МАЛОГАБАРИТНАЯ АВТОМАТИЧЕСКАЯ ВОДООЧИСТНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1997 года по МПК B01D24/00 

Изобретение относится к устройствам для очистки воды фильтрованием и может быть использовано в системах водоснабжения небольших населенных пунктов, например в сельской местности.

Известна фильтровальная автоматическая установка, включающая корпус с вантузами, трубопроводы сырой, чистой и промывной воды, бак промывной воды и бак запаса чистой воды [1] Она характеризуется большими затратами энергии на проведение промывки фильтра, т.к. весь промывной объем воды предварительно подается в бак запаса промывной воды, расположенный над фильтром.

Кроме того, недостаток этого фильтра заключается в удорожании его конструкции из-за необходимости устройства несущих опор (железобетонных, кирпичных, стальных) под бак промывной воды, имеющий подчас вес 10.20 тонн.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предложенной является "Установка для очистки воды" [2] Установка содержит промывной бак и напорный фильтр, оборудованный системой подводящих и отводящих трубопроводов, фильтрующая загрузка которого удерживается от всплывания специальным фиксатором, выполненным в виде гидравлического блока. Недостаток установки большие эксплуатационные затраты, связанные с необходимостью подъема промывной воды в промывной бак, расположенный над фильтром.

Цель изобретения повышение технико -экономических показателей работы установки.

Поставленная цель достигается тем, что в малогабаритной автоматической водоочистной установке, включающей напорный фильтр с тяжелой зернистой загрузкой, оборудованный дренажем, подводящим сифонным трубопроводом, отводящим трубопроводом с установленными на нем приемной воронкой и управляющим краном, гидравлическое реле времени продолжительности промывки в виде емкости с калиброванным отверстием и бак промывной воды, последний выполнен герметичным и расположен ниже фильтра, восходящая ветвь сифонного трубопровода опущена внутрь бака с возможностью регулирования зазора между торцом трубопровода и дном бака, нисходящая ветвь сифонного трубопровода присоединена к дренажу, перегиб сифонного трубопровода расположен выше приемной воронки на величину критических потерь напора в фильтрующей загрузке, емкость гидравлического реле времени продолжительности промывки кинематически связана с рычагом управляющего крана, а импульсная трубка для ее заполнения одним концом присоединена к нисходящей ветви сифонного трубопровода, ниже приемной воронки, и другой расположен над емкостью гидравлического реле, на уровне верхней кромки перегиба сифонного трубопровода.

При расположении бака промывной воды на отметке ниже корпуса фильтра, требуемый для промывки объем воды подается на отметку верха бака, которая примерно соответствует отметке пола помещения фильтров. Подъем промывного расхода на необходимую высоту и подача его в дренаж осуществляется с помощью подающего сифонного трубопровода.

Как показывают расчеты, в установках с промывным баком, установленным выше фильтра, превышение дна бака над водоотводящим устройством (желобами, воронкой и др. ) складывается из потерь напора в трубах, фасонных частях и арматуре (h), в дренаже (h_др), поддерживающих слоях (h_сл), фильтрующем слое (h_п) и напора, необходимого для истечения промывного расхода из отверстий дренажа (H_о):

где Σc_м-20,5 сумма коэффициентов местных сопротивлений и по длине:
V, V_к, V_о соответственно скорость движения воды в трубах, коллекторе дренажа и боковом ответвлении;
k_w-0,35 отношение площади отверстий дренажа к площади коллектора;
W-14 л/с•2² интенсивность промывки зернистой загрузки;
H_сл, H_п соответственно высота поддерживающих слоев и фильтрующего песка;
ρ_п,ρ плотность песка и воды;
m_о пористость песка;
μ,p соответственно коэффициент расхода отверстий дренажа и процент их площади от площади фильтра.

С учетом конструктивных размеров фильтров и компановки водоочистной установки, общая высота поддерживающей конструкции промывного бака составит 10.12 м. Размещение промывного бака ниже фильтра и подачи промывного расхода сифонным трубопроводом позволяет исключить затраты на устройство поддерживающей конструкции, что снижает строительные и эксплуатационные затраты и повышает технико-экономические показатели работы водоочистной установки. Гидравлическое реле времени промывки и управляющий кран позволяют простыми и надежными средствами гидроавтоматики осуществлять автоматическое переключение режимов и регулировать продолжительность рабочих операций установки.

Не известно техническое решение, имеющее признаки, сходные с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа.

