Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ЗАСТОЙНЫХ ВОД АКВАТОРИЙ БУХТ И ЗАЛИВОВ ТРУБОПРОВОДАМИ С ТРЕУГОЛЬНОЙ ВНУТРЕННЕЙ ВИНТОВОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ

Изобретение относится к гидротехнике и, в частности, к устройствам для очистки застойных вод акваторий бухт и заливов водой прибрежных течений, проходящих мимо них транзитом. Может быть использовано для очистки заливов рек путем направления течений в их застойные воды и усиления циркуляции воды в них.

Известна карта (фиг. 1) морских течений Черного моря (htth://blacksea-map/ru/map_black_sea_current_map576665_0_0.htm). На ней видны течения, опоясывающие все Черное море, в том числе, показаны течения вблизи берегов со скоростями до 40 см/с, проходящие вблизи Геленджикской бухты (фиг. 2), но не заходящие в нее, так же как в Цемесскую и в другие бухты курортных городов Черного моря (Геленджик и его окрестности. Краснодар, 1964: Колесникова Α.Α., Казицин В.В., Щеглов Д.Е., Геленджик. Справочник-путеводитель, 2 изд. Краснодар, 1969). Поэтому циркуляция воды, например в Геленджикской бухте, замедлена - скорость течений в ней недостаточна - 0,1 мм/с, что отрицательно сказывается на экологическом состоянии этой бухты, накоплении загрязнений в виде мусора, наносов и плавающих включений.

Техническим решением является очистка застойных и загрязненных вод акваторий бухт и заливов путем создания внутри их постоянной циркуляции чистой морской воды с помощью предлагаемого изобретения за счет поворота и направления прибрежных течений вглубь их акватории, увеличения скорости искусственно созданных течений с последующим выводом в открытое море этими течениями загрязнений бухт и заливов.

Наиболее близким к предлагаемому изобретения является устройство для очистки вод акваторий бухт (патент №2479690, кл. МПК В02В 15/00, опубл. 20.04.2013, бюл. №11), включающее блок из одного и более изогнутых винтовых трубопроводов, соединенных между собой боковыми сторонами и смонтированных в одном блоке, который закреплен на пути потока прибрежных течений для изменения направления части потоков воды, увеличения их скорости и введения этих потоков в акваторию бухт, при этом каждый винтовой трубопровод выполнен изогнутым под углом от 45° до 170° с многозаходной винтовой поверхностью, снабженной винтовыми канавками внутри и наружи винтового трубопровода под углом к его оси в виде карманов многоугольной формы в форме различных геометрических фигур с четырьмя и более боковыми сторонами, причем расстояние между прямыми линиями сгиба равно длине каждого элемента многоугольника, при этом карманы по внутренней и наружной поверхностям могут отличаться как по форме, так и размерам по периметру винтового трубопровода, смонтирован из секций, каждая из которых выполнена в виде кругового сектора, изготовленного из полосы, свернутой в кольцо с многогранной поверхностью и образованием разных по размерам четырехугольников с двумя параллельными сторонами, расположенными параллельно друг другу, при этом секции соединены друг с другом свободными сторонами упомянутых четырехугольников в виде пустотелого винтового трубопровода.

Недостатками известного устройства являются ограниченные технологические возможности из-за недостаточного втягивания и закручивания потоков воды прибрежных течений в трубопроводы, недостаточная мощность и скорость этих потоков, а также недостаточная их циркуляция из-за сравнительного малого расстояния выхода этих потоков из трубопроводов вблизи устья бухт и заливов движения. В результате часть потоков воды возвращается в зону прибрежных течений моря, которые втягиваются потоками прибрежных течений моря, и поэтому не обеспечивается подача потоков воды вглубь акваторий заливов и бухт и на достаточное расстояние от устья бухт и заливов.

Технической задачей является расширение технологических возможностей и обеспечение подачи потоков воды из акваторий моря вглубь акваторий заливов и бухт и отведение этих потоков на удаление от устья бухт и заливов.

