RU2074837C1 - Method and apparatus for aeration of water in reservoirs - Google Patents

Method and apparatus for aeration of water in reservoirs Download PDF

Info

Publication number
RU2074837C1
RU2074837C1 SU5066717A RU2074837C1 RU 2074837 C1 RU2074837 C1 RU 2074837C1 SU 5066717 A SU5066717 A SU 5066717A RU 2074837 C1 RU2074837 C1 RU 2074837C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
water
reservoir
deep
pipe
aeration
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Р.Б. Ахмедов
В.В. Клименко
Б.П. Пшеничный
Original Assignee
Акционерное общество закрытого типа "Экоэн"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество закрытого типа "Экоэн" filed Critical Акционерное общество закрытого типа "Экоэн"
Priority to SU5066717 priority Critical patent/RU2074837C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2074837C1 publication Critical patent/RU2074837C1/en

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A40/00—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production
    • Y02A40/80—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production in fisheries management
    • Y02A40/81—Aquaculture, e.g. of fish
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage

Abstract

FIELD: aeration of water. SUBSTANCE: method includes entering surface oxygen-saturated water into reservoir depth by means of transforming energy of surface waves into energy of displacement of water in pipeline. Simultaneously, deep water is lifted to the surface with acceleration due to hydrodynamic characteristics of inlet and outlet attachments of the pipeline and gas-lift effect of releasing gases, while deep water is heated using heat of surface water. Apparatus has a float, attached to it vertical pipe with return valve, annular surface heat exchanger arranged coaxially outside the pipeline, conoid attachments disposed on pipe inlets, and a conical converging attachment installed on inner pipe outlet. EFFECT: reduced power consumption due to using energy of waves. 7 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к гидроэнергетике, мелиорации земель и водоемов при охране и восстановлении биоресурсов в них. The invention relates to hydropower, land reclamation of land and water bodies in the protection and restoration of biological resources in them.

Известен способ аэрации глубинных вод водоемов посредством подачи их на поверхность водоема за счет преобразования энергии волн на его поверхности в работу по перемещению объема воды в рабочем трубопроводе [1]
Недостатком известного способа аэрации является его малая производительность и неэффективность обменных процессов в глубинных горизонтах водоема.A known method of aeration of deep waters of reservoirs by feeding them to the surface of the reservoir by converting the energy of the waves on its surface into the work of moving the volume of water in the working pipeline [1]
The disadvantage of this method of aeration is its low productivity and inefficiency of metabolic processes in the deep horizons of the reservoir.

Известен также более близкий к предложенному способ аэрации глубинных вод водоемов посредством подачи поверхностных насыщенных кислородом воздуха вод в глубину водоема за счет преобразования энергии волн на его поверхности [2]
Недостатком способа-прототипа является также его малая производительность и малая эффективность обменных процессов в глубинных горизонтах водоема.Known also closer to the proposed method of aeration of deep waters of water bodies by supplying surface oxygen-saturated water air to the depth of the reservoir by converting wave energy on its surface [2]
The disadvantage of the prototype method is its low productivity and low efficiency of metabolic processes in the deep horizons of the reservoir.

Известно устройство аэрации глубинных вод водоемов, содержащее понтон-поплавок, вертикальный трубопровод с сильфонным патрубком и теплообменник [1]
Недостатком известного устройства является его малая производительность и недостаточная надежность.A device for aeration of deep waters of reservoirs containing a pontoon float, a vertical pipeline with a bellows pipe and a heat exchanger [1]
A disadvantage of the known device is its low productivity and lack of reliability.

Известно также более близкое к предложенному устройство для аэрации глубинных вод водоемов, содержащее понтон-поплавок и вертикальный трубопровод с водопропускными каналами и обратными клапанами [2]
Недостатками устройства-прототипа для аэрации глубинных вод водоемов являются его малая производительность, недостаточная надежность и долговечность.It is also known closer to the proposed device for aeration of deep waters of reservoirs, containing a pontoon float and a vertical pipeline with culverts and check valves [2]
The disadvantages of the prototype device for aeration of deep waters of reservoirs are its low productivity, lack of reliability and durability.

Целью предлагаемого способа является повышение эффективности аэрации и обменных процессов как в поверхностных, так и в глубинных горизонтах водоемов. The aim of the proposed method is to increase the efficiency of aeration and metabolic processes both in the surface and in the deep horizons of water bodies.

Для достижения указанной цели в известном способе аэрации глубинных вод водоемов, когда насыщенные кислородом воздуха поверхностные воды подают в глубину водоема посредством преобразования энергии волн на его поверхности в работу по перемещению объемов воды в рабочем трубопроводе, согласно изобретению на поверхность водоема дополнительно подают с ускорением за счет газлифт-эффекта выделяющихся из них газов и насадок специального профиля глубинные воды и нагревают и дегазируют их за счет теплоты поверхностных вод; при этом поверхностные воды закручивают и транспортируют в глубину водоема также с ускорением за счет специальных направляющих и насадка определенного профиля. To achieve this goal in the known method of aeration of deep waters of water bodies, when surface water saturated with oxygen of the air is supplied to the depth of the water body by converting the wave energy on its surface to the work of moving water volumes in the working pipeline, according to the invention, it is additionally supplied to the surface of the water body with acceleration due to the gas-lift effect of the gases emitted from them and nozzles of a special profile, the deep waters heat and degass them due to the heat of surface waters; while the surface water is twisted and transported to the depth of the reservoir also with acceleration due to special guides and a nozzle of a certain profile.

