вихревой водозаборный рыбозащитный фильтр

Формула изобретения

Вихревой водозаборный рыбозащитный фильтр, содержащий цилиндрическую камеру с фильтрующими стенками, снабженную рыбоотводом и тангенциально подключенным водоподводом, отличающийся тем, что рыбоотвод подключен к камере тангенциально встречно водоподводу, внутри камеры перед рыбоотводом установлен отрезок спиральной перегородки, образующий начало вихревого канала, конец которого выведен в водоподвод попутно, а фильтрующими стенками камеры служат два ее противолежащих торца, выполненные в виде винтовых однооборотных поверхностей противоположного шага, расстояние между которыми у рыбоотвода равно преимущественно ширине его проходного сечения, а у водоподвода превышает указанную величину на двойной шаг винта.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к элементам гидротехнических конструкций и предназначено, в частности, для применения в водозаборных сооружениях.

Известен водозаборный фильтр по авт.св. №1528853, МПК Е02В 8/98, 1988, представляющий собой неподвижный сетчатый барабан, внутри которого соосно-вращательно смонтирована водоструйная флейта (средства промывки сетчатого полотна барабана). Во время работы мусор и рыба, прижатые потоком воды к внешней стенке барабана, периодически отбиваются струями воды, истекающими радиально барабану из отверстий флейты.

Исследования показали, что водозаборный фильтр в виде неподвижных сетчатых поверхностей с периодической их промывкой обуславливает многократное прижатие молоди рыб к сетке, в то время как уже двукратное прижатие увеличивает гибель молоди в два раза (см. Д.С.Павлов, А.М.Пахоруков. Биологические основы защиты рыб от попадания в водозаборные сооружения. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983 г.).

Было установлено, что в конструкциях рыбозащитных фильтров с вращающимся сетчатым полотном достается однократное прижатие и однократное воздействие смывного потока на рыб, что способствует сохранению молоди. Поэтому в настоящее время широкое распространение получили фильтры с подвижными сетчатыми поверхностями, в качестве которых в ряду конструктивных и гидродинамических требований преимущественно используются вращающиеся полые сетчатые конусы.

Так, в результате последовательного усовершенствования конструкции фильтра с вращающимся сетчатым конусом был создан «Водозаборный рыбозащитный фильтр» по патенту РФ №2208086, МПК Е02В 8/98, А01К 61/00, 2001.

Известный фильтр имеет три коаксиально смонтированных друг в друге сетчатых встречно направленных конуса, каждый из которых окружен ориентированными по образующим конуса гидродинамическими плоскостями, создающими при их вращении вокруг поверхностей каждого из конусов гидродинамическую завесу, препятствующую контакту молоди рыб с поверхностью конуса. Фильтр имеет пустотелые спицы с круговым лотком, которые направляют молодь в рыбоотвод.

К достоинствам известного фильтра относятся его высокая пропускная способность при небольших габаритах и эффективность рыбозащиты.

Однако известный фильтр имеет большую номенклатуру оригинальных деталей, что усложняет и удорожает его производство и эксплуатационный ремонт, исключающий взаимозаменяемость элементов конструкции.

Несмотря на конструктивное многообразие рыбозащитных средств, по способу рабозащиты они делятся на три группы: заградительные, отгораживающие и концентрирующие, из которых последние наиболее успешны в части сохранности молоди, поскольку используют поведенческие механизмы рыб и их связь с условиями среды, например при распределении молоди на излучине реки она смещается в сторону вогнутого берега (см. Д.С.Павлов, А.М.Пахоруков. - М.: Биологические основы защиты рыб от попадания в водозаборные сооружения, 1983, стр.27, рис.17). Механизм реализации этого принципа заложен в устройстве, показанном в СНиП 2.06.07-87, черт.13, «Рыбозащитный концентратор с вертикальной сепарацией рыб», который, тем не менее, не является непосредственно рыбозащитным фильтром и заменить его не может.

Исходя из названия устройства, отражающего его техническую суть, за прототип заявленного изобретения может быть выбрано техническое решение, описанное в указанном выше издании Д.С.Павлов и др. на стр.99 (см. соответственно также авт.св. №194006) «Вихревая рыбозащитная камера с центральным рыбоотводом». Другие вихревые рыбозащитные устройства, упомянутые там же, в материалах настоящей заявки не рассматриваются ввиду сомнений в их практической полезности.

Указанное известное устройство содержит вихревую камеру, над которой установлен цилиндрический корпус с фильтрующими щелевыми стенками, через которые вода поступает в водозабор.

В корпусе смонтирована карусельная установка, несущая приводные лопасти, очистительные ножи для фильтрующих щелей и спиральные мусоронаправляющие лопасти. При тангенциальной подаче воды в нижнюю часть вихревой камеры карусельная установка начинает вращаться, образуя в центре камеры вихревую воронку, в которую вовлекается молодь рыб вместе с мусором и выносится в водоем через донный рыбоотвод.

