Методи та засоби шуголедового захисту водозаборів
Верстат для буріння БУР-50:
ЗМІСТ
Методи та засоби шуголедового захисту водозаборів
Аналогічна шуголедова ситуація на цьому водозаборі повторилася навесні 1972 р., коли після розтину річки та подальшого різкого зниження температури повітря на річці утворився інтенсивний шугохід. Завдяки наявності раніше випробуваних засобів та досвіду боротьби з шугою цього разу вдалося запобігти зупинці водозабору. Для боротьби з шугою на ковшових водозаборах деякими проектами передбачалося скидання відпрацьованої теплої води в річку вище (водозабори на річках Томь, Ангара та ін.). Досвід експлуатації показав недоцільність такого методу, так як більша частина теплої води при цьому через поперечні циркуляції на вході в ківш віддає тепло річковому потоку, що не входить у ківш. Теплу воду рекомендується скидати у вхідну частину ковша або у водоприймальних вікон. Але, оскільки цей засіб, запобігаючи утворенню внутрішньоводного льоду, не виключає все ж таки забивання ковша шугою (наприклад, при щугозажорах), більш доцільним засобом шуго-захисту вважають прискорення льодоставу в ківшах. Повітря від компресора підводиться з берега до оголовка по трубопроводу або по шлангу і виходить через дірчасту трубу у вигляді суцільної завіси. Труба закріплюється біля нижньої грані водоприймальних вікон під кутом до річкового потоку. Застосування цього способу дозволило значно скоротитикількість зворотних промивок. Аналогічний спосіб захисту випробуваний на водосховищі в Челябінську. У 1972 - 1976рр. Метод пневмозахисту оголовків був випробуваний на водозаборах з Оки в Рязані і Горькому і Обі в Барнаулі і Новосибірську. Слід зазначити, що спроби застосувати цей спосіб робилися й раніше, але теоретичне і практичне обгрунтування, дане У. У. Одинцовим і Т. У. Колесниковой [20], дозволило розширити масштаби його застосування. Сутність способу полягає у створенні водоповітряної завіси, що захищає акваторію водоприймача (рис. 55). Для цього по дну річки на деякій відстані від водоприймальних споруд укладають перфоровані повітропроводи діаметром 50. 100 мм з отворами 2. 4 мм і з кроком приблизно 25 см. Конструктивні та технологічні параметри системи пневмозахисту приймаються на основі відповідних розрахунків. Стиснене повітря, виходячи з перфорованих труб, створює зону висхідних потоків, які виносять шуголедові маси на поверхню води, запобігаючи їх залученню до водоприймальних вікон. При цьому вертикальна складова швидкості потоку в річці (U) повинна бути більшою за її горизонтальну складову (va) і повинно виконуватися співвідношення U>Kva (де К - досвідчений коефіцієнт, що залежить від швидкості і ледонасиченості потоку).
Згідно з натурними спостереженнями на Оці, при середній швидкості перебігу уа = 0,5 м/с і глибині потоку Н = = 3,5 м хороший ефект шугозахисту досягається при витраті повітря qB=l м3/хв на 1 м, при цьому К=1 ,54. На межі зони поширення водоповітряних потоків змерзлі маси шуги легко руйнуютьсяі відхиляються при русі в сторони від водоприймача. Застосування цього навіть на великих водозаборах (QB до 14 м3/с) забезпечує безперебійну роботу водоприймальних пристроїв. Система пневмозахисту не є особливою складністю, монтаж її не вимагає зупинки водозаборів і не перешкоджає судноплавству. Завдяки цьому спосіб пневмозахисту широко застосовується не тільки на проектованих, але і на діючих водозаборах. І все ж, якщо описані вище способи з якихось причин не застосовні або жоден з них не дає позитивного результату і закупорка водоприймальних вікон виявляється неминучою, як це було в Омську, Павлодарі, Новосибірську, вимушено доводиться вдаватися до розчищення грат вручну, за допомогою водолазів. У деяких випадках (Тюмень, Павлодар, Новосибірськ) для цього успішно застосовувалися річкові судна, гвинтами яких шуга відганялася від водоприймальних вікон. Відомий з літератури спосіб боротьби з шугою за допомогою коробів, що встановлюються над водоприймальними вікнами, не отримав практично великого поширення.
Аналіз засобів боротьби з шугою в безпосередній близькості від водоприймальних вікон і досвіду їх застосування показує, що ці засоби не забезпечують необхідної безперебійності водопостачання. Це змушує надавати перевагу способам боротьби на далеких підступах до водозаборів. Це завдання успішно вирішується за рахунок раннього льодоставу в акваторії розташування водоприймачів. Відомо, що ранній криголам надійно забезпечений на ковшових водозаборах.Додаткове прискорення льодоставу в ківшах досягається установкою шуговідбійних запаней. Запані із брусів успішно застосовуються, наприклад, у ковші Кемеровської ТЕЦ на Томі. Слід зауважити, що запань, встановлена безпосередньо на вході в ківш, не виключає підсмоктування шуги в нього. Намерзаючи при цьому на нижній поверхні льоду на початку ковша, шуга стискає потік і може спричинити різкий спад рівня води у водоприймача. У цьому плані надійнішим є будівництво шугоотбойных шпор, досліджених А. З. Образовським. Такі шпори успішно діють на ківшах у Новокузнецьку, Міжріченську (Томь), Осинниках (Кондома), Новосибірську (Об). Спостереження на новосибірському ковші показали, що криголам за шпорами утворюється при перших заморозках, причому припай льоду вдається в русло річки на 30. 40 м, надійно захищаючи вхід у ківш від проникнення шуги (рис. 49). Значно складніше здійснити прискорення льодоставу в руслах річок на водоприймальних оголовках. Тому більшість діючих оголовків практично залишається незахищеною від шуги. Водночас із практики відомі факти застосування шуговідбійних запанів не лише у ківшах, а й на оголовках. Наприклад, раніше запани застосовувалися, за даними М. С. Макерова, на річкових водозаборах деяких промислових підприємств Барнаула (Об), Семипалатинська (Іртиш), Іркутська (Ангара).