Таким образом, сущность способа аэрации глубинных вод водоемов состоит в том, что поверхностные воды завихряют и одновременно с подачей их в глубину водоема на его поверхность также с ускорением подают глубинные воды предпочтительно в фонтанирующем режиме за счет газлифт-эффекта, создаваемого выделяющимися из них газами, например азотом и другими компонентами воздуха, и насадок определенного профиля. При этом осуществляют нагрев глубинных вод за счет теплоты поверхностных вод практически в трех зонах теплообмена: в транспортирующем трубопроводе, в его выходном насадке и в поверхностном теплообменнике. Thus, the essence of the method of aeration of deep waters of reservoirs is that surface waters swirl and at the same time as they are fed into the depth of the reservoir, deep waters are also supplied with acceleration, preferably in a gushing mode, due to the gas-lift effect created by the gases released from them, for example nitrogen and other components of air, and nozzles of a certain profile. At the same time, deep water is heated due to the heat of surface water in almost three heat exchange zones: in the conveying pipeline, in its outlet nozzle and in the surface heat exchanger.

Целью заявленного устройства является повышение его производительности, надежности и долговечности. The purpose of the claimed device is to increase its performance, reliability and durability.

Эта цель достигается в результате того, что известное устройство для аэрации глубинных вод водоемов, содержащее понтон-поплавок и вертикальный наружный трубопровод с обратным клапаном, согласно изобретению снабжено поверхностным теплообменником и внутренним трубопроводом, располагаемыми коаксиально, и на входы указанных трубопроводов установлены коноидальные насадки, а на выход внутреннего трубопровода конический сходящийся насадок. This goal is achieved as a result of the fact that the known device for aeration of deep waters of reservoirs containing a pontoon float and a vertical external pipe with a check valve, according to the invention is equipped with a surface heat exchanger and an internal pipe arranged coaxially, and conoidal nozzles are installed at the inlets of said pipelines, and conical converging nozzles to the outlet of the internal pipeline.

Причем поверхностный теплообменник выполнен открытым в виде усеченного конуса основанием вниз с концевой цилиндроконической обечайкой, прикрепленной к его большему основанию и образующей верхний и нижний его резервуары соответственно для глубинной воды и водовоздушной эмульсии, и снабжен набором кольцевых перегородок в верхнем резервуаре, установленных концентрично, и набором радиальных перегородок в его нижнем резервуаре в виде криволинейного оребрения, посредством которого теплообменник опирается непосредственно на понтон-поплавок. Кроме того, кольцевые перегородки в верхнем резервуаре образуют не менее двух отсеков, и первая от центра перегородка имеет регулируемый в горизонтальной плоскости переливной порог, а следующая установлена с возможностью перемещения по вертикали. При этом переливной порог и верхний край обечайки теплообменника выполнены в виде зубчатого венца. Moreover, the surface heat exchanger is made open in the form of a truncated cone with the base downward with an end cylindrical conical shell attached to its larger base and forming its upper and lower reservoirs, respectively, for deep water and an air-water emulsion, and equipped with a set of annular partitions in the upper reservoir installed concentrically and a set radial partitions in its lower reservoir in the form of curvilinear fins, through which the heat exchanger rests directly on the pontoon Avoc. In addition, the annular partitions in the upper tank form at least two compartments, and the first partition from the center has an adjustable overflow threshold in the horizontal plane, and the next one is installed with the possibility of moving vertically. In this case, the overflow threshold and the upper edge of the shell of the heat exchanger are made in the form of a ring gear.

Кроме того, нижний торец основной трубы расположен выше на расстоянии, составляющем не менее пяти ее диаметров, от нижнего торца дополнительной трубы. Причем в кольцевом зазоре между наружным и внутренним трубопроводами размещены направляющие аппараты, обеспечивающие закручивание потока водовоздушной эмульсии как на входе в кольцевой зазор, так и на выходе из него, и надежную связь между трудами. Как правило, в местах размещения направляющих аппаратов располагают и пояса креплений устройства к грунту. In addition, the lower end of the main pipe is located higher at a distance of at least five diameters from the lower end of the additional pipe. Moreover, in the annular gap between the outer and inner pipelines there are guide devices that ensure the flow of the water-air emulsion both at the entrance to the annular gap and at the exit from it, and a reliable connection between the works. As a rule, in the locations of the guide vanes, the device’s fastening belts are also located on the ground.

Кроме того, обратный клапан размещен у нижнего торца наружной трубы с возможностью его вертикального возвратно-поступательного перемещения, т.е. с зазором по отношению к внутренней трубе как направляющей. Ход обратного клапана регулируется, как правило, ограничителями, например тросами определенных размеров. In addition, the check valve is located at the lower end of the outer pipe with the possibility of its vertical reciprocating movement, i.e. with a gap in relation to the inner pipe as a guide. The stroke of the non-return valve is regulated, as a rule, by stoppers, for example, cables of certain sizes.

На фиг. 1 изображен общий вид устройства, разрез; на фиг. 2 разрез I - I на фиг.1; на фиг. 3 узел устройства А; на фиг. 4 узел устройства В; на фиг. 5 разрез устройства III III; на фиг. 6 разрез устройства II II. In FIG. 1 shows a General view of the device, a section; in FIG. 2 section I - I in figure 1; in FIG. 3 node of device A; in FIG. 4 node device B; in FIG. 5 section of the device III III; in FIG. 6 section of the device II II.

