RU2144107C1

RU2144107C1 - Method and device for hydrodynamic microbubble protection of water intakes

Info

Publication number: RU2144107C1
Application number: RU98118814A
Authority: RU
Inventors: Борис Борисович Булгаков; Алексей Борисович Булгаков; З.Л. Банцевич; Г.В. Преснов; Владимир Петрович Романцов
Original assignee: Борис Борисович Булгаков; Алексей Борисович Булгаков
Priority date: 1998-10-15
Filing date: 1998-10-15
Publication date: 2000-01-10

Abstract

FIELD: hydraulic engineering. SUBSTANCE: method implies creation of curtain in the form of air-water microbubbles mixture. Streams of this mixture are discharged in close-to-bottom area of basin in front of water-intake. Air-water microbubbles curtain can be produced by combined hydrodynamic treatment of water and air. Treatment can be carried out in hydrodynamic cavitation mixer at difference of pressure at inlet to hydrodynamic cavitation mixer which is determined from following relation:

Description

Изобретение относится к области экологии, рыбозащиты, а также к способам и средствам подачи звуковых сигналов с помощью элементов, приводимых в движение жидкостью или газом, и может быть использовано для защиты водозаборов электростанций, в частности, рыбозащиты и защиты от мусора. The invention relates to the field of ecology, fish protection, and also to methods and means for delivering sound signals using elements driven by liquid or gas, and can be used to protect the intakes of power plants, in particular fish protection and protection from debris.

Проблема создания и внедрения рыбоохранных технологий при эксплуатации водозаборных сооружений приобрела актуальный характер в 70-е годы в связи с резким увеличением водоизъятия для сельскохозяйственных, промышленных и коммунально-бытовых нужд. The problem of creating and implementing fish protection technologies during the operation of water intake facilities became relevant in the 70s due to a sharp increase in water withdrawal for agricultural, industrial and municipal needs.

В рамках рассматриваемой проблемы существует и второй не менее актуальный аспект - защита технологического оборудования насосных станций водозаборных сооружений от посторонних включений (рыбы, водоросли, ил, песок, мусор и т.д.), которые при интенсивном водозаборе снижают срок службы и надежность функционирования элементов береговых насосов. Within the framework of the problem under consideration, there is a second equally relevant aspect - the protection of technological equipment of pumping stations of water intake facilities from foreign inclusions (fish, algae, silt, sand, garbage, etc.), which, with intensive water intake, reduce the service life and reliability of the elements onshore pumps.

Информация о внешней среде обитания воспринимается рыбами благодаря рецепторным системам, наиболее важными из которых по объему принимаемой информации являются зрение, слух, органы боковой линии. Таким образом, если говорить о целенаправленном управлении поведением рыб, то вся управляющая информация должна формироваться и генерироваться в среду обитания, в основном, виде оптических, акустических или гидродинамических сигналов. Более того, принимая во внимание тот факт, что степень развития отдельных рецепторов различна у рыб различных экологических групп и меняется в процессе жизни каждой из групп, наиболее перспективным для управления поведением рыб является комплексное воздействие (оптическое, акустическое и т.д.) управляющих сигналов, имитирующих соответствующие биологически значимые сигналы. Information about the external environment is perceived by fish due to receptor systems, the most important of which in terms of the amount of information received are vision, hearing, and organs of the lateral line. Thus, if we talk about targeted control of fish behavior, then all control information should be generated and generated in the environment, mainly in the form of optical, acoustic or hydrodynamic signals. Moreover, taking into account the fact that the degree of development of individual receptors is different in fish of various ecological groups and changes during the life of each of the groups, the most promising for controlling the behavior of fish is the complex effect (optical, acoustic, etc.) of control signals imitating the corresponding biologically significant signals.

В настоящее время существует множество конструкций рыбозащитных устройств, однако до сих пор не решена задача создания комплексного рыбозащитного устройства, которое должно обладать следующими свойствами:
эффективно выполнять свою основную функцию - функцию рыбозащиты;
быть достаточно универсальным с точки зрения применимости его для различных водоемов с различными гидродинамическими и другими физическими характеристиками;
быть относительно недорогим, надежным и долговечным,
обладать простотой обслуживания и возможностью оперативной адаптации к меняющимся условиям водоема.Currently, there are many designs of fish protection devices, but the problem of creating an integrated fish protection device, which should have the following properties, has not yet been solved:
effectively perform its main function - the function of fish protection;
be universal enough from the point of view of its applicability to various reservoirs with various hydrodynamic and other physical characteristics;
be relatively inexpensive, reliable and durable,
to have ease of maintenance and the ability to quickly adapt to changing conditions of the reservoir.

