Оглавление

G. Прохождение рыбы по течению

1. Общие сведения.

В этом разделе рассказывается о неподвижных и подвижных заграждениях, служащих для предотвращения попадания рыбы в турбины небольших гидроэлектрических установок. Наиболее значимыми факторами при разработке этих заграждений являются:

Два главных компонента системы фильтров для молодой рыбы:

Большинство государственных и федеральных ведомств по рыбе и живой природе установили стандарты на скорость приближения на основе скорости через заграждение, потока по обходному каналу, периодичности очищения и механизмов, которые варьируются в зависимости от типа рыбы, нуждающейся в защите, и типов используемых заграждений.

К примеру, изданный Министерством Калифорнии по рыбной ловле и охоте (1982) указ о стандартах заграждений для рыбы гласит, что величина локальной скорости приближения к заграждениям, перпендикулярная поверхности заграждения, не должна превышать 0.33 футов (100.6 мм) в секунду, в то время как величина скорости, параллельная или смежная по отношению к поверхности заграждения, должна быть по крайней мере в 2 раза больше разрешённой скорости приближения. Стандарт по очистке требует, чтобы постоянно очищающиеся заграждения имели минимальные отверстия в 1.5 фт2 /фт3/сек (1,5 фута = 45.7 см) отводящго потока. Заграждения, не очищающиеся регулярно, должны иметь минимальные отверстия в 6 фт2/фт3/сек. Круглые отверстия в заграждении не должны превышать 5/32 дюйма; щелевые отверстия не должны превышать 3/32 дюйма в самой узкой области.

Государственное учреждение морской рыбы Соединённых Штатов предъявляет схожие требования по стандартам заграждений. Для молодого лосося оно устанавливает следующий скоростной предел на приближение: мелкая рыба (длиной менее 2.4 дюйма (60.96 мм)) – 0.5 футов (152.4 мм) в секунду и средний молодой лосось (длиной более 2.4 дюймов (60.96 мм)) – 1.0 футов (304.8 мм) в секунду. Затем необходимо, чтобы величина скорости, параллельная и смежная поверхности, была по крайней мере равносильна скорости приближения. Гос. учреждение морской рыбы также предупреждает, что скорость, параллельная поверхности, в большей степени зависит от местоположения заграждения, и поэтому каждый случай должен рассматриваться отдельно. Отверстия заграждения не должны превышать ¼ дюйма (6.35 мм) в узкой области для среднего молодого лосося и 1/8 дюйма (20.32 мм) в случае с мелкой рыбой. Материал заграждения должен предусматривать как минимум 40% открытого пространства. Чистка проводится по мере необходимости, чтобы обеспечить движение потока и соответствовать стандартам, установленным на скорость.

В обоих примерах ведомства подчёркивают, что заграждения обеспечивают равномерное распределение потока над и через само заграждение, то есть высокая скорость в определённых областях должна быть исключена.

Перфорированный алюминиевый лист и клинообразная конструкция являются самыми распространёнными материалами в разработке заграждений. Они отвечают требованиям, применяемым к размерам отверстий или щелей. Самое сложное задание состоит в обеспечении равномерной скорости над заграждением и её сохранении в случае скопления мусора на поверхности заграждения.

По мере того как мусор скапливается, часть заграждения может засориться и вызвать увеличение скорости в других областях заграждения, что может привести к столкновению рыб.

Инженер должен сотрудничать с местными рыбными организациями для того, чтобы получить данные о типах рыб, их размерах и миграционной организации. В одних местах установка заграждения может быть необоснована; в других стандарты по заграждениям могут быть уже установлены для определённых видов рыб.

2. Виды заграждений для рыб.

Следующие типы заграждений особенно подходят для мелкомасштабных ГЭС, включающих в себя как высоконапорные/низкорасходные, так и низкорасходные/высоконапорные установки . [Тафт, 1986; Лейди, 1986; и Эйчер, 1985].

