Расчет воздушно-пузырьковой завесы

В качестве вспомогательных мероприятий по рыбозащите водоприемники различных типов можно оборудовать устройством воздушно-пузырьковой завесы (ВПЗ). Оно не создает подпоров воды, экономично в строительстве и просто в эксплуатации. Выходящие из перфорированного трубопровода воздушные пузырьки поднимаются сквозь толщу воды к поверхности, увлекая за собой жидкость и образуя при этом эрлифное течение.

Влияние завесы на поведение рыбы можно объяснить тремя факторами:

1. Сплошная стена из пузырьков воздуха действует на зрительные анализаторы рыбы, и рыба отходит от нее.

2. Образующиеся в зоне ВПЗ эрлифные течения выносят молодь в верхние слои, а затем поверхностные течения разносят ее.

3. Течения, создающиеся в зоне ВПЗ, действуют на органы чувств боковой линии и отпугивают рыбу из зоны действия завесы.

Для эффективной работы ВПЗ как рыбозащитного устройства нужно правильно рассчитать и расположить на водозаборе перфорированный трубопровод, определить удельный расход воздуха, максимальные вертикальные скорости воздушно-водной эмульсии в факеле и некоторые другие факторы. Кроме того, необходимо, чтобы скорость транзитного потока через завесу была не более 0,2 м/с. При увеличении этой скорости нарушается равновесие процессов дробления и слияния пузырьков.

Рекомендуемый диаметр выпускных отверстий d = 2 мм, так как при меньших диаметрах отверстия быстро засоряются. Шаг отверстий назначается от 50 мм, если отверстия располагаются на нижней образующей, до 125 мм, когда они на верхней образующей.

Для обеспечения равномерной раздачи сжатого воздуха диаметр перфорированного воздуховода должен удовлетворять условию дискретности:

 

где  - суммарная площадь сечения выпускных отверстий, м²;

 - поперечное сечение воздуховода, м².

Погонный расход воздуха рассчитывается по формуле, л/с,

,

где n - количество отверстий на 1 м длины; ω₁ - площадь сечения одного отверстия, м²; µ₁ - коэффициент расхода выпускных отверстий; µ₁ ≈ 0,7;∆P - избыточное давление у отверстия; ∆P  ≈ 50 кПа; γ_в - плотность воздуха; γ_в ≈ 1,29 кг/м³; h - заглубление выпускных отверстий, м.

 

Рис 19. Расчетная схема водовоздушной завесы у водоприемника зонтичного типа

 

Осевая вертикальная скорость согласно расчетной схеме (рис.19), м/с,

 

где z - превышение середины отверстий над дном, м; z _m - расстояние от места выпуска до начала зоны растекания водовоздушного потока; z _m = 0,75Н.

Скорость V _o должна сопоставляться с необходимой для сносящего потока скоростью исходя из условия гидравлики рыбозащиты:

,

где к - ихтиологический параметр; к = 3-4; V _вх - скорость втекания, м/с;

 - скорость подхода к отверстиям, м/с;

Выполнение этого условия предполагает повышение скорости восходящего потока над скоростью подхода к отверстию в среднем в 3,5 раза.

Оптимальным удельным расходом воздуха можно считать

q = 0,003-0,006 м /с на 1 м. Тогда расход воздуха, который должен подаваться компрессором, Q = ql.

По суммарному расходу компрессора определяется скорость воздуха в трубопроводе:

,

где D - диаметр тубопровода, м.

Путевые потери давления в трубах, мм вод. ст., находим по формуле:

,

где l - коэффициент потерь (для воздуха при нормальных условиях и для гладких труб l = 0,02); l - длина трубопровода;  - плотность соответственно воздуха и воды.

Величину потерь давления, вызванную давлением потока воздуха, определяют по формуле

,

где x - коэффициент сопротивления - принимается равным 0,1.

Потери давления за счет перфорации трубы:

,

где l - длина трубы, м; D - диаметр трубы, м; Q _т - расход воздуха, поступающего в трубу, м /мин.

Общая величина потерь напора компрессорной станции определяется как сумма:

.

Компрессор подбирают по заданной подаче и давлению по каталогу.

Кроме рыбозащитной функции, ВПЗ может служить средством выноса из зоны водоприемника шугольда, различных загрязнений (фитопланктона, листвы и т. д.), повышая тем самым надежность водозаборных сооружений.