На чертеже представлена предлагаемая установка, продольный разрез (фиг. 1), схема работы сифонного трубопровода (фиг.2) и управляющего крана (фиг. 3).

Установка (фиг.1) содержит напорный фильтр 1, заполненный тяжелой зернистой загрузкой 2, оборудованный дренажем 3, присоединенным к нему подводящим сифонным трубопроводом 4 и отводящим трубопроводом 5 с установленными на нем приемной воронкой 6 и управляющим краном 7. Импульсная трубка 8, присоединенная одним концом к нисходящей ветви сифонного трубопровода 4 ниже воронки 6, снабжена сифоном 9, расположенным на уровне перегиба сифонного трубопровода 4, над емкостью 10 гидравлического реле времени продолжительности промывки с калиброванным отверстием для истечения жидкости, которое с помощью блока 11 и гибкой тяги 12 кинематически связано с рычагом 13 с противовесом 14 управляющего крана 7. По трубопроводу 15 от управляющего крана 7 фильтрат отводится в резервуар чистой воды, а по трубопроводу 16 грязная промывная вода отводится в сточный канал 17. Нижний конец восходящей ветки сифонного трубопровода 4 опушен в герметичный промывной бак 18, причем он устроен с возможностью перемещения торца вдоль трубопровода так, что можно регулировать расстояние между торцом восходящей ветви сифонного трубопровода 4 и дном бака 18, в который по трубопроводу 19 поступает исходная вода. Промывной бак оборудован вантузом 20 для впуска и выпуска воздуха, а верхняя кромка перегиба сифонного трубопровода 4, расположенная выше приемной воронки 6 на величину критических потерь напора h_кр в фильтрующей загрузке (фиг.2), и корпус напорного фильтра 1 оборудованы вантузами 21 для выпуска воздуха.

Малогабаритная автоматическая водоочистная установка работает следующим образом.

В начале очередного фильтроцикла, когда промывной бак 18 опорожнен, а уровень воды в нем находится на отметке нижнего торца восходящей ветви сифонного трубопровода 4, исходная вода, подаваемая насосом по трубопроводу 19, заполняет промывной бак, объем которого должен вмещать требуемый для промывки объем воды. При этом воздух через вантуз 20 удаляется наружу. Одновременно с этим происходит подъем уровня воды и в восходящей ветви сифонного трубопровода 4, причем до достижения уровнем воды отметки верхней кромки промывного бака 18, скорость подъема уровня воды небольшая. После полного заполнения промывного бака 18, происходит быстрый подъем уровня воды в восходящей ветви сифонного трубопровода, после чего уровень стабилизируется на отметке выше нижней кромки перегиба сифонного трубопровода (фиг.2,а) на величину напора, соответствующего расчетному расходу фильтра. Воздух при этом удаляется из сифонного трубопровода 4 вантузом 21. В нисходящей ветви сифонного трубопровода 4, соединенной с дренажем 3, отметка начального уровня воды (в начале очередного фильтроцикла) соответствует отметке воронки 6, через которую происходил отвод промывного расхода в предыдущем цикле промывки напорного фильтра. Новый фильтроцикл начинается при переливе исходной воды через перегиб сифонного трубопровода 4, затем она поступает в дренаж 3 и фильтрующую загрузку 2, где из нее удаляются загрязнения, и через воронку 6 уже осветленная поступает в трубопровод 5, проходит управляющий кран 7, находящийся в положении, показанном на фиг.1 и на фиг.3,а, и по трубопроводу 15 отводится в резервуар чистой воды. По мере накопления в порах фильтрующей загрузки осадка задержанных загрязнений, ее гидравлическое сопротивление увеличивается, вследствие чего уровень воды в нисходящей ветви сифонного трубопровода 4 повышается, а воздух удаляется через вантуз 21. Одновременно с этим, уровень воды повышается и в импульсной трубке 8. При достижении в фильтрующей загрузке 2 критических потерь напора, уровни воды в восходящей и нисходящей ветвях сифонного трубопровода 4 смыкаются и сифон заряжается (фиг. 2,б). Одновременно с этим по сифону 9 вода поступает в емкость гидравлического реле времени продолжительности промывки 10 и заполняет его. При этом вес емкости больше усилий переключения управляющего крана 7, сил трения в блоке 11 и веса противовеса 14. Пробка крана поворачивается и занимает положение, показанное на фиг.3,б. Так как диаметр труб 4, 5 и 16 одинаковый и больше диаметра труб 15 тракта фильтрата и, учитывая, что к концу фильтроцикла поры фильтрующей нагрузки заполнены осадком и гидравлическое сопротивление тракта фильтрата достигает своего максимума, переключение управляющего крана 7 в положение, при котором трубопровод 5 соединяется с трубопроводом 16, приводит к существенному снижению гидравлического сопротивления системы, в результате чего в сифонном трубопроводе 4 формируется промывной расход начинается промывка фильтра 1. Промывной расход в 4.5 раз превосходит расход воды в цикле фильтрования, поэтому происходит расширение фильтрующей загрузки, отмывка ее от загрязнений, которые с промывной водой попадают в воронку 6, трубопровод 5, управляющий кран 7, трубопровод 16 и далее в сточный канал 17. Уровень воды в промывном баке 18 снижается, через вантуз 20 в него поступает наружный воздух, а при достижении уровнем воды торца восходящей ветви сифонного трубопровода 4, последний разряжается. Продолжительность цикла промывки может регулироваться за счет изменения времени истечения жидкости через калиброванное отверстие емкости 10 и глубины погружения торца восходящей ветви сифонного трубопровода 4 в бак 18. По окончании промывки, под действием противовеса 14, пробка управляющего крана 7 переводится в положение, показанное на фиг.3,а, а емкость 10 занимает исходную позицию. Уровень воды в нисходящей ветви сифонного трубопровода 4 устанавливается на отметке, соответствующей отметке воронки 6, и водоочистная установка вновь готова к проведению очередного цикла полезного фильтрования, а ее работа происходит, как описано выше.

