Результат интеллектуальной деятельности: ПОГРУЖНОЙ ВОДОЗАБОРНЫЙ ФИЛЬТР С ДИНАМИЧЕСКИМ МОДУЛЕМ

Изобретение относится к устройствам очистки природных вод и может быть использовано в системах водоснабжения предприятий различных отраслей промышленности.

Известны устройства очистки водных систем, в которых используются способы отстаивания, флотации, аэрирования воздухом, фильтрования через пористую загрузку с периодической ее промывкой, подачи воды и воздуха в противотоке, очистки воды в поле центробежной силы, биологической очистки.

Перечисленные устройства позволяют очищать воду от какого-либо одного загрязняющего вещества, требуют промывки и пополнения пористой загрузки, требуют больших площадей для флотации, отстаивания, биологической очистки.

Известен фильтр для очистки жидкости, содержащий корпус, расположенную в корпусе сетчатую перегородку с размещенным на ней слоем зернистой фильтрующей загрузки, патрубок для подачи очищаемой жидкости, который расположен над слоем загрузки, патрубок для отвода фильтрата, расположенный под сетчатой перегородкой, патрубок для отвода промывной жидкости и средство для создания замкнутого гидродинамического потока при регенерации [Авторское свидетельство СССР № 1113151, кл. В01D 24/46, 1984].

Недостатком этого известного устройства является большой расход промывной жидкости при регенерации фильтрующей загрузки.

Известен фильтр для очистки жидкости от механических примесей, включающий корпус с подводящими и отводящими патрубками, фильтрующий элемент, выполненный в виде пружины, и насадок, установленный на конце фильтрующего элемента, выполненный в виде усеченного конуса, установленного соосно фильтрующему элементу и снабженного днищем в виде заглушки [А.с. СССР № 869792, кл. В01D 27/12, 1980 г.).

В данном устройстве при фильтровании жидкости, содержащей нитевидные и волокнистые включения, имеющие плотность, близкую к плотности жидкости, эти включения не осаждаются на дно фильтра и транзитом проходят вместе с потоком к фильтрующему элементу, постепенно обволакивая витки пружины и соединяя их между собой. В этом случае величина скоростного напора, воздействующего на насадок, оказывается, как правило, недостаточной для разрыва волокнистых включений и разъединения витков пружины, вследствие чего для восстановления производительности фильтра требуется его разборка и механическая очистка от волокнистых включений, что снижает надежность работы и приводит к увеличению трудозатрат на техническое обслуживание и к непроизводительным простоям фильтровальной установки.

Известно устройство для очистки, в котором в штуцере для выхода примесей и загрязнений установлен эжектор [SU №1018692, кл. B01D 45/04, 1983 г.].

Известно устройство для разделения многокомпонентных сред, содержащее корпус, установленный в нем ряд колец последовательно уменьшающегося диаметра [RU 2102113, кл. B01D 45/04,1998 г.).

Устройство применяется в основном для очистки газов от твердых частиц, и в данной конструкции применяются кольца достаточно сложной конфигурации, необходима большая точность их изготовления, что приводит к увеличению трудозатрат при изготовлении.

Известен фильтр, содержащий три коаксиально размещенных один в другом сетчатых усеченных фильтрующих конуса, каждый последующий из которых встречно направлен относительно предыдущего, при этом все конусы жестко связаны между собой. Средствами промывки сеток конусов служат три группы гидродинамических плоскостей, также жестко связанных между собой и ориентированных по образующим соответствующих трех воображаемых конусов, независимо вращательно размещенных относительно сетчатых. Средствами вращения конусов служат их спицы, имеющие профиль, подобный профилю судового гребного винта. Промывка сеток сетчатых конусов происходит за счет гидродинамического напора воды, создаваемого у поверхностей сеток при движении относительно них гидродинамических плоскостей [патент России №2208086, Е02В 8/08, опубл. 10.07.2003].

Недостатком данного фильтра является сложность конструкции и небольшая производительность.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в упрощении конструкции, повышении производительности и срока службы фильтра.

Поставленная задача решается за счет того, что в погружном водозаборном фильтре с динамическим модулем, содержащем корпус, установленный в нем ряд колец последовательно уменьшающегося диаметра, размер щелей между кольцами является постоянным, эжектор, штуцер для входа загрязненной жидкости, штуцер для выхода очищенной воды, штуцер для выхода примесей, отличающемся тем, что эжектор соединен с насосом и установлен внутри штуцера для выхода примесей, закрепленного в сквозном отверстии днища корпуса, штуцер для входа загрязненной жидкости представляет собой стабилизатор потока, присоединенный одним концом к корпусу, на другой конец установлено защитное устройство в виде сетчатого цилиндра, на конце которого закреплен обтекатель, представляющий собой конический отбойник, а установленный в корпусе ряд колец последовательно уменьшающегося диаметра образует динамический модуль, при этом кольца соединены между собой с помощью опорных элементов, расположенных снаружи и присоединенных к обечайке в виде усеченного конуса, внутренняя поверхность каждого кольца имеет обтекаемую форму со стороны движения потока очищаемой жидкости.

Кроме того, корпус и стабилизатор потока установлены на опорах на дно очищаемого водоема.

Изобретение поясняется чертежами.

Фиг.1 - общий вид погружного водозаборного фильтра с динамическим модулем.

Фиг.2 - поле скоростей, возникающих в динамическом модуле.

