устройство для направленного перемещения рыбы

Формула изобретения

1. Устройство для направленного перемещения рыбы, включающее установленную поперек потока побудительную систему, имеющую возможность возвратно-поступательного перемещения относительно водосбросного фронта, при этом рабочий орган побудительной системы выполнен в виде решетчатого каркаса, расположенного параллельно потоку и соединенного с приводом его перемещения, направляющие, на которых установлены катки тележки побудительной системы, канал для пропуска рыбы, примыкающий к концевой части водосбросного фронта, отличающееся тем, что оно снабжено насосом, напорным трубопроводом с раздающими трубчатыми коллекторами с выпускными отверстиями, струеформирующими насадками, воздухоподводящей полостью и средством для отпугивания рыбы, причем решетчатый каркас образован горизонтальными пустотелыми стержнями с поперечным сечением обтекаемой формы, при этом раздающие трубчатые коллекторы выполнены соосно пустотелым стержням внутри них и одним концом соединены с напорным трубопроводом, пустотелые стержни глухим концом примыкают к напорному трубопроводу, а открытым концом соединены с воздухоподводящей полостью, выполненной в виде герметичного каркаса и сообщенной воздухозаборным патрубком с атмосферой, причем струеформирующие насадки выполнены соосно выпускным отверстиям трубчатых коллекторов, установлены внутри пустотелых стержней, а средство для отпугивания рыбы выполнено в виде пластин-резонаторов, установленных в горизонтальной плоскости перед выходными отверстиями струеформирующих насадков, при этом струеформирующие насадки расположены с обеих боковых сторон пустотелых стержней и имеют площадь внутреннего отверстия, большую, чем площадь выпускных отверстий трубчатых коллекторов, причем входные отверстия струеформирующих насадков и выпускные отверстия трубчатых коллекторов расположены с образованием зазора между собой.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выпускные отверстия раздающих трубчатых коллекторов и струеформирующих насадков выполнены круглыми.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выпускные отверстия раздающих трубчатых коллекторов и струеформирующих насадков выполнены прямоугольными.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к гидротехническому строительству, а именно к рыбонаправляющим устройствам рыбопропускных сооружений, предназначенных для пропуска производителей рыбы через подпорные сооружения к местам нереста и нагула.

Известно устройство для направленного перемещения рыбы [1], включающее струеформирующий насадок, установленный в нижнем бьефе гидроузла, воздуховод, соединяющий выходную часть насадка с атмосферой, и резонатор, расположенный перед насадком.

Недостатком данного устройства является низкая эффективность рыбонаправляющего эффекта вследствие локального воздействия устройства.

Известно устройство для направленного перемещения рыбы [2], включающее струеформирующий насадок, установленный параллельно водозаборному фронту, напорный трубопровод, соединяющий насос с насадком, и пластины-резонаторы, расположенные перед насадком, соосно его выпускному отверстию.

Недостатком данного устройства является низкая эффективность рыбонаправляющего эффекта вследствие локального воздействия устройства.

Известно устройство для направленного перемещения рыбы [3], включающее установленную поперек потока побудительную систему, имеющую возможность возвратно-поступательного перемещения относительно водосбросного фронта, при этом рабочий орган побудительной системы выполнен в виде водовоздушной флейты, соединенной с насосом, направляющие, на которых установлены катки тележки побудительной системы, канал для пропуска рыбы, примыкающий к концевой части водосбросного фронта, напорный трубопровод с выпускными отверстиями, струеформирующие насадки, расположенные в воздухоподводящей полости, сообщенной воздухозаборным патрубком с атмосферой, причем струеформирующие насадки выполнены соосно выпускным отверстиям и имеют внутренний диаметр больше, чем диаметр выпускных отверстий напорного трубопровода, причем входные отверстия струеформирующих насадков и выпускные отверстия напорного трубопровода расположены с образованием зазора между собой.

Недостатком данного устройства является низкая эффективность рыбонаправляющего эффекта вследствие локального воздействия устройства.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для направленного перемещения рыбы [4], включающее установленную поперек потока побудительную систему, имеющую возможность возвратно-поступательного перемещения относительно водосбросного фронта, при этом рабочий орган побудительной системы выполнен в виде решетчатого каркаса, расположенного параллельно потоку и соединенного с приводом его перемещения, направляющие, на которых установлены катки тележки побудительной системы, канал для пропуска рыбы, примыкающий к концевой части водосбросного фронта.

Недостатком данного устройства является низкая эффективность рыбонаправляющего эффекта.