Устройство для аэрации глубинных вод водоемов состоит из коаксиально расположенных наружного 1 и внутреннего 2 трубопроводов; системы обеспечения положительной плавучести, состоящей из понтона-поплавка 3 с дополнительным поплавком 4 и набора съемного балласта 5 и тросов 6; нижнего и верхнего крепежных поясов 7 и 8 для установки устройства в конкретном месте акватории с заданной глубинной погружения; а также поверхностного оребренного теплообменника в форме усеченного конуса 9, концевая цилиндроконическая обечайка 10 которого образует за счет кольцевых перегородок 11 и 12 верхний и за счет радиально-криволинейных перегородок 13 нижний секционированные резервуары (камеры) соответственно для глубинной воды и водовоздушной эмульсии. При этом рабочие трубопроводы 1 и 2 снабжены на их входах коноидальными насадками 14 и 15, а на выходе из основной трубы 1 - направляющим аппаратом 16 с герметизирующей системой в виде обратного клапана 17 с обтюратором 18 и ограничителем хода клапана 19, а на выходе из дополнительной рабочей трубы 2 коническим сходящимся насадком (стволом) 20; кроме того, нижний торец наружного трубопровода 1 расположен выше на расстоянии, составляющем не менее пяти его диаметров, от нижнего торца внутреннего трубопровода 2. A device for aeration of deep water bodies of water consists of coaxially located outer 1 and inner 2 pipelines; positive buoyancy system, consisting of a pontoon-float 3 with an additional float 4 and a set of removable ballast 5 and cables 6; lower and upper mounting belts 7 and 8 for installing the device in a specific place in the water area with a given depth immersion; as well as a surface finned heat exchanger in the form of a truncated cone 9, the end cylindrical conical shell 10 of which forms upper sectional reservoirs (chambers) for deep water and air-water emulsion due to the annular partitions 11 and 12, and due to the radially curved partitions 13. In this case, the working pipelines 1 and 2 are equipped with conoidal nozzles 14 and 15 at their inlets, and at the outlet of the main pipe 1, with a guiding device 16 with a sealing system in the form of a check valve 17 with a shutter 18 and a valve stroke limiter 19, and at the exit from the additional working pipe 2 conical converging nozzle (barrel) 20; in addition, the lower end of the outer pipe 1 is located higher at a distance of at least five diameters from the lower end of the inner pipe 2.

Направляющие аппараты 16 и 21 обеспечивают заданный рабочий зазор между рабочими трубопроводами 1 и 2, а также создают необходимую жесткость системы в местах размещения крепежных поясов 7 и 8; радиально-криволинейные оребрение 13 также обеспечивает заданный рабочий зазор между понтоном-поплавком 3 и теплообменником 9 и создает необходимую жесткость устройства в зоне больших механических нагрузок как со стороны гидравлических ударов фонтанирующих струй глубинной воды в системе апвеллинга, так и со стороны поверхностных волн в водоеме. В качестве вспомогательных блоков устройство для аэрации глубинных вод водоемов снабжено ограждением 22, системой звуковой и световой сигнализации 23, ее энергетического обеспечения (на чертежах не показано) и дополнительным креплением теплообменника 9 к поплавку 24. Верхний край обечайки 10 теплообменника 9 и горизонтальный регулируемый порог первой от центра устройства перегородки 11 выполнены в виде зубчатого венца. The guiding apparatuses 16 and 21 provide a predetermined working clearance between the working pipelines 1 and 2, and also create the necessary rigidity of the system at the locations of the fixing belts 7 and 8; radially curved finning 13 also provides a predetermined working gap between the pontoon float 3 and the heat exchanger 9 and creates the necessary rigidity of the device in the zone of high mechanical stresses both from the side of hydraulic shocks of gushing deep water jets in the upwelling system, and from the side of surface waves in the reservoir. As auxiliary units, the device for aeration of deep waters of reservoirs is equipped with a guard 22, an acoustic and light alarm system 23, its energy supply (not shown in the drawings) and additional fastening of the heat exchanger 9 to the float 24. The upper edge of the shell 10 of the heat exchanger 9 and a horizontal adjustable threshold of the first from the center of the device partitions 11 are made in the form of a gear ring.

Устройство аэрации глубинных вод водоемов работает следующим образом. The device for aeration of deep water bodies of water works as follows.

С помощью тросов 6, балласта 5 и системы крепления 8, 8 и 24 устройство для аэрации глубинных вод в водоемах устанавливают вертикально в конкретной точке акватории таким образом, чтобы верхняя кромка входного коноидального насадка 14 была расположена на уровне ватерлинии теплообменника 9 или ниже ее на высоту ребер-перегородок 13; при этом понтон-поплавок 3, дополнительный поплавок 4 и теплообменник 9 обеспечивают всей системе положительную плавучесть. Using cables 6, ballast 5 and a fastening system 8, 8 and 24, a device for aeration of deep waters in ponds is installed vertically at a specific point in the water area so that the upper edge of the inlet conoidal nozzle 14 is located at the waterline of the heat exchanger 9 or lower to a height rib walls 13; while the pontoon float 3, an additional float 4 and a heat exchanger 9 provide the entire system with positive buoyancy.

Как всякая волновая система предложенное устройство аэрации глубинных вод водоемов имеет четыре фазы работы. Like any wave system, the proposed device for aeration of deep water bodies of water has four phases of operation.

При волнении на поверхности водоема, когда, например, устройство оказывается на вершине волны, водовоздушная эмульсия, образовавшаяся в результате первичного вращения поверхностной воды и воздуха в системе направляюще-крепежных перегородок 13, поступает через коноидальный насадок 14 в основной рабочий трубопровод 1. During waves on the surface of the reservoir, when, for example, the device is at the top of the wave, the air-water emulsion formed as a result of the primary rotation of surface water and air in the system of guide-fixing partitions 13 enters through the conoidal nozzles 14 into the main working pipeline 1.

