СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ ПЛАВАЮЩЕЙ ЗАГРУЗКИ ФИЛЬТРА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК B01D24/46 B01D24/48 

Изобретение относится к водному хозяйству и может быть использовано для регенерации плавающей загрузки фильтра при осветлении хозяйственной, технической и сточной воды.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ регенерации плавающей загрузки фильтра в нисходящем потоке осветленной воды [1, с. 35, рис. 12 и с. 41, рис. 15].

Недостатком известного способа регенерации плавающей загрузки фильтра является низкая его экономичность и некачественная регенерация плавающей загрузки, обусловленная недостаточным перемешиванием всего объема плавающей загрузки.

Известно устройство, выбранное в качестве прототипа, содержащее корпус, карман, плавающую загрузку, удерживающую решетку, трубопроводы для подачи исходной жидкости, отвода загрязненной жидкости и фильтрата, задвижки, насос, дренажную систему (там же).

Недостатком известного устройства является низкая его экономичность и некачественная регенерация плавающей загрузки, обусловленная недостаточным перемешиванием всего объема плавающей загрузки. Цель изобретения состоит в том, чтобы повысить экономичность и качество регенерации плавающей загрузки фильтра.

Предлагаемое техническое решение заключается в том, что к отводу, размещенному в сужающемся книзу днище фильтра, периодически присоединяют вакуумированную полость и в фильтре возбуждают импульсы гидродинамического давления с временным интервалом t, определяемым по формуле

где W - объем вакуумированной полости, м³;
P_max - максимальное абсолютное давление в вакуумированной полости, МПа;
Q - производительность откачки загрязненной жидкости при вакуумировании полости, м³/с;
P_min - минимальное абсолютное давление в вакуумированной полости, МПа;
а загрязненную жидкость из вакуумированной полости удаляют в канализацию.

Таким образом, предлагаемый способ регенерации плавающей загрузки фильтра характеризуется существенным отличием от известных, поскольку позволяет повысить экономичность и качество регенерации плавающей загрузки фильтра за счет силового воздействия на нее со стороны жидкости, подверженной упругим циклическим деформациям, а также благодаря соударению гранул плавающей загрузки друг с другом, вызванному резким расширением плавающей загрузки при заполнении жидкостью вакуумированной полости.

Предлагаемое техническое решение заключается в следующем: устройство для регенерации плавающей загрузки фильтра дополнительно снабжено вакуумированной полостью, насосом с электродвигателем, электрифицированными задвижками, запорными клапанами с электромагнитными приводами, датчиками давления, датчиками уровня фильтрата над удерживающей решеткой, датчиками положения запорных клапанов с электромагнитными приводами и электрифицированных задвижек и блоком управления, причем вход вакуумированной полости с установленным на нем запорным клапаном с электромагнитным приводом посредством отвода соединен с сужающимся книзу днищем фильтра, выход вакуумированной полости соединен со всасывающим патрубком насоса, напорный патрубок насоса соединен с трубопроводом, на котором установлен запорный клапан с электромагнитным приводом, на напорном трубопроводе между насосом и запорным клапаном установлен один датчик давления, второй датчик давления установлен на выходе вакуумированной полости, а электродвигатель насоса, запорные клапаны с электромагнитными приводами, электрифицированные задвижки, датчики положения запорных клапанов с электромагнитными приводами и электрифицированных задвижек, датчики давления и датчики уровня фильтрата над удерживающей решеткой соединены с блоком управления.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что оно содержит новые узлы со своими связями, позволяющими повысить экономичность и качество регенерации плавающей загрузки фильтра.

Таким образом, заявляемое решение соответствует критерию изобретения "новизна".

На чертеже представлена схема устройства для регенерации плавающей загрузки фильтра.

