САМОПРОМЫВАЮЩИЙСЯ НАПОРНЫЙ ФИЛЬТР Российский патент 2002 года по МПК B01D35/12 B01D24/46 B01D101/00 

Изобретение относится к области водоподготовки, в частности к фильтрам для очистки воды.

Известен напорный фильтр для очистки жидкости, содержащий корпус, дренажно-распределительную систему, перфорированные трубы которой расположены по оси и по периферии корпуса, и размещенную между ними зернистую фильтрующую загрузку (см. авт. свид. СССР 1493282, кл. В 01 D 24/08, 1989 г.).

В этом известном фильтре осуществляется радиальное движение очищаемой жидкости от центра к периферии с замедленной скоростью, что препятствует проникновению загрязнений вглубь загрузки, т.е. ее грязеемкость не может быть использована равномерно.

Наиболее близким к заявленному является самопромывающийся напорный фильтр, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, подающий и отводящий патрубки, зернистую загрузку песчано-гравийную, дренажную систему и верхний и нижний распределители, коммутирующие отдельные секции фильтра, образованные вертикальными стенками (см. Фрог Б.Н., Левченко А.П., Водоподготовка, М. : издательство МГУ, 1966 г., с. 680).

В этом известном устройстве, благодаря вращающимся распределителям устройства вращательного типа, происходит последовательная смена промываемых секций и включение в работу ранее промытых секций, т.е. реализуется функция самопромывки (регенерации) фильтра. В случае отсутствия отвода очищенной воды потребителю вся она может использоваться для целей промывки обратным током и, таким образом, скорость фильтрации в режиме промывки может в 7 раз превышать таковую для режима фильтрации. При этом необходим источник механической энергии для привода распределительного устройства с заданной частотой вращения.

Недостатком указанного фильтра является то, что из-за использования в качестве распределительной системы плоских щелевых дренажей возникает необходимость совместного использования зернистой загрузки (например, кварцевый песок) в качестве фильтрующей среды и гравия в качестве поддерживающего слоя. В указанном фильтре каждая его секция представляет собой скорый фильтр с верхним подводом воды, а потому его грязеемкость и производительность определяется площадью фильтрации, которая при горизонтальной границе раздела "вода - загрузка" не способствует глубокому проникновению загрязнений в толщу загрузки, а наоборот, способствует их концентрации на этой границе. Кроме того, достаточно крупные частицы загрязнений, накапливаясь в поверхностном слое зернистой загрузки, приводят к блокированию поровых каналов и уплотнению этого слоя, что приводит к увеличению расхода промывной воды для взрыхления последнего. Наличие в указанном фильтре верхнего слоя воды, соизмеримого по толщине со слоем зернистой загрузки, поддерживающего слоя гравия и сборного коллектора фильтрованной воды обусловливает весьма низкую эффективность использования объема фильтра с точки зрения величины объема зернистой загрузки, реально определяющей его грязеемкость, что, в свою очередь, обусловливает повышенную материалоемкость фильтра.

Целью изобретения является повышение грязеемкости фильтра, с одновременным снижением материалоемкосги, повышение качества очистки, обеспечения простоты обслуживания и энергонезависимости.

Поставленная цель достигается тем, что в самопромывающемся напорном фильтре, содержащем вертикальный цилиндрический корпус, подающий и отводящий патрубки, зернистую загрузку, верхний и нижний распределители, дренажная система выполнена в виде центрального трубчатого щелевого дренажа, расположенного вдоль оси корпуса фильтра, и периферийного трубчатого щелевого дренажа, уложенного по спирали вдоль внутренней боковой поверхности корпуса, при этом распределители установлены с возможностью согласованного по фазе вращения и возможностью коммутирования концов труб периферийного дренажа, каждая из которых вместе с прилегающим к ней слоем зернистой загрузки образует секцию фильтра.