Существующие рыбозащитные устройства можно разделить на следующие группы, отличающиеся принципом создания эффектов отпугивания рыб:
механические;
электрические;
акустические;
воздушно-пневматические;
зрительно-световые.Existing fish protection devices can be divided into the following groups, which differ in the principle of creating fish repellent effects:
mechanical;
electric;
acoustic;
air-pneumatic;
visual-light.

В частности, механические устройства (плетни, каменные набросы, фильтры кассетного типа, плоские сетки, ленточные сетки, сетчатые барабаны с принудительной очисткой и т.д.) имеют значительное гидродинамическое сопротивление и приводят к гибели рыбы, а электрозаградители травмируют рыбу и неэкономичны. Акустические рыбозащитные устройства на базе гидроакустических генераторов низкочастотных колебаний, излучаемых непосредственно в водную среду на определенной глубине, достаточно дороги. Зрительно-световые рыбозащитные устройства ориентированы на использование в ночное время и их применение ограничивается водоемами с хорошей прозрачностью воды. In particular, mechanical devices (wattle, stone slabs, cassette-type filters, flat nets, tape nets, forced drums, etc.) have significant hydrodynamic resistance and lead to the death of fish, while electric traps injure fish and are uneconomical. Acoustic fish protection devices based on hydroacoustic generators of low-frequency oscillations emitted directly into the aquatic environment at a certain depth are quite expensive. The visually-illuminated fish protection devices are oriented at night and their use is limited to water bodies with good water transparency.

Наиболее близким к предложенному является воздушно-пневматический способ рыбозащиты. Способ основан на создании непрерывной воздушно-пузырьковой или воздушно-пневматической завесы непосредственно в районе водозабора. С этой целью в придонной области водоема перед защищаемым водозабором испускают пузырьки воздуха, поднимающиеся к поверхности и образующие завесу. Известный способ осуществляют с помощью устройства, также наиболее близкого к предложенному. Обычно по дну водоема прокладывают воздушную магистраль с перфорацией (перфорированный коллектор), куда под давлением подается воздух. Давление создается воздушными компрессорами (Кузнецов Ю.А. Влияние воздушных завес на поведение рыбы. - Журнал "Рыбное хозяйство", 9, 1969 г., с. 53...55, 10, с. 48...50). Иными словами, в известном способе воздушно-пневматическая завеса создается путем испускания сжатого воздуха из отверстий размещенного на дне водоема перфорированного коллектора. Closest to the proposed is the air-pneumatic method of fish protection. The method is based on the creation of a continuous air-bubble or air-pneumatic curtain directly in the area of water intake. For this purpose, air bubbles rising to the surface and forming a curtain are emitted in the bottom region of the reservoir in front of the protected intake. The known method is carried out using a device also closest to the proposed one. Usually, an air line with perforation (perforated collector) is laid along the bottom of the reservoir, where air is supplied under pressure. Pressure is created by air compressors (Kuznetsov Yu.A. Influence of air curtains on fish behavior. - Journal of Fisheries, 9, 1969, pp. 53 ... 55, 10, p. 48 ... 50). In other words, in the known method, an air-pneumatic curtain is created by emitting compressed air from the holes of the perforated collector located at the bottom of the reservoir.

Известный способ достаточно эффективен, поскольку воздушно-пневматическая завеса создает одновременно зрительное, тактильное и акустическое отпугивающее воздействие. Однако и этот способ обладает рядом существенных недостатков. The known method is quite effective, since the air-pneumatic curtain creates both visual, tactile and acoustic repellent effects. However, this method also has a number of significant disadvantages.