На водозаборі Волгоградського тракторного заводу було випробувано запань, виконану з листів заліза, загнутих як напівциліндра. При цьому встановлено, що навіть при великих коливаннях рівня води в нижньому б'єфі ГЕС запань (після конструктивного вдосконалення її) може значно полегшити роботу водозабору. Тривалий час пані застосовувалися також на Омському водозаборі для захисту від шуги руслових оголовків. Пристрій та принцип дії цих запанейописані М. Р. Каїповим та В. І. Рабіновичем і видно з рис. 56. У 1971 р. цей спосіб захисту був застосований на водозаборі в Кемерово (Томь). Запань тут не мала глибинних щитів, як в Омську, а являла собою плаваючий батіг завдовжки 50 м з дерев'яних брусів. На причепі до катера батіг виводили в русло і закріплювали тросами на обох берегах річки. Наявність пані забезпечувала ранній льодостав у прибережній частині русла. Проведені спостереження показали, що край льоду, що вдається в русловий потік, повністю відтісняє шугу. На жаль, ця кромка не доходила до оголовка і водоприймальні вікна інтенсивно забивали шугою. Як протиаварійний захід з кромки льоду в потік висували на 8. 10 м хлисті дерев, які протягом доби забезпечували утворення крижаного покриву завтовшки 10. 15 см послідовно на смугах I-IV (рис. 57, а). Таким чином за 4 добу вдалося наростити кромку льоду приблизно в 35 м і повністю відтіснити потік шугу від оголовка. Завдяки цьому за два тижні до повного льодоставу на річці вплив шуги на водозабір було виключено. Для порівняння можна відзначити, що розташований в аналогічних умовах за кілька кілометрів нижче за течією річки інший оголовок, не захищений запаленням, у той же час інтенсивно забивався шугою і у зв'язку з цим його доводилося промивати зворотним струмом до 4. 5 разів на добу. Невдалий досвід 1971 р. був врахований, і надалі, встановлюючи запань під кутом 135 ° до потоку (рис. 57,6), виключили вплив шуги, хоча шуголедова обстановка на річці була не менш важкою.
Цей жеспосіб був випробуваний на міському водопроводі Барнаула та на одному з водозаборів м. Горького. На відміну від розглянутого вище запані в м. Горькому встановлювали нижче оголовків за течією річки, вони є однорядним ланцюгом колод без забральної стінки. Одним кінцем запань кріпиться на березі нижче за оголовок, а другим — у руслі річки. На початку періоду льодоутворення, коли шуга знаходиться на поверхні потоку, вона вловлюється запанню і швидко змерзається, утворюючи суцільний крижаний покрив.
У всіх випадках шуговідбійна запань готується на березі і встановлюється на місце в переддоставний період. При цьому транспортування її до місця встановлення на великих річках може здійснюватися катером, а на дрібних трактором з протилежного берега. З утворенням стійкого льодоставу на річці лід навколо запані обколюють і вона витягується на берег. В аварійних ситуаціях як шуговідбійні засоби застосовували також річкові судна (ліхтери), які встановлювали під кутом до потоку вище оголовків за течією річки (рис. 48) і забезпечували тим самим ранній льодостав. Це завдання може бути вирішене шляхом застосування полегшених плотів (рис. 58). На мілководних річках шуговідбій може здійснюватися більш простими засобами. Наприклад, на о-ві Сахалін деякі водозабори успішно захищають тинами з хмизу, що виставляються в руслі річки напередодні щугохода. Плітні розташовують під кутом до потоку, як показано на рис. 59 а. На одному з цих водозаборів побудовано стаціонарну шуговідбійну залізобетонну запань (рис.59, б). На берегових водоприймачах як шуговідбійні пристрої можуть застосовуватися також шпори з кам'яноїМалюнки, що височіють на 0,5. 1 м над мінімальним горизонтом шугохода. Для запобігання непередбачених шуголедових ускладнень на водозаборах, здатних спричинити велику матеріальну шкоду, слід передбачати сумісне застосування кількох способів, наприклад шуговідбійні запалі на оголовках спільно з електрообігрівом і зворотним промиванням сороудерживающих решіток. Остаточне рішення задачі захисту водозаборів від шугольда може бути досягнуто на основі подальших досліджень найбільш досконалих способів боротьби з шугою в поєднанні із застосуванням удосконалених конструкцій водоприймачів (оголовки, що фільтрують, оголовки з вихровими аванкамерами та ін.).