а. Неподвижые/стационарные заграждения с очистительным механизмом. – В этом типе заграждений обычно используется вертикальная решётка, изготовленная из клинообразных деталей и металлической пластины с отверстиями. Вода поступает к заграждению под небольшим углом от параллельной линии. Вода проходит через заграждение, а мусор остаётся на нём до тех пор, пока очистительный механизм или высокоскоростной обводный поток не унесёт его вместе с собой по обводному каналу.

Стандартные пластины с отверстиями, часто используемые Министерством Калифорнии по рыбной ловле и охоте, изображены на рисунке 2-26. Это перегородки в виде пластин с отверстиями размером 3/16 дюйма  с отверстиями в 5/32 дюйма и 7/32 дюйма для центральных точек (?) (centers). Они постоянно чистятся специальным прочищающим механизмом, проталкивающим мусор взад и вперёд и управляемый тросом и блокировочной системой. Очистительный механизм приводится в движение реверсивным двигателем, и, в некоторых случаях, в установках используются гребные колёса (рис. 2-27) со стороны направления по течению, чтобы управлять механизмом. Проблема с очищением дырчатых пластов заключается в том, что им нужна энергия в районе обходного направления если гребные колёса не используются.

Если они устанавливаются на большой высоте, может случиться накопление льда, таким образом ухудшающее процесс. При таких обстоятельствах заграждения обычно снимаются на зимний период. Балки, сделанные из сосновой древесины, а также маленькие подводные камни такого же диаметра, как и перфорированные отверстия, заходят во внутрь этих отверстий и закупоривают заграждение. Из-за постоянного движения очистительных механизмов насущной проблемой проектирования является размер троса и шкива. В зависимости от системы гидравлического сопротивления примеряются тросы и шкивы различной величины до тех пор, пока не определяется их оптимальный размер.


Рисунок 2.26 – Стационарное заграждение с очистительным механизмом.

REVERSIBLE MOTOR - реверсивный (меняющий направление вращения) электродвигатель

CABLE - трос

PULLEYS - шкивы

FLOW TO TURBINE - направление потока к турбине

SCREENS - экраны

BRUSHES - щетки

FISH SYPASS - ?

FLOW - течение


Рисунок 2.27 – Заграждение с гребными колёсами.

CABLE PULLEYS -шкивы для троса

BRUSH CARRIAGE - ? (возможно движущаяся каретка со щеткой или стоящий на месте очиститель троса)

-?

FISH SCREEN - рыбный экран

FLOW -поток

PADDLE WHEEL -гребное колесо

GATE -шлюз

CANAL OR PIPE - канал или труба


Обычно добавляется противовесная сила, чтобы сохранять очистители прижатыми к заграждению во время очищения. Как правило, устанавливаются электронные сенсоры, чтобы измерять дифференциал между напором воды снаружи и изнутри заграждения и предупреждать электростанцию в случае затора. Дополнительная проблема затора случается в течениях с высоким содержанием водорослей в летнее время. Контроль роста некоторых видов водорослей может потребовать повторное очищение уже вручную. Используются специальные покрытия для замедления роста водорослей. Должны быть соблюдены меры предосторожности, чтобы убедиться, что обводной канал, параллельный заграждениям, пригоден для вывода мусора, приносимого с поверхности заграждения, так же, как и для направления рыбы вниз по течению и вдаль от втягивания.

b. Наклонные заграждения в виде плоских пластин.

Плоские заграждения-пластины обычно наклонены в сторону течения. Эти заграждения изготовлены из клинообразных частей или алюминиевых листов (рис. 2.28-2.29). Заграждения очищаются путём их вращения по течению, таким образом позволяя накопленному мусору быть смытым и пройти сквозь турбину дальше вниз по течению. Существует вероятность, что рыба тоже будет попадать сквозь турбину в тот небольшой промежуток времени, пока заграждения вращаются. Подвергание рыбы этому процессу может быть минимизировано путём расчёта времени чистки заграждения на более короткие временные промежутки, чем миграционная активность рыб. Отрезок времени, в течение которого заграждения будут открыты, будет зависеть от скорости воды и количества мусора на заграждении. Наклонные заграждения эффективны для прохода большого потока воды; тем не менее, им необходимо усилие для того, чтобы быть под наклоном. Также они позволяют мусору проходить через турбину во время очистки. Обычно предохранительная решётка, расположенная против течения по отношению к заграждению, устанавливается с целью предотвращения попадания крупного мусора в турбину.

