб от зоны влияния водозаборного фронта, поскольку создаваемое, при вращении стержня центробежное движение влияет на молодь рыбы локально, то есть в пределах установки самого стержня.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является рыбозащитное устройство [2], включающее фильтрующую водоразделительную дамбу, выполненную в виде вертикальной стенки, расположенной вдоль водозаборного канала и отделяющую входную часть карала от водотока, устройство для предварительного отвода молоди рыбы, выполненное в виде вертикального стержня, установленного с возможностью вращения, посредством привода и размещенного перед стенкой со стороны ее торцевой части, обращенной навстречу течения водотока, при этом стержень смещен относительно водоразделительной стенки в сторону водозаборного канала, а устройство для предварительного отвода молоди рыбы снабжено дополнительным средством для усиления рыбоотводящего эффекта.
Недостатком данного рыбозащитного устройства является низкая эффективность рыбозащиты, вследствие неэффективного процесса рыбоотведения от воздействия вращающегося стержня. При подаче во внутреннюю полость стержня воздуха, образующиеся вокруг него пузырьки воздуха резко снижают гидравлическое сопротивление потоку. Таким образом, при наличии снижения сопротивления в воде, а также снижения вязкости жидкости, центростремительная составляющая вектора скорости, создаваемая стержнем, имеет гораздо меньшее, по абсолютной величине, значение. Вследствие чего эффективность отвода молоди рыбы за внешнюю поверхность фильтрующей дамбы также будет уменьшаться.
Использование же в качестве рабочей среды воды, подаваемой под напором во внутреннюю полость стержня и утверждение авторов прототипа, что возможен вариант вращения стержня от воздействия струереактивной тяги гидравлических струй - вообще не выдерживает никакой конструктивной критики. Сам смысл использования физического эффекта - закручивание масс жидкости вокруг стержня и образование рыбоотводного течения за внешнюю поверхность дамбы, основан на вращении стержня с допустимой предельной скоростью вращения, необходимой и достаточной для создания рыбоотводного течения. Учитывая вышеизложенное, мы считаем, что ни о каком варианте вращения стержня под воздействием гидравлических струй не может идти и речи, поскольку суммарная мощность гидравлических струй ничтожно мала для вращения стержня с заданной круговой скоростью (а еще есть потери на трение), необходимой и достаточной для образования рыбоотводного течения.
Предыдущий абзац можно считать личным мнением авторов настоящей заявки, имеющих достаточно большой опыт проектирования рыбозащитных сооружений и устройств, которое экспертиза может принять к сведению, без каких-либо последствий для прототипа.
Целью изобретения является повышение эффективности отвода молоди рыбы за пределы зоны влияния водозабора.
Сущность изобретения заключается в следующем.
По п.1 формулы изобретения. Выполнение дополнительного средства для усиления рыбоотводящего эффекта в виде плоских круглых дисков, жестко закрепленных по высоте стержня, соосно ему, позволяет значительно расширить зону влияния вращающегося стержня и создаваемой им составляющей скорости циркуляции жидкости, распространяемой в горизонтальной плоскости. Действительно, за счет значительного увеличения площади контакта с окружающей стержень средой - площадь дисков, эффективность процесса рыбоотведения значительно увеличивается (примерно пропорционально соотношению площади боковой поверхности стержня к суммарной площади дисков). В пространстве между дисками образуются щелевые водоприемные каналы, через которые вода поступает в водозаборный канал. Одновременно с этим, диски, контактируя с жидкостью, создают мощный циркуляционный поток, который позволяет отвести молодь рыбы и влекомые наносы за внешнюю поверхность дамбы.
Выполнение торцевой части стенки, обращенной навстречу потоку водотока с щелевыми пазами, расположенными напротив плоскостей расположения дисков, позволяет обеспечить свободный проход дисков, при их вращении, относительно водоразделительной дамбы (стенки).
Параллельное исполнение дисков относительно друг друга позволяет внести в поток минимальное дополнительное сопротивление.
Кроме того, в заявляемом устройстве заложен комплексный подход, состоящий в следующем. При вращении дисков в случае оптимального подбора технологических параметров (диаметр дисков, расстояние между ними, толщина дисков, круговая скорость вращения и скорость транзитного потока) возможно возникновение дополнительного физического эффекта - продольная вибрация плоскостей дисков. Данный эффект будет наиболее выражен к периферии дисков, а именно к их внешнему периметру, поскольку здесь наиболее сказывается консольное их закрепление. Сущность дополнительного эффекта заключается в возникновении частотных колебаний поверхности дисков в вертикальной плоскости (вибрации), при которых в зоне установки дисков создается гидродинамическое поле, способствующее отпугиванию молоди рыбы, а также способствующее активному отводу влекомых наносов за пределы зоны влияния водозаборного канала. При наличии дополнительного резонанса возможно также усиление акустического отпугивающего эффекта, создаваемого при работе дисков в этом режиме эксплуатации.