1. Коноидальный насадок, как известно из курса гидравлики, имеет форму вытекающей из него струи жидкости, поэтому гидравлическое сопротивление в нем будет минимальным, а коэффициент расхода наибольший из всех типов известных насадок. Поэтому водовоздушная эмульсия движется в насадке 14 и трубопроводе 1 с ускорением, что способствует механическом вовлечению воздуха в объем потока жидкости и сообщению этому потоку существенного динамического напора, позволяющего ему преодолевать гидравлические сопротивления направляющих аппаратов 16 и 21, обратного клапана 17 и по законам истечения двухфазной среды из затопленного отверстия вытекать в глубинные слои водоема, осуществляя т. н. процесс даунвеллинга. При этом происходит разбавление глубинных вод водоема и насыщение их воздухом, поступившим с поверхностными водами, в результате чего может быть осуществлен процесс нейтрализации продуктов метаболизма, например, сероводорода с образованием безвредных веществ, которые, в свою очередь, могут быть включены в трофическую цепь
2H2S(p)+O2(p) _→ 2H2O(ж)+2S(т).1. The conoidal nozzle, as is known from the course of hydraulics, has the form of a stream of liquid flowing out of it, so the hydraulic resistance in it will be minimal, and the flow coefficient is the largest of all types of known nozzles. Therefore, the water-air emulsion moves in the nozzle 14 and pipe 1 with acceleration, which contributes to the mechanical involvement of air in the volume of the fluid flow and the flow of this flow of significant dynamic pressure, allowing it to overcome the hydraulic resistance of the guiding apparatuses 16 and 21, the check valve 17 and according to the laws of the expiration of the two-phase medium flow from the flooded hole into the deep layers of the reservoir, carrying out the so-called. downwell process. In this case, the deep waters of the reservoir are diluted and saturated with air received from the surface waters, as a result of which the process of neutralizing metabolic products, for example, hydrogen sulfide, can be carried out with the formation of harmless substances, which, in turn, can be included in the trophic chain
2H 2 S (p) + O 2 (p) _ → 2H 2 O (g) + 2S (t) .

Одновременно с этим происходит переливание ранее излившейся глубинной воды через систему кольцевых перегородок 11 и 12 в верхнем отсеке теплообменника 9 и далее через зубчатый венец его цилиндро-конической обечайки 10 в водоем; при этом глубинная вода прогревается за счет теплоты поверхностных вод и насыщается кислородом воздуха, что существенно ускоряет тепло- и массообменные процессы в системе апвеллинга. At the same time, the previously pouring deep water is transfused through a system of annular partitions 11 and 12 in the upper compartment of the heat exchanger 9 and then through the gear rim of its cylinder-conical shell 10 into the reservoir; in this case, deep water warms up due to the heat of surface water and is saturated with atmospheric oxygen, which significantly accelerates heat and mass transfer processes in the upwelling system.

По мере "соскальзывания" устройства с вершины волны к ее подошве происходит закрывание торца наружного трубопровода 1 обратным клапаном 17 с обтюратором 18 и заполнение коноидального насадка 14 через нижний отсек теплообменника 9 водой и воздухом с вращением их в системе радиально-криволинейного оребрения 13, в результате чего здесь образуется стойкая водовоздушная эмульсия. Охлаждение поверхностных вод в нижнем отсеке теплообменника 9 существенно стабилизирует эмульсию. Одновременно с этим происходит заполнение внутреннего трубопровода 2 глубинной водой через коноидальный насадок 15 с ускорением за счет его специфических гидродинамических характеристик, рассмотренных ранее. As the device “slides” from the top of the wave to its sole, the end of the outer pipe 1 is closed with a check valve 17 with an obturator 18 and the conoidal nozzle 14 is filled through the lower compartment of the heat exchanger 9 with water and air with their rotation in the radially curved finning system 13, as a result what forms a stable water-air emulsion here. The cooling of surface water in the lower compartment of the heat exchanger 9 significantly stabilizes the emulsion. At the same time, the inner pipeline 2 is filled with deep water through the conoidal nozzles 15 with acceleration due to its specific hydrodynamic characteristics discussed earlier.

Когда устройство для аэрации глубинных вод оказывается между вершинами волн на поверхности водоема, т.е. в их впадине (у подошвы волн), то нижний отсек теплообменника 9, входные коноидальные насадки 14 и 15 и собственно трубопроводы 1 и 2 будут полностью заполнены водой ("случай заполнения" трубопроводов); причем трубопровод 1 водовоздушной эмульсией, как правило, в турбулентном режиме в результате закручивания ее в системе радиально-криволинейных перегородок 13 и направляющих аппаратов 16 и 21 и под избыточным давлением, равным гидростатическому давлению воды в волнах водоема и динамическому давлению потока в трубопроводе 1, а в трубопроводе 2 - глубинной водой, движущейся с ускорением в результате специфических гидродинамических характеристик насадок 15 и 20. В этот период работы устройства поток поверхностных вод в основном трубопроводе 1 содержит максимально возможное количество воздуха как в растворенном, так и в механически вовлеченном состояниях; при этом вся система трубопровода 1 и теплообменника 9 герметизирована: сверху цилиндро-конической обечайкой 10, а снизу полностью закрытым обратным клапаном 17; охлаждение поверхностных вод в теплообменнике 9 и в системе рабочих трубопроводов 1 и 2 (трубопроводы 1 и 2 также выполняют функцию теплообменника типа "труба в трубе") стабилизирует эмульсию вода-воздух и обеспечивает повышенную абсорбционную емкость потока поверхностных вод. При этом прогретая в трубе 1 и теплообменнике 9 предыдущая порция глубинной воды находится за пределами устройства и сносится, как правило, поверхностным волнением в водоеме в его периферийные зоны. When a device for aeration of deep water is between the tops of the waves on the surface of the reservoir, i.e. in their hollow (at the bottom of the waves), then the lower compartment of the heat exchanger 9, the inlet conoidal nozzles 14 and 15 and the pipelines 1 and 2 proper will be completely filled with water (“case of filling” pipelines); moreover, the pipeline 1 with a water-air emulsion, as a rule, in a turbulent mode as a result of twisting it in a system of radially curved partitions 13 and guide vanes 16 and 21 and under an excess pressure equal to the hydrostatic pressure of water in the waves of the reservoir and the dynamic pressure of the stream in pipeline 1, and in the pipeline 2 - deep water moving with acceleration as a result of the specific hydrodynamic characteristics of the nozzles 15 and 20. During this period of operation of the device, the flow of surface water in the main pipe 1 with holds the maximum possible amount of air in both dissolved and mechanically involved states; while the entire system of the pipeline 1 and the heat exchanger 9 is sealed: on top by a cylindrical-conical shell 10, and below completely closed by a check valve 17; cooling of surface water in the heat exchanger 9 and in the system of working pipelines 1 and 2 (pipelines 1 and 2 also perform the function of a pipe-in-pipe heat exchanger) stabilizes the water-air emulsion and provides an increased absorption capacity of the surface water flow. In this case, the previous portion of the deep water heated in the pipe 1 and the heat exchanger 9 is located outside the device and is carried, as a rule, by surface waves in the reservoir into its peripheral zones.