Самая главная задача в случае с большой, плоской пластиной состоит в достижении равномерной скорости по всей поверхности заграждения. Если заграждения находятся непосредственно против течения по отношению к турбине, то характер потока, созданного входным отверстием турбины, должен быть тщательно разработан в целях избежать неравномерный поток над поверхностью заграждения.

Другие дизайны такого типа, которые не имеют очистительного механизма, обычно нуждаются в большей скорости за поверхностью заграждения, чтобы уносить мусор. В некоторых случаях, скорость за заграждением должна быть в 4-5 раз больше, чем скорость через заграждение. Типичный пример такого типа заграждения, часто упоминающегося как заграждение с высокой скоростью инертного давления (Эйчер, 1985), изображен на схеме 2-30. Такой вид заграждения может быть очень эффективно установлен на напорном трубопроводе, чтобы использовать равномерное давление в трубопроводе.


Рисунок 2.28 – Стационарное наклонное заграждение.

FISH BYPASS -обводной рыбный канал

FLOW TO TURBINE -поток к турбине

SCREEN -экран

FLOW - поток


Рисунок 2.29 – Структура на входе в гидроэлектростанцию, демонстрирующая рыбные заграждения.

TRASHRACK - сороудерживающая решетка

TOP OF SIDE WALL - верх боковой стенки

WOODEN CEILING - деревянный потолок

BYPASS VALVE - перепускной клапан

BYPASS PIPE - перепускная труба

TRANSITION - переход

SCREENS - экраны

- ?

MAIN SCREEN FLUSHING POSINION -главный экран в позиции промывки

MAIN SCREEN NORMAL POSITION -главный экран в нормальном положении


Рисунок 2.30 – Давление заграждения провода клина в напорном трубопроводе турбины. (Эйчер, 1985)

Cleaning position - позиция очистки

Bypass -обход

Turbine - турбина

Side view - вид сбоку


c. Заграждения на эффекте флотации. Заграждение на эффекте флотации, изображенное на схеме 2-31, является устаревшим понятием, возрождённым из горной индустрии, где оно использовалось для отделения угля и минеральной руды от водяной суспензии. Заграждение использовалось для прохождения отходов и других материалов, в то время как вода лилась через заграждение. Этот тип заграждения теперь используется с целью эффективного прохода мусора и рыбы через заграждение, в то же время требуя минимальной очистки. Заграждения на эффекте флотации использует эффект флотации (то есть свойство струй воды следовать контурам стены), чтобы пропустить воду через заграждение. Горизонтальное клинообразное заграждение имеет S-образную водосливную форму, как показано на рисунке 2-31. Оно использовалось, чтобы пропустить 70 фт3/сек (70 футов = 21.34 м) на 3000 кВт-ной установке и проработало 3 года без заторов, мусора или столкновений рыб. Размер щели между горизонтальными проводами клина примерно 1/25 дюйма и, таким образом, вероятности проникновения мелкой рыбы в турбинную систему не существует.

Недостаток данной системы состоит в том, что заграждение нуждается в напоре величиной примерно 3.5-4 фута (1 - 1.2 м) для прохождения воды через кривую и дальше вниз в систему сбора. В определённых климатических условиях было также обнаружено, что водоросли могут расти на нижней поверхности заграждения. Очистка этой части заграждения мылом и водой раз в год является достаточной для устранения проблемы.