Техническое решение достигается тем, что в устройстве для очистки застойных вод акваторий бухт и заливов трубопроводами с треугольной внутренней винтовой поверхностью, включающем блок из одного и более изогнутых трубопроводов, соединенных между собой боковыми сторонами и смонтированных в одном блоке, который закреплен на пути потока прибрежных течений для изменения направления части потоков воды, увеличения их скорости и введения этих потоков в акваторию бухт и заливов, при этом каждый трубопровод выполнен изогнутым под углом от 45° до 170° с образованием по его наружному и внутреннему периметру многозаходных винтовых поверхностей треугольной формы, каждый трубопровод выполнен в виде соосно установленных и жестко соединенных между собой пустотелых винтовых барабанов, в том числе приемной секции, прямолинейной секции, сектора поворота с углом изгиба 30°-170° и прямолинейной секции, причем приемная секция выполнена в виде конической втулки, к внутренней поверхности которой под углом, равным углу наклона винтовых линий прямолинейной секции, прикреплены криволинейные винтовые вставки в виде криволинейных угловых пластин, скрученных по длине по винтовым линиям, равным шагу винтовых линий прямолинейной секции, причем количество вставок равно количеству винтовых карманов прямолинейной секции, причем количество вставок равно количеству винтовых карманов прямолинейной секции, а пустотелые прямолинейные секции изготовлены, по меньшей мере, из одной полосы, согнутой по прямым линиям, размещенным под углом к кромкам полос, с образованием одинаковых параллелограммов, расположенных на полосе попеременно в противоположные стороны, при этом полоса свернута в цилиндрические витки, соединенные друг с другом по продольным кромкам, с образованием по наружной поверхности однонаправленных винтовых линий под углом к оси прямолинейной секции, а на внутренней поверхности - винтовых карманов треугольной формы, причем сектор поворота выполнен из секций, каждая из которых смонтирована из полосы, согнутой попеременно в разные стороны по прямым линиям в виде линий сгиба, расположенных на полосе на равных расстояниях друг от друга и размещенных под углом к кромкам полосы с образованием разных по размерам четырехугольников с двумя параллельными сторонами, расположенными на полосе попеременно и параллельно друг другу, при этом полоса свернута в кольцо с карманами треугольной формы, а секции соединены друг с другом свободными сторонами упомянутых четырехугольников с образованием по его периметру наружной и внутренней поверхностей многозаходных винтовых поверхностей треугольной формы и однонаправленных многозаходных винтовых линий.

По данным патентно-технической литературы не обнаружено техническое решение, аналогичное заявляемому, что позволяет судить об изобретательском уровне предлагаемого устройства для очистки застойных вод акваторий бухт и заливов трубопроводами с треугольной внутренней винтовой поверхностью.

Новизна обусловлена тем, что каждый трубопровод выполнен в виде соосно установленных и жестко соединенных между собой пустотелых винтовых барабанов, в том числе приемной секции, прямолинейной секции, сектора поворота с углом изгиба 30°-170° и прямолинейной секции, причем приемная секция, выполненная в виде конической втулки с закрепленными внутри винтовыми вставками, к внутренней поверхности которой под углом, равным углу наклона винтовых линий прямолинейной секции, прикреплены криволинейные винтовые вставки в виде криволинейных пластин, свернутых по винтовым линиям, равным винтовым линиям прямолинейных секций, причем количество вставок равно количеству винтовых карманов прямолинейной секции, а прямолинейные секции изготовлены, по меньшей мере, из одной полосы, согнутой по прямым линиям, размещенным под углом к кромкам полос, с образованием одинаковых параллелограммов, расположенных на полосе попеременно в противоположные стороны, при этом полоса свернута в цилиндрические витки, соединенные друг с другом по продольным кромкам, с образованием по наружной поверхности однонаправленных винтовых линий под углом к оси прямолинейной секции, а на внутренней поверхности - винтовых карманов треугольной формы, причем сектор поворота выполнен из секций, каждая из которых смонтирована из полосы, согнутой попеременно в разные стороны по прямым линиям в виде линий сгиба, расположенных на полосе на равных расстояниях друг от друга и размещенных под углом к кромкам полосы с образованием разных по размерам четырехугольников с двумя параллельными сторонами, расположенными на полосе попеременно и параллельно друг другу, при этом полоса свернута в кольцо с карманами треугольной формы, а секции соединены друг с другом свободными сторонами упомянутых четырехугольников с образованием по его периметру наружной и внутренней поверхностей многозаходных винтовых поверхностей треугольной формы и однонаправленных многозаходных винтовых линий.

Новизна обусловлена тем, что трубопровод выполнен с треугольной формой проходного сечения и с треугольной многозаходной винтовой поверхностью, снабженной винтовыми канавками внутри и наружи трубопровода под углом к его оси в виде карманов треугольной формы, что обеспечивает не только изменение направления течения воды, направляя их потоки в акватории бухт и заливов, но и расширяет технические возможности и упрощает сложность изготовления.

