рыбоход

Формула изобретения

1. Рыбоход, включающий рыбоходный тракт, соединяющий нижний и верхний бьефы гидроузла, элементы усиленной шероховатости, установленные на дне рыбоходного тракта, размещенные поперечными рядами и выполненные в виде стержней, при этом стержни размещены в шахматном порядке, и зоны отдыха рыб, образованные в пространстве между стержнями, отличающийся тем, что он снабжен дополнительными элементами усиленной шероховатости, закрепленными на несущей раме, установленной выше уровня воды, и расположенными в поверхностных горизонтах водотока, при этом элементы усиленной шероховатости поверхностной и донной групп расположены дискретно по длине рыбоходного тракта и относительно друг друга с чередованием элементов обеих групп, причем зоны отдыха для рыб образуются в пространстве между однотипно установленными группами, а вплывные отверстия образованы свободными кромками стержней обеих групп.

2. Рыбоход по п. 1, отличающийся тем, что группы элементов усиленной шероховатости, расположенные в поверхностном горизонте водотока и на дне, выполнены на половину ширины лотка рыбоходного тракта и смещены в диаметрально противоположные стороны относительно друг друга.

3. Рыбоход по п. 1, отличающийся тем, что элементы усиленной шероховатости поверхностной и донной групп выполнены разной длины, причем длина элементов донной группы уменьшается в сторону верхнего бьефа, а длина элементов поверхностной группы уменьшается в сторону нижнего бьефа.

4. Рыбоход по п. 1, отличающийся тем, что системы элементов усиленной шероховатости выполнены с дополнительными вплывными отверстиями.

5. Рыбоход по п. 4, отличающийся тем, что вплывные отверстия выполнены вдоль продольной оси рыбоходного тракта.

6. Рыбоход по п. 4, отличающийся тем, что вплывные отверстия выполнены примыкающими к боковым стенкам лотка рыбоходного тракта.

7. Рыбоход по любому из пп. 1 - 3, отличающийся тем, что стержни установлены под углом к набегающему потоку, с наклоном в сторону нижнего бьефа.

8. Рыбоход по любому из пп. 1 - 6, отличающийся тем, что стержни выполнены из упругого материала.

9. Рыбоход по любому из пп. 1 - 6, отличающийся тем, что стержни поверхностной группы соединены с приводом и установлены на несущей раме с возможностью вертикального перемещения.

10. Рыбоход по любому из пп. 1 - 6, отличающийся тем, что несущая рама установлена на катках и соединена гибкими тягами с приводом.

11. Рыбоход по любому из пп. 1 - 6, отличающийся тем, что внешняя поверхность стержней покрыта мягким эластичным материалом.

12. Рыбоход по любому из пп. 1 - 6, отличающийся тем, что стержни выполнены полыми.

13. Рыбоход по п. 12, отличающийся тем, что стержни выполнены с отверстиями перфорации, равномерно размещенными по поверхности стержней, а их эластичная оболочка выполнена герметичной и соединена с источником рабочей среды.

14. Рыбоход по любому из пп. 1 - 6 и 13, отличающийся тем, что несущая рама установлена на катках и одновременно на ней установлена эстакада, при этом несущая рама соединена гибкими тягами с приводом, а стержни поверхностной группы соединены с дополнительным приводом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к гидротехническому строительству, а именно к способам и сооружениям, предназначенным для пропуска производителей рыбы через подпорные сооружения к местам нереста и нагула.

Известен рыбоход [1], включающий рыбоходный тракт и установленные на его дне элементы усиленной шероховатости.

Недостатком данного рыбохода является практически равномерная плановая эпюра скоростей, а также высокая равномерность вертикальной эпюры скоростей, отсутствие зон с пониженными скоростями для отдыха рыб.

Известен рыбоход [2], включающий рыбоходный тракт и элементы усиленной шероховатости, установленные на дне канала по всей его длине, причем элементы шероховатости выполнены в виде параллелепипедов и установлены под углом к набегающему потоку и с промежутками между собой.