Одновременно с этим из верхнего конического насадка (ствола) 20 внутреннего трубопровода 2, обеспечивающего работу системы апвеллинга, непрерывно фонтанирует порция глубинной воды с максимальным ускорением, которое достигается как за счет специфических гидродинамических характеристик насадков 15 и 20, так и в результате дегазации потока глубинной воды, подогреваемой в системе теплообменников "труба в трубе" (14, 2) и 9, что также интенсифицирует десорбцию растворенных в глубинных водах различных газов-продуктов метаболизма (СO2, CH4, N2, H2S и др.) и создает газ-лифт-эффект. Гидродинамические характеристики коноидального насадка 15 были отмечены выше. Для конического сходящегося насадка 20 коэффициент расхода зависит от угла конусности и имеет максимальное значение при угле конусности, равном 13o (т.н. "ствол"; брандспойт); такой насадок дает струю с большими скоростями, которая дробится в атмосфере не более мелкие струи и капли с большой поверхностью межфазового контакта на границе вода-воздух, что также способствует интенсификации всех тепло- и массообменных процессов на границе раздела фаз с первых моментов их контакта. При средних погодных условиях эта порция глубинной воды собирается во внутреннем (первом от центра устройства) резервуаре верхнего отсека теплообменника 9 и за счет разности уровней в его резервуарах самотеком по сложной траектории, формируемой кольцевыми перегородками 11 и 12, изливается в водоем. При этом глубинная вода нагревается практически до температуры поверхностной воды (а в солнечные дни даже выше) за счет теплообмена с последней и перегрева на горизонтальном пороге перегородки 11, что исключает возвратное погружение поднятых на поверхность водоема глубинных вод в системе апвеллинга и интенсифицирует обменные процессы в поверхностных слоях водоема на большой площади (поверхности межфазового контакта) за счет сноса ее в его периферийные зоны. Формированию большой поверхности обменных процессов в поверхностных слоях водоема способствуют также различные биогенные и нейтральные вещества в его глубинных горизонтах (например частицы ила, песка или серы, образующейся в результате окисления сероводорода и т.п.).At the same time, a portion of deep water with maximum acceleration, which is achieved both due to the specific hydrodynamic characteristics of nozzles 15 and 20, as well as as a result of degassing of the deep water stream, continuously flows from the upper conical nozzle (barrel) 20 of the inner pipe 2, which ensures the operation of the upwelling system heated in a pipe-in-pipe heat exchanger system (14, 2) and 9, which also intensifies the desorption of various metabolic products dissolved in deep waters (CO 2 , CH 4 , N 2 , H 2 S, etc. p.) and creates a gas-lift effect. The hydrodynamic characteristics of the conoidal nozzle 15 were noted above. For a conical converging nozzle 20, the flow coefficient depends on the angle of taper and has a maximum value at a taper angle of 13 o (the so-called "barrel";hose); Such nozzles produce a jet with high velocities, which splits in the atmosphere no smaller jets and droplets with a large interfacial contact surface at the water-air interface, which also contributes to the intensification of all heat and mass transfer processes at the interface from the first moments of their contact. Under moderate weather conditions, this portion of deep water is collected in the internal (first from the device center) reservoir of the upper compartment of the heat exchanger 9 and, due to the difference in levels in its reservoirs, by gravity along a complex path formed by the annular partitions 11 and 12, is poured into the reservoir. In this case, the deep water is heated almost to the temperature of the surface water (and even higher on sunny days) due to heat exchange from the latter and overheating at the horizontal threshold of the partition 11, which eliminates the return immersion of the deep waters raised to the surface of the reservoir in the upwelling system and intensifies the exchange processes in the surface layers of a reservoir over a large area (interfacial contact surface) due to its demolition in its peripheral zones. Various biogenic and neutral substances in its deep horizons (for example, particles of silt, sand or sulfur resulting from the oxidation of hydrogen sulfide, etc.) also contribute to the formation of a large surface of metabolic processes in the surface layers of a reservoir.