Целью изобретения является повышение эффективности рыбонаправляющего эффекта.

Сущность изобретения заключается в следующем.

По п.1 формулы изобретения. Выполнение устройства снабженным насосом, напорным трубопроводом с раздающими трубчатыми коллекторами с выпускными отверстиями, струеформирующими насадками, воздухоподводящей полостью и средством для отпугивания рыбы, позволяет использовать комплексное воздействие на различные органы чувств рыб. Создаваемые акустические волны (акустическое поле) воспринимаются органами слуха, боковой линией и плавательным пузырем рыб, что отпугивает рыбу от водосбросного фронта гидроузла и предотвращает их концентрацию под пролетами регулирующих затворов плотины.

Струеформирующие насадки формируют водовоздушные гидравлические струи, состоящие из двухфазной среды - вода+воздух. Подача рабочего расхода от насоса в напорный трубопровод с раздающими трубчатыми коллекторами обеспечивает формирование гидравлических струй, истекающих из выпускных отверстий раздающих коллекторов. Благодаря размещению раздающих коллекторов во внутреннем пространстве воздухоподводящей полости гидравлические струи активно эжектируют сначала воду, заполняющую воздухоподводящую полость, а затем воздух, поступающий из атмосферы. В результате на выходе из струеформирующих насадков формируются водовоздушные гидравлические струи, состоящие из двухфазной среды - вода+воздух.

Выполнение средства для отпугивания рыбы в виде гидравлического (гидродинамического) свистка, в данном случае - в виде пластин-резонаторов, расположенных перед струеформирующими насадками и соосно им, позволяет при обтекании водовоздушными гидравлическими струями пластин-резонаторов формировать интенсивное гидродинамическое поле, характеризующееся акустическим раздражителем в ультразвуковом диапазоне частот (20 кГц-1000 МГц). Гидродинамические генераторы-излучатели (пластины-резонаторы) служат для превращения кинетической энергии водовоздушных струй в энергию упругих акустических колебаний. Генерация звука происходит в области вихревого движения струи (вторичного следа). Водовоздушные гидравлические струи возбуждают продольные колебания в пластинах-резонаторах, которые и формируют ультразвуковое акустическое поле. Наличие пузырьков и микропузырьков воздуха в водовоздушных гидравлических струях обеспечивает постоянное изменение интенсивности и частоты создаваемого гидродинамического поля, что, в свою очередь, исключает возможность адаптации к нему рыбы разных видов и размеров. Кроме того, мощность распространения гидродинамического поля в двухфазной среде значительно эффективнее. Не стоит забывать, что сжатия и разрежения жидкой среды, создаваемые ультразвуком, приводят к образованию разрывов сплошности жидкости - кавитаций. Кавитации существуют недолго и быстро захлопываются, при этом в небольших объемах выделяется значительная энергия, происходит разогревание вещества, а также ионизация и диссоциация молекул.

Выполнение решетчатого каркаса, образованного горизонтальными пустотелыми стержнями с поперечным сечением обтекаемой формы, позволяет создать оптимальную его конструкцию, имеющую минимальное гидравлическое сопротивление при перемещении решетчатого каркаса в потоке воды.

Выполнение раздающих трубчатых коллекторов соосно пустотелым стержням, внутри них, при этом они одним концом соединены с напорным трубопроводом, позволяет эффективно эжектировать воздух из герметичной полости стержней.

Выполнение пустотелых стержней глухим концом примыкающих к напорному трубопроводу и жестко закрепленных к нему, а открытым концом соединенных с воздухоподводящей полостью, выполненной в виде герметичного каркаса и сообщенной воздухозаборным патрубком с атмосферой, позволяет обеспечить постоянный подсос воздуха из атмосферы.

Выполнение струеформирующих насадков соосно выпускным отверстиям трубчатых коллекторов, установленных внутри пустотелых стержней, позволяет сформировать многосопловую эжекционную камеру, обеспечивающую активную эжекцию воздуха из внутреннего пространства пустотелых стержней.

Выполнение средства для отпугивания рыбы в виде пластин-резонаторов, закрепленных в узловых точках и установленных в горизонтальной плоскости перед выходными отверстиями струеформирующих насадков, позволяет возбуждать колебательные движения пластин-резонаторов и формировать интенсивное гидродинамическое поле, характеризующееся акустическим раздражителем, для рыбы, в ультразвуковом диапазоне частот (20 кГц-1000 МГц).