Недостатком данного рыбохода является наличие водоворотных областей, дезориентирующие рыбу при ее продвижении в верхний бьеф.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является рыбоход [3], включающий рыбоходный тракт, соединяющий нижний и верхний бьефы гидроузла, элементы усиленной шероховатости, установленные на дне рыбоходного тракта, размещенные поперечными рядами и выполненные в виде стержней, при этом стержни размещены в шахматном порядке, и зоны отдыха рыб, образованные в пространстве между стержнями.

Недостатком данного рыбохода является отсутствие благоприятных условий для преодоления локального перепада уровня воды при перемещении рыбы вдоль рыбоходного тракта.

Целью изобретения является создание эффективных гидравлических условий в рыбоходном тракте, обеспечивающих возможность управления режимами работы рыбохода, а также создание эффективных условий для отдыха и продвижения рыб по длине рыбоходного тракта.

Сущность изобретения заключается в следующем.

По п.1 формулы изобретения. Благодаря выполнению дополнительных элементов усиленной шероховатости, установленных в поверхностном горизонте потока и закрепленных на несущей раме, удается более равномерно гасить кинетическую энергию потока в рыбоходном тракте. Кроме того, именно такая компоновка элементов усиленной шероховатости позволяет создать оптимальные гидравлические условия как для продвижения рыбы в сторону верхнего бьефа, так и создать зоны для временного отдыха рыбы для восстановления ее энергетических возможностей (фиг.1 и 2). Этому (создание зон отдыха) способствует расположение элементов поверхностной и донной групп дискретно по длине кагала и друг относительно друга с чередованием элементов обеих групп. При этом зоны отдыха образуются непосредственно в пространстве между однотипно установленными группами элементов, а вплывные отверстия образуются свободными кромками стержней обеих групп.

По п.2 формулы изобретения. Выполнение групп элементов усиленной шероховатости, расположенных в поверхностном горизонте водотока и на дне канала на половину ширины лотка рыбоходного тракта, и смещение их в диаметрально противоположные стороны друг относительно друга позволяет обеспечить равновероятные условия для отдыха рыбы, перемещающейся по ширине рыбоходного тракта. Более того, такая компоновка (фиг.3) способствует более эффективному перемещению рыбы как по длине, так и по ширине рыбохода, так как она (компоновка) повторяет галсообразную трассу перемещения рыбы в потоке воды.

По п.3 формулы изобретения. Выполнение элементов усиленной шероховатости обеих групп (поверхностной и донной) разной длины, причем длина стержней донной группы - уменьшается в сторону нижнего бьефа (фиг.6 и 7), а длина стержней поверхностной группы - уменьшается в сторону верхнего бьефа (фиг.6 и 7), позволяет создать участки потока с неравномерной вертикальной эпюрой скоростей, при этом основное назначение стержней - создание сопротивления в потоке, сохраняется. При этом улучшаются как условия ската рыб в сторону нижнего бьефа и, одновременно - условия продвижения рыбы в сторону верхнего бьефа.

По пп.4, 5 и 6 формулы изобретения. Выполнение систем усиленной шероховатости с дополнительными вплывными отверстиями (фиг.8-13) расширяет возможности рыбохода по повышению эффективности пропуска рыбы в верхний бьеф. Выполнение дополнительных вплывных отверстий как по оси рыбохода, так и примыкающими к боковым стенкам рыбохода является вариантами их компоновки. Кроме основных и дополнительных вплывных отверстий, рыба имеет возможность продвигаться в верхний бьеф, лавируя в промежутках между боковыми поверхностями стержней, при этом она не изменяет трассы своего перемещения и, соответственно, сокращает общее время продвижения по рыбоходному тракту.

По п.7 формулы изобретения. Выполнение стержней с наклоном в сторону нижнего бьефа (фиг.14 и 15) улучшает условия эксплуатации стержней, а именно - процесс их самоочистки от плавающего мусора, при этом основная функция стержней (создание равномерного сопротивления) сохраняется.

По п.8 формулы изобретения. Выполнение стержней из упругого материала является вариантом их компоновки, при этом при обтекании стержней транзитным потоком стержни под воздействием динамического напора несколько изгибаются в сторону нижнего бьефа. Кроме того, структура формируемого при этом потока характеризуется заданным уровнем турбулентности, спектр которой создается при обтекании потоком стержней и который стимулирует рыбу для ее продвижения в направлении верхнего бьефа.