При последующем подъеме устройства для аэрации глубинных вод от подошвы волны к ее вершине происходит открывание нижнего отсека (камеры) теплообменника 9, заполнение его водой и воздухом с высокой степенью эмульгирования последнего за счет вращения с ускорением водовоздушной смеси в системе оребрения 13, открывая обратного клапана 17 и истечения с ускорением содержащейся в межтрубном пространстве водовоздушной эмульсии через кольцевую цель между торцом наружного трубопровода 1 и клапаном 17. Таким образом, в этот период работы устройства самопроизвольно за счет волнения на поверхности водоема включается система даунвеллинга и выключается система апвеллинга, т.е. происходят рассмотренные выше процессы, но в обратной последовательности, что и в фазе работы устройства при соскальзывании его с вершины волны к ее подошве. With the subsequent lifting of the device for aeration of deep waters from the bottom of the wave to its top, the lower compartment (chamber) of the heat exchanger 9 opens, it is filled with water and air with a high degree of emulsification of the latter due to rotation with acceleration of the air-water mixture in the fin system 13, opening the check valve 17 and flow with acceleration contained in the annular space of the air-water emulsion through the annular target between the end of the outer pipe 1 and the valve 17. Thus, during this period of operation of the device spontaneously due to waves on the surface of the reservoir, the downwell system is turned on and the upwelling system is turned off, i.e. the processes discussed above occur, but in the reverse sequence, as in the phase of the device when it slides from the top of the wave to its sole.

Итак, совершая в соответствии с движением волн на поверхности водоема периодические перемещения вверх-вниз, предлагаемое устройство для аэрации его глубинных вод преобразует энергию волн в работу по перемещению объемов глубинных вод с повышенной концентрацией продуктов метаболизма на поверхность водоема, а поверхностных, насыщенных воздухом вод в его глубинные (придонные) горизонты, т. е. сочетание работе единого устройства процессов апвеллинга и даунвеллинга позволяет существенно повысить его производительность и эффективность всех обменных процессов как в поверхностных слоях водоема, так и в его глубинных слоях (горизонтах) за счет ускоренного гидротранспорта, продуктов метаболизма и кислородом воздуха, а также теплообмена в системе рекуперационных теплообменников поверхностного и типа "труба в трубе". Движение глубинных вод в фонтанирующем режиме при истечении их из конического насадка в системе апвеллинга также существенно интенсифицирует абсорбцию ими кислорода воздуха за счет максимально возможной при данных погодных условиях степени дробления струи на струйки и капли, развития поверхности межфазового контакта, как следствия, этих процессов. So, making in accordance with the movement of waves on the surface of the reservoir periodic movements up and down, the proposed device for aeration of its deep waters converts the energy of the waves into the work of moving volumes of deep waters with a high concentration of metabolic products on the surface of the reservoir, and surface, saturated with air in its deep (bottom) horizons, i.e., the combination of a single device of the upwelling and downwelling processes allows to significantly increase its productivity and efficiency all metabolic processes in the surface layers of the reservoir, and in its deep layers (horizons) due to rapid hydraulic transport, metabolism products and oxygen, as well as the heat exchange surface in the system and the type of heat recovery heat exchangers "pipe in pipe". The movement of deep water in the gushing mode when they flow out of the conical nozzle in the upwelling system also significantly intensifies the absorption of oxygen by them due to the maximum possible degree of fragmentation of the jet into trickles and drops under given weather conditions, and the development of the interface surface, as a result of these processes.

Устройство для аэрации глубинных вод водоемов просто и надежно в эксплуатации при всех погодных условиях и долговечно, поскольку в нем нет движущихся кинематических пар и требующих надежных уплотнений деталей и узлов, оно не требует дополнительных источников энергии и, как следствие, этого экономично в эксплуатации и изготовлении. Обратный клапан работает в глубине водоема плавно, без резких движений и перекосов; его ход ограничен как ограничителем 19, так и балластом 5. Оно не наносит вреда окружающей среде, не выделяет вредных веществ; простая и надежная система звуковой и световой сигнализации, также работающая за счет поверхностного волнения в водоеме, способствует безопасности в зоне действия устройства. Способ аэрации глубинных вод и устройство для его осуществления экологически безупречны. Биогенные вещества из глубинных горизонтов водоема, транспортируемые на его поверхность системой апвеллинга, распространяясь по поверхности водоема в результате его естественного волнения, способствуют усиленном росту фито- и зоопланктона, что, в свою очередь, создает оптимальные условия для улучшения кормовой базы рыб и концентрации промысловых объектов в конкретной акватории водоема. В аридных регионах система апвеллинга существенно повышает влажность воздуха, что способствует увеличению количества осадков на прилегающих территориях (например, в прибрежных районах), смягчению климата и повышению плодородия Земель. The device for aeration of deep waters of reservoirs is simple and reliable in operation under all weather conditions and is durable, since it does not have moving kinematic pairs and requires reliable sealing of parts and assemblies, it does not require additional energy sources and, as a result, it is economical in operation and manufacture . The check valve works in the depths of the pond smoothly, without sudden movements and distortions; its stroke is limited by both limiter 19 and ballast 5. It does not harm the environment, does not emit harmful substances; A simple and reliable sound and light alarm system, also working due to surface waves in a pond, contributes to safety in the device's area of operation. The method of deep water aeration and the device for its implementation are ecologically impeccable. Biogenic substances from the deep horizons of the reservoir transported to its surface by the upwelling system, spreading over the surface of the reservoir as a result of its natural disturbance, contribute to the enhanced growth of phyto- and zooplankton, which, in turn, creates optimal conditions for improving the forage base of fish and the concentration of fishing objects in a specific water area of the reservoir. In arid regions, the upwelling system significantly increases air humidity, which contributes to an increase in the amount of precipitation in the adjacent territories (for example, in coastal areas), climate mitigation, and increased land fertility.