Так, диаметр пузырьков в известном способе колеблется в пределах 0,4-1,5 мм, а следовательно диаметр отверстий или сопел коллектора не превышает эти величины. Такие отверстия быстро зарастают, что существенно ограничивает срок службы защитного устройства, во всяком случае, интервал от одного его обслуживания до другого. Кроме того, компрессор, входящий в состав установки, дорог и потребляет значительное количество электроэнергии. Далее, известный способ обладает недостаточной эффективностью защиты по следующим причинам. Во-первых, крупные пузырьки схлопываются только на поверхности водоема и при этом проталкивают часть плавающего на поверхности мусора к водозабору. В то же время, динамика движения крупных пузырьков в воде такова, что они не обладают выраженным подповерхностным мусороотталкивающими и рыбоотпугивающими свойствами. Во-вторых, диапазон шумового воздействия крупных пузырьков узок, а амплитуда недостаточна. И, в-третьих, известные способ и устройство не обладают адаптируемостью к условиям водоема. So, the diameter of the bubbles in the known method ranges from 0.4-1.5 mm, and therefore the diameter of the holes or nozzles of the collector does not exceed these values. Such holes quickly overgrow, which significantly limits the service life of the protective device, in any case, the interval from one service to another. In addition, the compressor, which is part of the installation, is expensive and consumes a significant amount of electricity. Further, the known method has insufficient protection efficiency for the following reasons. Firstly, large bubbles collapse only on the surface of the reservoir and at the same time push part of the debris floating on the surface to the intake. At the same time, the dynamics of the movement of large bubbles in water is such that they do not have pronounced subsurface garbage repellent and fish repellent properties. Secondly, the range of noise exposure of large bubbles is narrow, and the amplitude is insufficient. And thirdly, the known method and device do not have adaptability to the conditions of the reservoir.

Следует отметить и еще один недостаток известных способа и устройства: они не позволяют ввести в завесу отпугивающих рыбу ароматических веществ, что дополнительно ограничивает область применения. It should be noted one more drawback of the known method and device: they do not allow the introduction of aromatic substances that frighten off fish into the curtain, which further limits the scope.

Таким образом, техническим результатом, ожидаемым от использования предлагаемого изобретения, является повышение эффективности защиты известных способа и устройства при одновременном снижении их стоимости, увеличении срока службы и адаптируемости к условиям водоема, расширении области применения. Thus, the technical result expected from the use of the present invention is to increase the protection efficiency of the known method and device while reducing their cost, increasing the service life and adaptability to the conditions of the reservoir, expanding the scope.

Указанный результат достигается тем, что в способе гидродинамической микропузырьковой рыбозащиты водозаборов, включающем испускание воздушных пузырьков в придонной области водоема перед водозабором, испускание воздушных пузырьков осуществляют путем предварительного получения воздушно-водяной микропузырьковой смеси, струи которой затем испускают в придонной области водоема. This result is achieved by the fact that in the method of hydrodynamic microbubble fish protection of water intakes, including the emission of air bubbles in the bottom region of the reservoir before the intake, the emission of air bubbles is carried out by first obtaining an air-water microbubble mixture, the jets of which are then emitted in the bottom region of the reservoir.

Кроме того, получение воздушно-водяной микропузырьковой завесы осуществляют путем совместной гидродинамической кавитационной обработки воды и воздуха. In addition, obtaining an air-water micro-bubble curtain is carried out by a joint hydrodynamic cavitation treatment of water and air.

При этом средний размер микропузырьков, образующихся в зоне кавитации, поддерживают в диапазоне 5-25 мкм. In this case, the average size of the microbubbles formed in the cavitation zone is maintained in the range of 5-25 microns.

Рекомендуется также совместную гидродинамическую кавитационную обработку воды и воздуха производить в гидродинамическом кавитационном смесителе при разнице давлений на входе гидродинамического кавитационного смесителя и в его наиболее узком сечении, определяемой из соотношения

0,36 > ε > 0,
где ΔP - разница давлений на входе гидродинамического кавитационного смесителя и в его наиболее узком сечении, кГ/см²,
v - скорость в наиболее узком сечении гидродинамического кавитационного смесителя, м/с,
ρ - средняя плотность воздушно-водяной смеси, кг/м³,
ε - заданная величина, характеризующая средний размер микропузырьков в смеси.It is also recommended that the combined hydrodynamic cavitation treatment of water and air be performed in a hydrodynamic cavitation mixer with a pressure difference at the inlet of the hydrodynamic cavitation mixer and in its narrowest section, determined from the ratio

0.36>ε> 0,
where ΔP is the pressure difference at the inlet of the hydrodynamic cavitation mixer and in its narrowest section, kg / cm ² ,
v is the speed in the narrowest section of the hydrodynamic cavitation mixer, m / s,
ρ is the average density of the air-water mixture, kg / m ³ ,
ε is a given value characterizing the average size of microbubbles in the mixture.