По п.9 формулы изобретения. Выполнение стержней поверхностной группы с возможностью их вертикального перемещения позволяет управлять локальным перепадом между камерами рыбохода (фиг.16 и 17). Посредством привода стержни поднимаются вверх (вплоть до изъятия их из потока), тем самым уменьшается гидравлическое сопротивление потоку и уменьшается локальный перепад в створе установки системы стержней. При перемещении стержней вниз вновь формируется перепад в межкамерном пространстве. Управление локальным перепадом позволяет эффективно пропускать рыбу в вышерасположенные камеры рыбохода.

По п.10 формулы изобретения. Выполнение несущей рамы на катках, установленных на горизонтальных направляющих, и соединение ее гибкими тягами с приводом позволяет перемещать системы поверхностных стержней вдоль рыбоходного тракта (фиг.18 и 19). При перемещении поверхностной группы стержней относительно донной группы стержней также осуществляется процесс регулирования локального перепада уровня воды, что благоприятно сказывается на процесс перемещения рыбы в направлении верхнего бьефа. Возможен комбинированный способ перемещения поверхностной группы стержней - как по высоте, так и вдоль рыбоходного тракта (фиг.26, 27 и 28), что расширяет их функциональное назначение.

По п.11 формулы изобретения. Выполнение внешней поверхности стержней как поверхностной, так и донной групп, покрытых мягким эластичным материалом (фиг.20), значительно снижает травматизм рыбы при ее контакте со стержнями. Кроме того, мягкое покрытие увеличивает общий срок эксплуатации стержней, предохраняя их от ржавчины.

По п.12 формулы изобретения. Выполнение стержней полыми внутри (фиг.21) является вариантом их выполнения. Кроме того, в качестве стержней можно использовать промышленно выпускаемые трубы с заданным диаметром.

По п.13 формулы изобретения. Выполнение полых стержней с отверстиями перфорации (фиг.22), равномерно размещенными по внешней поверхности стержней, и выполнение эластичной оболочки герметичной (фиг.23) и соединенной с источником рабочей среды (например, с компрессором или с насосом) дает дополнительную возможность для расширения диапазона управления локальным перепадом уровня воды в месте установки систем стержней. При увеличении диаметра стержней уменьшается свободное пространство между стержнями и, соответственно, увеличивается гидравлическое сопротивление транзитному потоку, проходящему через рыбоходный тракт (фиг.24 и 25). В случае необходимости уменьшения диаметра стержней из герметичной эластичной оболочки выпускается рабочая среда (вода или воздух).

По п.14 формулы изобретения. Выполнение несущей рамы, установленной на катках, и одновременно установка на ней эстакады, при этом несущая рама соединена гибкими тягами с приводом, а стержни поверхностной группы соединены с дополнительным приводом, позволяет дать стержням поверхностной группы две степени свободы - вдоль рыбоходного тракта и по глубине потока. Эта компоновка наиболее оптимальна с точки зрения процесса управления режимами работы рыбохода.

Авторы достаточно детально представили конструктивную часть заявки, проиллюстрированную графическим материалом, и постарались подробно описать принцип работы устройства, а также раскрыли сущность предлагаемого изобретения, что оставляет экспертизе минимум возможности для запроса дополнительных материалов. Со своей стороны авторы надеются на конструктивный диалог с экспертизой, который будет плодотворным для обеих заинтересованных сторон.

В целом конструктивные признаки независимого и зависимых пунктов изобретения отвечают критерию "существенные отличия" и связаны между собой настолько, что образуют единый творческий замысел.