Центральный дренаж представляет собой набор гибких труб, уложенных и закрепленных вдоль наружной поверхности трубы, соосной с корпусом фильтра и служащей для размещения в ней вала, согласующего вращение верхнего и нижнего распределителей. При этом верхние концы дренажных труб заглушены, а нижние концы присоединены к коллектору фильтрованной воды. Периферийный дренаж представляет собой набор гибких труб уложенных и закрепленных на внутренней цилиндрической поверхности корпуса фильтра так, что они представляют собой многозаходную цилиндрическую спираль. При этом угол наклона витков спирали выбирается таким, чтобы между соседними трубами на боковой поверхности фильтра оставался малый зазор. На участке перехода от периферии к распределителю трубы уложены преимущественно в радиальном направлении. Посредством штуцеров каждая дренажная труба подключена верхним концом к верхнему распределителю, а нижним концом - к нижнему. Пространство между центральным и периферийным дренажами, ограниченное торцовыми крышками, заполнено зернистой загрузкой, например кварцевым песком. За счет спиральной укладки дренажных труб в них возможно проявление центробежных сил, приложенных к частицам механических примесей, что способствует предварительному отделению крупных взвесей и накоплению их на стенках дренажных труб. Для обеспечения симметрии гидравлической и механической нагрузок на элементы фильтра количество труб в периферийном дренаже должно быть четным, тогда зоны промывки и зоны фильтрации образуют диаметрально противоположные пары. Верхний и нижний распределители представляют собой золотниковые устройства вращательного типа, на рабочей поверхности которых имеется набор равномерно расположенных по окружности отверстий по числу подключенных дренажных труб. По рабочей поверхности верхнего распределителя скользит золотник, который может перекрывать два диаметрально противоположных отверстия, прекращая подвод воды в пару дренажных труб. По рабочей поверхности нижнего распределителя скользит золотник, который перекрывает все отверстия, за исключением двух диаметрально противоположных отверстий, связанных с той же парой дренажных труб, отключенных верхним распределителем. В период промывки полость нижнего распределителя посредством промывного клапана (крана) связывается с областью пониженного давления (например, с атмосферой), что создает условия обратного тока воды в слое зернистой загрузки, непосредственно прилегающей к отключенной дренажной трубе. Между промывным клапаном и полостью нижнего распределителя может быть установлено устройство, для преобразования потенциальной энергии потока промывной воды в механическую энергию вращательного или колебательного типа, используемой для привода распределителей, что делает фильтр энергонезависимым с точки зрения обеспечения режима самопромывки. В противном случае необходим источник механической энергии вращательного или колебательного типа, который может быть расположен как внутри, так и снаружи корпуса фильтра.

Использование трубчатых щелевых дренажей для формирования преимущественно вертикальной поверхности раздела "вода - загрузка" и выделение движущихся по окружности, зон фильтрации и промывки путем коммутации входных и выходных отверстий дренажных труб с помощью распределителей вращательного типа автору из патентной и технической литературы не известно. На этом основании сделан вывод, что заявляемое техническое решение является новым и имеет изобретательский уровень.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематично показано продольное сечение самопромывного напорного фильтра; на фиг. 2 - схема, иллюстрирующая принцип самопромывки фильтра.

Самопромывной напорный фильтр состоит из цилиндрического корпуса 1, крышек 2 и 3, с патрубками подвода исходной 4 и отвода фильтрованной 5 воды, центрального 6 и периферийного 7 трубчатых дренажей, зернистой загрузки 8 верхнего 9 и нижнего 10 распределителей с согласующим валом 11, клапана (крана) промывной воды 12, устройство (гидравлический привод) 13 преобразования потенциальной энергии потока промывной воды, сбрасываемой через промывной клапан в механическую энергию вращательного/колебательного типа.