По п.2 формулы изобретения. Выполнение диаметра дисков больше, чем расстояние между водоразделительной стенкой и кромкой берега, к которой примыкают диски, позволяет перекрыть водозаборное отверстие как по ширине, так и по глубине водотока. Это, в свою очередь, позволяет значительно повысить эффективность рыбозащиты, а именно эффективность отвода молоди рыбы от водозаборного отверстия.
По п.3 формулы изобретения. Снабжение кромки щелевых пазов, со стороны водотока, гибкими эластичными элементами позволяет предотвратить попадание отведенной ранее молоди рыбы обратно в водозаборный канал, через просветы, образуемые между диском и щелевым пазом. При этом молодь рыбы отбивается и отводится вдоль водоразделительной стенки вниз по течению водотока.
По п.4 формулы изобретения. Выполнение поверхности дисков перфорированной, позволяет усилить рыбоотпугивающий эффект, который создается при вращении дисков. При достаточно большой скорости вращения дисков возможен отрыв частиц жидкости от поверхности дисков, при этом внутри отверстий перфорации возникают зоны разрежения, характеризующиеся пониженным давлением. В этих зонах постоянно происходит срыв определенного объема жидкости, на восстановление которого (закон равновесия) из окружающей диски среды подсасывается недостающий дефицит жидкости. Кроме того, зоны с пониженным давлением способствуют выделению из воды частиц воздуха, растворенного в ней, который затем поступает в водоток. Микропузырьки воздуха, постоянно срывающиеся с поверхности дисков, создают дополнительный акустический эффект, способствующий отпугиванию активной молоди рыбы и предотвращению ее попадания в водозаборный канал.
По пп.5 и 6 формулы изобретения. Выполнение отверстий перфорации круглой или прямоугольной формы является вариантами выполнения перфорации. Кроме того, чем больше площадь отверстий перфорации, тем выше эффективность воздействия на молодь рыбы дополнительно возникающих рыбоотпугивающих эффектов.
По п.7 формулы изобретения. Выполнение поверхностей дисков с элементами шероховатости позволяет усилить гидродинамическое воздействие на активную молодь рыбы, которая отпугиваясь, будет стараться покидать зону активного водозабора. Элементы шероховатости расширяют спектр турбулентных пульсаций, при этом в зоне установки дисков уровень турбулентности будет значительно выше, чем в остальной акватории водотока.
По п.8 формулы изобретения. Размещение элементов шероховатости с одной стороны поверхности дисков является вариантом их установки.
По п.9 формулы изобретения. Размещение элементов шероховатости с обеих сторон поверхности дисков значительно усиливает уровень турбулизации потока. При этом размеры элементов шероховатости (высота и диаметр) соответствуют размерам щелевых пазов и диски имеют возможность свободного вращения относительно щелевых пазов.
По п.10 формулы изобретения. Размещение элементов шероховатости вдоль внешнего периметра дисков позволяет создать отпугивающий эффект непосредственно на стадии подходного участка, что создает дополнительный эффект отвода молоди рыбы на более раннем этапе ее ската в сторону водозаборного канала.
По п.11 формулы изобретения. Размещение элементов шероховатости радиально позволяет более рационально использовать внешнюю поверхность дисков и является вариантом их установки.
По п.12 формулы изобретения. Смещение элементов шероховатости четных рядов по отношению к элементам шероховатости нечетных рядов позволяет охватить всю поверхность дисков и задействовать ее на максимальное формирование спектра турбулентных пульсаций.
По п.13 формулы изобретения. Выполнение торцевой части дисков с внутренними полостями позволяет при вращении дисков получить дополнительный отпугивающий акустический эффект - при постоянном срыве вакуума из полостей, возникает эффект отрыва частиц воды из полостей и, при наличии в них пониженного атмосферного давления, постоянный процесс подсасывания недостающего объема жидкости из окружающей среды.
По п.14 формулы изобретения. Выполнение торцевой части дисков с закрепленными тонкими пластинами, дискретно расположенными по периметру дисков, позволяет расширить звуковой диапазон отпугивающих, молодь рыбы, частот. При вращении дисков, тонкие пластины начинают вибрировать с более высокой частотой, чем сама поверхность дисков и, в совокупности, вносят свою лепту в общий акустический фон, создаваемый устройством в целом. Дискретное размещение тонких пластин только усиливает формируемый акустический фон.