Новизна заключается в том, что каждый трубопровод с треугольной формой проходного сечения выполнен изогнутым под углом от 30° до 170° и более с изменяющимся по диаметру трубопровода с треугольной формой проходного сечения, что расширяет технологические возможности, упрощает изготовление.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где: на фиг. 1 изображена карта течений Черного моря бухты; на фиг. 2 - карта бухты, например, карта побережья Геленджикской бухты; на фиг. 3 - устройство для очистки вод акваторий бухт и заливов в виде блока из шести трубопроводов, смонтированных в три ряда, вид сверху; на фиг. 4 - сечение А-А на фиг. 3; фиг. 5 - один из трубопроводов в сборе из четырех соединенных жестко пустотелых винтовых барабанов, вид сверху; на фиг. 6 - приемная секция, выполненная в виде конической втулки с закрепленными внутри винтовыми вставками; на фиг. 7 - разрез А-А на фиг. 6; на фиг. 8 - одна из винтовых вставок, наглядное изображение; на фиг. 9 - одна из прямолинейных секций - пустотелых прямолинейных винтовых барабанов с карманами треугольной формы, общий вид; на фиг. 10 - вид А на фиг. 9; на фиг. 11 - разрез Б-Б на фиг. 9 (М2:1); на фиг. 12 - полоса с размеченными прямыми линиями; на фиг. 13 - полоса, согнутая по прямым линиям; на фиг. 14 - аксонометрическая проекция полосы, свернутой в цилиндрический виток; на фиг. 15 - сектор поворота, вид сверху; на фиг. 16 - сечение Г-Г на фиг. 15; на фиг. 17 - полоса с размеченными прямыми линиями сгиба и линиями обрезки кромок четырехугольника; на фиг. 18 - полоса после обрезки кромок четырехугольников; на фиг. 19 - полоса после обрезки кромок четырехугольников, согнутая по прямым линиям сгиба; фиг. 20 - аксонометрическая проекция полосы, свернутой в кольцо - секцию; на фиг. 21 - устройство для очистки вод акваторий бухт и заливов в виде блока из восьми трубопроводов, смонтированных в один ряд, общий вид; на фиг. 22 - карта бухты со смонтированным на пути потока прибрежных течений предлагаемого устройства для очистки вод акваторий бухт и заливов с криволинейной внутренней винтовой поверхностью трубопроводов.

Предлагаемое устройство (фиг. 3, фиг. 4) выполнено в виде блока 1 из одного и более изогнутых под углом трубопроводов 2, соединенных между собой боковыми сторонами известными способам, например, смонтированных в одном блоке 1, залитом по периметру бетонном в виде пирамиды по всей длине трубопроводов 2. Угол сгиба трубопроводов устройства определяется геометрией устья залива, бухты, а точнее углом между направлением прибрежнего течения моря и касательной к берегу устья бухты, залива, на фиг. 2, например угол β≈60°. Границы блока 1 показаны утолщенными линиями с двумя точками на фиг. 3 и фиг. 4.

Каждый трубопровод 2 выполнен изогнутым под углом 30°-170°. Для примера на фиг. 5 показан трубопровод 2, изогнутый под углом β≈60°, выполненный в виде соосно установленных и жестко соединенных между собой пустотелых винтовых барабанов, например, четырех: конической формы винтовой барабан - приемная секция 3, и двух прямолинейных винтовых барабанов - прямолинейных секций 4 и 5, между которыми жестко вмонтирован пустотелый сектор поворота 6. Пустотелые винтовые барабаны, например, приемная секция 3, прямолинейная секция 4, сектор поворота 6 и прямолинейная секция 5 соединены поочередно друг с другом по линиям стыковки I-I, II-II, III-III с образованием пустотелого трубопроводов 2 с винтовой поверхностью по внутреннему периметру в виде карманов треугольной формы.

Приемная секция 3, выполненная в виде конической втулки 7, к внутренней поверхности которой под углом α, равным углу наклона винтовых линий прямолинейной секции β, прикреплены криволинейные винтовые вставки 8 в виде криволинейных угловых пластин, скрученных по винтовым линиям с шагом S1, равным шагу S2 винтовых линий прямолинейных секций, причем количество вставок 8 равно количеству винтовых карманов прямолинейной секции.

Приемная секция может быть изготовлена и иным способом.

Две пустотелые прямолинейные секции 4 и 6 (фиг. 9) изготовлены в виде однонаправленных пустотелых винтовых барабанов с образованием по их наружной поверхности (фиг. 9, фиг. 10, фиг. 11) однонаправленных винтовых линий 9-10-11-12-13-14-15-16-17-18-19-20 (показаны на чертежах утолщенной линией), а во внутренней поверхности по винтовым линиям карманов треугольной формы 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27.

