ОБРАТНООСМОТИЧЕСКАЯ ОПРЕСНИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2002 года по МПК B63J1/00 B01D61/02 C02F1/44 

Заявляемое изобретение относится к технологии опреснения морской воды. Предпочтительная область использования - морские суда и корабли, в частности, подводные обитаемые плавсредства и подводные лодки.

На морских судах применяются обратноосмотические опреснительные установки (ООУ), содержащие в своем составе насос высокого давления, обратноосмотический опреснительный модуль и средства предочистки морской воды (1).

Недостатком таких устройств, разработанных для береговых условий, является громоздкость конструкции и непригодность для эксплуатации в специфических условиях морского судна, где к оборудованию предъявляются жесткие требования по массогабаритным характеристикам.

Известна также обратноосмотическая установка (2), которая включает: плунжерный насос высокого давления, обратноосмотический опреснительный модуль и установленный перед входом в насос фильтр предочистки морской воды в виде последовательно расположенных фильтра грубой очистки и фильтра тонкой очистки, оснащенных фильтрующими патронами, установленными внутри цилиндрического корпуса. Компактность плунжерного насоса и патронного фильтра, в основном, и определяют компактность обратноосмотической установки в целом.

Данная установка выбрана в качестве прототипа заявляемого технического решения.

Недостатками прототипа являются:
- повышенные вибрация и гидродинамический шум (ГДШ), создаваемые работающим плунжерным насосом, для ликвидации которых на кораблях требуется дополнительно применять специальные гасители пульсаций;
- повышенные эксплуатационные расходы ООУ, обусловленные необходимостью периодической чистки вручную фильтрующих патронов, т. к. самоочистка фильтров в устройстве не предусмотрена;
- низкие ресурсные характеристики ООУ, обусловленные недостаточным качеством предочистки воды.

Перечисленные недостатки создают проблемы при использовании ООУ на кораблях, подводных обитаемых объектах и подводных лодках, где требования к оборудованию в части вибрации, ГДШ, ресурса и эксплуатационных затрат являются первостепенными.

Предлагаемое техническое решение позволяет устранить перечисленные недостатки, а именно: снизить гидродинамический шум и вибрацию от насоса высокого давления, повысить ресурс ООУ и снизить эксплуатационные расходы.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что фильтр предочистки установлен между нагнетательным патрубком насоса высокого давления и входным патрубком опреснительного модуля, а фильтрующие патроны изготовлены разновеликими по диаметру и разнопористыми, причем, в полости каждого патрона большего диаметра и с более крупными порами размещено не менее трех патронов меньшего диаметра и с менее крупными порами и, кроме того, фильтрующие патроны выполнены с возможностью упругой деформации в радиальном направлении под действием импульсного давления морской воды.

При исследовании отличительных признаков заявляемого объекта не выявлено каких-либо известных причин, препятствующих получению требуемого технического результата.

Перечисленные отличительные признаки устройства совместно с известными признаками обеспечивают:
- уменьшение вибрации и гидродинамического шума от работающего плунжерного насоса за счет использования патронного фильтра, установленного за нагнетательным патрубком насоса, одновременно и в качестве гасителя пульсаций потока воды, т.е. дополнительного гасителя пульсаций в системе ООУ не требуется;
- уменьшение эксплуатационных затрат за счет возможности самоочистки патронов в процессе эксплуатации;
- увеличение ресурса ООУ за счет более качественной предочистки морской воды при фильтровании ее через каскад разнопористых фильтров.

Таким образом, защищаемые отличительные признаки устройства необходимы и достаточны для достижения поставленной задачи.

Обратноосмотическая опреснительная установка показана на чертежах фиг: 1, 2а, 2б, 3, 4, 5а, 5б, 5в.

На фиг.1 изображена ООУ, принципиальная гидравлическая схема;
на фиг.2 - фильтр предочистки морской воды:
а)-вид спереди в разрезе;
б)- вид сверху в разрезе;
на фиг.3 - схема деформации фильтрующих патронов в поперечном сечении;
на фиг.4 - схема деформации фильтрующих патронов в продольном сечении;
на фиг.5а - фильтрующая перегородка в исходном состоянии;
на фиг.5б - фильтрующая перегородка в состоянии фильтрации;
на фиг.5в - перегородка в состоянии самоочистки.

Обратноосмотическая установка (фиг.1) включает плунжерный насос высокого давления 1 со всасывающим 2 и нагнетательным 3 патрубками, обратноосмотический опреснительный модуль 4 с патрубками: входа морской воды 5, выхода рассола 6 и выхода пермеата 7, и фильтр предочистки морской воды 8 с патрубками: входа воды 9, выхода воды 10 и сброса промывочной воды 11. Внутри опреснительного модуля 4 помещается полупроницаемая мембрана 12. Фильтр предочистки (фиг.2) представляет собой вертикальный цилиндрический корпус 13 со съемной крышкой 14. Внутри корпуса размещены закрепленные на перегородке 15 фильтрующие патроны 16 и 17, разновеликие по диаметру и различающиеся по пористости.

Патроны объединены в блоки таким образом, что в полости каждого патрона большего диаметра 16 размещено не менее трех патронов меньшего диаметра 17. Причем, наружные патроны 16 имеют крупные поры, а внутренние патроны 17 выполнены с мелкими порами. Конкретные размеры пор ( мм, мкм) выбираются в зависимости от состава загрязнений. Патроны крепятся к перегородке 15 с помощью полых дырчатых стяжек 18, поджатых гайками 19.

