способ предотвращения разрушительного воздействия гидромашин на гидробионты и мальков рыб

Формула изобретения

Способ предотвращения разрушительного воздействия гидравлических машин на гидробионты и мальков рыб, включающий формирование посредством аэратора с отверстиями и подачу пузырьков воздуха в проточный тракт со спиральным подводом воды, заканчивающимся окружностью подвода к направляющему аппарату рабочего колеса гидромашины, при этом подачу пузырьков воздуха производят дифференцированно как минимум по двум продольным зонам проточного тракта, заканчивающимся частью окружности подвода к направляющему аппарату рабочего колеса, отличающийся тем, что объем подаваемого в единицу времени воздуха в каждой из отдельных зон прямо пропорционален центральному углу охвата части окружности подвода, питаемой этой зоной.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к эксплуатации гидромашин и экологии поверхностных водоисточников.

Известный способ эксплуатации гидромашин приводит к массовой гибели гидробионтов и мальков рыб в результате воздействия на них паровой кавитации, сопровождающей работу гидромашин (см. Ю.И. Сорокин. К оценке смертности планктона в гидротурбинах высоконаправленных ГЭС. Ж. общей биологии АН, т.5, N 5, 1990). При этом гидробионты, разрушаясь до микронных и субмикронных размеров, образуют растворенное органическое вещество, являющееся питательной средой для бактерий, способствуя их бурному развитию, и, как следствие, ведущее к загниванию воды за водоотводящим трактом гидромашины и к нарушению вследствие этого экологического баланса, так как жизнедеятельность гидробионтов обеспечивает самоочищение водоисточников.

Известны способы впуска воздуха в гидротурбину по выложенным заявкам Японии N 63-59026 и N 63-58262, кл. F 03 B 11/04, 1988 соответственно через полый вал гидроагрегата и под крышку турбины. Однако ни тот, ни другой способы, предусматривая впуск воздуха непосредственно в зоне рабочего колеса гидромашины, не обеспечивают его рассеивания по всему сечению потока и соответственно не позволяют влиять на защиту планктона и мальков рыб от разрушения в необходимой мере.

Известен также способ защиты планктонных организмов от гибели из-за кавитации в гидромашинах и устройство для его осуществления по патенту РФ N 2046880, кл. E 02 B 8/08, 1995, включающий формирование групп пузырьков воздуха в воде через отверстия в трубе, размещенные в несколько линейных рядов, в каждом из которых размеры отверстий одинаковы.

Этот способ, ослабляя кавитационное воздействие в проточной части гидромашины и снижая гибель гидробионтов и мальков рыб, в то же время не является эффективным, поскольку при этом также не обеспечивается необходимое дифференцированное распределение пузырьков воздуха в потоке воды при подводе ее по периметру рабочего колеса.

Предлагаемый способ позволяет существенно снизить разрушительное воздействие на гидробионты и мальков рыб и восстановить экологический баланс водотока путем их сохранения.

Действие предлагаемого способа основано на том, что насыщение воды, протекающей через гидромашину, определенным количеством свободного воздуха изменяет его физико-механические свойства и, увеличивая на 2-3 порядка сжимаемость воды, уменьшает напряжение растяжения-сжатия в потоке и соответственно - кавитационное воздействие на гидробионты и мальков рыб во всем объеме проточной части в зоне рабочего колеса, отличающейся максимальным кавитационным воздействием, что исключает массовую гибель гидробионтов и мальков рыб и, как следствие, предотвращает нарушение экологического баланса.

Предложенный способ предотвращения разрушительного воздействия гидравлических машин на гидробионты и мальков рыб включает формирование посредством аэратора с отверстиями и подачу пузырьков воздуха в проточный тракт со спиральным подводом воды, заканчивающимся окружностью подвода к направляющему аппарату рабочего колеса гидромашины, причем подачу пузырьков воздуха производят дифференцированно, как минимум по двум продольным зонам проточного тракта, заканчивающимся частью окружности подвода к направляющему аппарату рабочего колеса, а объем подаваемого в единицу воздуха в каждой из отдельных зон пропорционально центральному углу охвата части окружности подвода, питаемой этой зоной.

На чертеже изображены: а - проточный тракт гидромашины на напор 40 м, в плане; б - напор 70 м.

На чертеже изображен проточный тракт 1 со спиральным подводом 2 и окружностью 3 подвода воды к направляющему аппарату рабочего колеса (не показан). При этом в подводе 2 выделены открытая часть 2a и спиральная часть 2б. Поперек проточного тракта установлен аэратор 4 с отверстиями 5. Проточный тракт разделен на продольные зоны I, II, III (чертеж, а) и I, II (чертеж, б), каждая из которых заканчивается соответствующей ей частью Ia, IIa, IIIa (Ia, IIa) окружности 3 подвода 2, при этом открытой части подвода 2а соответствуют части Ia, IIa (чертеж, а) и Ia (чертеж, б), а спиральной части - соответственно IIIa (чертеж, а) и IIa (чертеж, б).

Каждой из частей Ia, IIa, IIIa окружности 3 подвода к направляющему аппарату рабочего колеса соответствует свой центральный угол охвата ₁,₂,₃.

Предложенный способ состоит в следующем. Поток воды поступает сначала в проточный тракт 1 и направляется им к направляющему аппарату рабочего колеса гидромашины, причем часть потока из проточного тракта поступает на направляющий аппарат рабочего колеса из открытой части 2a подвода, а большая часть с начальной закруткой потока поступает из спиральной части 2б подвода к направляющему аппарату рабочего колеса гидромашины, при этом через отверстие 5 аэратора 4 в проточный тракт 1 с целью устранения воздействия кавитации в гидромашине на гидробионты и мальков рыб и тем самым предотвращения разрушения последних, дисперсно подают воздух, объем которого за единицу времени в зависимости от зоны подачи воздуха в проточном тракте устанавливают прямо пропорционально центральному углу охвата (₁,₂,₃) части окружности подвода (Ia, IIa, IIIa), питаемом соответствующей зоной.

Как можно видеть (чертеж, б), при угле охвата спиральной части подвода (и соответственно части окружности IIa спиральной части подвода) 270 через зону II проточного тракта проходит три четверти потока воды, и соответственно для одинаковой плотности насыщения потока воды пузырьками воздуха через аэратор в зону II потока подают в три раза больше воздуха, чем в зону I, хотя последняя почти вдвое шире, чем зона II.

Для открытой части подвода 2a (чертеж, а) продольные зоны I, II проточного тракта приняты по ширине такими, что заканчивающие их части окружности подвода Ia и IIa имеют одинаковые центральные углы охвата ₁,₂ и поэтому обе зоны насыщают одинаковым количеством воздуха, соответственно имеется равное количество отверстий 5 в этих зонах.

Положительный эффект от реализации заявляемого способа заключается в резком ослаблении кавитационного воздействия и соответственно в уменьшении в 4 и более раз гибели гидробионтов и мальков рыб, что позволяет восстановить экологический баланс за счет сохранения основной массы гидробионтов и мальков рыб, использовать при этом эффект самоочищения водотока, резко улучшить кормовую базу рыбного хозяйства.