Решение поставленной задачи достигается путем реализации новой конструкции рыбохода, позволяющего простыми и доступными средствами управлять режимами пропуска рыбы через рыбоходный тракт. Графический материал, поясняющий сущность предлагаемого изобретения, представлен на следующих фигурах:

фиг.1 - рыбоход, продольный разрез;

фиг.2 - то же, план;

фиг.3 - рыбоходный тракт, фрагмент плана, вариант со смещенными элементами усиленной шероховатости;

фиг.4 - разрез А-А на фиг.3;

фиг.5 - разрез Б-Б на фиг.3;

фиг.6 - рыбоход, продольный разрез, вариант элементов усиленной шероховатости, выполненных с разной длиной;

фиг.7 - то же, группа поверхностных стержней смещена в сторону нижнего бьефа;

фиг.8 - поперечный разрез рыбохода, вариант с дополнительным вплывным отверстием, выполненным по оси рыбохода;

фиг.9 - то же, вариант с дополнительными вплывными отверстиями, выполненными у боковых стенок рыбохода;

фиг.10 - то же, вид на поверхностные элементы усиленной шероховатости, центральное расположение дополнительного вплывного отверстия;

фиг.11 - то же, дополнительные вплывные отверстия размещены у боковых стенок рыбохода;

фиг.12 - вид на систему элементов усиленной шероховатости, образующих дополнительное вплывное отверстие, размещенное по оси рыбохода;

фиг.13 - то же, дополнительные вплывные отверстия образованы у боковых стенок рыбоходного тракта;

фиг.14 - вариант элементов усиленной шероховатости, установленных под наклоном к набегающему потоку;

фиг.15 - то же, вплывное отверстие меньшего размера;

фиг.16 - вариант рыбохода с перемещающимися поверхностными группами элементами усиленной шероховатости, установленными на несущей раме, соединенной гибкими тягами с приводом;

фиг.17 - то же, положение поверхностных элементов напротив донных элементов;

фиг.18 - вариант рыбохода с элементами усиленной шероховатости, имеющими возможность вертикального перемещения относительно несущей рамы;

фиг.19 - то же, процесс установки элементов в рабочее положение;

фиг.20 - поперечное сечение стержня, внешняя поверхность которого покрыта мягким эластичным материалом;

фиг.21 - вариант стержня, выполненного полым;

фиг.22 - то же, поверхность стержня выполнена с отверстиями перфорации;

фиг.23 - то же, герметичная оболочка заполнена рабочей средой;

фиг.24 - элементы усиленной шероховатости, план;

фиг.25 - то же, герметичные оболочки заполнены рабочей средой;

фиг.26 - вариант комбинированного перемещения стержней поверхностной группы;

фиг.27 - то же, промежуточное состояние, стержни в крайнем верхнем положении;

фиг.28 - то же, стержни в крайнем нижнем положении.

Рыбоход включает включающий рыбоходный тракт 1, соединяющий нижний и верхний бьефы гидроузла, элементы усиленной шероховатости 2, установленные на дне рыбоходного тракта 1, размещенные поперечными рядами и выполненные в виде стержней, при этом стержни размещены в шахматном порядке, и зоны отдыха 3 рыб, образованные в пространстве между стержнями. Рыбоход снабжен дополнительными элементами усиленной шероховатости 4, закрепленными на несущей раме 5, установленной выше уровня воды, и расположенными в поверхностных горизонтах водотока, при этом элементы усиленной шероховатости 2 поверхностной и донной групп расположены дискретно по длине рыбоходного тракта 1 и друг относительно друга с чередованием элементов 2 обеих групп, причем зоны отдыха 3 для рыб образуются в пространстве между однотипно установленными группами, а вплывные отверстия 6 образованы свободными кромками стержней обеих групп.

Кроме того, группы элементов усиленной шероховатости 4, расположенные в поверхностном горизонте водотока и на дне, могут быть выполнены на половину ширины лотка рыбоходного тракта 1 и смещены в диаметрально противоположные стороны друг относительно друга.

Помимо того, элементы усиленной шероховатости поверхностной 4 и донной 2 групп могут быть выполнены разной длины, причем длина элементов донной группы уменьшается в сторону верхнего бьефа, а длина элементов поверхностной группы уменьшается в сторону нижнего бьефа.

Кроме того, системы элементов 2, 4 усиленной шероховатости могут быть выполнены с дополнительными вплывными отверстиями 7.

Помимо того, вплывные отверстия 7 могут быть выполнены вдоль продольной оси рыбоходного тракта 1.

Кроме того, вплывные отверстия 7 могут быть выполнены примыкающими к боковым стенкам лотка рыбоходного тракта 1.