Самопромывной напорный фильтр работает следующим образом. Поток исходной воды подается в патрубок 4 корпуса 1, откуда он поступает в верхний распределитель 9. Из распределителя 9 вода беспрепятственно поступает во все дренажные трубы периферийного дренажа 7, кроме двух противолежащих труб, перекрытых золотником верхнего распределителя. Поступая в трубу периферийного дренажа 7, уложенную в виде спирали, исходная вода претерпевает закрутку и под действием центробежных сил, приложенных к частицам механических примесей, происходит предварительное отделение крупных взвесей и накопление их на стенках дренажных труб. Проходя через щели дренажных труб, исходная вода подходит к границе "вода - загрузка", которая представляет собой вертикально ориентированную цилиндрическую поверхность и далее проникает в толщу загрузки 8. При движении воды через слой загрузки 8 происходит ее механическая очистка, после чего фильтрованная вода через центральный дренаж 6 поступает в коллектор и далее покидает фильтр через патрубок фильтрованной воды 5. Если клапан (кран) промывной воды 12 открыт, то пара труб периферийного дренажа 7, перекрытых верхним распределителем 9 и открытых нижним распределителем 10, согласованно с помощью вала 11 попадает под пониженное давление (например, атмосферное). Так как фильтр напорный, то в толще загрузки 8 имеется избыточное давление воды, что создает условия для обратного тока воды в сторону указанной пары труб. При этом суммируется расход воды, проходящей по всем дренажным трубам, что обеспечивает высокую интенсивность отмывки зернистой загрузки от загрязнений. Одновременно удаляются и крупные загрязнения, задержанные непосредственно в дренажных трубах. По мере вращения распределителей 9 и 10 в зону промывки попадает следующая пара труб, а в зону фильтрации поступает очищенная область фильтрующего слоя. Процесс промывки продолжается до тех пор, пока открыт клапан (кран) промывной воды 12. В противоположном случае устройство 13 преобразования потенциальной энергии потока промывной воды прекращает функционировать, так как перепад давления на нем уменьшается до нуля и распределители 9 и 10 останавливаются. На фиг. 2 показана схема движения внутренних потоков (линии тока) воды при открытом клапане (кране) промывной воды. При этом движение воды в направлении центрального дренажа практически невозможно из-за противодавления разводящей сети потребителя фильтрованной воды. Поэтому практически весь расход воды, подведенной к периферийному слою зернистой загрузки через трубчатый дренаж, распределится между двумя трубами (на схеме помечены знаком "+"), обеспечивая интенсивную промывку прилегающего слоя зернистой загрузки. Вместе с вращением распределителей происходит вращение зоны промывки, в результате которого за один оборот распределителя происходит полная промывка зернистой загрузки фильтра.

Использование в качестве распределительной системы гибких трубчатых щелевых дренажей позволяет отказаться в конструкции напорного фильтра от поддерживающего слоя и использовать практически весь объем корпуса фильтра для размещения фильтрующей загрузки, что при одной и той же грязеемкости позволит уменьшить габариты, а значит и материалоемкость фильтра.

Изобретение относится к фильтрам для очистки воды и может быть использовано для водоподготовки. Самопромывающийся напорный фильтр содержит вертикальный цилиндрический конус, подающий и отводящий патрубки, зернистую загрузку, дренажную систему, выполненную в виде центрального трубчатого щелевого дренажа и периферийного трубчатого щелевого дренажа, уложенного по спирали вдоль внутренней боковой поверхности конуса, и распределители, установленные с возможностью согласованного по фазе вращения и посекционного коммутирования концов труб периферийного дренажа. В фильтре достигается повышение грязеемкости фильтрующей загрузки с одновременным снижением материалоемкости и повышением качества очистки. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Самопромывающийся напорный фильтр, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, подающий и отводящий патрубки, зернистую загрузку, дренажную систему, верхний и нижний распределители, коммутирующие отдельные секции фильтра, отличающийся тем, что дренажная система выполнена в виде центрального трубчатого щелевого дренажа, расположенного вдоль оси корпуса фильтра и периферийного трубчатого щелевого дренажа, уложенного по спирали вдоль внутренней боковой поверхности корпуса, при этом распределители установлены с возможностью согласованного по фазе вращения и возможностью коммутирования концов труб периферийного дренажа. 2. Самопромывающийся напорный фильтр по п. 1, отличающийся тем, что распределители снабжены внутренним гидравлическим приводом, использующим энергию потока промывной воды, сбрасываемой через клапан или кран для отвода промывной воды.