Пустотелая прямолинейная секция, например, как на фиг. 10, фиг. 11, фиг. 12 изготовлена из одной полосы 28 (фиг. 6), согнутой по прямым линиям 29 (фиг. 13), размещенным на равном расстоянии L друг от друга и под одинаковыми углами β к кромкам полос 30, 31 (фиг. 12) с образованием одинаковых параллелограммов 32 и 33, расположенных попеременно в противоположные стороны (фиг. 13).

Полоса 28 после сгиба (фиг. 13) по прямым линиям 29 свернута в цилиндрические витки (фиг. 14), соединенные друг с другом по продольным кромкам (фиг. 14) известными методами, например сваркой. На фиг. 9 линия соединения витков полосы 28 по продольным кромкам показаны штрихпунктирной линией с двумя точками 34, с образованием по наружной поверхности однонаправленных винтовых линий, а по внутренней поверхности - по внутренним ломаным винтовым линиям - карманам треугольной формы 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27.

Пустотелые прямолинейные секции 4 и 5 могут быть изготовлены и другими способами.

Сектор поворота 6 изготовлен из секций 33 (одна из секций 33 на фиг. 15 выделена сплошными утолщенными линиями) соединенными между собой известными методами, например сваркой, клейкой и т.п. с образованием по внутреннему периметру сектора 6 винтовых линий и винтовых поверхностей в виде внутренних карманов треугольной формы 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40 (фиг. 16) и смонтирован из полосы 41 (фиг. 17), на которой размечены прямоугольники 42 и линии сгиба 43, размещенные на равных расстояниях друг от друга друг, равных длине развертки периметра карманов треугольной формы и под углом к кромкам полосы 41.

На полосе 41 размечены также линии обрезки 44 кромок полосы 41, показанных на фиг. 17 штрихпунктирной линией с двумя точками. После разметки по линии обрезки кромок 44 участки полосы 41 (на фиг. 17 эти участки полосы 41 заштрихованы) отрезаются, и полоса 41 приобретает вид, показанный на фиг.18, у которой линии сгиба 43 полосы 41, разные по длине L1, L2, L3, L4, L5, L6, L7, L8, L9, L10, L11, L12, L13, L14, L15, L16 с образованием при этом разных по размерам четырехугольников с двумя параллельными сторонами - линиям сгиба 43, параллельных друг другу. Таким образом, сектор поворота выполнен из секций 33, каждая из которых смонтирована из полосы 41, согнутой попеременно в разные стороны по прямым линиям 43 в виде линий сгиба, расположенных на полосе на равных расстояниях друг от друга и размещенных под углом к кромкам полосы с образованием разных по размерам четырехугольников 42 с двумя параллельными сторонами, расположенными на полосе попеременно и параллельно друг другу, при этом полоса 41 свернута в кольцо (секцию) 33 с карманами треугольной формы сторонами 45 и 46, а секции 33 соединены друг с другом свободными сторонами упомянутых четырехугольников с образованием по его периметру наружной и внутренней поверхностей многозаходных винтовых поверхностей треугольной формы и однонаправленных многозаходных винтовых линий. На фиг. 15 показана утолщенной линией одна из винтовых линий сектора поворота 47-48-49-50-51-52-53-54-55-56-57-58-59-60-61-62-63-64-65-66-67-68-69-70-71-72-73-74.

Изогнутый криволинейной формы сектор поворота 6 (фиг. 15) с криволинейной винтовой поверхностью по его внутреннему и наружному периметру и образованием по его внутренней поверхности карманов треугольной формы и однонаправленных многозаходных винтовых линий может быть изготовлен и иным способом.

Угол поворота криволинейной винтовой поверхности сектора поворота 6 может регулироваться в диапазоне 30°-170° путем изменения ширины полосы 41, прямоугольников 42 и изменения соотношения длин линий сгиба 43.

На фиг. 21 показан блок 1 из восьми трубопроводов 2, смонтированных в один ряд и соединенных между собой боковыми сторонами известными способами и залитыми бетоном, т.е. выполненными в виде широкой плиты. Такие блоки можно устанавливать в бухты, где достаточно большая ширина входа в бухту. Они будут занимать не более 1.5% входа в бухту и не препятствуют судоходству. Расчеты показывают, что для очистки воды вдоль берегов Геленджикской бухты достаточно на пути движения потоков течений смонтировать блок 1 из восьми трубопроводов 2 в один ряд. Примерная схема расчета прилагается.

