Фильтр механической очистки воды вихревой

(51) 01 24/18 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ К ПАТЕНТУ ся площадью кольцевых зазоров между образующими направляющих конусов и корпусом аппарата,а также соотношением диаметров корпуса аппарата и трубы осветленной воды. Фильтр механической очистки воды вихревой состоит из монтируемого вертикально цилиндрического корпуса, сердечника - представляющего собой трубопровод осветленной воды с наваренными на него направляющими конусами и перфорированными щелевыми отверстиями, расположенными выше основания конусов. В зависимости от диаметра подводящего трубопровода высота корпуса фильтра от 1 м до 7 м, ширина корпуса от 0,3 м до 4 м размеры первой, второй и третьей ступеней соответственно первая-от 0,3 м до 3 м вторая-от 0,09 м до 1 м, третья-от 0,08 м до 9 м щелевые отверстия-от 0,002 м 2 до 0,9 м 2. В нижней части фильтра располагается камера сбора осадка с продувочными патрубками, оснащенная конусообразным успокоительным кольцом,предотвращающим взмучивание осадка. Для осмотра и технического обслуживания фильтра предусмотрен специальный люк, для удаления воздуха в верхней части корпуса смонтирован воздушник. Фильтр механической очистки воды вихревой надежно удаляет из исходной воды как грубо дисперсные примеси, находящиеся в агрегатном состоянии как суспензии, - с плотностью примесей,значительно превосходящих плотность дисперсной среды, так и взвеси - с плотностью примесей,близкой к плотности дисперсной среды. Проектная дисперсность улавливаемых частиц-до 20 мкм.(72) Усенко Владимир Иванович Уланов Александр Михайлович(54) ФИЛЬТР МЕХАНИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ВОДЫ ВИХРЕВОЙ(57) Полезная модель относится к конструкции фильтров механической очистки воды, которые могут быть использованы в системах теплоснабжения,системах водоснабжения питьевой водой питьевого качества, а также в системах водоснабжения технической водой. Технический результат заключается в повышении степени очистки воды. Для достижения указанного технического результата геометрию устройства фильтра механической очистки воды вихревого рассчитывают из условий формирования устойчивых колоннообразных вихревых структур в ступенях фильтрации. Для обеспечения устойчивости, волновое энергетическое взаимодействие вихревых структур смежных ступеней фильтрации осуществляется из условия их взаимной подпитки (то есть со смещением по фазе и интенсивности). Указанное волновое энергетическое взаимодействие вихревых структур реализуется расчетом соотношения размеров фильтрующих ступеней и площадей перфорации для слива осветленной воды. Условная скорость очищаемой жидкости на периферии ступеней фильтрации регулирует 623 Полезная модель относится к конструкции фильтров механической очистки воды технического качества, используемой в оборотных системах теплоснабжения, устройствах и аппаратах внешних контуров электрических станций. Известна конструкция грязевика инерционногравитационого, который содержит трубу, установленную в корпусе между входным и выходным патрубками, верхний конец которой закрыт отбойным кожухом, по длине трубы закреплены конусообразные элементы, образующие острый угол с трубой со стороны днища, который составляет от 50 до 70. На участках трубы, расположенных под конусообразными элементами, выполнены продольные отверстия, а на нижней части трубы за последним конусообразным элементом и над входом патрубка вывода грязи установлен элемент в виде перфорированного кольца, предотвращающий попадание ранее осевших частиц в очищаемую среду, при этом труба и выходной патрубок соединены герметично. Привод грязевика выполнен механическим, или электрическим, а для управления приводом установлен тензодатчик (Патент 2298721, 16 55/24, В 01 43/00, опубл. 10.05.2007). Осаждение частиц примесей в данной конструкции происходит под воздействием сил гравитации и инерции. Качество сепарации в грязевике инерционногравитационном известной конструкции оценивается в соответствии с формулой, являющейся производной решения уравнения Навье-Стокса для сферических частиц где установившаяся скорость частицы(м/с) (частица движется вниз если р, и вверх в случае р), радиус Стокса частицы (м), ускорение свободного падения (м/с 2), рплотность частиц (кг/м 3), плотность жидкости (кг/м 3), динамическая вязкость жидкости (Пас). Оценивая габариты устройств, изготовленных в соответствие с данным патентом и, как следствие,время полного обновления фильтруемой среды в грязевике инерционно-гравитационном (порядка 10 сек), можно оценить минимальную гидравлическую крупность сепарируемых частиц-порядка 500 мкм,при плотности 5,6 г/см 3 (плотность окалины) порядка 1 мм, при плотности 2,8 г/см 3 (плотность песка). Инерционной составляющей движения частиц механической взвеси в указанном случае следует пренебречь, так как скорость осаждения частиц стабилизируется в период времени, исчисляемый миллисекундами. При увеличении габаритов грязевика инерционно-гравитационного, устройство реализует принцип обыкновенного отстойника. Недостатком известной конструкции является то, что размеры устройства формируются под определенный расход очищаемой среды методом прямой интерполяции, объемные размеры фильтрующих ступеней одинаковы, соотношение площадей перфорированных участков слива осветленной воды 2 смежных ступеней фильтрации, размеры узлов фильтрующих ступеней и собственно геометрические размеры устройства обусловлены эмпирическим подходом, как следствие, при прямой интерполяции на другой расход очищаемой средынепредсказуемый результат, обусловленный наличием критического расхода через устройство, нивелирующего его фильтрующие свойства, в том числе невысокая степень очистки воды относительно минимальных сепарируемых частиц, т.