Пристрій для захисту водозаборів від попадання шуги

1. Пристрій для захисту водозабору від попадання шуги, що містить об'ємну фільтрувальну касету, встановлену в напрямну пазову конструкцію вхідного вікна затопленого водоприймального оголовка водозабору, що складається з металевої прямокутної контурної рами з пазами на внутрішньому боці, який відрізняється тим, що в металевій прямокутній контурній рамі в пази на внутрішньому боці щільно встановлені водопроникні фільтрувальні пластмасові труби. 3 витрати відбору води. Через вхідні вікна затопленого оголовка водозабору вода по трубах подається до насосів насосної станції водозабору. Біля затопленого оголовка водозабору утворюється зона захоплення - область, з якої походить безпосереднє живлення затопленого оголовка водозабору. Розміри області визначаються витратою води через вхідні вікна. При великому значенні усереднених подовжніх складових швидкості шуга захоплюється потоком і затягується у вхідні вікна. Щоб цього не відбувалося, на вхідні вікна передбачають монтаж металевих сміттєутримувальних ґрат. Ефект від використання таких пристроїв мінімальний: шуга примерзає до металевих стрижнів сміттєутримувальних ґрат, забиває вхідні вікна, припиняє подачу води до устаткування насосних станцій. З метою зниження підхідних швидкостей, при яких можливо забезпечувати спливання шуги і методами регулювання потоку на підході до затопленого оголовку водозабору відводити її, передбачають зниження подовжньої складової швидкості, проте при великих скупченнях шуги це не завжди може виявитися ефективним. Для зміни цієї ситуації на вхідні вікна встановлюють особливу систему фільтрів, але недосконалість їх конструкцій також не є рішенням питання. Якщо конструкція механічного фільтра передбачає як фільтрувальний матеріал використовування металевих (як правило сталевих) виробів елементів, що мають велику по величині теплопровідність, шуга, за умови, що температура металевих виробів перейшла через нуль за шкалою Цельсія і прийняла негативні значення, починає прилипати до металевих виробів і змерзатись з металевим виробом. Способи недопущення примерзання шуги до металевих виробів одноманітні - збільшення підхідного фронту, зворотна імпульсна промивка, підігрів металевих елементів, нанесення полімерних (гідрофобних) покриттів, що володіють меншими, ніж металеві елементи теплопровідністю, скидання вище за течією теплої води (для водозаборів ТЕЦ даний варіант найбільш оптимальний). Всі перераховані способи витратні і пошук шляхів здешевлення як самих фільтрів, так і робіт, пов'язаних з їх експлуатацією, дотепер активно продовжуються, причому далеко не тільки у вигляді дискусій на сторінках журналів. Основою промислового впровадження водозабірних фільтрів шугозатримки є тривалі експериментальні дослідження, перш за все, в лабораторних умовах, а потім з перенесенням на натуру. Відомий пристрій захисту водозаборів від попадання шуги, що складається з водопроникних фільтрувальних труб, розміщених у водоприймальному ковші перед водоприймачем, і приєднаних до компресорної установки з можливістю подачі повітря і створення перед водоприймачем водоповітряної завіси (SU 1086063 А, ВНИИ водоснабжения канализации, гидротехнических сооружений и инженерной гидрогеологии, 15.12.1983, Е 02 В 15/02). 28264 4 Недоліками даного пристрою є те, що він, поперше, не забезпечує відведення шуги з області водовідбору, по-друге, витрати на експлуатацію пристрою дуже високі. Відомий пристрій захисту водозаборів від попадання шуги, що складається з ковпака колони з розташованою усередині нього відвідною трубою і трубами з тангенціальне потоку розташованими форсунками змиву шуги (RU 2067144 СІ, ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева, 27.09.1996, Е 03 В 3/00). Недоліком даного пристрою є те, що він не забезпечує надійного виводу шуги і робота пристрою проходить в аварійному режимі. Відомий пристрій захисту водозаборів від попадання шуги, забезпечений перекачувальним насосом, головною водозабірною трубою, двома паралельними водозабірними трубами, розташованими усередині головної труби, регулювальним затвором, встановленим між кінцем труби і насосом. (US 5253954, Landsberger Samuel Е., 19.10.1993. Е 03 В 3/04). Недолік високі експлуатаційні витрати. Відомий пристрій захисту водозаборів від попадання шуги, виконаний на дні озера або річки у вигляді водопроникного фільтрувального даху з площею, яка значно перевищує переріз вхідної труби, що забезпечує невисоку швидкість всмоктування, а це є основною умовою для спливання шуги (FR 2562580, Jenker Wolfgang R., Christie Alan E. et Elsayed Emad E.M., 10.04.1985, E 03 В 3/04). Недоліками даного пристрою є те, що водопроникний фільтрувальний дах виготовляється з металу і шуга, примерзаючи до водопроникного фільтрувального даху, перекриває доступ води до насосної станції. Відомий пристрій захисту