По п.15 формулы изобретения. Выполнение тонких пластин в виде усеченных секторов позволяет создать акустические колебания в более низком диапазоне частот, что также позволяет расширить спектр создаваемого отпугивающего акустического поля.
Решение поставленной задачи достигается путем создания новой конструкции рыбозащитного устройства. Графический материал, поясняющий сущность предлагаемого изобретения, представлен на следующих фигурах:
фиг.1 - рыбозащитное устройство, план;
фиг.2 - вид А на фиг.1;
фиг.3 - рыбозащитное устройство, фрагмент торцевой части стенки и дисков;
фиг.4 - диск с отверстиями перфорации круглой формы;
фиг.5 - диск с отверстиями перфорации прямоугольной формы, радиально расположенными по его поверхности;
фиг.6 - фрагмент стержня с дисками, на одной из поверхностей которых размещены элементы шероховатости;
фиг.7 - то же, вариант с размещением элементов шероховатости с обеих сторон дисков;
фиг.8 - фрагмент стержня с дисками, вариант периферийного размещения элементов шероховатости;
фиг.9 - поверхность диска с радиальным расположением элементов шероховатости круглой формы;
фиг.10 - то же, вариант со смещением элементов шероховатости четных рядов по отношению к элементам шероховатости нечетных рядов;
фиг.11 - фрагмент стержня с дисками, торцевая часть которых выполнена с внутренними полостями;
фиг.12 - вид Б на фиг.11;
фиг.13 - фрагмент стержня с дисками, снабженных тонкими пластинами, дискретно закрепленными по периметру дисков;
фиг.14 - то же, в случае наличия разделительной стенки;
фиг.15 - вид В на фиг.13;
фиг.16 - диск, снабженный тонкими пластинами, выполненными в форме усеченных секторов.
Рыбозащитное устройство водозаборного сооружения включает фильтрующую водоразделительную дамбу, выполненную в виде вертикальной стенки 1, расположенной вдоль водозаборного канала 2 и отделяющую входную часть канала 2 от водотока 3, устройство для предварительного отвода молоди рыбы, выполненное в виде вертикального стержня 4, установленного с возможностью вращения посредством привода 5 и размещенного перед стенкой 1 со стороны ее торцевой части, обращенной навстречу течения водотока 3, при этом стержень 4 смещен относительно водоразделительной стенки 1 в сторону водозаборного канала 2, а устройство для предварительного отвода молоди рыбы снабжено дополнительным средством для усиления рыбоотводящего эффекта. Дополнительное средство для усиления рыбоотводящего эффекта выполнено в виде плоских круглых дисков 6 жестко закрепленных по высоте стержня 4, соосно ему, причем диски 6 установлены параллельно друг другу с образованием щелевых водозаборных каналов 7, а торцевая часть водоразделительной стенки 1, примыкающая к стержню 4, выполнена с щелевыми пазами 8, расположенными напротив плоскостей расположения дисков 6, при этом диски 6 имеют возможность свободного прохода относительно щелевых пазов 8.
Кроме того, диаметр дисков 6 может быть больше, чем расстояние между водоразделительной стенкой 1 и береговой кромкой 9, к которой примыкают диски 6.
Помимо того, кромки щелевых пазов 8, со стороны водотока 3, могут быть снабжены гибкими эластичными элементами 10.
Кроме того, поверхность дисков 6 может быть выполнена перфорированной.
Помимо того, отверстия перфорации 11 могут быть выполнены круглой формы.
Кроме того, отверстия перфорации 11 могут быть выполнены прямоугольными и размещены радиально, при этом большая сторона прямоугольника размещена вдоль радиуса диска 6.
Помимо того, поверхность дисков 6 может быть выполнена с элементами шероховатости 12.
Кроме того, элементы шероховатости 12 могут быть расположены с одной стороны поверхности дисков 6.
Помимо того, элементы шероховатости 12 могут быть расположены с обеих сторон поверхности дисков 6.
Кроме того, элементы шероховатости 12 могут быть расположены вдоль внешнего периметра дисков 6.
Помимо того, элементы шероховатости 12 могут быть расположены радиально.
Кроме того, элементы шероховатости 12 четных рядов могут быть смещены относительно элементов шероховатости 12 нечетных рядов.
Помимо того, торцевая часть дисков 6 может быть выполнена с внутренними полостями 13.
Кроме того, торцевая часть дисков б может быть выполнена, с дискретно установленными, по его периметру, тонкими пластинами 14.