е. минимально осаждаемыми являются, как указано выше, частицы размером порядка 500 мкм, вплоть до работы в качестве обычного отстойника. Задачей полезной модели является разработка усовершенствованного фильтра очистки воды. Технический результат заключается в повышении степени очистки воды с проектной дисперсностью улавливаемых частиц до 20 мкм, постоянство фактора гидравлического сопротивления, следовательно, установка фильтра в различных системах с учетом конкретных условий качества сепарации и критического расхода с соответствующей отстройкой аппарата. Для достижения указанного технического результата фильтр механической очистки воды вихревой реализует совершенно иной принцип-геометрия устройства рассчитывается из условий формирования устойчивых колоннообразных вихревых структур в ступенях фильтрации. Для обеспечения устойчивости, волновое энергетическое взаимодействие вихревых структур смежных ступеней фильтрации осуществляется из условия их взаимной подпитки(то есть со смещением по фазе и интенсивности). Указанное волновое энергетическое взаимодействие вихревых структур реализуется расчетом соотношения размеров фильтрующих ступеней и площадей перфорации для слива осветленной воды. Условная скорость очищаемой жидкости на периферии ступеней фильтрации, регулируемая площадью кольцевых зазоров между образующими направляющих конусов и корпусом аппарата, а также соотношение диаметров корпуса аппарата и трубы осветленной воды, рассчитываются в пропорциях гидравлических разделителей, которые по факту совмещают в себе функции эффективных грязевиков. Как следствие-центробежные усилия, воздействующие на частицы механических примесей в вихрях фильтрующих ступеней кратно увеличивают качество сепарации, резко повышают концентрацию указанных частиц у стенок корпуса аппарата, чем способствуют проявлению ортокинетической коагуляции взвеси. Минимальная гидравлическая крупность сепарируемых частиц-20 мкм по окалине и 50 мкм по песку. Фильтр механической очистки воды вихревой состоит из цилиндрического корпуса, сердечника в виде трубопровода с наваренными на него направляющими конусами и перфорированными щелевыми отверстиями, расположенными выше основания конусов. В нижней части фильтра располагают камеру сбора осадка, которая дополнительно содержит продувочные патрубки для продувки воздуха, 623 ее оснащают также конусообразным успокоительным кольцом. Фильтрование осуществляют благодаря оригинально сформированной геометрии устройства, способствующего ускорению процесса седиментации механической взвеси. В частности, размеры фильтрующих ступеней устройства кардинально различны и критичен фактор соотношения их размеров они формируются расчетом граничных условий существования вихревой структуры, что,как следствие, ведет к изменению конфигурации и снижению металлоемкости конструкции. Определяющей составляющей качества фильтрации является геометрическая инициация устойчивого вихря с винтовой симметрией, которую определяют оригинальной геометрией фильтрующей ступени. Геометрию потока рассчитывают компилированием функциональной направленности в применении к фильтрованию гидравлических разделителей, расчетными условиями сшивки вихревого и потенциального течений, а также оптимальными параметрами устойчивости вихревого и потенциального течений в естественной среде. Указанная компиляция имеет ограниченную область сходимости. Расчеты основных размеров корпуса, ступеней и щелевых отверстий производится опытным путем. Так для фильтров с диаметром подводящего трубопровода от 50 мм до 200 мм, высота корпуса варьируется от 1 м до 2,3 м ширина корпуса от 0,3 м до 0,8 м размеры первой, второй и третей ступеней соответственно первая - от 0,3 м до 0,7 м, вторая-от 0,09 м до 0,4 м, третья-от 0,08 м до 0,4 мщелевые отверстия-от 0,002 м 2 до 0,15 м 2. Для фильтров с диаметром подводящего трубопровода от 300 мм до 500 мм высота корпуса-от 3 м до 3,5 м ширина корпуса-от 0,8 м до 1,5 м ступени первая-от 1,0 м до 1,3 м, вторая-от 0,5 м до 0,7 м, третья-от 0,4 м до 0,7 м размер щелевых отверстий-от 0,06 м 2 до 0,2 м 2. Для фильтров с диаметром подводящего трубопровода от 600 мм до 1000 мм высота корпуса-от 4 м до 7 м ширина корпуса-от 2 м до 4 м ступени первая -от 1,2 м до 3,0 м, вторая-от 0,7 м до 1,0 м, третья-от 0,6 м до 0,9 м, размер щелевых отверстий-от 0,4 м 2 до 0,9 м 2. Сущность изобретения поясняется чертежами, где на Фиг. 1 изображено схематическое устройство фильтра механической