Помимо того, стержни 2 и 4 могут быть установлены под углом к набегающему потоку, с наклоном в сторону нижнего бьефа.

Кроме того, стержни 2 и 4 могут быть выполнены из упругого материала.

Помимо того, стержни 4 поверхностной группы могут быть соединены с приводом 8 и установлены на несущей раме 5 с возможностью вертикального перемещения.

Кроме того, несущая рама 5 может быть установлена на катках 9 и соединена гибкими тягами 10 с приводом 8.

Помимо того, внешняя поверхность стержней 2 и 4 может быть покрыта мягким эластичным материалом 11.

Кроме того, стержни 2 и 4 могут быть выполнены полыми, с образованием полости 12.

Помимо того, стержни 2 и 4 могут быть выполнены с отверстиями перфорации 13, равномерно размещенными по поверхности стержней 2 и 4, а эластичная оболочка 11 выполнена герметичной и соединена с источником рабочей среды (например, компрессор или насос).

Кроме того, несущая рама 5 может быть установлена на катках 9 и, одновременно, на ней установлена эстакада 14, при этом несущая рама 5 соединена гибкими тягами 10 с приводом 8, а стержни 4 поверхностной группы соединены с дополнительным приводом.

Рыбоход работает следующим образом.

Служба эксплуатации подает рабочий расход воды, который создает благоприятные гидравлические условия для привлечения рыб ко входу в рыбоход и свободному их проходу по рыбоходному тракту 1 в верхний бьеф. Гашение кинетической энергии водного потока обеспечивают элементы усиленной шероховатости 2, установленные на дне рыбоходного тракта 1, и элементы усиленной шероховатости 4, размещенные в поверхностных горизонтах потока. При этом группы поверхностных элементов усиленной шероховатости 4, выполненные в виде стержней с поперечным сечением круглой формы, и группы элементов усиленной шероховатости 2, установленные на дне рыбохода, образуют камеры рыбохода, формирующие локальный перепад уровня воды, достаточный и необходимый как для продвижения рыбы в верхний бьеф, так и для формирования рыбоходного тракта 1 между нижним и верхним бьефами гидроузла. Зоны отдыха 3 для рыбы формируются между однотипно установленными группами элементов усиленной шероховатости 2 и 4 (фиг.1), попадая в которые, рыба имеет потенциальную возможность отдохнуть и восстановить свои энергетические возможности. Рыба при своем продвижении в направлении верхнего бьефа имеет возможность продвигаться в пространстве между стержнями (элементами усиленной шероховатости 2 и 4), а также через вплывные отверстия 6, образованные нижними кромками стержней 4 и верхними кромками стержней 2 (фиг.2).

Возможна другая компоновка элементов усиленной шероховатости - группы элементов усиленной шероховатости 4, расположенные в поверхностном горизонте водотока и элементы 2, размещенные на дне рыбоходного тракта 1, выполнены на половину ширины лотка рыбоходного тракта 1 и смещены в диаметрально противоположные стороны друг относительно друга (фиг.3, 4 и 5). Данная компоновка значительно расширяет возможности рыбохода по пропуску рыбы и созданию условий для ее отдыха в зонах 3, при этом сохраняется основная функция элементов усиленной шероховатости - гасить кинетическую энергию потока и создавать локальный перепад уровня воды.

Компоновка элементов усиленной шероховатости 2 и 4, выполненных разной длины, причем длина стержней 4 поверхностной группы уменьшается в сторону нижнего бьефа, а длина стержней 2 уменьшается в направлении верхнего бьефа (фиг.6 и 7), позволяет более равномерно воздействовать на структуру водного потока, проходящего по рыбоходному тракту 1.

Выполнение систем стержней 2 и 4 с дополнительными вплывными отверстиями 7 (фиг.8, 9, 10, 11, 12 и 13) улучшает процесс преодоления локального перепада уровня воды как для сильных пловцов, так и для других видов рыб.

Вариант с наклонно установленными стержнями 2 и 4 (фиг.14 и 15) не только улучшает структуру водного потока, но и способствует оптимизации прохода рыб в направлении верхнего бьефа.