водозаборів від попадання шуги, в якому в трубі більшого діаметра розташована конусоподібна труба з фільтрувальними отворами (US 3992886, Scott Robert A., 23.11.1976, E 02 В 13/00). Недоліком даного пристрою є те, що він не забезпечує захист водозабору від попадання в нього шуги при великих витратах забираної води. Відомий пристрій захисту водозаборів від попадання шуги, що складається з розташованої на дні водотоку складної системи фільтрів, які забезпечують послідовну фільтрацію води перед подачею її в насосну станцію (RU 2124610 СІ, ВНИИ водоснабжения, канализации, гидротехнических сооружений и инженерной гидрогеологии, 10.01.1999, Е 03 В 3/04). Недоліками аналога є те, що пристрій швидко забивається шугою і наносами. Певний інтерес з зарубіжних патентів представляють не тільки водозабори, але і пристрої для огорожі верхньої частини потоку і утримання шуги. Таких пристроїв відомо дуже багато, але всі вони однотипні і було б неправильно перераховувати всі їх типи. Значна частина патентів була видана в США, Франції, Німеччині. Наведемо як приклад найхарактерніші пристрої. Ці пристрої, зокрема, винайдені в Англії і у Франції. 5 Відомий пристрій захисту водозаборів від попадання шуги, що містить послідовно сполучені бони з контейнерами з твердим двоокисом вуглецю і внутрішніми каналами для закачування рідини з низькою температурою, що перегороджують потік і утримуючі пливучий по поверхні лід (GB 2007747 А, Shuffman D До., May 23, 1979, Е 02 В 3/00). Недоліками даного пристрою є те, що він не забезпечує захист водозабору від попадання шуги, що пливе в глибині потоку. Відомий пристрій захисту водозаборів від попадання шуги, що представляє собою утримувану на поверхні води за допомогою поплавців легку вертикально розташовану парусоподібну конструкцію (US 4398844, Institut Francais du Petrol, Aug. 16, 1983, Е 02 В 15/04). Недоліками даного пристрою є те, що він затримує тільки лід, що пливе по поверхні потоку, але не забезпечує захист водозабору від шуги. На цей час запатентовано декілька десятків способів і пристроїв захисту водозаборів від попадання шуги. Найближчим до корисної моделі по сукупності суттєвих ознак є пристрій захисту водозаборів від попадання шуги, що містить об'ємну фільтрувальну касету, що складається з закріпленої в металевій прямокутній контурній рамі з пазами на внутрішньому боці армованої керамзитобетонної плити. Об'ємна фільтрувальна касета встановлена в напрямну пазову конструкцію вхідного вікна затопленого водоприймального оголовка водозабору і забезпечує фільтрацію води від шуги при її подачі в насосну станцію (Образовский А. С., Ереснов Н.В., Ереснов В.Н., Казанский М.А. Водозаборные сооружения для водоснабжения из поверхностных источников, Стройиздат, 1976. С.368) (210с.). Недоліками прототипу є те, що пристрій, поперше, легко забивається шугою, по-друге, малонадійний в експлуатації (при використовуванні методу зворотної імпульсної промивки легко руйнується в самих слабких місцях з утворенням отворів), по-третє, украй складний у виготовленні, по-четверте, має велику вагу в спорядженому стані. Описані суттєві ознаки заявленої корисної моделі відрізняють пристрій від найближчого аналога, оскільки у ньому використані засоби, що забезпечують отримання нового технічного результату. В основу корисної моделі поставлена задача забезпечення нового технічного результату, який полягає в тому, що зростає якість захисту водозабору від попадання шуги за рахунок використання в об'ємній фільтрувальній касеті як фільтрувального матеріалу пластичних мас, що мають більш високу теплоємність і більш низьку теплопровідність, ніж керамзитобетон, що і створює умови меншого примерзання шуги до об'ємної фільтрувальної касети. Поставлена задача вирішується тим, що пристрій для захисту водозабору від попадання шуги містить об'ємну фільтрувальну касету, встановлену в напрямну пазову конструкцію 28264 6 вхідного вікна затопленого водоприймального оголовка водозабору, що складається з металевої прямокутної контурної рами з пазами на внутрішньому боці і, згідно корисної моделі, в металевій прямокутній контурній рамі в пази на внутрішньому боці щільно встановлені водопроникні фільтрувальні пластмасові труби. В окремих варіантах виконання пристрою в металевій прямокутній контурній рамі в пази на внутрішньому боці водопроникні фільтрувальні пластмасові труби можуть бути встановлені вертикально або горизонтально, або в декілька рядів. Теплоємність відношення підведеної кількості тепла до підвищення температури пластичних речовин і полімерів залежить від температури. При температурі 20...30°С теплоємність даних технічних матеріалів вельми різна, але, як правило, вище за металеві вироби, і лежить в межах від 1, частіше ~ 1,5 до 2кДж/(кгК). Сталь і чавун, наприклад, залежно від марки мають теплоємність (при нормальній температурі) 0,42...0,54кДж/(кг.