РАДИАЛЬНЫЙ ОТСТОЙНИК Российский патент 1999 года по МПК B01D21/18 

Настоящее изобретение относится к устройствам для разделения суспензий под действием сил тяжести, в частности для очистки сточных вод от взвешенных веществ, образуемых в химическом, целлюлозно-бумажном, городском коммунальном производствах и т.д., и может найти применение в системах очистных сооружений коммунального хозяйства.

Известен радиальный отстойник, содержащий цилиндрический резервуар с кольцевым каналом в центре, системы для ввода обрабатываемой и сбора осветленной воды, а также устройство механического удаления осадка, включающее приводной мост, ферму и группу скребков, в которой скребки выстроены в ряд по спиральной линии и соединены граничащими кромками друг с другом посредством шарниров, причем каждый скребок имеет жестко скрепленную с ним тягу, шарнирно соединенную с фермой, взаимодействующей с упомянутым приводным мостом (см. авторское свидетельство СССР N 464536, C 02 C 1/26, опубликованное в БИ 11, 1975 г.).

Достоинством такого известного радиального отстойника является высокая удельная производительность по гидравлической нагрузке при сохранении эффекта осветления сточных вод, что достигается наличием специальной группы скребков, позволяющей за один оборот вокруг оси резервуара удалить весь осадок с дна отстойника. Кроме того, наличие шарнирного соединения тяг с фермой и жесткого крепления тяг к скребкам позволяет поднимать и опускать каждый скребок, не сливая воду из отстойника, и производить их ремонт или замену, а также уменьшать на них нагрузку при удалении осадка.

Однако это известное изобретение имеет существенный недостаток, а именно ограниченный объем резервуара, что обусловлено расположением кольцевого канала для сбора осадков в центре резервуара и наличием одной группы скребков, которые выстроены в ряд по спиральной линии. Кроме того, в таком известном отстойнике имеет место непредсказуемое изменение удельной производительности отстойника с одновременным снижением эффекта осветления сточных вод, так как, с одной стороны, каждый скребок в воде находится в свободном состоянии и прижимается к дну резервуара отстойника только под действием своего собственного веса и веса тяги, которая шарнирно соединена с фермой, а с другой стороны, при изменении положения скребков относительно дна с помощью тяг часть осадка проходит мимо скребков в осветленные слои воды. При этом имеет место неравномерный износ скребков, так как каждый скребок в группе при работе испытывает отличные от другого скребка нагрузки. Это также создает условия для нарушения сплошности при удалении осадка с дна резервуара отстойника. Более того, в этом известном радиальном отстойнике ремонт и замена вышедших из строя скребков в устройстве механического удаления осадка осложнены из-за необходимости иметь на всем протяжении приводного моста ремонтную площадку, на которую поочередно поднимают скребки.

Для очистки больших объемов сточной воды используют крупногабаритные известные радиальные отстойники, содержащие обычно цилиндрический резервуар с кольцевым каналом в дне, разделяющим дно на два концентрических участка, системы для ввода обрабатываемой и сбора осветленной воды, а также устройство механического удаления осадка, включающее приводной мост, связанную с ним ферму и два полных и два неполных ее крыла с соответствующими лучевыми скребками разной формы, длина которых по мере удаления от кольцевого канала уменьшается, причем, одно из крыльев совмещено с приводным мостом (см. Батуров В., Лейбовский М. "Современные отстойники для систем водоочистки", ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, Москва, 1974, с. 10 рис. 3, с. 5, рис. 1, с. 6, рис. 2).

В таком известном большом радиальном отстойнике обеспечен эффект осветления сточных вод. Однако удельная производительность снижена, так как ". . . перемещение осадка от периферии дна резервуара к кольцевому каналу в дне занимает несколько часов. Сплошность его массы нарушается. Часть осадка всплывает на поверхность отстойника" (cм., например, Евстигнеев И.А., Кучин Г. П. "Новый радиальный отстойник для сточных вод", Научно-технический реферативный сборник "Химическое и нефтяное машиностроение" ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1978, N 5, с. 1, 2).