Указанный результат достигается также тем, что известное устройство для осуществления способа, содержащее перфорированный коллектор, снабжено последовательно соединенными водонапорной магистралью и гидродинамическим кавитационным смесителем, выполненным с воздухозаборным патрубком, при этом выход гидродинамического кавитационного смесителя подключен ко входу перфорированного коллектора. The indicated result is also achieved by the fact that the known device for implementing the method, comprising a perforated collector, is equipped with a water supply line and a hydrodynamic cavitation mixer connected in series with an air intake pipe, while the output of the hydrodynamic cavitation mixer is connected to the input of the perforated collector.

Кроме того устройство может быть снабжено дозатором пахучих веществ, подключенным к воздухозаборному патрубку. In addition, the device may be equipped with a dispenser of odorous substances connected to the air intake pipe.

Целесообразно также гидродинамический кавитационный смеситель выполнить в виде цилиндрического корпуса с конфузором, диффузором и проточной камерой, в котором расположено тело кавитации, выполненное в виде тела вращения. It is also advisable to perform a hydrodynamic cavitation mixer in the form of a cylindrical body with a confuser, a diffuser and a flow chamber, in which the cavitation body, made in the form of a body of revolution, is located.

Кроме того, образующая тела кавитации может быть выполнена с одной максимально удаленной от оси тела кавитации точкой. In addition, the generatrix of the cavitation body can be performed with one point as far away from the axis of the cavitation body as possible.

И, наконец, тело кавитации может быть выполнено с усеченным наконечником. And finally, the cavitation body can be performed with a truncated tip.

Таким образом, основной особенностью предлагаемых способа и устройства является то, что в коллектор поступает уже готовая микропузырьковая воздушно-водяная смесь, выходящая из отверстий коллектора струями, обладающими значительным запасом кинетической энергии. При этом содержащиеся в смеси микропузырьки схлопываются на всем протяжении водной толщи, обеспечивая эффективную рыбозащиту и защиту водозабора. Разумеется, предлагаемые способ и устройство можно использовать не только для защиты водозаборов, но и для целей рыбозащиты вообще. Thus, the main feature of the proposed method and device is that a ready-made micro-bubble air-water mixture enters the collector, leaving the collector openings with jets that have a significant reserve of kinetic energy. At the same time, the micro bubbles contained in the mixture collapse along the entire water column, providing effective fish protection and protection of water intake. Of course, the proposed method and device can be used not only to protect water intakes, but also for fish protection in general.

На фиг. 1 показана схема предлагаемого устройства, а на фиг.2 изображен коллектор. На фиг.3 представлен продольный разрез гидродинамического кавитационного смесителя (аппарата), а на фиг.4 изображена крепежная рамка тела кавитации в двух проекциях. Само тело кавитации показано на фиг.5. Фиг.6 иллюстрирует характер изменения кривизны вдоль тела кавитации, а на фиг.7 показан второй из возможных вариантов выполнения смесителя. И, наконец, на фиг. 8 изображена эмпирическая зависимость среднего размера микропузырьков от коэффициента ε.
Устройство для осуществления предлагаемого способа содержит (см. фиг.1) водонапорную магистраль 1 (обычно используется имеющийся на каждой электростанции водосброс без установки дополнительного оборудования), задвижку 2, гидродинамический кавитационный смеситель (аэратор) 3 с воздухозаборным патрубком 4. Ниже уровня (поверхности) 5 воды располагается перфорированный коллектор 6, т.е. перфорированная труба или магистраль с соплами (отверстиями) 8 (фиг.2), из которых показанные на фиг. 1 стрелками струи 7 воздушно-водяной смеси поднимаются к поверхности 5. Позицией 9 на фиг.1 обозначен грунт на дне водоема.In FIG. 1 shows a diagram of the proposed device, and figure 2 shows the collector. Figure 3 presents a longitudinal section of a hydrodynamic cavitation mixer (apparatus), and figure 4 shows the mounting frame of the cavitation body in two projections. The cavitation body itself is shown in FIG. Fig.6 illustrates the nature of the change in curvature along the cavitation body, and Fig.7 shows the second of the possible embodiments of the mixer. And finally, in FIG. Figure 8 shows the empirical dependence of the average size of microbubbles on the coefficient ε.
A device for implementing the proposed method contains (see Fig. 1) a water supply line 1 (usually a spillway available at each power plant without installing additional equipment), a valve 2, a hydrodynamic cavitation mixer (aerator) 3 with an air intake pipe 4. Below a level (surface) 5 of water, a perforated collector 6 is located, i.e. perforated pipe or pipe with nozzles (holes) 8 (FIG. 2), of which shown in FIG. 1, the arrows of the jet 7 of the air-water mixture rise to the surface 5. Position 9 in figure 1 indicates the soil at the bottom of the reservoir.