Дизайн заграждений на эффекте флотации должен включать в себя дополнительное рассмотрение вариаций потоков. Когда капли стекают, вся вода может попасть на верхнюю поверхность заграждения и оставить нижнюю часть заграждения сухой. Таким образом, создаётся вероятность столкновения рыбы на сухой поверхности. Чтобы исправить проблему, водослив в форме V-выемки устанавливается на вершине заграждения, чтобы сконцентрировать поток, который в таком случае будет поливать край заграждения и нести рыбу и мусор вниз. В целом, эти заграждения считаются эффективными и недорогими. Такая разработка позволяет им справляться с 1-1.5 фт3/сек (1-1.5 фута = 304.8 - 457.2 мм) по отношению к 1 линейному футу заграждения.

Рисунок 2-31. – заграждение на эффекте флотации.

FLOW - поток

SCREEN - задерживающий экран

PENSTOCK OUTLET - сток

FISH BYPASS -  путь рыбы


d. Округлые заграждения. Округлые заграждения клинообразной конструкции применяют в коротких, плотных отсеках. Эти заграждения теперь становятся распространёнными на маломасштабных строительных участках. У отсеков есть преимущество в том, что они могут быть установлены под руслом реки, чтобы собирать воду схожим с дренажной галереей методом. Они могут быть расположены на структуре, изображённой на рисунке 2-32. Преимущество округлых заграждений состоит в том, что у них очень маленькая потеря в напоре, если учитывать величину скорости рыбы. Будучи установленными целой группой, округлые заграждения могут собирать большое количество воды на объектах с низкой вершиной без больших потерь в напоре. Минимальное расстояние щелей между клиньями гарантирует непроникание рыбы и мусора в турбины.

Очистка заграждений может быть проведена несколькими методами. Два самых распространённых метода включают в себя системы воздушного и водного обратного потока. Для воздушного обратного потока устанавливаются трубы вовнутрь отсеков, чтобы обеспечить попадание воздуха из внешнего источника. Это может быть постоянный, либо съёмный компрессор. При установке выпускной трубы необходимы меры предосторожности для того, чтобы обратный поток шёл ровно на заграждение и не выпускал воздух прямо в напорный трубопровод.

Гидравлика этих заграждений обсуждается Форнером (1980).

Некоторые заграждения не имеют обратного потока и зависят от высокого обходного потока воды для унесения мусора вниз по течению. Эти заграждения обсуждаются Ричардсом (1980).

Рисунок 2-32. – Цилиндрическое заграждение клинообразной конструкции.

FLOW - поток

Вторая фраза не переведена, потому что не видно, что написано


e. Вращающиеся барабанные заграждения. Барабанные заграждения широко используются на гидроэлектрических и оросительных заборах воды на западных территориях Соединённых Штатов (рисунки 2-33 и 2-34). Их эффективность в фильтрации рыб зависит от следующих факторов:

Направление заграждений должно быть таким, чтобы уборочная скорость, параллельная поверхности заграждения (и прямая по отношению к обводному каналу), была по крайней мере в 2 раза больше скорости приближения к заграждению.

Рисунок 2-33. – Барабанное заграждение – вертикальная проекция.

TRASHRACK - сороудерживающая решетка

WATER SURFACE - поверхность воды

FLOW -поток

0.7-0.8 DIAMETER - 0.7-0.8 от диаметра

ELECTRIC SCREEN DRIVE UNIT -экранированный электропривод

FISH BYPASS ENTRANCE SLOT -?

DIAMETER -диаметр

ROTATION -направление вращения

SCREEN DRUM -барабан

FLOW -поток

Обводная система должна быть разработана так, чтобы рыба могла попасть в обводный канал непосредственно перед поверхностью заграждения.