Конструктивное исполнение патронов обеспечивает возможность упругой деформации стенки патрона в радиальном направлении под действием импульсного давления морской воды. Свойства упругой деформации патронов могут быть обеспечены соответствующим подбором материала основы ( нить стальная, нить синтетическая, комбинации нитей), схемы намотки, использования армирующих упругих наполнителей и т.п. Количество патронов меньшего диаметра ( не менее трех ) выбрано из условия сохранения геометрической формы стенки патрона на пределе потери устойчивости, т.е. для обеспечения возврата формы в исходное положение.

В корпусе фильтра предочистки могут помещаться один блок фильтрующих патронов ( как показано на фиг.2 ), либо несколько блоков аналогичной конструкции, размещенных параллельно. Для обеспечения сброса воды при промывке служат клапаны 20, 21 и 22. Поддон 23 служит для сбора и накопления отложений, сброшенных с патронов.

Обратноосмотическая установка работает следующим образом. Исходная морская вода плунжерным насосом 1 подается в полость фильтра предочистки 8, где она подвергается двухступенчатой (грубой и тонкой ) обработке на патронах большего 16 и меньшего 17 диаметра и через дырчатые стяжки 18 поступает в крышку 14, а из нее через патрубок 10 в опреснительный модуль 4, где и происходит ее обратноосмотическое опреснение на полупроницаемой мембране под высоким давлением. Рассол сливается из патрубка 6, а пермеат - из патрубка 7. Рабочее давление в модуле 4 регулируется клапаном 22.

При работающем насосе высокого давления в фильтр предочистки вода подается под импульсным давлением (бросками), величина которого может измениться от цикла всасывания до цикла нагнетания. Величина импульса давления может составлять 2... 10 МПа ( 20-100 кгс/см²).

Под действием импульса давления Р фильтрующие патроны упруго деформируются в радиальном направлении, как показано на фиг.3 и 4, причем упругая деформация h и Н стенки патрона характерна не только для патронов большего диаметра (наружных), но и для патронов меньшего диаметра (внутренних). При этом энергия импульса давления расходуется на работу упругой деформации патронов и таким образом гасится. В результате из патронного фильтра в опреснительный модуль вода поступает не импульсами, а под некоторым постоянным рабочим давлением, например, 5...6 МПа (50-60 кгс/см²).

Упругая деформация стенок фильтрующих патронов приводит к тому, что под импульсным давлением Р дисперсные частицы загрязнений откладываются в ложбинках сдеформированной стенки (фиг.5б), а при релаксации стенка упруго возвращается в исходную позицию и отложения отслаиваются от стенки и сбрасываются в поддон фильтра 23 (фиг.5а,в ) - так происходит самоочищение фильтра.

Сброс промывных вод и шлама, накопившихся в поддоне 23, производят переключением клапанов: 21 и 22 - закрыты, а 20 - открыт. При этом работающий насос 1 "продувает" фильтр, выбрасывая шлам вместе с промывной водой за борт. После "продувки" установка возвращается в рабочий режим опреснения воды: клапан 22 - приоткрыт частично, 21 - открыт, 20 - закрыт.

Таким образом, преимущества заявляемой обратноосмотической опреснительной установки заключаются в следующем:
- за счет гашения пульсаций потока воды в патронном фильтре улучшаются виброшумовые характеристики ООУ;
- за счет самоочищающей способности фильтров улучшаются эксплуатационные характеристики ООУ;
- за счет более качественной предочистки воды в фильтре заявляемой конструкции повышается ресурс опреснительного модуля и ООУ в целом.

В результате достижение поставленной технической задачи обеспечивает возможность использования ООУ в специфических условиях морских судов и кораблей, в том числе и на подводных обитаемых объектах.

Источники информации:
1. Применение опреснительной установки обратного осмоса на военных кораблях. Реферативный журнал "Водный транспорт", 1984, 10, реферат 10АGB.

2. Веселов Ю. С. "Судовые испытания обратноосмотической опреснительной установки", журнал "Судостроение", 1991 г., 11, стр.11.

Изобретение может быть использовано для опреснения морской воды, в частности на судах, кораблях и подводных обитаемых плавсредствах. Изобретение позволяет улучшить виброшумовые характеристики опреснительной установки, снизить эксплуатационные затраты и повысить ресурс полупроницаемых мембран. В установке, содержащей плунжерный насос высокого давления, обратноосмотический опреснительный модуль и фильтр предочистки морской воды, оснащенный фильтрующими патронами, согласно изобретению фильтр предочистки установлен между насосом и опреснительным модулем, а фильтрующие патроны изготовлены разновеликими по диаметру и разнопористыми, причем в полости каждого патрона большего диаметра и с более крупными порами размещено не менее трех патронов меньшего диаметра с мелкими порами. Кроме того, фильтрующие патроны выполнены с возможностью упругой деформации в радиальном направлении под действием импульсного давления морской воды. 5 ил.

Обратноосмотическая опреснительная установка, содержащая плунжерный насос высокого давления, обратноосмотический опреснительный модуль и фильтр предочистки морской воды, оснащенный фильтрующими патронами, установленными внутри цилиндрического корпуса, отличающаяся тем, что фильтр предочистки установлен между нагнетательным патрубком насоса и входным патрубком опреснительного модуля, а фильтрующие патроны изготовлены разновеликими по диаметру и разнопористыми, причем в полости каждого патрона большего диаметра и с более крупными порами размещено не менее трех патронов меньшего диаметра и с мелкими порами, кроме того, фильтрующие патроны выполнены с возможностью упругой деформации в радиальном направлении под действием импульсного давления морской воды.