RU2809705C1

RU2809705C1 - Способ селективного забора воды из промежуточного слоя трехслойного стратифицированного водоема

Info

Publication number: RU2809705C1
Application number: RU2023101776A
Authority: RU
Inventors: Илларион Давидович Музаев; Константин Сергеевич Харебов; Нугзар Илларионович Музаев
Filing date: 2023-01-25
Publication date: 2023-12-14

Abstract

Изобретение относится к гидротехнике, в частности к забору воды, и может найти применение при проектировании и строительстве водозаборных устройств, обеспечивающих водоснабжение промышленных предприятий, тепловых и атомных электростанций. Сущность изобретения заключается в том, что забор воды производится из трех слоев стратифицированного водоема через водозаборные окна: из промежуточного слоя водозабор производят на промышленные нужды, а из верхнего и нижнего слоев водозабор производят для обеспечения селективного водозабора из промежуточного слоя, причем вода из всех трех окон забирается синхронно с одинаковым расходом. Предлагаемый способ позволяет повысить эффективность водозаборных устройств, обеспечивающих водоснабжение промышленных предприятий, тепловых и атомных электростанций. 1 ил.

Description

Изобретение относится к гидротехнике, в частности к забору воды, и может найти применение при проектировании и строительстве водозаборных устройств, обеспечивающих водоснабжение промышленных предприятий, тепловых и атомных электростанций.

Известен способ, где слой водоема, выбранный для водозабора, изолируют от выше- и нижележащих слоев поверхностью, которую формируют образующими плоское течение водовоздушными струями, направляя их под углом к горизонту на выбранную глубину (авторское свидетельство № 1808904, опубликовано 15.04.1993 г., МПК Е02В 9/04).

Недостатком способа является то, что при его осуществлении водозабор возможен только из верхнего слоя стратифицированного водоема. Кроме того, водовоздушные струи, направленные под углом к горизонту, будут не только изолировать слой водоема, выбранный для водозабора, но и приводить к перемешиванию воды и нарушению стратификации водоема, что не позволяет изобретение считать промышленно применимым, снижает его эффективность.

Наиболее близким техническим решением является способ, в котором забор воды производится из водоема с двухслойной стратификацией, синхронно из двух слоев: через водозаборное окно в одном слое - на промышленные нужды, а через водозаборное окно в другом слое вода возвращается в источник водоснабжения водоема (Патент Российской Федерации № 2648259 от 23.03.2018, МПК Е02В 9/04).

Недостатком способа-прототипа является то, что даже при небольшом расходе забираемой воды в водозаборное окно может затекать вода из другого слоя водоема, чем нарушается селективный водозаборный процесс.

Цель изобретения - снабжение чистой холодной водой промышленных предприятий, тепловых и атомных электростанций.

Поставленная цель достигается тем, что забор воды производят одновременно из трех слоев слоисто стратифицированного водоема через три водозаборных окна в верхнем, промежуточном и нижнем слоях водоема. Воду из промежуточного слоя водоема направляют на промышленные нужды, а забираемую из верхнего и нижнего слоев стратифицированного водоема воду используют в других целях, либо возвращают в водоем на достаточно большом расстоянии от локации водозаборных окон.

Для этого в верхнем и нижнем слоях водоема компонуют два вспомогательных водозаборных окна: верхнее и нижнее, причем оба окна располагают симметрично относительно промежуточного окна (Фиг. 1), водозабор из всех трех окон осуществляют синхронно с одинаковым расходом воды. Поверхности разделов слоев практически остаются в первоначальном горизонтальном положении при любом значении расхода воды, что обеспечивает селективность водозаборного процесса.

Техническое решение заключается в том, что в отличие от способа-прототипа, помимо водозаборного окна в промежуточном слое, в нижнем и верхнем слоях скомпонованы два вспомогательных водозаборных окна. Вода из всех трех окон забирается синхронно, обе поверхности раздела слоев практически остаются в первоначальном горизонтальном положении при любом значении расхода через окна, что обеспечивает селективность водозаборного процесса.

Технический результат заявленного способа заключается в повышении эффективности способа. Обе поверхности раздела слоев практически остаются в первоначальном горизонтальном положении при любом значении расхода через водозаборные окна, что по определению обеспечивает селективный водозаборный процесс из промежуточного слоя водоема. Забираемую из верхнего и нижнего вспомогательных окон воду можно использовать в других целях, либо возвращать воду в водоем на достаточно большом расстоянии от локации водозаборных окон.

На Фиг. 1 представлен схематический чертеж водозаборного процесса, предназначенного для охлаждения тепловыделяющих элементов промышленных предприятий, в том числе тепловых и атомных электростанций в летнее время, когда необходимо подавать охлаждающую воду из промежуточного слоя слоисто стратифицированного водоема с технически чистой и холодной, по сравнению с верхним и нижним слоями водоема.

Обозначения:

Н₁, Н₂, Н₃ - верхний, промежуточный и нижний слои водоема;

q₁, q₂, q₃ - расходы через верхнее, промежуточное и нижнее водозаборное окно соответственно;

η₁ - граница между верхним и промежуточным слоями;

η₂ - граница между нижним и промежуточным слоями;

z₀ ¹, z₀ ², z₀ ³ - расстояние между η₁ и центром верхнего водозаборного окна;

z₀ ², z₀ ³ - расстояние между η₂ и центром промежуточного водозаборного окна;

z₀ ³ - расстояние между дном водоема и центром нижнего водозаборного окна.

Способ осуществляется следующим образом.

Забор воды на промышленные нужды производится через промежуточное водозаборное окно. Забираемую через верхнее и нижнее водозаборные окна воду можно использовать для иных целей, либо возвращать в водоем на достаточно большом расстоянии от расположения водозаборных окон.

Пример

На основе разработанного авторами гидродинамического метода расчета селективных водозаборных процессов была проведена оценка величины сдвига границы между верхним и промежуточным слоями, а также между нижним и промежуточным слоями.

В качестве исходных данных для расчета были выбраны:

Н₁=H₂-Н₃=2 м;

q₁=q₂=q₃=0,6 м³/c; z₀ ¹=0,5 м;

z₀ ²=1,0 м; z₀ ³=1,5 м;

ρ₁=998 кг/м³;

ρ₂=999 кг/м³;

ρ₃=1000 кг/м³.

Из результатов расчетов следует, что сдвиг поверхности раздела между верхним и промежуточным, а также между нижним и промежуточным слоями составляет не более 3% от толщины слоя (Фиг. 1). К тому же, уровень поверхности раздела между верхним и промежуточным слоями не достигает края водозаборного окна, также, как и уровень поверхности раздела между нижним и промежуточным слоями не достигает края водозаборного окна. Это означает, что слои не перемешиваются, т.е. процесс водозабора остается селективным для промежуточного слоя. В итоге для промышленных целей поступает чистая холодная вода.

Claims

Способ селективного забора воды из промежуточного слоя трехслойного стратифицированного водоема, включающий разделение слоев водоема, забор воды из одного слоя на промышленные нужды, возврат воды из другого слоя в источник водоснабжения водоема, отличающийся тем, что забор воды производят синхронно с одинаковым расходом из трех слоев через водозаборные окна в каждом слое: из промежуточного окна на промышленные нужды, а из верхнего и нижнего окон, которые располагаются симметрично относительно промежуточного окна, вода возвращается в источник водоснабжения водоема.