Энергия для приведения в действие может быть электрической с цепной передачей как на схеме 2-33 или при помощи гребного колеса как показано на схеме 2-34.

trashirock-6". Opening in the clear - сороудерживающая решетка ...?
Geared motor - редукторный двигатель
Revolving screen - ?
Rot screen - ?
galv. wire screen - оцинк. проволочное сито
Sluice pipe - шлюз трубы
Circumferential speed of drum - окружная скорость барабана
Opening in Flow - ?
flow - поток
screen drum - ?
Chain - цепь
sprocket - звездочка
Side seal - боковое уплотнение
Pipe - труба

Рисунок 2-34. – Вращающееся барабанное заграждение. (ЕПРИ, 1986)


Критерий размера отверстий и скорости вращения заграждения зависит от местных требований, касаемых защиты рыбы, а также состояний мусора и льда. См. (ЕПРИ, 1986) для краткого обзора по критериям.

f. Решётки из стальных прутьев/зубчатые рейки/погружённые в воду заграждения. Решётки из стальных прутьев обычно используются чтобы физически заблокировать сквозное прохождение крупной рыбы, но в то же время допустить сквозное прохождение мелкой. Исследование ЕПРИ (1986) показало, что иногда более мелкая рыба не может пройти насквозь, так как гидравлические условия, обусловленные стальными прутьями, могут заставить рыбу избегать прохождения насквозь. Вывод исследования состоял в том, что необходимо дополнительное изучение стальных прутьев.

Стальные прутья могут быть расположены с промежутками, поэтому мелкой рыбе физически заблокирован вход в турбину (рис. 2-35). Этот тип заграждений отводит мигрирующих по течению рыб в скважину в водозаборе, обычно в восходящем направлении. Рыба пройдёт вверх к скважине и оттуда к накопительному устройству, где она будет освобождена под дамбой или направлена в другое место.

g. Погружающиеся передвижные заграждения. Разработать систему заграждений, которая бы физически не пропускала всю рыбу является неосуществимой задачей для очень больших рек. Например, на второй электростанции боневильской дамбы, у каждой из восьми турбин максимальная номинальная мощность примерно 20.000 футов3/сек (20.000 футов = 6096 метров). Проблемы в связи с физической неспособностью не пропустить всю рыбу с 160.000 футов3/сек (160.000 футов = 48770 метров) считаются значительными.

Погружающееся в воду передвижное заграждение (рис. 2-36) было сконструировано, чтобы обеспечить частичную фильтрацию рыбы в таких местах, как Боневиль и вместе с тем добиться достаточной защиты рыбы.

Эти заграждения используют свойство лососей плыть по нижнему бьефу. В целом, большинство рыбы перемещается близко к поверхности толщи воды.

Таким образом, так как поверхностную воду уносит в турбину, большая часть этой воды вместе с рыбой проходит мимо водозабора. Заграждение, простирающееся к водозабору, потенциально будет служить преградой для большого количества воды с содержащейся в ней рыбой и, следовательно, давать возможность перехваченной рыбе быть безопасно перенаправленной из водозабора вокруг турбины.


Рисунок 2-35. – Установка решётки из стальных прутьев на подходе к турбине (Фарр, 1974).

NORMAL WATER LEVEL - нормальный уровень воды

TRASH RACK - сороудерживающая решетка

TURBINE INTAKE - каркас впуска

OPERATING GATE - ворота

BARRIER SCREEN - заграждающий экран

GAP - щель, промежуток

ICE AND TRASH SLUICEWAY - канал льда и мусора

SUBMERGED ORIFICE - отверстие, погруженное в воду

ANGLE TO FLOW - угол потока

BAR SCREEN GUIDING DEVICE - прутья решетки экрана управляющей конструкции


Рисунок 2-36. - Погружающееся передвижное заграждние возле турбинного водозабора.

WATER SURFACE - поверхность воды

ORIFICE - отверстие

BYPASS GALLERY - обходная галерея (или обход галереи)

TRASHRACK - мусороудерживающая решетка

OPERATING GATE SLOT - ?

VERTICAL BARRIER SCREEN - вертикальное заграждение (возможно перфорированное)

GATEWELL - шахтный водовыпуск

FLOW LINE - линия потока

SUBMERSIBLE TRAVELLING SCREEN - Погружающееся передвижное заграждние


Заграждение состоит из двух больших вращающихся стенок с перфорированной пластиной, расположенной между ними. Стальной каркас служит опорой для стенок (рис. 2-37). Поверхность заграждения, расположенная вверх по течению, перемещается по поверхности установки, позволяя мусору пройти сквозь заграждение. Перфорированная пластина ограничивает поток, и соответственно скорость через заграждение, таким образом предотвращая повреждение рыбы, которая может сталкиваться со стороны поверхности, расположенной вверх по течению. Заграждение рассчитано на перехватывание как рыбы, так и воды. Вода проходит насквозь, либо снизу, либо вокруг заграждения в скважину. Часть потока, идущая вверх в скважину, несёт с собой рыбу, собранную перед заграждением.