Высокую эффективность предложенного способа аэрации глубинных вод в водоемах и устройства для его осуществления можно проследить, рассматривая более полно условия работы устройства, изложенные в [1] Аналогичное устройство с подъемным трубопроводом диаметром 1,2 м (площадь рабочего сечения равна 1 м2), установленное в акватории со средним полной высотой волн, равной 1,7 м, и периодом их движения, равным 6 с, обеспечивает расход воды 1 м3/с. Эффективность работы устройства оцениваем, например, по времени пребывания частиц жидкости в его рабочем объеме τ в сравнении со средним расходным временем процесса to как долю х, имеющих время пребывания, не меньшее, чем τ по уравнению [3]

Figure 00000002

где х доля частиц жидкости (или какого-либо "метящего" вещества), время пребывания которых в рабочем объеме устройства (аппарате), не меньшее, чем τ;
t как правило, продолжительность процесса, с; в нашем случае его удобно взять равным периоду волн в водоеме;
to среднее расходное время процесса; с; τo=Vp/Q;
n в данном случае число рабочих трубопроводов для "перекачивания" жидкости;
Vp рабочий объем устройства, м3; Vp Fpi•hв;
Q расход жидкости (воды) через рабочий трубопровод, м3/с;
Fpi площадь сечения рабочего трубопровода, м2;
hв высота волн на поверхности водоема, м; размах в работе устройства.The high efficiency of the proposed method of deep water aeration in reservoirs and devices for its implementation can be traced by considering more fully the operating conditions of the device described in [1] A similar device with a lifting pipeline with a diameter of 1.2 m (working area is 1 m 2 ), installed in the water area with an average total wave height of 1.7 m and a period of their movement of 6 s, it provides a water consumption of 1 m 3 / s. The efficiency of the device is estimated, for example, by the residence time of fluid particles in its working volume τ in comparison with the average expenditure time of the process t o as a fraction of x having a residence time not less than τ according to the equation [3]
Figure 00000002

where x is the fraction of liquid particles (or some kind of “labeling” substance) whose residence time in the working volume of the device (apparatus) is not less than τ;
t usually the duration of the process, s; in our case, it is convenient to take it equal to the period of the waves in the pond;
t o the average expenditure time of the process; from; τ o = V p / Q;
n in this case, the number of working pipelines for "pumping" the liquid;
V p the working volume of the device, m 3 ; V p F pi • h in ;
Q flow rate of liquid (water) through the working pipeline, m 3 / s;
F pi the cross-sectional area of the working pipeline, m 2 ;
h in the height of the waves on the surface of the reservoir, m; the scope of the device.

Расчет для аналога (при n 1 и Dтр 1,2 м) дает величину х 0,0293, т.е. только около 3% глубинной воды подается устройством на поверхность водоема для ее аэрации. Совместная работа двух трубопроводов (Dтр1 1,2 м и Dтр2 1,65 м) в предлагаемом устройстве, совмещающем одновременно систему даунвеллинга и апвеллинга, позволяет аэрировать более половины вод в рабочем объеме устройства Vp, что свидетельствует о высокой эффективности способа и устройства по представленным материалам.The calculation for the analogue (with n 1 and D Tr 1.2 m) gives the value x 0.0293, i.e. only about 3% of deep water is supplied by the device to the surface of the reservoir for its aeration. The joint work of two pipelines (D Tr1 1.2 m and D Tr2 1.65 m) in the proposed device, combining both a downwelling and upwelling system, allows to aerate more than half of the water in the working volume of the device V p , which indicates the high efficiency of the method and device according to the submitted materials.

Claims (7)

1. Способ аэрации глубиных вод водоемов, заключающийся в том, что поверхностные насыщенные кислородом воздуха воды подают в глубину водоема посредством преобразования энергии воды на его поверхности в работу по перемещению объемов воды в рабочем трубопроводе, отличающийся тем, что указанные поверхностные воды завихряют и с ускорением за счет гидродинамических характеристик входного коноидального насадка рабочего трубопровода подают в глубину водоема, одновременно с этим на поверхность водоема с ускорением за счет гидродинамических характеристик входного и выходного насадков внутреннего рабочего трубопровода и газлифт-эффекта выделяющихся газов подают глубинные воды, нагревая их за счет теплоты поверхностных вод. 1. The method of aeration of deep water of reservoirs, which consists in the fact that the surface water saturated with oxygen in the air is fed into the depth of the reservoir by converting the energy of the water on its surface into the work of moving volumes of water in the working pipeline, characterized in that said surface water swirls and accelerates due to the hydrodynamic characteristics of the inlet conoidal nozzle of the working pipeline is fed into the depth of the reservoir, at the same time on the surface of the reservoir with acceleration due to hydrodynamic x The characteristics of the inlet and outlet nozzles of the internal working pipeline and the gas-lift effect of the evolved gases are supplied by deep waters, heating them due to the heat of surface waters. 2. Устройство для аэрации глубинных вод водоемов, содержащее поплавок и прикрепленную к нему основную вертикальную трубу с обратным клапаном, отличающееся тем, что оно снабжено расположенными коаксиально снаружи основной трубы кольцевым поверхностным теплообменником и внутри нее дополнительной трубой, при этом на входы этих труб установлены коноидальные насадки, а на выход внутренней трубы конический сходящийся насадок. 2. A device for aeration of deep waters of reservoirs, comprising a float and a main vertical pipe attached to it with a check valve, characterized in that it is provided with a ring surface heat exchanger located coaxially on the outside of the main pipe and an additional pipe inside, with conoidal pipes installed on the inlets of these pipes nozzles, and the output of the inner pipe is a conical converging nozzle. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что теплообменник выполнен в виде усеченного конуса, прикрепленной к его большему основанию цилиндроконической обечайки, образующей его верхний и нижний резервуары, кольцевых перегородок, установленных концентрично в верхнем резервуаре усеченного конуса, из которых первая от центра имеет регулируемый в горизонтальной плоскости переливной порог, а следующая установлена с возможностью перемещения по вертикали, и расположенных в нижнем резервуаре радиальных перегородок криволинейной формы. 3. The device according to claim 2, characterized in that the heat exchanger is made in the form of a truncated cone attached to its larger base of the cylindrical conical shell, forming its upper and lower reservoirs, annular partitions installed concentrically in the upper reservoir of the truncated cone, of which the first is from the center has an adjustable overflow threshold in the horizontal plane, and the next one is installed with the ability to move vertically, and radial partitions located in the lower reservoir of a curved shape. 4. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что переливной порог и верхняя часть цилиндроконической обечайки теплообменника имеют вид зубчатого венца. 4. The device according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that the overflow threshold and the upper part of the cylindrical conical shell of the heat exchanger are in the form of a ring gear. 5. Устройство по пп. 1 3, отличающееся тем, что нижний торец основной трубы расположен на расстоянии, составляющем не менее пяти ее диаметров, от нижнего торца дополнительной трубы. 5. The device according to paragraphs. 1 to 3, characterized in that the lower end of the main pipe is located at a distance of at least five diameters from the lower end of the additional pipe. 6. Устройство по пп.1 4, отличающееся тем, что оно снабжено направляющими аппаратами, расположенными в кольцевом пространстве между трубами. 6. The device according to PP.1 to 4, characterized in that it is equipped with guiding devices located in the annular space between the pipes. 7. Устройство по пп.1 5, отличающееся тем, что обратный клапан установлен у нижнего торца основной трубы с возможностью вертикального возвратно-поступательного перемещения. 7. The device according to PP.1 to 5, characterized in that the check valve is installed at the lower end of the main pipe with the possibility of vertical reciprocating movement.
SU5066717 1992-09-22 1992-09-22 Method and apparatus for aeration of water in reservoirs RU2074837C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5066717 RU2074837C1 (en) 1992-09-22 1992-09-22 Method and apparatus for aeration of water in reservoirs