Смеситель 3 (фиг.3) содержит корпус 10 с конфузором 12, диффузором 13, проточной камерой 14 и присоединительными фланцами 15. В камере 14 установлено тело 16 кавитации с волнообразной образующей и хвостовиком, за которым показана зона 17 кавитации. Тело 16 установлено на кронштейне 18 прямоугольного сечения, закрепленном между рамок 19. При установке тела 16 в камере 14 гайка 20 размещается на резьбовом наконечнике кронштейна 18, который размещается в центральных отверстиях 21 рамок 19 (фиг.4). Тело 16 с образующей 22 имеет наконечник 23 и хвостовик 24. Наиболее удаленная от оси точка 25 тела 16 соответственно ограничена точками перегиба (на фиг. 5 изображены стрелками). Позицией 26 на фиг.4 обозначена спица рамки 19. The mixer 3 (Fig. 3) comprises a housing 10 with a confuser 12, a diffuser 13, a flow chamber 14 and connecting flanges 15. A cavitation body 16 with a wave-like generatrix and a shank, behind which a cavitation zone 17 is shown, is installed in the chamber 14. The body 16 is mounted on a bracket 18 of rectangular cross section, fixed between the frames 19. When installing the body 16 in the chamber 14, the nut 20 is placed on the threaded tip of the bracket 18, which is located in the Central holes 21 of the frames 19 (figure 4). The body 16 with the generatrix 22 has a tip 23 and a shank 24. The point 25 most distant from the axis 25 of the body 16 is respectively limited by inflection points (shown in Fig. 5 by arrows). Position 26 in figure 4 indicates the spoke of the frame 19.