Помимо того, тонкие пластины 14 могут быть выполнены в виде усеченных секторов.
Рыбозащитное устройство работает следующим образом.
При включении в работу привода 5 стержень 4 начинает вращаться с заданной скоростью, при этом одновременно вращаются диски 6, жестко закрепленные на стержне 4. При вращении дисков 6 создается составляющая вектора скорости циркуляции воды, направленная по течению потока водотока 3. При этом молодь рыбы попавшая в зону действия вращающихся дисков 6, а также взвешенные частицы наносов выносятся за пределы водозаборного окна, образуемого торцевой частью стенки 1 и береговой кромкой 9, в направлении внешней поверхности водоразделительной дамбы 1, где далее сносятся вниз по течению водотока 3. Очищенный расход воды поступает в щелевые водозаборные каналы 7, образуемые поверхностями дисков 6. Остальная часть расхода воды на водозабор отбирается через фильтрующую дамбу 1 и также поступает в водозаборный канал 2. Дополнительное устройство для предварительного отвода молоди рыбы, выполненное в виде дисков 6, за счет большой площади контакта поверхности дисков 6 интенсивно выносит молодь рыбы и наносы за пределы расположения водоразделительной дамбы 1.
Возможен вариант исполнения дисков 6 с диаметром больше, чем расстояние между кромкой берега 9 и водоразделительной дамбой 1 (фиг.1). При этом наиболее надежно осуществляется защита молоди рыбы от попадания в водозаборный канал 2, поскольку плоскости дисков 6 полностью перекрывают водозаборное окно.
Для предотвращения попадания молоди рыбы обратно в водозаборный канал 2, препятствуют щелевые пазы 8, выполненные в торцевой части водоразделительной дамбы 1, предназначенные для свободного прохода кромок дисков 6. Для снижения процента просачивания молоди рыбы в зазоры, образуемые плоскостями дисков 6 и кромками щелевых пазов 8, пазы 8 снабжены гибкими эластичными элементами 10 (фиг.3).
Возможен вариант работы дисков 6, поверхность которых выполнена перфорированной с отверстиями перфорации 11 (фиг.4 и 5). Наличие отверстий перфорации 11 позволяет усилить рыбоотпугивающий эффект, который создается при вращении дисков 6. При достаточно большой скорости вращения дисков 6 возможен отрыв частиц жидкости от поверхности дисков 6, при этом внутри отверстий перфорации 11 возникают зоны разряжения, характеризующиеся пониженным давлением. В этих зонах постоянно происходит срыв определенного объема жидкости, на восстановление которого из окружающей диски 6 среды подсасывается недостающий дефицит жидкости. Кроме того, зоны с пониженным давлением способствуют выделению из воды частиц воздуха, растворенного в ней, который затем поступает в водоток 3. Микропузырьки воздуха, постоянно срывающиеся с поверхности дисков 6, создают дополнительный акустический эффект, способствующий отпугиванию активной молоди рыбы и предотвращению ее попадания в водозаборный канал 2.
Возможен вариант работы устройства, когда поверхность дисков 6 выполнена с элементами шероховатости 12 (фиг.6 и 7). Это позволяет усилить гидродинамическое воздействие на активную молодь рыбы, которая отпугиваясь, будет стараться покидать зону активного водозабора. Элементы шероховатости 12 расширяют спектр турбулентных пульсаций, создаваемых при вращении дисков 6, при этом в зоне установки дисков 6 уровень турбулентности будет значительно выше, чем в остальной акватории водотока 3.
При размещении элементов шероховатости 12 вдоль внешнего периметра дисков 6 (фиг.8) создается отпугивающий эффект непосредственно на стадии подходного участка, что позволяет использовать дополнительный эффект отвода молоди рыбы на более раннем этапе ее ската в сторону водозаборного канала 2.
Радиальное размещение элементов шероховатости 12 (фиг.9) позволяет более компактно разместить их на поверхности дисков 6 и рационально использовать внешнюю поверхность дисков 6. Смещение элементов шероховатости 12 четных рядов по отношению к элементам 12 нечетных рядов позволяет охватить всю поверхность дисков 6 и задействовать ее на максимальное формирование спектра турбулентных пульсаций.
Для повышения рыбоотпугивающего эффекта торцевая часть дисков 6 может быть выполнена с внутренними полостями 13 (фиг.12). Наличие полостей 13 позволяет при вращении дисков 6 получить дополнительный отпугивающий акустический эффект и частично насытить воду микропузырьками воздуха, возникающими при отрыве жидкости.