очистки воды вихревого на Фиг. 2, 3, 4 изображены функциональные схемы инициирования устойчивого вихря с винтовой симметрией, в частности на Фиг. 2 изображена функциональная схема образования разгонного вихря на Фиг. 3-сшивка тороидального и спиралевидного вихрей и на Фиг. 4 - приведена схема диффузии устойчивой завихренности. Вихревой фильтр содержит цилиндрический корпус 1, монтируемый вертикально сердечник 2,представляющий собой трубопровод осветленной воды с наваренными на него направляющими конусами 3 и перфорированными щелевыми отверстиями 4, расположенными выше основания конусов 3. В нижней части фильтра располагают камеру сбора осадка 5 с продувочными патрубками 6. Камера сбора осадка 5 оснащена конусообразным успокоительным кольцом 7, предотвращающим взмучива ние осадка. Для осмотра и технического обслуживания фильтра предусмотрен специальный люк 8, для удаления воздуха в верхней части корпуса 1 смонтирован воздушник 9, между корпусом фильтра и образующей основания конуса находится кольцевой канал 10. Очистку воды с помощью фильтра механической очистки воды вихревого рассмотрим на основе функционирования его первой ступени. Исходная вода, поступая в верхнюю часть цилиндрического корпуса 1, с помощью направляющего конуса 3 движется в кольцевой канал 10, образованный корпусом 1 фильтра и образующей основания конуса 3. Разность давления, которая создается по разные стороны каждой конусообразной поверхности, направляет воду через перфорированные щелевые отверстия 4 в сердечник 2 и далее. В указанном канале 10 поток воды приобретает скорость, трехкратно превосходящую его начальную скорость. В этот момент действие гидродинамического напора и гравитационное воздействие однонаправлены, поэтому тяжелые частицы, дисперсностью 1 мм со скоростью, многократно превышающей скорость естественного осаждения, устремляются по направлению к следующей ступени фильтрации, в конечном счете- к камере сбора осадка 5. За кольцевым каналом 10 водяной поток разделяется на две составляющие часть потока воды со взвешенной механической примесью устремляется к следующей ступени фильтрации, что обуславливается ограничением пропускной способности щелевых отверстий 4 сердечника 2 данной ступени, другая часть жидкости направляется в первую ступень фильтрации. Здесь инициируется устойчивый воздушный вихревой поток, осуществляющий сепарацию частиц гидравлической крупностью до 20 мкм. На Фиг. 2 показано образование спиралевидного вихревого движения 11, способствующего ускорению процесса седиментации механической взвеси частиц, находящихся в воде. Соответственно, на Фиг. 3 показано образование сшивки тороидального и спиралевидного вихрей 12 с образованием устойчивой структуры и на Фиг. 4-диффузия устойчивой завихренности 13 с образованием зон обратной циркуляции 14 и вытеснением отсепарированных механических частиц на периферию. Стрелками 15 показано поступление воды сверху в колонну и далее на ступени фильтрации с образованием вихрей. Снизу стрелкой 16 обозначен выход осветленной воды из трубы. Фильтр механической очистки воды вихревой используют для подготовки воды технического качества, используемой в оборотных системах теплоснабжения, устройствах и аппаратах внешних контуров электрических станций. Фильтр механической очистки воды вихревой отличается высокой производительностью-до 8000 м 3/час небольшой потерей напора - при максимальном расходе не более 0,2 кГс/см 2, высокой степенью очистки воды -минимальная дисперсность удаляемых частиц порядка 20 мкм, рабочее давление до 22 кГс/см 2, является аппаратом непрерывного дейст 3 623 вия, так как не требует вскрытия для чисток, следовательно, не требует резерва. ФОРМУЛА ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ 1. Фильтр механической очистки воды вихревой,состоящий из цилиндрического корпуса, монтируемого вертикально, сердечника в виде трубопровода с наваренными на него направляющими конусами с перфорированными щелевыми отверстиями, так называемые ступени фильтрации, отличающийся тем, что дополнительно содержит продувочные патрубки для продувки воздуха с формированием колоннообразных вихревых структур и в верхней части корпуса смонтирован воздушник, а камера для сбора осадка оснащена конусообразным успокоительным кольцом, при этом диаметры корпуса устройства, трубы осветленной воды устройства, раз 4 меры щелевых отверстий ступеней фильтрации и размеры кольцевых зазоров в них отличаются друг от друга - геометрию устройства рассчитывают из условий формирования устойчивых колоннообразных вихревых структур в ступенях фильтрации с обеспечением устойчивости, волновое энергетическое взаимодействие вихревых структур смежных ступеней фильтрации осуществляют из условия их взаимной подпитки. 2. Фильтр механической очистки воды вихревой по п.1, отличающийся тем, что в зависимости от диаметра подводящего трубопровода высота корпуса фильтра от 1 м до 7 м, ширина корпуса от 0,3 м до 4 м размеры первой, второй и третьей ступеней соответственно первая-от 0,3 м до 3 м вторая-от 0,09 м до 1 м, третья-от 0,08 м до 9 м щелевые отверстия-от 0,002 м 2 до 0,9 м 2.