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5066717 RU2074837C1 (en) 1992-09-22 1992-09-22 Method and apparatus for aeration of water in reservoirs

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2074837C1 true RU2074837C1 (en) 1997-03-10

Family

ID=21615376

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5066717 RU2074837C1 (en) 1992-09-22 1992-09-22 Method and apparatus for aeration of water in reservoirs

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2074837C1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102249429A (en) * 2011-05-12 2011-11-23 泉州师范学院 Physical lung-type oxygenation organic reef and its application method
RU2471724C1 (en) * 2011-09-22 2013-01-10 Таран Анатолий Петрович Method of water aeration and device for its realisation
RU2478583C1 (en) * 2011-09-26 2013-04-10 Таран Анатолий Петрович Method of aerating water bodies and apparatus for realising said method
RU2507162C1 (en) * 2012-08-21 2014-02-20 Анатолий Петрович Таран Method of water aeration and device for its realisation
CN103858811A (en) * 2014-03-10 2014-06-18 杭州电子科技大学 Device and method for realizing artificial upwelling current by using heat pipe

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Авторское свидетельство СССР N 1248579, кл. А 01К 67/00, 1986. 2. Авторское свидетельство СССР N 1479693, кл. А 01К 61/00, 1989. *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102249429A (en) * 2011-05-12 2011-11-23 泉州师范学院 Physical lung-type oxygenation organic reef and its application method
RU2471724C1 (en) * 2011-09-22 2013-01-10 Таран Анатолий Петрович Method of water aeration and device for its realisation
RU2478583C1 (en) * 2011-09-26 2013-04-10 Таран Анатолий Петрович Method of aerating water bodies and apparatus for realising said method
RU2507162C1 (en) * 2012-08-21 2014-02-20 Анатолий Петрович Таран Method of water aeration and device for its realisation
CN103858811A (en) * 2014-03-10 2014-06-18 杭州电子科技大学 Device and method for realizing artificial upwelling current by using heat pipe
CN103858811B (en) * 2014-03-10 2015-10-07 杭州电子科技大学 A kind of device and method utilizing the artificial upwelling of Heat Pipes

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3452966A (en) Liquid treatment apparatus and method
AU2005272731B2 (en) Hydraulic liquid pumping system
US4442887A (en) Apparatus for harnessing wave motion and solar energy and coriolis acceleration of nature for solar distillation use
US10359027B2 (en) Hydroelectric power generating system
JP2018516753A (en) Nanobubble and hydroxyl radical generator and system for treating sewage without using chemicals using the same
CN86107836A (en) The method that air supply group and generation water spray are annotated
WO2013038748A1 (en) Air diffusing method provided with hydroelectric power generating device and air diffuser
JP4628844B2 (en) Wave energy utilization device
RU2074837C1 (en) Method and apparatus for aeration of water in reservoirs
US6239505B1 (en) Hydropowered turbine system
EP3743625B1 (en) Power generation system
US4991397A (en) Hydraulic turbine with virtual head drop and method for its manufacture
US4563248A (en) Solar distillation method and apparatus
ES2315481T3 (en) EVACUATION OF RESIDUAL FLUIDS.
JP2003343447A (en) Deep-sea water lifting device, and sea fertilizing device
JP4625999B2 (en) Water circulation and sea urchin and oil recovery equipment using floating dredging
KR20200099286A (en) Water Purifying Apparatus Having New And Renewable Energy Generation Function
EA002314B1 (en) Sulphurous acid generator with air injector
JPH11230020A (en) Sea water pumping device using energy of wave
CN212236780U (en) Bubble nozzle
JP4529103B2 (en) Water circulation device using floating dredging
EP1066220B1 (en) Method and pump for impelling water in waters
KR100653595B1 (en) Apparatus and method for water transfering from surface to deep place
JPH08312519A (en) Buoy for wave power pumping device and wave power pumping device
JPH0666242A (en) Submerged power plant