Расположение промывного бака ниже корпуса фильтра позволяет уменьшить высоту подъема воды для промывки фильтра в среднем на 6.8 м. При двух промывках фильтра в сутки экономия средств для одного фильтра площадью 3 м² составит:

где 14 л/с•м² интенсивность промывки; 9 мин - продолжительность промывки; 12 час время пополнения промывного бака при двух промывках в сутки; T-12 час время работы насоса, подающего промывную воду в напорный бак; б 50 коп/квт•час стоимость электроэнергии; ₁₂ 0,7 КПД насосов и двигателей.

Отпадает необходимость устройства опор для промывного бака, в данном примере весом 22,7 т, что повышает технико-экономические показатели предлагаемой установки.

Простая и надежная система гидроавтоматики позволяет автоматизировать работу установки с минимальными затратами средств.

Использование: для очистки воды фильтрованием. Сущность изобретения: малогабаритная автоматическая водоочистная установка включает напорный фильтр, оборудованный подводящим сифонным трубопроводом, нисходящая ветвь которого присоединена к дренажу фильтра, а торец восходящей ветви опущен в герметичный промывной бак с возможностью регулирования расстояния до дна бака, расположенного ниже фильтра. На водоотводящем трубопроводе фильтра установлена приемная воронка и управляющий кран, рычаг которого гибкой тягой кинематически связан с емкостью гидравлического реле времени продолжительности ветви подводящего сифонного трубопровода, подается вода в начале цикла промывки. Размещение промывного бака ниже фильтра позволяет уменьшить строительные затраты и снизить расход электроэнергии на промывку фильтра, что повышает технико-экономические показатели работы установки. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Малогабаритная автоматическая водоочистная установка, включающая напорный фильтр с тяжелой зернистой загрузкой, оборудованный дренажом, подводящим сифонным трубопроводом, отводящим трубопроводом с установленными на нем приемной воронкой и управляющим пробковым краном, гидравлическое реле времени продолжительности промывки в виде емкости с калиброванным отверстием и бак промывной воды, отличающаяся тем, что бак промывной воды расположен ниже фильтра, нижний торец восходящей ветви сифонного трубопровода опущен в бак с возможностью регулирования расстояния до дна бака, нисходящая ветвь сифонного трубопровода присоединена к дренажу, а его перегиб расположен выше приемной воронки на величину критических потерь напора в фильтрующей загрузке. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что емкость гидравлического реле времени продолжительности промывки с помощью блока и гибкой тяги кинематически связана с рычагом управляющего крана, импульсная трубка для ее заполнения одним концом присоединена к нисходящей ветви сифонного трубопровода ниже уровня приемной воронки, другой расположен над емкостью гидравлического реле времени продолжительности промывки, на уровне верхней кромки перегиба сифонного трубопровода, а промывной бак герметичен и оборудован вантузом.