В качестве прототипа выбран известный радиальный отстойник, содержащий цилиндрический резервуар с кольцевым каналом в дне, разделяющим дно на два концентрических участка, системы для ввода обрабатываемой и сбора осветленной воды, а также устройство механического удаления осадка, включающее приводной мост и две группы скребков, выстроенных в ряд по спиральной линии, которые соединены с приводным мостом посредством соответствующей системы, образованной фермой с тягами, причем ферма совмещена с приводным мостом и каждая ее тяга одним концом жестко закреплена на соответствующем скребке, а другим шарнирно соединена с фермой, при этом грани кромок скребков, граничащих друг с другом в своем ряду соединены посредством шарнира (cм. Морозов В.И. "Исследование и разработка рационального устройства для удаления осадка из радиальных отстойников". Автореферат, Ленинградский политехнический институт, 1979 г., с. 13.)
В прототипе объединено достоинство упомянутых двух известных радиальных отстойников, а именно повышение удельной производительности и увеличение объема очистки сточных вод, что достигнуто выполнением в дне резервуара кольцевого канала, разделяющего дно на два концентрических участка, и применением двух групп скребков, в которых последние выстроены в ряд по спиральной линии. Это позволяет за один оборот фермы вокруг оси резервуара удалить весь осадок с дна резервуара в кольцевой канал.

Однако и прототип обладает существенным недостатком, а именно интенсивным износом скребков, что обусловлено конструкцией подвески его скребков к приводной ферме, при которой вся масса скребков оказывает давление на дно резервуара. Кроме того, имеет место периодическая замена быстро изнашиваемых скребков, что вынуждает часто сливать воду из резервуара, т.к. невозможно поднять на поверхность скребки, расположенные на периферии резервуара под нависающей над ними системой сбора осветленной воды. Оба указанных обстоятельства снижают удельную производительность отстойника.

Задачей настоящего изобретения является поиск новой конструкции радиального отстойника, в котором скребкам созданы условия, повышающие их износостойкость, улучшающие условия их ремонта и не снижающие удельную производительность отстойника.

Поставленная задача решена так, что в известном радиальном отстойнике, содержащем цилиндрический резервуар с кольцевым каналом в дне, разделяющим дно на два концентрических участка, системы для ввода обрабатываемой и сбора осветленной воды, а также устройство механического удаления осадка, включающее приводной мост и две группы скребков, выстроенных в ряд по спиральной линии, согласно настоящему изобретению в каждой упомянутой группе скребки закреплены в соответствующих дугообразных лонжеронах, образуя с последними щетки, а на приводном мосту над кольцевым каналом установлена поворотная опора с колонной, имеющей на конце лопатку, расположенную в кольцевом канале с возможностью движения по нему, и две шарнирно соединенные с колонной качающиеся в вертикальной плоскости стрелы, на концах которых с помощью независимых подвесок смонтированы упомянутые щетки, причем каждая независимая подвеска выполнена в виде рычага и снабжена компенсатором веса щетки, при этом оси шарнирных соединений этого рычага со стрелой и щеткой перекрещиваются с хордой соответствующего дугообразного лонжерона.

Есть вариант развития, в котором в каждой упомянутой группе скребки разделены на две подгруппы и их скребки закреплены в соответствующих дугообразных лонжеронах, образуя с последними четыре щетки, из которых каждая пара щеток смонтирована на конце соответствующей стрелы, а упомянутая колонна оснащена по крайней мере одним механизмом качания стрел.

Такое новое техническое решение всей своей новой совокупностью существенных признаков позволяет создать новый радиальный отстойник, в котором скребки равномерно прижимаются к дну отстойника, а их вес скомпенсирован противовесами, что уменьшает износ рабочих кромок скребков.

Это достоинство достигнуто путем образования из каждой группы скребков соответствующих щеток, которым можно задавать соответствующие давления на дно с помощью независимых подвесок, так как щетки смонтированы на соответствующих концах качающихся в вертикальной плоскости стрел. Последние шарнирно соединены с колонной, расположенной над кольцевым каналом и соединенной с поворотной опорой, установленной на приводном мосту. В результате с помощью поворотной опоры можно разворачивать щетки в горизонтальной плоскости, а с помощью упомянутых стрел - в вертикальной плоскости. Таким образом, в зависимости от массы, плотности и других параметров осадка на дне отстойника, необходимости ремонта элементов устройства механического удаления осадка можно с помощью независимых подвесок, снабженных компенсаторами веса щетки, например, противовесами, компенсирующими вес щеток, и качающихся стрел задать соответствующее давление щеток на дно резервуара отстойника и обеспечить снижение износа скребков, а также высокую удельную производительность при сохранении эффекта осветления сточных вод.