К патрубку 4 может подключаться дозатор 27 пахучих веществ (фиг.1) с выходным патрубком 28 (фиг.7), размещенным в отверстии патрубка 4. Патрубок 4 может быть размещен и до смесителя 4 на магистрали 1, как и дозатор 27. При недостаточном напоре в магистрали 1 устанавливается насос 29. To the nozzle 4 can be connected to a dispenser 27 of odorous substances (Fig. 1) with an outlet nozzle 28 (Fig. 7) located in the hole of the nozzle 4. The nozzle 4 can be placed up to the mixer 4 on the highway 1, as well as the dispenser 27. If there is insufficient the pressure in the line 1 is installed pump 29.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Вода из магистрали 1 под напором поступает на вход смесителя 3, в камере 14 которого под действием кавитационного поля всасываемый в зону разрежения через патрубок 4 воздух разбивается на пузырьки диаметром 5 - 25 мкм, равномерно распределенные в воде, которая дополнительно насыщается воздухом. В результате из отверстий 8 коллектора 6 выходят струи воздушно-водяной смеси, пузырьки интенсивно движутся вверх, образуется непрерывная завеса. При этом, в отличие от известных решений, в предложенном имеется ряд важных преимуществ, в частности:
размер отверстий 8 может быть велик (6-12 мм) и они не зарастают со временем,
устройство не содержит дорогостоящего и неэкономичного источника сжатого воздуха,
микропузырьки схлопываются на всем протяжении завесы, обеспечивая ее эффективность также на всем протяжении,
образующиеся из растворенного в воде воздуха, поднимающиеся кверху и схлопывающиеся пузырьки, а также смеситель 3, который может быть размещен вблизи поверхности 5, являются мощным источником шума в широком диапазоне частот и по всей высоте завесы,
спектр шумового воздействия, его кинетическая энергия и размер микропузырьков могут быть легко адаптированы к условиям конкретного водоема путем замены тела 16, изменения напора или расхода воды, например, регулировки положения входной задвижки 2, поворота сопла 8,
в предложении автоматически обеспечивается введение в смесь пахучих веществ,
рыбозащита в предлагаемом решении осуществляется комплексно, путем акустического, тактильного и оптического воздействия (рыба реагирует на микропузырьки острее, чем на пузырьки размером 0,2-2 мм, завеса из микропузырьков воспринимается ею как непреодолимое препятствие,
в предлагаемой завесе газо-водяная смесь подается на подводный коллектор в уже сформированном виде. Скорость движения этой смеси через сопла легко регулируется, что создает возможность направленного "отпугивающего" воздействия на рыб переменных гидродинамических полей, благодаря кинетической энергии струй завеса обладает и выраженным мусороотталкивающим свойством.Water from the line 1 under pressure flows to the inlet of the mixer 3, in the chamber 14 of which, under the influence of a cavitation field, the air that is sucked into the rarefaction zone through the pipe 4 is divided into bubbles with a diameter of 5 - 25 μm, uniformly distributed in water, which is additionally saturated with air. As a result, jets of the air-water mixture exit the openings 8 of the manifold 6, the bubbles intensively move upward, and a continuous curtain is formed. Moreover, in contrast to the known solutions, the proposed one has a number of important advantages, in particular:
the size of the holes 8 can be large (6-12 mm) and they do not overgrow with time,
the device does not contain an expensive and uneconomical source of compressed air,
micro bubbles collapse along the entire length of the curtain, ensuring its effectiveness also throughout,
formed from air dissolved in water, rising upward and collapsing bubbles, as well as a mixer 3, which can be placed near the surface 5, are a powerful source of noise in a wide frequency range and over the entire height of the curtain,
the noise exposure spectrum, its kinetic energy and the size of microbubbles can be easily adapted to the conditions of a particular reservoir by changing the body 16, changing the pressure or flow rate of the water, for example, adjusting the position of the inlet valve 2, turning the nozzle 8,
the proposal automatically provides the introduction of odorous substances into the mixture,
the fish protection in the proposed solution is carried out comprehensively by acoustic, tactile and optical effects (the fish react to micro bubbles more sharply than to 0.2-2 mm bubbles, it is perceived by the micro bubbles as an insurmountable obstacle,
in the proposed curtain, the gas-water mixture is supplied to the underwater collector in an already formed form. The speed of movement of this mixture through the nozzles is easily regulated, which creates the possibility of a directed "scaring" effect on the fish of variable hydrodynamic fields, due to the kinetic energy of the jets the curtain also has a pronounced garbage-repellent property.

совместная кавитационная обработка воды и воздуха обеспечивает максимальную аэрацию и активацию воды, что не только усиливает рыбозащитный эффект, но и способствует обеззараживанию водоема, его очистке от биологических загрязнений,
высокочастотные акустические колебания, вызванные микроударными волнами, возникающими в зоне кавитации, через смесь, испускаемую в придонной области, распространяются во все стороны, обеспечивая дополнительную рыбозащиту.joint cavitation treatment of water and air provides maximum aeration and activation of water, which not only enhances the fish protection effect, but also contributes to the disinfection of the reservoir, its cleaning from biological pollution,
high-frequency acoustic vibrations caused by micro-shock waves arising in the cavitation zone, through the mixture emitted in the bottom region, propagate in all directions, providing additional fish protection.