Рисунок 2-37. – Схематический рисунок погружающегося передвижного заграждения.

DIRECTION OF TRAVEL - направление движения

ROLLERS - валки, ролики

SCREEN - заграждение или сито

PERFORATED PLATE - пластина с отверстиями


Правильно функционирующее заграждение должно благополучно направлять 85 и более процентов потенциально перехватываемой рыбы. Проблемы, связанные с эффективностью направления, могут появиться, когда условия потока в водозаборе турбины приводят к избеганию рыбой заграждения, то есть активному уплытию под заграждение или же инертному отклонению в сторону от заграждения. В добавок к этому, если рыба не распределена возле водозабора при приближении к заграждению, она не будет перехвачена и безопасно переправлена от водозабора турбины. Для правильной разработки системы отвода рыбы необходима способность тщательно разбираться в свойствах подводящих к турбине каналов, гидравлических условиях у турбинного водозабора и вертикальном распределении рыбы у водозабора.

h. Жалюзи. - Система жалюзей состоит из ряда вертикальных щелей с равномерными интервалами в 1-3 дюйма поперёк водозаборного канала. Решётка установлена под углом, чтобы направлять рыбу по обводному каналу. Рыба выявляет гидравлическую турбулентность, созданную так называемыми жалюзями и движется в сторону, а затем постепенно вниз по течению к обводному каналу (ЕПРИ, 1986).

Главные моменты, которые стоит учитывать при разработке этой системы:

Информация о видах рыб и их плавательной скорости должна быть получена у местных рыбных организаций.

В большинстве случаев скорость приближения варьируется от 1 до 7 футов/сек (обычно около 3.5 футов/сек). Тем не менее, эти скорости обычно устанавливаются, чтобы придерживаться определённого коэффициента, равного скорости обводного канала/скорость приближения.

Коэффициенты варьируются от 1.3 до 2.0 в зависимости от рыбы. Как бы то ни было, скорость обводного канала должна быть в 1.5 раза больше скорости приближения и всегда должна быть выше, чем непрерывная плавательная скорость рыбы.

Пространство между заслонками варьируется в пределах 1-3 дюймов, при этом пространство в 1 дюйм является самым распространённым. Гидравлический анализ должен быть проведён на основе расстояния между заслонками, величины угла и толщины шиферных плит (?) (slate) для подсчёта потерь в напоре.

Углы жалюзи и соотношение плавательной скорости и скорости приближения изображены на рис. 2-30 и 2-31 (Бейтс и др., 1960). Самые подходящие углы жалюзи-решётки будут колебаться от 12o-22о (но в основном около 15о), имеющие угол отдельных застворок близко к 90о. Предыдущие исследования уже существующих проектов, использующих жалюзи, вкратце изложены в (ЕПРИ, 1986).


Рисунок 2-38. – Жалюзи (Бейтс и др., 1960).

APPROACH VELOCITY OF FLOW IN FEET PER SECOND - APPROACH скорость потока в футах в секунду

SWIMMING SPEED OF FISH IN FEET PER SECOND - скорость плавания рыб в футах в секунду

RESULTANT MOVEMENT OF FISH IN FEET PER SECOND - результирующее движение рыбы в футах в секунду

ANGLE OF THE LINE OF LOUVERS - угол линии жалюзи


Рисунок 2-39. – Векторный анализ жалюзей (Бейтс и др, 1960).

Values underlined represent combinations of approach flow velocities and angles of lines of louvers negotiable by fish capable of swimming at 1.0 ft/s - ?


На главную