По сравнению с прототипом настоящее изобретение имеет существенные отличия, обладает новыми техническими свойствами, отсутствовавшими в известных ранее радиальных отстойниках.

Анализ существующей научно-технической и патентной информации, проведенный заявителями, показал неизвестность предлагаемой совокупности существенных отличительных признаков. Неизвестными оказались и отдельные существенные признаки, используемые в радиальных отстойниках, а именно щетки, образованные из лонжеронов и из закрепленных в них групп скребков, выстроенных в ряд по спиральной линии; а также неизвестна поворотная опора с колонной на приводном мосту и независимая подвеска с уравновешиванием щеток.

Таким образом, настоящее изобретение можно считать отвечающим критерию патентоспособности "новизна".

Настоящее изобретение имеет изобретательский уровень, так как оно для специалиста логически не следует из известного технического уровня развития радиальных отстойников. Так, при известном из существующего уровня техники подходе увеличение удельной производительности достигают путем увеличения объема очистки сточных вод, но тогда пропадает эффект осветления сточных вод (cм., например, Батуров В., Лейбовский М. "Современные отстойники для систем водоочистки", ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, Москва, 1974, с. 10, рис. 3), так как только увеличение числа лучевых скребков увеличивает число нарушений сплошного осадка и рост объема осадков, попадаемых в слои осветленных вод. В предлагаемом новом радиальном отстойнике имеет место нетрадиционное разрешение упомянутого противоречия, а именно придание соединению каждой группы скребков, с одной стороны, жесткости за счет закрепления скребков в лонжероне с образованием щеток, и увеличения их общего веса, а с другой стороны, уменьшения их давления на дно отстойника за счет независимых подвесок, с помощью которых щетки смонтированы на концах стрел. Неожиданным для специалистов является и применение качающихся стрел, шарнирно соединенных с поворотной колонной, позволяющeе улучшить условия ремонта щеток, предварительно выводя их из труднодоступных мест на дне резервуара.

Таким образом, предлагаемое изобретение обладает высоким изобретательским уровнем.

Практическая применимость настоящего изобретения доказывается ниже.

Сущность предлагаемого радиального отстойника поясняется чертежом, где:
фиг. 1 - общий вид радиального отстойника в аксонометрии;
фиг. 2 - вид радиального отстойника с поднятыми для ремонта скребками механизма удаления осадка;
фиг. 3 - вид сверху на радиальный отстойник.

Предлагаемый радиальный отстойник содержит цилиндрический резервуар 1 с кольцевым каналом 2 в дне 3, разделяющим дно 3 на два концентрических участка 4, 5 (фиг. 1, 3). Имеются системы для ввода обрабатываемой и сбора осветленной воды (не показаны). Причем выход 6 системы для ввода обрабатываемой воды выполнен в виде трубы и расположен в центре дна 3 резервуара 1 (фиг. 1). Вход 7 системы для сбора осветленной воды выполнен в виде кольцевого периферийного лотка, нависающего над дном 3 (фиг. 2). Имеется еще устройство для механического удаления осадка, включающее приводной мост 8 и две группы скребков 9, выстроенных в ряд по соответствующим спиральным линиям, а также расположенную над кольцевым каналом 2, установленную на приводном мосту 8 поворотную опору 10 с колонной 11, имеющей на конце лопатку 12, расположенную в кольцевом канале 2 с возможностью движения по нему (фиг. 2).

В каждой из упомянутых групп скребки 9 закреплены в соответствующих дугообразных лонжеронах 13, 14 (фиг. 1), образуя с последними щетки 15, 16 (фиг. 2, 3), которые с помощью независимых подвесок 17 (фиг. 1) смонтированы на концах двух качающихся в вертикальной плоскости стрел 18, 19, соединенных с помощью шарнирного механизма 20 с колонной 11. Причем каждая стрела 18, 19 имеет Y-образный конец, на каждой из ветвей которого смонтирована соответствующая щетка 15, 16 (фиг. 1, 3). Каждая независимая подвеска 17 выполнена в виде рычага и снабжена компенсатором веса щетки, например противовесом, и оси шарнирных соединений этого рычага со стрелой 18, 19 и щеткой 15, 16 перекрещиваются с хордой соответствующего дугообразного лонжерона 13, 14 (фиг. 3). Кроме того, упомянутая колонна 11 оснащена по крайней мере одним механизмом качания 21 стрел 18, 19 (фиг. 1, 2). Приводной мост 8 опирается на выход 6 системы для ввода обрабатываемой воды и на стенку резервуара 1 с возможностью вращения вокруг оси резервуара (фиг. 1, 2). Имеется также рабочая площадка 22 (изображена условно на фиг. 1, 2).