Как явствует из изложенного, для получения вышеуказанного результата достаточно создать завесу из предварительно полученной смеси воздуха и воды, в которой размер пузырьков достаточно мал, в частности, менее 3 мм. Сделать это можно с помощью любого смесителя, однако предлагаемый гидродинамический кавитационный смеситель эффективнее и надежнее, поскольку позволяет получать микропузырьки требуемого размера без существенных затрат энергии и не содержит подвижных элементов. При этом необходимо учитывать, что в коллекторе 6 происходит частичное укрупнение микропузырьков за счет их слияния, однако при среднем размере 5-25 мкм на выходе аэратора 3, на выходе коллектора размер пузырьков составляет не более 100 мкм. As can be seen from the foregoing, to obtain the above result, it is enough to create a curtain from a previously obtained mixture of air and water, in which the size of the bubbles is small enough, in particular, less than 3 mm. This can be done using any mixer, however, the proposed hydrodynamic cavitation mixer is more efficient and reliable, since it allows you to get micro-bubbles of the required size without significant energy costs and does not contain moving elements. It should be borne in mind that in the collector 6 there is a partial enlargement of microbubbles due to their merging, however, with an average size of 5-25 μm at the outlet of the aerator 3, at the output of the collector, the size of the bubbles is not more than 100 μm.

Выражение, приведенное выше, позволяет управлять степенью кавитационной обработки и, следовательно, размером пузырьков воздуха в воде. В этом выражении безразмерный коэффициент ε характеризует жесткость кавитационного поля и связан со средним размером пузырьков r_ср, как показано на фиг. 8.The expression above allows you to control the degree of cavitation treatment and, consequently, the size of the air bubbles in the water. In this expression, the dimensionless coefficient ε characterizes the rigidity of the cavitation field and is related to the average bubble size r _cf , as shown in FIG. 8.

Под процессом кавитации понимается образование в жидкой среде пузырьков, заполненных паром, газом или их смесью. Кавитационные пузырьки образуются в тех местах жидкости, где давление становится ниже некоторого критического давления (p_кр) вследствие больших скоростей течения потока. Обычно кавитационный процесс возникает в камере 14 за телом 16, когда поток воды с воздухом из конфузора 12 попадает в наиболее узкое сечение камеры 14. Процесс развивается при давлениях, немного меньших давления насыщенного пара при данной температуре. Пузырьки воздуха, двигаясь с потоком и попадая в область давления p < p_кр, сильно расширяются в результате того, что их давление оказывается больше, чем суммарное действие поверхностного натяжения и давления в жидкости. В результате на участке потока с пониженным давлением создается зона, заполненная движущимися пузырьками.The cavitation process is understood to mean the formation in the liquid medium of bubbles filled with steam, gas or a mixture thereof. Cavitation bubbles form in those places of the liquid where the pressure drops below a certain critical pressure (p _cr ) due to the high flow rates. Typically, the cavitation process occurs in the chamber 14 behind the body 16, when the flow of water with air from the confuser 12 enters the narrowest section of the chamber 14. The process develops at pressures slightly lower than the saturated vapor pressure at a given temperature. Air bubbles moving with the flow and falling into the pressure region p <p _cr , expand greatly as a result of the fact that their pressure is greater than the total effect of surface tension and pressure in the liquid. As a result, a zone filled with moving bubbles is created in the reduced pressure section of the stream.

После перехода в зону повышенного давления (диффузор 13, коллектор 6) рост пузырьков прекращается, и они начинают сокращаться. Если пузырек содержит достаточно много газа (пара), то по достижении им минимального радиуса он восстанавливается и совершает несколько циклов затухающих колебаний. Если газа (пара) мало, то пузырек схлопывается полностью в первом периоде жизни. After the transition to the zone of high pressure (diffuser 13, collector 6), the growth of bubbles stops and they begin to contract. If the bubble contains a lot of gas (vapor), then when it reaches the minimum radius, it is restored and performs several cycles of damped oscillations. If there is little gas (steam), then the bubble collapses completely in the first period of life.

Схлопывание кавитационных пузырьков происходит с высокой скоростью (сравнимой со скоростью звука). Если степень развития кавитации такова, что одновременно возникает и схлопывается множество пузырьков, то явление сопровождается мощным волновым процессом со сплошным спектром частот колебаний от нескольких сотен герц до тысяч килогерц. В кавитационной области возникают гидродинамические возмущения в виде сильных импульсов сжатия (микроударных волн) и микропотоков, порождаемых пульсирующими пузырьками. The collapse of cavitation bubbles occurs at a high speed (comparable to the speed of sound). If the degree of development of cavitation is such that many bubbles arise and collapses simultaneously, then the phenomenon is accompanied by a powerful wave process with a continuous spectrum of vibration frequencies from several hundred hertz to thousands of kilohertz. In the cavitation region, hydrodynamic perturbations arise in the form of strong compression pulses (micro shock waves) and microflows generated by pulsating bubbles.