Заявляемый способ был реализован с помощью устройства для регенерации плавающей загрузки фильтра, содержащего корпус фильтра 1, плавающую загрузку 2, дренажную систему 3, удерживающую решетку 4, карман 5, трубопровод 6, электрифицированные задвижки 7 и 9 с датчиками положения соответственно 8 и 10, отвод 11, запорные клапаны 12 и 17 с электромагнитными приводами и датчиками положения 13 и 18 соответственно, вакуумированную полость 14, датчики давления 15 и 20, насос 16, трубопровод 19, датчик нижнего уровня фильтрата 21, датчик верхнего уровня фильтрата 22 и блок управления 23.

Устройство для регенерации плавающей загрузки фильтра работает следующим образом.

При фильтровании жидкости запорные клапаны 12 и 17 с электромагнитными приводами закрыты, а жидкость через открытую электрифицированную задвижку 9 поступает в дренажную систему 3, из которой равномерно распределяется по всей площади поперечного сечения фильтра, фильтруется через плавающую загрузку 2, проходит через удерживающую решетку 4, поступает в карман 5, а из него по трубопроводу 6 через открытую электрифицированную задвижку 7 в резервуар чистой жидкости (на схеме условно не показан).

При работе фильтр засоряется, его гидравлическое сопротивление увеличивается, а уровень фильтрата в нем начинает снижаться. Как только уровень фильтрата снизится до предельной отметки, датчик уровня фильтрата 22 подает сигнал на блок управления 23 и фильтр переводится в режим регенерации плавающей загрузки 2. По команде с блока управления 23, который реагирует только на сигнал с датчика уровня фильтрата 22, соответствующий понижению уровня, электрифицированные задвижки 7 и 9 одновременно закрываются, а запорный клапан с электромагнитным приводом 12 открывается. При разрешающих сигналах от датчиков положения 8, 10 и 13 электродвигатель насоса 16 запускается в работу. Когда насос 16 выйдет на нормальный режим работы, от датчика давления 20 на блок управления 23 поступит сигнал на открывание запорного клапана с электромагнитным приводом 17. Запорный клапан с электромагнитным приводом 17 открывается и при разрешающем сигнале от датчика положения 18 запорный клапан с электромагнитным приводом 12 закрывается. Насос 16 откачивает жидкость из вакуумированной полости 14, абсолютное давление в ней начинает снижаться и, как только оно достигнет минимального значения P_min, датчик давления 15 подаст сигнал на блок управления 23 на открывание запорного клапана с электромагнитным приводом 12. Запорный клапан с электромагнитным приводом 12 откроется и из фильтра по отводу 11 под действием разности абсолютных давлений в отводе 11 перед запорным клапаном с электромагнитным приводом 12 и в вакуумированной полости 14 жидкость из фильтра устремится к насосу 16. Насос 16 по трубопроводу 19 будет ее откачивать в канализацию, абсолютное давление в вакуумированной полости 14 начнет повышаться, уровень фильтрата будет понижаться. При достижении абсолютного давления в вакуумированной полости 14 максимального значения P_max датчик давления 15 на блок управления 23 подаст сигнал на закрывание запорного клапана с электромагнитным приводом 12. Запорный клапан с электромагнитным приводом 12 закроется и в отводе 11 будет формироваться волна упругого сжатия жидкости, вызванного внезапной остановкой ее движения. Эта волна с большой скоростью будет распространяться по всему объему фильтра вверх и спустя некоторое время достигнет свободной поверхности жидкости в фильтре. В этот момент весь объем жидкости в фильтре будет сжат. Затем жидкость у свободной поверхности будет упруго разжиматься, и в направлении запорного клапана с электромагнитным приводом 12 будет распространяться волна упругого растяжения жидкости. Вскоре весь объем жидкости в фильтре будет подвержен упругому растяжению, после чего у запорного клапана с электромагнитным приводом 12 вновь сформируется волна сжатия жидкости и процесс упругой деформации жидкости будет продолжаться с постепенным ее затуханием. Вместе с жидкостью будет деформироваться и плавающая загрузка 2, освобождаясь при этом от загрязнений. Насос 16 тем временем откачивает жидкость из вакуумированной полости 14, абсолютное давление в ней при этом снижается. Как только оно снизится до P_min, датчик давления 15 снова подаст сигнал на блок управления 23 на открывание запорного клапана с электромагнитным приводом 12. Запорный клапан с электромагнитным приводом 12 откроется и снова из фильтра к насосу 16 устремится жидкость вместе с загрязнениями плавающей загрузки. Регенерация плавающей загрузки 2 будет осуществляться как под действием циклических деформаций жидкости в фильтре, так и при соударении отдельных гранул плавающей загрузки друг с другом, вызванном резким расширением плавающей загрузки 2 при заполнении жидкостью вакуумированной полости 14. Далее процесс регенерации плавающей загрузки 2 будет продолжаться аналогично описанному до тех пор, пока уровень жидкости в фильтре не снизится до датчика нижнего уровня фильтрата 21, который подаст сигнал на блок управления 23, реагирующий только на понижение уровня фильтрата. При этом блок управления 23 переводит фильтр в режим фильтрования жидкости, в соответствии с которым электродвигатель насоса 16 отключается, запорные клапаны с электромагнитными приводами 12 и 17 закрываются и при разрешающих сигналах от датчиков положения 13 и 18 открываются электрифицированные задвижки 9 и 7. Начинается новый фильтроцикл.