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Через трубу 8, являющуюся выходом системы подачи обрабатываемой воды, в цилиндрический резервуар подается сточная вода (не показана). Она радиально перемещается от центра резервуара 1 к его периферийной части - стенкам резервуара 1. При этом взвешенные частицы, находящиеся в сточных водах, по мере перемещения воды от центра резервуара к его периферии оседают на дно 3 резервуара 1. Со временем осадок на дне 3 резервуара 1 нарастает и его механически убирают, что достигается включением приводного устройства (не показан) приводного моста 8, вместе с ним начинает вращаться колонна 11, а с ней - качающиеся стрелы 18, 19, и с ними - щетки 15, 16, которые захватывают осадок и сгребают его в кольцевой канал 2. Из последнего осадок сгребает лопатка 12, которая также движется вместе с колонной 11.

Очищенная вода собирается в верхних слоях воды резервуара 1 и под действием поступаемой сточной воды вытесняется во вход 2 системы сбора очищенной воды. В процессе удаления осадков со дна 3 резервуара 1 скребки 9 каждой щетки 15, 16 изнашиваются. Поэтому со временем их заменяют. Для этого с помощью поворотной опоры 10 разворачивается колонна 11 так, чтобы щетка 15 (фиг. 3) вышла из-под козырька 7 входа системы сбора очищенной воды (фиг. 2). В этом случае точки a, b щетки 15 займут положение a' и b', а точка c щетки 16 - c'. Затем с помощью качающихся стрел 18, 19 (фиг. 1, 2) поднимается щетка 15 из воды на высоту выше расположения рабочего помоста 22 (фиг. 2). После этого с помощью поворотной опоры 10 разворачивается колонна 11, а с нею закрепленные на ней стрелы 18, 19, их щетки 15, 16 и скребки 9. Каждая щетка проходит над рабочим помостом 22, с которого ее заменяют. После замены изношенных щеток все операции проводятся в обратном порядке, и щетки 15, 16 устанавливают на дно 3 резервуара 1 для дальнейшей работы по удалению осадка.

Изобретение может найти применение в системах очистки сточных вод различного происхождения. Радиальный отстойник имеет цилиндрический резервуар с кольцевым каналом в дне, разделяющим дно на два концентрических участка, системы для ввода обрабатываемой и сбора осветленной воды, а также устройство механического удаления осадка, включающее приводной мост и две группы скребков, выстроенных в ряд по соответствующим спиральным линиям. Из скребков сформированы щетки, закрепленные в дугообразных лонжеронах, которые посредством независимых подвесок установлены на стрелах, шарнирно соединенных с возможностью качания в вертикальной плоскости с колонной. Последняя взаимодействует с приводным мостом посредством поворотной опоры и размещена по оси радиального отстойника. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Радиальный отстойник, содержащий цилиндрический резервуар с кольцевым каналом в дне, разделяющим дно на два концентрических участка, системы для ввода обрабатываемой и сбора осветленной воды, а также устройство механического удаления осадка, включающее приводной мост и две группы скребков, выстроенных в ряд по соответствующим спиральным линиям, отличающийся тем, что в каждой упомянутой группе скребки закреплены в соответствующих дугообразных лонжеронах, образуя с последними щетки, а на приводном мосту над кольцевым каналом установлена поворотная опора с колонной, имеющей на конце лопатку, расположенную в кольцевом канале с возможностью движения по нему, и две шарнирно соединенные с колонной качающиеся в вертикальной плоскости стрелы, на концах которых с помощью независимых подвесок смонтированы упомянутые щетки, причем каждая независимая подвеска выполнена в виде рычага и снабжена компенсатором веса щетки, при этом оси шарнирных соединений упомянутого рычага со стрелой и щеткой перекрещиваются с хордой соответствующего дугообразного лонжерона. 2. Отстойник по п.1, отличающийся тем, что в каждой упомянутой группе скребки разделены на две подгруппы и их скребки закреплены в соответствующих дугообразных лонжеронах, образуя с последним четыре щетки, из которых каждая пара щеток смонтирована на конце соответствующей стрелы.