Фиг.3 - расположение линий тока жидкости в области фильтрующих колец.

Фиг.4 - траектории движения взвешенных частиц в потоке жидкости.

Фиг.5 - траектории движения взвешенных частиц в потоке жидкости на выходе из динамического модуля.

Фиг.6 - разрез колец динамического модуля.

Численное моделирование погружного водозаборного фильтра с динамическим модулем выполнено методом конечных элементов на основе уравнений Навье-Стокса, в процессе моделирования рассчитаны поле скоростей, линии тока, траектории движения взвешенных частиц в потоке жидкости.

Погружной водозаборный фильтр с динамическим модулем включает в себя корпус 1, представляющий собой трубу 2 со штуцером 3 для выхода очищенной воды, соединенную с днищем 4 со сквозным центральным отверстием, штуцер для входа загрязненной жидкости, представляющий собой стабилизатор потока 5 для выравнивания средней скорости жидкости в каждой точке потока и освобождения потока от вихрей и вторичных течений, присоединенный одним концом к корпусу 1, на другой конец которого установлено защитное устройство в виде сетчатого цилиндра 6, исключающего проникновение рыбы и водорослей. На конце сетчатого цилиндра 6 на стойках 7 закреплен обтекатель, представляющий собой конический отбойник 8, предохраняющий фильтр от попадания в его внутреннюю полость случайных крупных или длинномерных предметов. Корпус 1 и стабилизатор потока 5 установлены на опорах 9 на дно очищаемого водоема. В корпусе 1 соосно с трубой 2 закреплен динамический модуль 10, состоящий из обечайки 11 в виде усеченного конуса и колец 12, расположенных с зазором. Кольца 12 соединены между собой и присоединены к обечайке 11 с помощью опорных элементов 13, расположенных снаружи колец 12, размер колец 12 уменьшается в направлении движения потока, образуя конусную поверхность, внутренняя поверхность каждого кольца 12 имеет обтекаемую форму со стороны движения потока очищаемой жидкости, при этом размер «а» щелей между кольцами 12 является постоянным.

На конце стоек 13 в сквозном центральном отверстии днища 4 закреплен штуцер 14 для выхода примесей и загрязнений, внутри штуцера 14 установлен эжектор 15. Эжектор 15 трубопроводом 16 соединен с насосом 17. Размеры сечений штуцеров и геометрические размеры динамического модуля 10, расход подаваемой жидкости в эжектор 15 определены методом конечных элементов на основе уравнений Навье-Стокса.

Работа погружного водозаборного фильтра с динамическим модулем заключается в следующем.

Насос 17 через трубопровод 16 подает определенное количество жидкости, которая с большой скоростью через эжектор 15 выходит из штуцера 14. Струя воды, вытекающая из эжектора 15, создает дополнительный перепад давлений (разрежение) на входе и выходе фильтра, за счет чего поток жидкости, обтекая конический отбойник 8, предохраняющий фильтр от попадания в его внутреннюю полость случайных крупных или длинномерных предметов, устремляется на вход в фильтр через сетчатый цилиндр 6, исключающий проникновение рыбы и водорослей, и попадает в стабилизатор потока 5. При движении загрязненной жидкости внутри стабилизатора потока 5 происходят выравнивание средней скорости жидкости в каждой точке потока и освобождение потока от вихрей и вторичных течений. Далее поток с установившимся движением проходит внутри обечайки 11 в виде усеченного конуса и попадает в пространство, образованное набором колец 12. Гидродинамика процесса движения жидкости в этой зоне фильтра такова, что вдоль геометрической оси фильтра создается местный поток возрастающей скорости, вовлекающий в себя механические частицы и прочие примеси. Поток жидкости в области колец 12 разделяется на две части. Одна часть жидкости продолжает движение в осевом направлении, вторая часть потока проходит через щели между кольцами 12. Взвешенные частицы загрязнений вследствие своей инерционности попадают в поток жидкости, движущийся в осевом направлении (см. фиг. 3,4 - траектория движения частиц загрязнений).

Очень малая часть взвешенных частиц загрязнений, обладающих сравнительно небольшим размером и массой, движется с частью потока, проходящего между кольцами. Однако подавляющая часть частиц загрязнений движется в осевом направлении и попадает в штуцер выхода загрязнений 14.

Таким образом, погружной водозаборный фильтр с динамическим модулем является непрерывно действующим устройством, которое при погружении под уровень водоема и создании движущей силы для водозабора обеспечивает очистку отбираемого потока от механических примесей и загрязнений.

Преимуществом погружного водозаборного фильтра с динамическим модулем является

- высокая эффективность рабочего процесса, основанная на гидродинамике движущегося потока;

- простота конструкции основных корпусных деталей;

- простота обслуживания - практически не возникает необходимость в очистке фильтрующей поверхности;

- увеличенный ресурс работы фильтра в связи с тем, что механические примеси не находятся в контакте с фильтрующим элементом;

- экологическая безопасность;

- фильтры данной конструкции можно использовать в широком диапазоне по производительности.

Источники информации

1. SU 1018692 A, 23.05.1983.

2. RU 2102113 C1, 20.01.1998.

3. RU 2055112 C1, 27.02.1996.

4. КАСАТКИН А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии, Москва, Издательство химической литературы, 1961, с. 35-36, 42-43.

5. RU 2102114 C1, 20.01.1998.

6. SU 1323646 A1, 15.07.1987.

7. GB 334569 A, 08.09.1930.