Известное устройство имеет ряд недостатков, препятствующих его широкому использованию. Так, из анализа конструкции известного устройства и опубликованных комментариев, основанных на проведенных эксплуатационных испытаниях, следует, что устройство пригодно для защиты рыб на водозаборах небольшой производительности. Однако для таких водозаборов устройство имеет неоправданно сложную конструкцию, что не позволяет наращивать производительность простыми средствами. Можно согласиться, что устройство успешно справляется с очисткой забираемой из водоема воды от мусора, однако его способность сохранять молодь вызывает большие сомнения, поскольку использованный способ очистки прямо противоположен известным принципам пространственного распределения рыб в циркулирующем потоке (сравнить с распределением рыбы на излучине реки), в соответствии с которыми для возврата в водоем рыба должна отбираться не из интенсивного турбулентного потока искусственно созданной воронки в центре камеры, а от ее пристеночных слоев, где характер потока стремится к ламинарному.

Перед заявленным изобретением была поставлена задача - создать конструктивно простой водозаборный фильтр, использующий для рыбозащиты поведенческие механизмы рыб и их связь с условиями среды.

Поставленная задача решается тем, что предложен вихревой водозаборный рыбозащитный фильтр, содержащий цилиндрическую камеру с фильтрующими стенками, снабженную рыбоотводом и тангенциально подключенным водоподводом.

Новым в предложенном фильтре является то, что рыбоотвод подключен к камере тангенциально-встречно водоподводу, внутри камеры перед рыбоотводом установлен отрезок спиральной перегородки, образующий начало вихревого канала, конец которого выведен в водоподвод попутно, при этом фильтрующими стенками камеры служат два ее противолежащих торца, выполненные в виде винтовых однооборотных поверхностей противоположного шага, расстояние между которыми равно у рыбоотвода преимущественно ширине его проходного течения, а у водоподвода превышает указанную ширину на двойной шаг винта.

Технический результат заявленного устройства заключается, прежде всего, в высокой степени сохранности молоди рыб, поскольку ее распределение по скоростям потоков внутри фильтра для отбора в рыбоотвод соответствует ее распределению в естественных условиях, а также потому, что в устройстве отсутствуют какие-либо детали и узлы, механически взаимодействующие между собой в процессе работы, что значительно повышает надежность и долговечность работы устройства в целом.

На фиг.1 схематически показано заявленное устройство, вид сбоку в разрезе; на фиг.2 - то же, вид сверху, на фиг.3 - возможное конструктивное исполнение фильтрующих поверхностей, наглядное изображение.

Фильтр содержит цилиндрическую камеру 1 с противолежащими торцовыми фильтрующими стенками 2 (сетчатыми, жалюзийными и т.д.). К камере 1 тангенциально подключены водоподвод 3 и рыбоотвод 4, связывающие устройство с водоемом (на чертежах не показан), при этом тангенциальность обоих водоводов 3 и 4 встречная (разнонаправленная). Внутри камеры 1 перед рыбоотводом 4 установлен отрезок 5 спиральной перегородки, служащий началом вихревого канала 6, окончание 7 которого выведено в водоподвод 3 попутно (однонаправленное движение потоков).

Каждая из противолежащих торцовых стенок 2 представляет собой винтовую поверхность длиной в один оборот, а обе поверхности выполнены по отношению друг к другу с противоположным шагом винта (фиг.3). За исходное расстояние между поверхностями 2 принимается ширина «t» проходного сечения рыбоотвода 4. Отсюда: расстояние между стенками 2 в месте соединения с ними рыбоотвода 4 также будет равно «t», а в месте соединения водоподвода 3 соответственно: «Т=t+2S», где «S» - линейная величина шага винта винтовой поверхности 2 (фиг.3).

Устройство работает следующим образом.

При включении сетевых насосов (на чертежах не показаны) поток воды из водоема через водоподвод 3 по стрелкам «А» попадает в полость камеры 1 и далее, оборачиваясь вокруг геометрической оси «О», направляется к рыбоотводу 4, перед входом в который разделяется перегородкой 5 на два потока «Б» и «В» соответственно малого и большого диаметров. Отделенный поток «Б» попадает в вихревой канал 6, а истекая из него через окончание 7, - в сопутствующий поток «А», вызывающий эффект эжекции. В результате последнего циркуляция воды вокруг оси «О» улучшается и, следовательно, улучшается обмывание и очистка боковых (фильтрующих) стенок 2 камеры 1. При этом молодь рыбы и отфильтрованный мусор по большому диаметру «В» через рыбоотвод 4 возвращаются в водоем. Одновременно отфильтрованный объем воды через фильтрующие стенки 2 попадает в аванкамеру 8 (показана на фиг.2 штриховыми линиями) и далее через водозабор 9 потребителю.

Камера 1 может иметь сбросной люк 10, открывающийся вручную или автоматически при засорении полости камеры 1.

Позицией 11 на фиг.1 показана разграничительная линия, условно разделяющая зону 12 скопления мусора от зоны 13 фильтрации.