Возможен вариант выполнения дисков 6 с тонкими пластинами 14, закрепленными к торцевой части дисков 6 и дискретно размещенными вдоль их периметра (фиг.13,14 и 15). Этот вариант позволяет расширить звуковой диапазон отпугивающих молодь рыбы частот. При вращении дисков 6 тонкие пластины 14 начинают вибрировать с более высокой частотой, чем сама поверхность дисков 6 и, в совокупности, пластины 14 вносят свой вклад в общий акустический фон, создаваемый устройством в целом. Дискретное размещение тонких пластин 14 (фиг.15), а именно их консольное крепление, только усиливает формируемый акустический фон и повышает эффективность формирования колебаний пластин 14. Для формирования низкочастотных колебаний (звуковых частот в диапазоне 30-100 Гц), тонкие пластины 14 могут быть выполнены в виде усеченных секторов (фиг.16). Этому процессу способствуют большая площадь пластин 14, их тип крепления к торцевой части дисков 6, а также дискретное их размещение по периметру дисков 6.
Предлагаемое рыбозащитное устройство позволяет простыми и доступными средствами осуществлять водозабор без нанесения экологического ущерба водоему и более того молоди рыбы, поскольку в конструкции используется комплексный подход - механический отвод молоди рыбы с одновременным созданием рыбоотпугивающего гидродинамического и акустического эффектов. Устройство имеет широкий спектр конструктивных элементов, позволяющих, с учетом как характеристик водотока, так и биологических особенностей молоди рыбы (вид рыбы, ее линейный размер, особенностей ската и временных характеристик) обеспечивать приемлемый уровень рыбозащиты.
Источники информации
1. А.С. СССР №616359 (СССР). МПК Е 02 В 8/08. "Рыбозащитное устройство на водозаборе".
2. Патент РФ №2011739. МПК Е 02 В 8/08. "Рыбозащитное устройство на водозаборе".
1. Рыбозащитное устройство водозаборного сооружения, включающее фильтрующую водоразделительную дамбу, выполненную в виде вертикальной водоразделительной стенки, расположенной вдоль водозаборного канала и отделяющей входную часть канала от водотока, устройство для предварительного отвода молоди рыбы, выполненное в виде вертикального стержня, установленного с возможностью вращения посредством привода и размещенного перед водоразделительной стенкой со стороны ее торцевой части, обращенной навстречу течению водотока, при этом стержень смещен относительно водоразделительной стенки в сторону водозаборного канала, а устройство для предварительного отвода молоди рыбы снабжено дополнительным средством для усиления рыбоотводящего эффекта, отличающееся тем, что дополнительное средство для усиления рыбоотводящего эффекта выполнено в виде плоских круглых дисков, жестко закрепленных по высоте стержня соосно ему, причем диски установлены параллельно друг другу с образованием щелевых водозаборных каналов, а торцевая часть водоразделительной стенки, примыкающая к стержню, выполнена с щелевыми пазами, расположенными напротив плоскостей расположения дисков, при этом диски имеют возможность свободного прохода относительно щелевых пазов.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что диаметр дисков больше, чем расстояние между водоразделительной стенкой и кромкой берега, к которой примыкают диски.
3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что кромки щелевых пазов со стороны водотока снабжены гибкими эластичными элементами.
4. Устройство по любому из пп.1 – 3, отличающееся тем, что поверхность дисков выполнена перфорированной.
5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что отверстия перфорации выполнены круглой формы.
6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что отверстия перфорации выполнены прямоугольными и размещены радиально, при этом большая сторона прямоугольника размещена вдоль радиуса диска.
7. Устройство по любому из пп.1 – 6, отличающееся тем, что поверхность дисков выполнена с элементами шероховатости.
8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что элементы шероховатости расположены с одной стороны поверхности дисков.
9. Устройство по п.7, отличающееся тем, что элементы шероховатости расположены с обеих сторон поверхности дисков.
10. Устройство по любому из пп.1 – 9, отличающееся тем, что элементы шероховатости расположены вдоль внешнего периметра дисков.
11. Устройство по любому из пп.1 – 9, отличающееся тем, что элементы шероховатости расположены радиально рядами.
12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что элементы шероховатости четных рядов смещены относительно элементов шероховатости нечетных рядов.
13. Устройство по любому из пп.1 – 12, отличающееся тем, что торцевая часть дисков выполнена с внутренними полостями.
14. Устройство по любому из пп.1 – 12, отличающееся тем, что торцевая часть дисков выполнена с дискретно установленными по периметру тонкими пластинами.
15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что тонкие пластины выполнены в виде усеченных секторов.