Выполнение стержней 2 и 4 из упругого материала позволяет генерировать в лотке рыбоходного тракта 1 заданный уровень турбулентности, характеризуемый широким спектром, который стимулирует органы боковой линии рыб, находящихся в потоке рыбоходного тракта 1. Поскольку диаметр стержней 2 и 4 соизмерим с поперечными размерами рыб, генерируемый ими спектр турбулентных пульсаций (под воздействием динамического напора транзитного потока) провоцирует рыбу на ее активное продвижение в направлении верхнего бьефа.

Выполнение стержней 4 поверхностной группы с возможностью вертикального перемещения посредством привода 8 (фиг.18 и 19), расположенного на эстакаде 14, позволяет оперативно изменять гидравлический режим в створе установки систем стержней 2 и 4, вплоть до минимального перепада, формируемого донной группой стержней 2. При этом рыба, находящаяся в нижележащей камере рыбохода, имеет возможность свободного прохода в вышележащую камеру рыбохода.

Установка несущей рамы 5 на катках 9 и соединение ее гибкими тягами 10 с приводом 8 позволяет перемещать стержни 4 поверхностной группы в горизонтальной плоскости, вдоль рыбоходного тракта 1. При этом, не только изменяется локальный перепад между камерами рыбохода, но и изменяются геометрические размеры вплывного отверстия 6, а также изменяются местоположение зоны отдыха 3 и локального перепада уровня воды в камере рыбохода (фиг.16 и 17).

Покрытие внешней поверхности стержней мягким эластичным материалом в виде оболочек 11 (фиг.20) в значительной степени снижает вероятность травмирования рыбы при ее контакте с элементами усиленной шероховатости 2 и 4, а также предотвращает выход из строя материала, из которого выполнены стержни.

Выполнение стержней 2 и 4 полыми, с образованием полости 12 (фиг.21), позволяет снизить материалоемкость изготовления стержней и использовать в качестве стержней промышленно изготовляемые трубы.

Выполнение внешней поверхности стержней 2 и 4 с отверстиями перфорации 13, равномерно распределенных по их боковой площади (фиг.22), позволяет при герметичной оболочке 11 и подаче рабочей среды (воздуха от компрессора или воды от насоса) внутрь полости 12 изменять диаметр элементов усиленной шероховатости 2 и 4. При этом соответственно изменяется как сквозность, так и скважность систем стержней (фиг.24 и 25), что влечет за собой изменение локального перепада уровня воды в створе их установки.

Надо отметить, что оптимальным вариантом компоновки является вариант, когда несущая рама 5 установлена на катках 9 и, одновременно, на несущей раме установлена эстакада 14, при этом несущая рама 5 соединена гибкими тягами 10 с приводом 8, а стержни 4 поверхностной группы соединены с дополнительным приводом 8, позволяющим перемещать стержни в вертикальной плоскости (фиг.26, 27 и 28).

Конструкция рыбохода позволяет пропускать максимальный расход воды по рыбоходному тракту благодаря выполнению элементов усиленной шероховатости в виде стержней. Как таковые отсутствуют перегородки и водоворотные зоны, что приводит к наименьшим временным задержкам рыбы в рыбоходном тракте. Варианты конструктивного исполнения рыбохода предполагают как статическое выполнение стержней, так и перемещение их как по глубине, так и вдоль рыбоходного тракта, что позволяет оперативно управлять режимами эксплуатации рыбохода. Предлагаемый рыбоход является одной из немногих конструкций, имеющих минимальное количество элементов, создающих сопротивление потоку и в максимальной степени способствующих свободному и самостоятельному проходу рыбы в верхний бьеф. Кроме того, в рыбоходе имеются все средства для оперативного управления режимами пропуска рыбы в верхний бьеф.

Источники информации

1. Малеванчик Б.С., Никоноров И.В. Рыбопропускные и рыбозащитные сооружения. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984, с.10, рис.10.

2. А.С. СССР №1562397 (СССР). Е 02 В 8/08. "Рыбоходно-нерестовый канал". Авторы: Шкура В.Н., Чистяков А.А. и др.

3. Патент РФ №2013492. Рыбоход. Автор: Филиппов Г.Г.