Выполнение струеформирующих насадков расположенных с обеих боковых сторон пустотелых стержней, позволяет одновременно формировать отпугивающее рыбу гидродинамическое поле как по направлению перемещения побудительной системы, так и в противоположном направлении.

Выполнение струеформирующих насадков с площадью внутреннего отверстия больше, чем площадь выпускных отверстий трубчатых коллекторов, причем входные отверстия струеформирующих насадков и выпускные отверстия трубчатых коллекторов выполнены соосно и расположены с образованием зазора между собой, позволяет сформировать оптимальную конструкцию эжекционной камеры и обеспечить эффективное насыщение гидравлических струй воздухом, подсасываемым из атмосферы.

По п.2 формулы изобретения. Выполнение выпускных отверстий раздающих трубчатых коллекторов круглыми является частным конструктивным решением и позволяет формировать затопленные осесимметричные гидравлические струи.

По п.3 формулы изобретения. Выполнение выпускных отверстий раздающих трубчатых коллекторов прямоугольными также является частным конструктивным решением и позволяет формировать затопленные плоские гидравлические струи.

Решение поставленной задачи достигается путем создания новой конструкции устройства для направленного перемещения рыбы. Графический материал, поясняющий сущность предлагаемого изобретения, представлен на следующих фигурах:

фиг.1 - эстакада побудительной системы, вид сбоку;

фиг.2 - гидроузел, план;

фиг.3 - решетчатый каркас, продольный разрез;

фиг.4 - то же, поперечный разрез;

фиг.5 - разрез А-А на фиг.3;

фиг.6 - вид Б на фиг.5;

фиг.7 - фрагмент пустотелого стержня, план;

фиг.8 - разрез В-В на фиг.7;

фиг.9 - фрагмент плана побудительной системы и входного оголовка канала для пропуска рыбы;

фиг.10 - разрез Г-Г на фиг.8;

фиг.11 - то же, вариант выпускных отверстий и струеформирующих насадков, выполненных с прямоугольным поперечным сечением.

Устройство для направленного перемещения рыбы включает установленную поперек потока побудительную систему 1, имеющую возможность возвратно-поступательного перемещения относительно водосбросного фронта 2, при этом рабочий орган побудительной системы 1 выполнен в виде решетчатого каркаса 3, расположенного параллельно потоку и соединенного с приводом его перемещения, направляющие 4, на которых установлены катки тележки 5 побудительной системы, канал 6 для пропуска рыбы, примыкающий к концевой части водосбросного фронта 2.

Устройство снабжено насосом 7, напорным трубопроводом 8 с раздающими трубчатыми коллекторами 9 с выпускными отверстиями 10, струеформирующими насадками 11, воздухоподводящей полостью 12 и средством для отпугивания рыбы, причем решетчатый каркас 3 образован горизонтальными пустотелыми стержнями 13 с поперечным сечением обтекаемой формы, при этом раздающие трубчатые коллектора 9 выполнены соосно пустотелым стержням 13 внутри них и одним концом соединены с напорным трубопроводом 8, пустотелые стержни 13 глухим концом примыкают к напорному трубопроводу 8, а открытым концом соединены с воздухоподводящей полостью 12, выполненной в виде герметичного каркаса и сообщенной воздухозаборным патрубком 14 с атмосферой, причем струеформирующие насадки 11 выполнены соосно выпускным отверстиям 10 трубчатых коллекторов 9, установлены внутри пустотелых стержней 13, а средство для отпугивания рыбы выполнено в виде пластин-резонаторов 15, установленных в горизонтальной плоскости перед выходными отверстиями струеформирующих насадков 11, при этом струеформирующие насадки 11 расположены с обеих боковых сторон пустотелых стержней 13 и имеют площадь внутреннего отверстия больше, чем площадь выпускных отверстий 10 трубчатых коллекторов 9, причем входные отверстия струеформирующих насадков 11 и выпускные отверстия 10 трубчатых коллекторов 9 расположены с образованием зазора между собой.

Кроме того, выпускные отверстия 10 раздающих трубчатых коллекторов 9 могут быть выполнены круглыми.

Помимо того, выпускные отверстия 10 раздающих трубчатых коллекторов 9 могут быть выполнены прямоугольными.

Направляющие 4 установлены на эстакаде 16, размещенной на быках 17.

Всасывающий патрубок 18 насоса 7 выполнен внутри решетчатого каркаса 3, со стороны водосбросного фронта 2 и имеет водозаборное отверстие 19, расположенное в нижней части всасывающего патрубка 18.

Устройство для направленного перемещения рыбы работает следующим образом.