На фиг. 22 представлена карта бухты со смонтированным на пути прибрежных течений предлагаемым устройством для очистки вод акваторий бухт и заливов с трубопроводами с треугольной формой внутренней поверхности и указанием направления движения потоков воды прибрежных течений моря внутри бухты. Такие блоки можно устанавливать в бухты, где достаточно большая ширина входа в бухту, например в Геленджикской бухте ширина входа 1800 м.

Технико-экономические преимущества возникают за счет поворота и направления потоков прибрежных течений вглубь акваторий бухт и заливов с помощью предлагаемого устройства, включающего трубопровод, который выполнен в виде соосно установленных и жестко соединенных между собой пустотелых винтовых барабанов, в том числе приемной секции, прямолинейной секции, сектора поворота с углом изгиба 30°-170° и прямолинейной секции, причем приемная секция, выполненная в виде конической втулки, к внутренней поверхности которой под углом, равным углу наклона винтовых линий прямолинейной секции, прикреплены криволинейные винтовые вставки в виде криволинейных угловых пластин, скрученных по длине по винтовым линиям, равным шагу винтовых линий прямолинейной секции, причем количество вставок равно количеству винтовых карманов прямолинейной секции, а прямолинейные секции изготовлены, по меньшей мере, из одной полосы, согнутой по прямым линиям, размещенным под углом к кромкам полос, с образованием одинаковых параллелограммов, расположенных на полосе попеременно в противоположные стороны, при этом полоса свернута в цилиндрические витки, соединенные друг с другом по продольным кромкам, с образованием по наружной поверхности однонаправленных винтовых линий под углом к оси прямолинейной секции, а на внутренней поверхности - винтовых карманов треугольной формы, причем сектор поворота выполнен из секций, каждая из которых смонтирована из полосы, согнутой попеременно в разные стороны по прямым линиям в виде линий сгиба, расположенных на полосе на равных расстояниях друг от друга и размещенных под углом к кромкам полосы с образованием разных по размерам четырехугольников с двумя параллельными сторонами, расположенными на полосе попеременно и параллельно друг другу, при этом полоса свернута в кольцо с карманами треугольной формы, а секции соединены друг с другом свободными сторонами упомянутых четырехугольников с образованием по его периметру наружной и внутренней поверхностей многозаходных винтовых поверхностей треугольной формы и однонаправленных многозаходных винтовых линий.

Приложение

Методика расчета устройств для очистки вод акваторий бухт и заливов

Предлагается методика для расчета основных параметров при проектировании и изготовлении устройства для очистки вод акваторий бухт и заливов.

1. Угол сгиба трубопроводов устройства определяется геометрией устья залива, бухты, а точнее углом между направлением прибрежнего течения моря и касательной к берегу устья бухты, залива, на фиг. 2, например угол β≈60°.

2. Длина побережья бухты равна 12000 м. При средней глубине 2 м и ширине полосы воды вдоль берега бухты 30 м объем воды вдоль всего побережья Геленджикской бухты W≈L×В×Н=12000×30×2≈720000 м³.

Ширина входа в Геленджикскую бухту 1800 м.

(Лотышев И.П. География Кубани. Энциклопедический словарь. Майкоп, 2008).

Для создания благоприятной экологически чистой среды в акватории Геленджикской бухты необходимо обеспечить замену этого объема воды в течение заданного времени Т, например, Т≈240 часа.

Скорость прибрежнего течения в районе Геленджикской бухты V=40 см/с = 2400 см/мин = 2,4 м/мин (Геленджик и его окрестности. Краснодар, 1964: Колесникова А.А., Казицин В.В., Щеглов Д.Е. Геленджик. Справочник-путеводитель, 2 изд. Краснодар,1969).

Таким образом, расход воды через трубопроводы устройства равен

При скорости течения V≈2,4 м/мин площадь проходного сечения предлагаемого устройства для очистки вод акваторий бухт и заливов равна

.

Поэтому для мелководной бухты, такой как Геленджикская, блок устройств для очистки вод акваторий бухт и заливов монтируется из восьми трубопроводов, изогнутых под углом β≈60°, соединенных друг с другом своими боковыми сторонами в один ряд.

Площадь проходного сечения одного трубопровода будет составлять S1=2.6 м², а значит диаметр одного трубопровода . Тогда ориентировочно поперечное сечение блока (показано на фиг. 21) по ширине будет составлять 18 м, по толщине - 2 м.