Таким образом, регенерация плавающей загрузки осуществляется в основном благодаря силовому воздействию на нее со стороны жидкости, подверженной упругим циклическим деформациям, а также из-за соударения гранул плавающей загрузки друг с другом, вызванного резким ее расширением при заполнении жидкостью вакуумированной полости 14. Сужающееся книзу днище фильтра способствует удалению из него загрязнений, которые будут скользить под уклон, а затем откачиваться насосом 16 в канализацию.

Предлагаемое техническое решение позволяет получить экономический эффект за счет высокого качества регенерации плавающей загрузки, а следовательно, за счет увеличения фильтроцикла, значительного снижения времени и количества осветленной жидкости, затрачиваемых на регенерацию плавающей загрузки фильтра.

Пример осуществления способа. Рассмотрим работу фильтра, представленного на чертеже, с плавающей загрузкой, выполненной из гранул вспененного полистирола, в режиме его промывки при следующих исходных данных:
- форма фильтра в плане - квадрат;
- площадь поперечного сечения фильтра F - 4 м²;
- высота фильтра h - 3,5 м;
- высота между датчиками нижнего уровня фильтрата 21 и верхнего уровня фильтрата 22 - 0,5 м;
- диаметр вакуумированной полости 14 d - 300 мм;
- длина вакуумированной полости 14 l - 2000 мм;
- марка насоса 16 - Д800-28.

Определим временной интервал t между двумя соседними возбуждаемыми импульсами гидродинамического давления по формуле

где W - объем вакуумированной полости, м³;
P_max - максимальное абсолютное давление в вакуумированной полости, МПа;
Q - производительность откачки загрязненной жидкости при вакуумировании полости, м³/с;
P_min - минимальное абсолютное давление в вакуумированной полости, МПа.

где P_ат - атмосферное давление, МПа;
g - ускорение свободного падения, м/с²;
ρ - плотность фильтруемой жидкости, кг/м³;
h - высота столба фильтруемой жидкости, м³;
0,5 - высота между датчиками нижнего уровня фильтрата 21 и верхнего уровня фильтрата 22, м.

P_max = 0,1 + 1000 • 9,81 • 3,00 • 10^-6 = 0,129 МПа

где Pдопвак

Объем фильтрата W_ф, затрачиваемого на одну регенерацию плавающей загрузки 2, составляет 2 м³.