Часть рыбы, привлекаемая из нижнего бьефа, концентрируется у входного оголовка канала 6 (фиг.9), заходит в него и постепенно перемещается внутрь его, откуда впоследствии переводится в верхний бьеф гидроузла. Основная масса мигрантов ориентируется на поток, формируемый водосбросным фронтом 2 гидроузла (фиг.2 и 9). Для перенаправления рыбы от водосбросного фронта 2 в сторону входного оголовка канала 6 служит побудительная система 1 (фиг.1), расположенная на направляющих 4, установленных на эстакаде 16, размещенной на быках 17.

Побудительная система 1 имеет возможность возвратно-поступательного перемещения относительно водосбросного фронта 2, при этом рабочий орган побудительной системы 1 выполнен в виде решетчатого каркаса 3, расположенного параллельно потоку. При перемещении решетчатого каркаса 3 он формирует интенсивное комплексное воздействие на различные органы чувств рыб. Создаваемые акустические волны (акустическое поле) воспринимаются органами слуха, боковой линией и плавательным пузырем рыб, что отпугивает рыбу от водосбросного фронта 2 гидроузла и предотвращает ее концентрацию под пролетами регулирующих затворов плотины.

Принципиальная схема работы побудительного устройства заключается в следующем.

Струеформирующие насадки 11 формируют водовоздушные гидравлические струи, состоящие из двухфазной среды - вода+воздух. Подача рабочего расхода от насоса 7 в напорный трубопровод 8 с раздающими трубчатыми коллекторами 9 обеспечивает формирование гидравлических струй, истекающих из выпускных отверстий 10 раздающих коллекторов 9. Благодаря размещению раздающих коллекторов 9 во внутреннем пространстве воздухоподводящей полости 12 гидравлические струи активно эжектируют сначала воду, заполняющую воздухоподводящую полость 12 и внутреннее пространство пустотелых стержней 13, а затем воздух, поступающий из атмосферы через воздухозаборный патрубок 14 (фиг.3). В результате на выходе из струеформирующих насадков 11 формируются водовоздушные гидравлические струи, состоящие из двухфазной среды - вода+воздух (фиг.8).

Выполнение средства для отпугивания рыбы в виде гидравлического (гидродинамического) свистка, в данном случае - в виде пластин-резонаторов 15, расположенных перед струеформирующими насадками 11 и соосно им, позволяет при обтекании водовоздушными гидравлическими струями пластин-резонаторов 15 формировать интенсивное гидродинамическое поле, характеризующееся акустическим раздражителем в ультразвуковом диапазоне частот (20 кГц-1000 МГц). Гидродинамические генераторы-излучатели (пластины-резонаторы 15) служат для превращения кинетической энергии водовоздушных струй в энергию упругих акустических колебаний. Генерация звука происходит в области вихревого движения струи (вторичного следа), образуемого за пластинами-резонаторами 15. Водовоздушные гидравлические струи, за счет динамического давления, возбуждают продольные колебания в пластинах-резонаторах 15, которые и формируют ультразвуковое акустическое поле. Наличие пузырьков и микропузырьков воздуха в водовоздушных гидравлических струях обеспечивает постоянное изменение интенсивности и частоты создаваемого гидродинамического поля, что, в свою очередь, исключает возможность адаптации к нему рыбы разных видов и размеров. Кроме того, мощность распространения гидродинамического поля в двухфазной среде и степень воздействия его на окружающую водную среду и биологические объекты (рыбу) значительно эффективнее. Не стоит забывать, что сжатия и разрежения жидкой среды, создаваемые ультразвуком, приводят к образованию разрывов сплошности жидкости - кавитаций. Данные флуктуации (кавитации) существуют недолго и быстро захлопываются (то есть исчезают), при этом в небольших объемах выделяется значительная энергия, происходит разогревание вещества, а также ионизация и диссоциация молекул. Все вышеописанные физические эффекты и гидродинамические явления способствуют формированию устойчивой реакции у рыбы - реакции избегания той части водосбросного фронта 2, где работает рабочий орган побудительной системы 1 - многосопловая эжекционная система решетчатого каркаса 3.

Выполнение решетчатого каркаса 3, образованного горизонтальными пустотелыми стержнями 13 с поперечным сечением обтекаемой формы (фиг.5), позволяет создать оптимальную его конструкцию, имеющую минимальное гидравлическое сопротивление при перемещении решетчатого каркаса 3 в потоке воды.