Выделяемая в результате посткавитационной релаксации потока энергия интенсивно дробит содержащиеся в потоке пузырьки воздуха, интенсивно перемешивает среду. The energy released as a result of post-cavitation relaxation of the stream intensively crushes the air bubbles contained in the stream and intensively mixes the medium.

Как показали проведенные исследования, основной рыбозащитный эффект обеспечивают зрительное восприятие завесы из пузырьков и акустические низкочастотные колебания, создаваемые воздушно-пузырьковыми струями. При этом надежный рыбозащитный эффект проявляется при размере микропузырьков воздуха до 3 мм. As the studies showed, the main fish-protective effect is provided by the visual perception of a veil of bubbles and acoustic low-frequency vibrations created by air-bubble jets. At the same time, a reliable fish protection effect is manifested when the size of air microbubbles is up to 3 mm.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет реализовать воздушно-пузырьковую завесу без применения воздуходувов и компрессоров, используя лишь энергию уже имеющихся на водозаборной станции подающих насосов, т.е. решена задача классического построения рыбозащитного устройства, где за основу берется создание воздушно-пузырьковой завесы. Thus, the proposed device allows you to implement an air-bubble curtain without the use of blowers and compressors, using only the energy of the feed pumps already available at the intake station, i.e. solved the problem of the classic construction of a fish protection device, where the basis is the creation of an air-bubble curtain.

При использовании кавитационного смесителя 3 величина пузырьков формируется на его выходе, поэтому появляется возможность увеличить диаметр сопел до 6-12 мм, что решает проблему заиленности и создания надежной воздушно-пузырьковой завесы без просветов и разрывов. When using a cavitation mixer 3, the size of the bubbles is formed at its outlet, so it is possible to increase the diameter of the nozzles to 6-12 mm, which solves the problem of siltation and the creation of a reliable air-bubble curtain without gaps and tears.

Предлагаемый способ был успешно апробирован на ТЭЦ-17 - филиале АО МОСЭНЕРГО. The proposed method was successfully tested at TPP-17 - a branch of JSC MOSENERGO.

Claims

1. The method of hydrodynamic microbubble fish protection of water intakes, including the emission of air bubbles in the bottom region of the reservoir in front of the water intake, characterized in that the emission of air bubbles is carried out by pre-receiving air-water microbubble mixture, the jet is then emitted in the bottom region of the reservoir.

2. The method according to claim 1, characterized in that the production of an air-water microbubble curtain is carried out by joint hydrodynamic cavitation treatment of water and air.

3. The method according to claim 2, characterized in that the joint hydrodynamic cavitation treatment of water and air is carried out in a hydrodynamic cavitation mixer with a pressure difference at the inlet of the hydrodynamic cavitation mixer and in its narrowest section, determined from the ratio

0.36>ε> 0,
where ΔP is the pressure difference at the inlet of the hydrodynamic mixer and in its narrowest section, kg / cm ² ;
V is the velocity in the narrowest section of the hydrodynamic cavitation mixer, m / s;
ρ is the average density of the air-water mixture, kg / m ³ ;
ε is a given value characterizing the average size of microbubbles in the mixture.

4. The method according to claim 1, characterized in that the average size of the microbubbles formed in the cavitation zone is maintained in the range of 5-25 microns.

5. A device for implementing the method, comprising a perforated manifold, characterized in that it is equipped with a water supply line and a hydrodynamic cavitation mixer connected in series with an air intake pipe, the output of the hydrodynamic cavitation mixer connected to the input of the perforated collector.

6. The device according to claim 5, characterized in that it is equipped with a dispenser of odorous substances connected to the air intake pipe.

7. The device according to claim 5, characterized in that the hydrodynamic cavitation mixer is made in the form of a cylindrical body with a confuser, a diffuser and a flow chamber, in which the cavitation body is located, made in the form of a body of revolution.

8. The device according to claim 7, characterized in that the generatrix of the cavitation body is made with one point maximally remote from the axis of the cavitation body.

9. The device according to claim 7, characterized in that the cavitation body is made with a truncated tip.