Количество импульсов Z гидродинамического давления при расходовании объема фильтрата W_ф будет равно

Определим максимальное гидродинамическое давление ΔP в фильтре после закрытия запорного клапана с электромагнитным приводом 12 по формуле
ΔP = a×ρ×v,
где a - скорость звука в жидкости фильтра (a = 1425 м/с);
ρ - плотность жидкости ( ρ = 1000 кг/м³);
v - потерянная скорость движения жидкости в фильтре после закрытия запорного клапана с электромагнитным приводом 12, м/с.

Таким образом, за одну регенерацию плавающей загрузки 2 будет возбуждено 14 импульсов гидродинамического давления p, равного 0,078 МПа (0,78 кгс/см²). Кроме того, за временной интервал t, равный 1,638 с, будет совершено свыше 300 циклов отраженных волн упругой деформации жидкости с затуханием амплитуды цикла, которые также будут благоприятно влиять на регенерацию плавающей загрузки 2.1

Способ и устройство предназначены для регенерации плавающей загрузки фильтра при осветлении хозяйственной, технической и сточной воды. К отводу, размещенному в сужающемся книзу днище фильтра, периодически присоединяют вакуумированную полость и в фильтре возбуждают импульсы гидродинамического давления с расчетным временным интервалом, а загрязненную жидкость из вакуумированной полости удаляют в канализацию. Устройство для осуществления способа регенерации плавающей загрузки фильтра дополнительно содержит вакуумированную полость, насос с электродвигателем, электрифицированные задвижки, запорные клапаны с электромагнитными приводами, датчики давления, датчики уровня фильтрата над удерживающей решеткой, датчики положения запорных клапанов с электромагнитными приводами и электрифицированных задвижек и блок управления. Предлагаемое техническое решение позволяет повысить качество регенерации плавающей загрузки, а следовательно, увеличить фильтроцикл, снизить количество осветленной жидкости, расходуемой на регенерацию плавающей загрузки фильтра и время регенерации. 2 c.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ регенерации плавающей загрузки фильтра, включающий подачу промывной жидкости сверху на фильтр и отведение загрязненной жидкости от фильтра через отвод, отличающийся тем, что к отводу, размещенному в сужающемся книзу днище фильтра, периодически присоединяют вакуумированную полость и в фильтре возбуждают импульсы гидродинамического давления с временным интервалом t, определяемым по формуле

где W - объем вакуумированной полости, м³;
P_max - максимальное абсолютное давление в вакуумированной полости, МПа;
Q - производительность откачки загрязненной жидкости при вакуумировании полости, м³/с;
P_min - минимальное абсолютное давление в вакуумированной полости, МПа;
а загрязненную жидкость из вакуумированной полости удаляют в канализацию. 2. Устройство для регенерации плавающей загрузки фильтра, содержащее корпус, карман, плавающую загрузку, удерживающую решетку, трубопроводы для подачи исходной жидкости и отвода фильтрата, задвижки и дренажную систему, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено вакуумированной полостью, насосом с электродвигателем, электрифицированными задвижками, запорными клапанами с электромагнитными приводами, датчиками давления, датчиками уровня фильтрата над удерживающей решеткой, датчиками положения запорных клапанов с электромагнитными приводами и электрифицированных задвижек и блоком управления, причем вход вакуумированной полости с установленным на нем запорным клапаном с электромагнитным приводом посредством отвода соединен с сужающимся книзу днищем фильтра, выход вакуумированной полости соединен со всасывающим патрубком насоса, напорный патрубок насоса соединен с трубопроводом, на котором установлен запорный клапан с электромагнитным приводом, на напорном трубопроводе между насосом и запорным клапаном установлен один датчик давления, второй датчик давления установлен на выходе вакуумированной полости, а электродвигатель насоса, запорные клапаны с электромагнитными приводами, электрифицированные задвижки, датчики положения запорных клапанов с электромагнитными приводами и электрифицированных задвижек, датчики давления и датчики уровня фильтрата над удерживающей решеткой соединены с блоком управления.