Выполнение раздающих трубчатых коллекторов 9 соосно пустотелым стержням 13, внутри них, при этом они одним концом соединены с напорным трубопроводом 8, позволяет эффективно эжектировать воздух из герметичной полости стержней 13.

Выполнение пустотелых стержней 13 глухим концом примыкающих к напорному трубопроводу 8 и жестко закрепленных к нему, а открытым концом соединенных с воздухоподводящей полостью 12, выполненной в виде герметичного каркаса и сообщенной воздухозаборным патрубком 14 с атмосферой (фиг.3), позволяет обеспечить постоянный подсос воздуха из атмосферы.

Выполнение струеформирующих насадков 11 соосно выпускным отверстиям 10 трубчатых коллекторов 9, установленных внутри пустотелых стержней 13, позволяет сформировать многосопловую эжекционную камеру, обеспечивающую активную эжекцию воздуха из внутреннего пространства пустотелых стержней 13.

Выполнение средства для отпугивания рыбы в виде пластин-резонаторов 15, закрепленных в узловых точках и установленных в горизонтальной плоскости перед выходными отверстиями струеформирующих насадков 11, позволяет возбуждать колебательные движения пластин-резонаторов 15 и формировать интенсивное гидродинамическое поле, характеризующееся акустическим раздражителем, для рыбы, в ультразвуковом диапазоне частот (20 кГц-1000 МГц).

Выполнение струеформирующих насадков 11 расположенных с обеих боковых сторон пустотелых стержней 13 (симметрично раздающим трубчатым коллекторам 9, фиг.5 и 7), позволяет одновременно формировать отпугивающее рыбу гидродинамическое поле как по направлению перемещения побудительной системы 1, так и в противоположном направлении.

Выполнение струеформирующих насадков 11 с площадью внутреннего отверстия больше, чем площадь выпускных отверстий 10 трубчатых коллекторов 9, причем входные отверстия струеформирующих насадков 11 и выпускные отверстия 10 трубчатых коллекторов 9 выполнены соосно и расположены с образованием зазора между собой, позволяет сформировать оптимальную конструкцию эжекционной камеры и обеспечить эффективное насыщение гидравлических струй воздухом, подсасываемым из атмосферы.

Работа побудительной системы 1 приводит к тому, что основная концентрации рыбы, подошедшей к гидроузлу, наблюдается в продольном створе канала 6, что повышает вероятность ее последующего привлечения, накопления и перевода в верхний бьеф подпорного сооружения.

Возможен вариант работы устройства, когда выпускные отверстия 10 раздающих трубчатых коллекторов 9 выполнены круглыми (фиг.10), что является частным конструктивным решением и позволяет формировать затопленные осесимметричные гидравлические струи.

Возможен вариант работы устройства, когда выпускные отверстия 10 раздающих трубчатых коллекторов 9 выполнены прямоугольными (фиг.11), что также является частным конструктивным решением и позволяет формировать затопленные плоские гидравлические струи. В этом случае повышается эффективность формирования ультразвукового акустического поля - прямоугольные выпускные отверстия 10, прямоугольное поперечное сечение струеформирующих насадков 11 и прямоугольное поперечное сечение пластин-резонаторов 15. Данная компоновка обеспечивает большую площадь контакта водовоздушных гидравлических струй с поверхностью пластин-резонаторов 15 и, соответственно, большую интенсивность их колебаний.

Предлагаемое устройство для направленного перемещения рыбы позволяет повысить эффективность направленного перемещения рыбы в сторону входного оголовка рыбопропускного сооружения и, одновременно, повысить эффективность отпугивания рыбы от водосбросного фронта гидроузла.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР (SU) №1331947, "Водосливная плотина", МПК E 02 B 7/00, E 02 B 8/08. Авторы: Давыдов В.Д., Соколов Ю.Г. Опубл. БИ №31, 23.08.1987.

2. Авторское свидетельство СССР (SU) №1437474, "Рыбозащитное устройство", МПК E 02 B 8/08, E 02 B 9/04. Авторы: Вострова Л.И., Черкасов В.А. Опубл. БИ №42, 15.11.1988.

3. Авторское свидетельство СССР (SU) №1629384, "Устройство для промывки сетчатого полотна рыбозащитного сооружения", МПК E 02 B 8/08, E 02 B 9/04. Авторы: Герман Г.М., Чистяков А.А., Шкура В.Н., Реусов М.П., Волошков В.М. Опубл. БИ №7, 23.02.1991.

4. Патент США (US) №4481904, "Fish conservation device", МПК E 02 B 8/08, Автор: Richard I. Fletcher. Опубл. 1984.11.13.