К). Керамзитобетон 0,84кДж/(кг.К). Таким чином, теплоємність пластичних мас вище за вироби з дерева і значно вище виробів з металу. Теплопровідність - молекулярне перенесення теплоти (теплоперенесення) в сплошному середовищі, обумовлена наявністю градієнта температур, - така різна, що для її коментаря тут абсолютно немає місця. Теплопровідність сталі змінюється від 10 до 110Вт/(м.К) і вище. Тобто навіть у сталей "малої теплопровідності" вона всетаки значно (там, де важливий облік сотих часток градуса - при утворенні кристалів води) вище, ніж, наприклад, керамзитобетону, теплопровідність якого при температурі 25°С 1,3...1,6Вт/(м.К), залежно від армованости. При цьому пластичні маси мають теплопровідність 0,04...0,1, рідко 0,2Вт/(м.К). Таким чином, теплопровідність пластичних мас значно нижче за теплопровідність керамзитобетону і у багато разів нижче за теплопровідність металів. Тому використовування пластичних мас як фільтрувального матеріалу в об'ємних фільтрувальних касетах з експлуатаційної точки зору більш раціонально, ніж використовування керамзитобетону, тим більше неприпустимо використовування різного роду металів. Крім того підвищується експлуатаційна надійність за рахунок використання більш міцного матеріалу об'ємних фільтрувальних касет, полегшується технологія виготовлення, а також знижується вага об'ємних фільтрувальних касет. На фіг. 1 представлений загальний вид об'ємної фільтрувальної касети 1 в спорядженому стані; на фіг. 2 показаний затоплений водоприймальний оголовок водозабору 7 з вставленою в напрямну пазову конструкцію 5 вхідного вікна 6 об'ємної фільтрувальної касети 1; на фіг. 3, 4 - порядок можливої розстановки водопроникних фільтрувальних пластмасових труб 4 в об'ємній фільтрувальній касеті 1. Пристрій містить об'ємну фільтрувальну касету 1, яка являє собою металеву прямокутну контурну раму 2 з пазами на внутрішньому боці 3. 7 В металевій прямокутній контурній рамі 2 в пазах на внутрішньому боці З щільно встановлені водопроникні фільтрувальні пластмасові труби 4. Матеріалом, з якого виготовляють водопроникні фільтрувальні пластмасові труби 4, є пластичні маси достатньої міцності, щоб не руйнуватися в процесі монтажу і експлуатації об'ємної фільтрувальної касети. Водопроникні фільтрувальні пластмасові труби 4 виготовляють у виробничих умовах методом литва, перфорації або іншими відомими способами з подальшою обробкою. Металеву прямокутну контурну раму 2, в пази на внутрішньому боці 3 якої щільно встановлюють водопроникні фільтрувальні пластмасові труби 4, виготовляють з міцного металу. Водопроникні фільтрувальні пластмасові труби 4 можуть розміщуватися в об'ємній фільтрувальній касеті 1 вертикально або горизонтально, в один ряд або декілька рядів. Об'ємну фільтрувальну касету 1 споряджають на суші, і потім з плавтехзасобу, наприклад з баржі, опускають під воду і встановлюють в напрямну пазову конструкцію 5 вхідних вікон 6 затопленого водоприймального оголовка водозабору 7. Напрямну пазову конструкцію 5 вхідних вікон 6 затопленого водоприймального оголовка водозабору 7 виготовляють з металу і вмонтовують на місце вхідних вікон 6 затопленого водоприймального оголовка водозабору 7 при будівництві затопленого водоприймального оголовка водозабору 7. Пристрій працює таким чином. Після установки об'ємної фільтрувальної касети 1 в напрямну пазову конструкцію 5 вхідного вікна б затопленого водоприймального оголовка водозабору 7 пристрій готовий до роботи. Вода поступає в насосну станцію водозабірної споруди через вхідне вікно 6 затопленого водоприймального оголовка водозабору 7 і при цьому, проходячи через об'ємну фільтрувальну касету 1, фільтрується. При фільтрації води відбувається її очищення від шуги. Захист водозабору від попадання в нього шуги відбувається таким чином. Зашугований потік рухається до водоприймальних вхідних вікон 6 затопленого водоприймального оголовка водозабору 7 і, підходячи до об'ємної фільтрувальної касети 1, починає проходити через неї. Особливості фільтрацій об'ємної фільтрувальної касети 1 такі, що шуга, затримуючись, не проникає всередину затопленого водоприймального оголовка водозабору 7. Шуга скоплюється перед об'ємною фільтрувальною касетою 1, але не примерзає до водопроникних фільтрувальних пластмасових труб 4, оскільки, як показують численні досліди, примерзання шуги відбувається при високій теплопровідності матеріалу, якої пластичні маси не володіють. Шугу, що скопилася перед об'ємною фільтрувальною касетою, методами зворотної імпульсної промивки або використовуючи інші методи, відгонять в область транзитного потоку, забезпечуючи вільний доступ води до вхідного вікна 6 затопленого водоприймального оголовка водозабору 7. 28264 8 Таким чином, пристрій дозволяє забирати воду з поверхневих джерел і при цьому, на відміну від багатьох існуючих пристроїв і способів, захищати водозабір від попадання шуги. 9 28264 10