Борьба с глубинным льдом и шугой

Внутриводный лед (ледяная взвесь, донный лед и шуга) обуславливает одну из наиболее значительных помех бесперебойному забору воды из поверхностных водоемов. Этим в основном определяется особый интерес к процессам внутриводного ледообразования.

Принято считать, что с установлением отрицательных среднесуточных температур воздуха температура воды в реке довольно быстро достигает значений, близких и даже равных нулю. Дальнейшее охлаждение потока с его открытой поверхности приводит к переохлаждению тонкого поверхностного слоя воды, температура которого достигает -1,4⁰С. В этом поверхностном и сильно переохлажденном слое воды при содействии затравки, попадающей из атмосферы (снежинки, частиц пыли, листья и др.), после охлаждения всей массы потока до нуля возникают первые кристаллы льда.

На реках, скорость движения воды которых менее 0,5 м/сек, эти кристаллы льда образуют постепенно утолщающиеся плавающие ледяные пленки, известные под названием «сала». Постепенно разрастаясь в округлые тонкие льдинки, двигающиеся по поверхности потока, они создают своеобразный ледоход. Задерживаясь на участках замедленного течения или у препятствий движению и смерзаясь в общий ковер, эти льдины и дают начало ледяному покрову, который по мере похолодания постепенно увеличивается по толщине.

На реках со скоростями течения более 0,5 м/сек переохлажденные пленки с кристаллами льда под действием механизма турбулентного перемешивания частично увлекаются в толщу переохлажденного потока. Косыми нисходящими течениями эти кристаллы спускаются до дна.

На поверхности выступающих переохлажденных элементов дна спустившиеся с поверхности кристаллы задерживаются, примерзают к ним, становятся затравкой для дальнейшего роста новых кристаллов льда, которые в совокупности образуют ледяную массу – донный лед.

В дальнейшем, при подтаивании выступов дна, на которых закрепляясь ковер донного льда, донный лед отрывается, всплывает на поверхность воды и образует плавучую фазу внутриводного ледообразования – шугу.

Подходя к затопленным водоприемникам, такие облака обволакивают сооружения и у водоприемных отверстий под действием перепада резко уплотняются и создают плотные ледяные щиты, полностью закупоривающие отверстия. Прочность таких щитов бывает настолько значительной, что при отсосе воды на стенках берегового колодца создается разность давлений в несколько метров, вследствие чего происходят проломы стенок, продавливание решеток и выход из строя всего водозабора.

Для рациональной борьбы с закупоркой глубинным льдом приемных отверстий очень важно обеспечивать поступления в них воды с очень малыми скоростями (0,1–0,05 м/сек), чем интенсивнее происходит ледообразование в речной воде, тем скорость ее втекания должна быть меньше. Однако далеко не во всех случаях представляется возможным создать такие условия.

Борьбу с закупоркой глубинным льдом речных концов самотечных линий и самих линий ведут иногда путем обратной промывки последних. Способ этот, будучи достаточно эффективным в одних случаях, не дает надежных результатов в других, особенно при больших диаметрах самотечных линий.

Борьбу с оледенением водоприемных отверстий рациональнее вести путем обогрева решеток этих отверстий электрическим током, напряжением порядка 50-150 В. Для этого решетки, изготовленные из полосовой или круглой стали, обращают в реостаты.

Если количество воды, забираемое в 1 час через решетки, обозначить через Q м³, степень подогрева в град, через t_n, то необходимое количество подводимого тепла W выразится:

, ккал (12)

Это соответствует требуемой мощности в кВт

где 860 – тепловой эквивалент электрической энергии;

t_n – степень подогрева принимают в расчетах равным 0,015-0,04⁰, в зависимости от интенсивности ледообразования, а в особо тяжелых случаях еще более.

Если обозначить через R сопротивление решетки-реостата, через U – напряжение в вольтах подводимого к зажимам реостата, тогда сила тока в амперах будет

.

В редких случаях вместо электрического тока пользуются паром. Если через g обозначить теплосодержание 1 кг пара, принимаемое как 650 ккал/кг, то требуемый весовой расход пара G определяется из выражения:

, кг/час (13)

причем Q и t_n имеют ранее указанные значения. Если принять для ориентировочных расчетов g=650 ккал/кг, то вышеприведенную формулу можно написать в таком виде

Расход пара значителен, особенно, если принять во внимание потери тепла при охлаждении трубопроводов, подводящих пар. Правда, расходование пара требуется лишь в течение некоторого периода дней в году.

Что касается применения теплой воды, то практически это может иметь место только в водоснабжении тех промпредприятий, которые позволяют использовать сбрасываемую из них нагретую воду.

Борьба с вредным воздействием шуги, проявляющимся в обмерзании и забивке решеток и сеток и пр., заключается в основном в разработке мер, по возможности, исключающих подход ее к водоприемным окнам. Это достигается использованием свойств потока на его повороте, при встрече с препятствиями и т.п.

Для защиты водоприемных отверстий от шуги с успехом могут применяться плавучие ограждающие устройства – шугоотбойники в виде запаней (рис. 25). Запани состоят из ряда звеньев, которые делаются из нескольких бревен или из стальных труб, закрепленных к дереву. На реках рыбохозяйственного назначения в теплый период года такие запани служат для отвода в сторону от водоприемника рыбной молоди, которая обычно сосредотачивается в верхних слоях речного потока береговой зоны.

Рис. 25. Шугоотбойные запани

а – со щитом посередине; б – конструкции А.С. Вавилова.

В некоторых случаях для борьбы с шуголедовыми помехами на речных водозаборах могут быть использованы водоприемные ковши. Поступающая из реки в ковш переохлажденная вода с заключенными в ней кристаллами ледяной взвеси теряет переохлаждение и иногда даже несколько нагревается до 0-1⁰С за счет теплоты, выделяющейся в процессе внутриводной кристаллизации, быстро затухающей в водоприемном ковше.

Использование ковша для борьбы с шугой целесообразно лишь на реках с большой мутностью воды и при наличии устройств, обеспечивающих своевременное удаление отложений.

Для предупреждения обмерзания внутриводным льдом стержни решеток либо целиком выполняют из гидрофобных материалов (каучук, эбонит, дерево и т.п.). Эффективны также покрытия (покраска) поверхностей решеток резиной.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: