УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ СРЕД Российский патент 2009 года по МПК C02F3/08 

Изобретение относится к устройству для обработки сред согласно признакам ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.

Такие устройства известны из уровня техники, будь это фильтры, которые задерживают частицы определенного размера, или устройства для биологической очистки жидкостей, в которых среда проводится вдоль покрытой микроорганизмами поверхности. Такое устройство известно, например, из документа WO 02/094724 A1.

Независимо от того, проводится ли обрабатываемая среда сквозь поверхность или вдоль нее, при непрерывной работе возникают проблемы в том, что из-за самозашлаковывания поверхности, через которую течет жидкость, и соответственно из-за увеличения поверхности возрастает гидравлическое сопротивление. Поэтому периодически требуется проводить чистку, чтобы снизить гидравлическое сопротивление. В случае фильтров чистка обычно осуществляется путем обратной промывки или путем механического удаления частиц, однако это имеет тот недостаток, что процесс идет не в непрерывном режиме, и гидравлическое сопротивление между отдельными циклами очистки повышается, то есть также не является постоянным.

В устройствах биологической очистки сред требуется, кроме того, удалять только избыток приставших к поверхности микроорганизмов, так как остальные микроорганизмы обязательно нужны для дальнейшей эффективной обработки сред. В устройстве, известном из документа WO 02/094724 A1, это достигается тем, что составленные друг с другом в виде гребенок модули дисков на отдельных участках радиальных ребер почти касаются друг друга, так что эти ребра постоянно снимают слой материала на противолежащем диске по всей поверхности. При этом отложение может происходить по существу только в углубленных зонах между ребрами, из-за чего активная поверхность дисков уменьшена. Другой недостаток этой конструкции состоит в том, что удаляется только избыток размножившегося микробиологического материала, в то время как в глубине никакого обновления не происходит, что может привести к тому, что эффективность устройства со временем падает.

На фоне этого в основе изобретения лежит задача так усовершенствовать устройство подобного типа для обработки сред, чтобы избежать вышеуказанных недостатков, в частности, чтобы приставший к поверхности материал обменивать непрерывно и по возможности полностью и чтобы также гарантировать, что активность устройства останется неизменной по прошествии длительного времени, при как можно более постоянном гидравлическом сопротивлении.

Эта задача решена согласно изобретению посредством признаков, указанных в пункте 1 формулы. Предпочтительные варианты выполнения изобретения указаны в зависимых пунктах, нижеследующем описании и на фигурах.

Устройство согласно изобретению для обработки сред, в котором среда проводится вдоль одной или по меньшей мере через одну поверхность с нанесенным материалом, имеет по меньшей мере один скребковый механизм, который покрывает поверхность по некоторой траектории, причем форма траектории выбрана так, что поверхность с нанесенным материалом покрывается последовательно по частям. Таким образом, основная идея настоящего изобретения состоит в том, чтобы поэтапно обработать поверхность, покрытую материалом, будь это фильтр или поверхность, заселенная биологическим материалом (например, микроорганизмами), скребковым механизмом, то есть всегда покрывать скребковым механизмом только часть этой поверхности. Особенно успешно скребковые механизмы могут применяться для очистки отложений на осмотических фильтрах для обработки сред. При этом скребковый механизм всегда проводится по траектории, ход которой выбран так, что поверхность с приставшим материалом покрывается последовательно по частям, тем не менее, в целом как можно более полно. Таким образом, поверхность с материалом может непрерывно и до основания освобождаться от приставшего материала с помощью одного или нескольких скребковых механизмов. Так как всегда происходит только использование скребкового механизма, только на отдельных участках, гарантируется, что от приставшего материала освобождается только часть поверхности, так что материал в области около траектории, то есть на остальной поверхности, остается на месте. Благодаря этому при соответствующем выполнении скребкового механизма можно проводить удаление материала до основания поверхности, то есть можно также удалить нижележащие более старые слои материала. С другой стороны, при соответствующей форме траектории при работе может происходить непрерывное очищение, так что возможен полностью непрерывный процесс обработки, и гидравлическое сопротивление всегда остается по существу постоянным.

Предпочтительно скребковый механизм выполнить так, что он имеет одну узкую сторону, и одну широкую сторону и так проводится по участкам траектории, что он поочередно счищает один участок траектории в первом направлении по существу широкой стороной, а затем движется на участке траектории в другом направлении по существу узкой стороной. Благодаря этому можно получить целенаправленный перенос материала по поверхности, причем такое движение конструктивно осуществить сравнительно просто, как это будет еще раз детально изложено ниже.

Предпочтительно предусмотреть несколько скребковых механизмов, покрывающих разные участки траектории, которые предпочтительно движутся взаимосвязано. Такая конструкция имеет то преимущество, что за счет большого числа скребковых механизмов при соответствующем характере траектории производятся лишь сравнительно малые перемещения, что с точки зрения конструкции и в отношении привода является преимуществом.

Скребковый механизм или механизмы могут служить либо для очистки поверхности фильтра, то есть для поэтапного удаления отложившегося на поверхности фильтра осадка, либо для удаления биологического материала с поверхности, вдоль которой в случае биологических фильтров обычно проходит поток.

Поверхность с налипшим материалом может в принципе иметь любые формы, в случае фильтров речь идет, как правило, о плоских поверхностях, однако такую поверхность может образовывать боковая поверхность цилиндра, в таком случае целесообразно расположить широкую сторону скребкового механизма так, чтобы она двигалась по существу параллельно оси цилиндра. Такая боковая поверхность цилиндра может образовывать поверхность как биологического фильтра, так и механического фильтра (типа барабанного сита).

Устройство согласно изобретению не ограничено применениями, связанными с технологией очистки сточных вод, но может также применяться в других областях, например, в форме химического реактора, в котором скребками удаляются продукты реакции или, при необходимости, другие отложения, например, чтобы очистить поверхность катализатора. Через реактор могут течь как газообразные, так и жидкие вещества, причем скребковые механизмы удаляют твердые, порошковые, пастообразные или жидкие материалы.

Для биологической очистки сточных вод указанного в начале типа особенно предпочтительно, если поверхность с приставшим материалом образована подвижными относительно друг друга сторонами дисков, причем для одной, а предпочтительно для каждой стороны диска предназначен по меньшей мере один скребковый механизм, так что скребковые механизмы обеспечивают удаление материала с противолежащих сторон соседних дисков. В этом случае движением скребкового механизма вдоль сторон дисков, то есть формой траектории, управляют через движение дисков относительно друг друга. При этом путем подходящего расположения скребковых механизмов и выбором направления вращения дисков осуществляется перенос материала соседних дисков, при необходимости в разных направлениях, что имеет особое значение тогда, когда на соседних дисках должны отводиться разные продукты реакции.

Чтобы достичь как можно более высокой плотности упаковки, то есть на маленьком пространстве получить как можно большую покрытую материалом и, тем самым, биологически активную поверхность, особенно благоприятно располагать диски параллельно друг другу на некотором расстоянии, так, чтобы скребковые механизмы действовали между соседними дисками. В таком случае за счет параллельности дисков взаимодействующие скребковые механизмы находятся в постоянном зацеплении, то есть они всегда выполняют функцию скребка, когда диски двигаются относительно друг друга.

Сами скребковые механизмы могут предпочтительным образом быть образованы скребками, которые идут по существу перпендикулярно от одного диска в направлении противолежащего диска, так что его направленная к противолежащей стороне кромка счищает материал с этой противолежащей стороны. Такая конструкция скребков предпочтительна, в частности, для устройства с несколькими скребками, так как по меньшей мере тогда, когда должна происходить очистка до основания стороны противолежащего диска, скребки могут служить одновременно для сохранения расстояния между соседними дисками.

Чтобы достичь того, чтобы скребками по частям покрывалась вся поверхность дисков и при этом происходил направленный перенос удаленного материала, предпочтительно, чтобы соседние диски перемещались относительно друг друга не только вращательно, но и поступательно, и соответствующим образом приводились в движение. При этом движение происходит предпочтительно в плоскостях, параллельных дискам, расположенным параллельно друг другу.

Предпочтительно, чтобы соседние диски двигались относительно друг друга так, чтобы скребковый механизм на противолежащем диске широкой стороной описывал по существу радиальную рабочую траекторию и затем узкой стороной выполнял возвратную траекторию, или наоборот. При этом начало возвратной траектории и конец рабочей траектории лежат на одном и том же радиусе диска, и наоборот. За счет движения, направленного по существу радиально, широкой стороной осуществляется перенос материала изнутри наружу или предпочтительно снаружи внутрь. Наоборот, возвратное движение осуществляется по существу узкой стороной, так что уже транспортированный материал, а также материал, еще находящийся на диске, при возврате практически не перемещается, так как узкая сторона скорее разрезает материал, чем переносит его. Этим обеспечивается то, что скребковый механизм переносит материал от одного радиуса к другому радиусу. При этом расположение скребковых механизмов на диске целесообразно выбирать так, что получающиеся в этом случае кольцевые области очистки, которые образованы идущими по существу радиально траекториями, пересекаются, так что в конечном счете все скребковые механизмы осуществляют радиальный перенос материала снаружи внутрь или изнутри наружу, в зависимости от расположения скребка и хода движения дисков.

Чтобы достичь вышеуказанного хода движения, целесообразно проводить один или несколько скребковых механизмов через диск по гипоциклоидальным или эпициклоидальным траекториям, как это еще будет подробнее описано ниже.

Если несколько скребковых механизмов проводятся через диск по гипоциклоидальным или эпициклоидальным траекториям на разных радиусах, целесообразно установить ход траектории так, чтобы гипоциклоидальные или эпициклоидальные траектории заканчивались налагающимися друг на друга кольцевыми участками. В этом случае эффективный перенос материала от одного диаметра диска до другого диаметра диска может осуществляться тем, что материал сначала переносится через один кольцевой участок, а затем соответствующим образом принимается следующим кольцевым участком и переносится дальше. Для биологической очистки сред особенно благоприятно основное направление движения, направленное снаружи внутрь, причем целесообразно, чтобы течение среды также шло в этом направлении. Тогда части материала, отделенные от диска, могут транспортироваться течением среды, т.е. удаляться, без возникновения опасности, что они будут скапливаться в области диска, оставшейся сзади по направлению переноса материала.

Чтобы на малом пространстве можно было реализовать как можно большую покрытую материалом поверхность для обработки среды, в одном усовершенствованном варианте изобретения предусмотрено так установить по меньшей мере два дисковых модуля, чтобы один диск одного модуля соседствовал с по меньшей мере одним диском другого модуля, причем между этими соседними дисками дисковых модулей проводится обрабатываемая среда. Между соседними дисками находятся, кроме того, скребковые механизмы, каждый из которых, выходя от одного диска, доходит до противолежащего и за счет поэтапного удаления материала действует как образующие канал.

При этом диски предпочтительно выполнены кольцевыми, так что среда может подводиться или отводиться через центральные отверстия в дисках и, помимо того, течь между дисками. Предпочтительно соседние диски и, соответственно, дисковые модули приводятся в движение в одном направлении, однако с разной скоростью вращения.

Вышеуказанный ход движения скребковых механизмов, в частности гипоциклоидальные или эпициклоидальные траектории, может конструктивно просто быть достигнут тем, что соседние диски опираются и приводятся в движении эксцентрически по отношению друг к другу. При этом диски заходящих друг в друга модулей предпочтительно выполнены кольцевыми и имеют разные наружные диаметры при предпочтительно одинаковой радиальной ширине кольца. Они установлены на опоры с возможностью поворота и приводятся в движение с равной окружной скоростью, так что из-за разнесенных друг от друга осей вращения, а также разных наружных диаметров диски обоих модулей, несмотря на равную окружную скорость, имеют разную угловую скорость. За счет этого происходит вынужденное поступательное и вращательное движение дисковых модулей относительно друг друга, которое создает эпициклоидальную или гипоциклоидальную траекторию скребкового механизма на дисках.

Конструктивно особенно благоприятно, если диски по меньшей мере одного модуля имеют торцевую внешнюю зубчатую нарезку, так как в этом случае привод вращения может быть конструктивно просто реализован посредством цилиндрического зубчатого колеса, входящего в зацепление с этой внешней зубчатой нарезкой. При таком зубчатом зацеплении могут также с малыми затратами приводиться в движение расположенные по соседству дисковые модули, поскольку эти внешние зубья или приводятся в непосредственное зацепление с соседним модулем дисков, или через соответствующие цилиндрические зубчатые колеса кинематически связываются друг с другом.

Особенно благоприятно, если по меньшей мере один, а предпочтительно все диски одного модуля вблизи внешней зубчатой нарезки у выступающей сбоку области имеют торцевую внутреннюю зубчатую нарезку, с которой находится в зацеплении внешняя зубчатая нарезка по меньшей мере одного диска другого дискового модуля. Такая конструкция делает возможным выполнение дисковых модулей всего с двумя разными типами дисков, а именно одним диском сравнительно большого диаметра с внешней зубчатой нарезкой, а также боковым выступом и внутренней зубчатой нарезкой, и одним диском меньшего диаметра только с внешней зубчатой нарезкой. Оба диска выполнены в форме кольца и могут в этом приводном сочетании объединяться в модули практически любого размера, без необходимости предусматривать конструктивные изменения в отношении дисков. В этом случае все диски также снабжены зубчатой нарезкой и посредством этого зубчатого зацепления могут приводиться в движение напрямую и независимо от соседнего диска.

В принципе внешняя зубчатая нарезка может приводиться в действие посредством одного или также нескольких цилиндрических ведущих зубчатых колес. Особенно выгодно, если предусмотрено два ведущих зубчатых колеса, расположенных под углом друг к другу, так как тогда в сочетании с опорой дисков - внутренним периметром с возможностью поворота, предпочтительно противоположно приводному зацеплению - обеспечивается устойчивая опора в трех точках, которая не требует дополнительной направляющей.

Скребки благоприятным образом расположены на диске так, что их широкая сторона составляет с радиальным лучом по существу постоянный угол, предпочтительно от 30 до 60°.

Целесообразным образом скребки соседних дисков выполнены повернутыми относительно друг друга на 90°, это особенно предпочтительно также с точки зрения столкновений скребков соседних дисков, так как в этом случае гарантируется, что всегда широкая сторона скребка одного диска пересекается с узкой стороной скребка соседнего диска, и что две широкие или две узкие стороны не наталкиваются друг на друга, что, пожалуй, могло бы привести к недопустимо высоким силовым воздействиям.

Предпочтительно в направлении движения за каждым скребком почти параллельно ему в диске предусмотрены сквозные отверстия, чтобы обеспечивать выравнивание давления за скребком. Предпочтительно скребок всегда находится между двумя отверстиями, так как тогда скребок расположен в области, находящейся между ними перемычки, которая из-за уменьшения количества материала перед скребком и за ним придает ему определенную подвижность, что выгодно, в частности, при столкновениях с расположенным напротив скребком, так как тем самым делается возможным определенное отклонение.

Скребок предпочтительно выполнен так, чтобы он доходил до соседнего диска, то есть высота скребков определяет расстояние между соседними дисками. Таким образом, особой опоры, которая определяла бы аксиальное расстояние между дисками, не предусматривается, более того, они могут устанавливаться друг на друга стопкой, причем расстояние между дисками устанавливается высотой скребков. Таким образом следует заботиться лишь об опоре на краях, впрочем, находящиеся рядом диски должны опираться с возможностью вращения только через центральные отверстия и приводиться в движение зубчатой передачей на наружной стороне.

Чтобы не допустить повреждения или поломки скребков соседних дисков при столкновениях, согласно одному усовершенствованному варианту изобретения предусмотрено делать скребок скошенным на его узкой стороне, являющейся передней в направлении движения, а также предпочтительно на задней узкой стороне. Если тогда, как описано выше, скребки соседних дисков повернуты относительно друг друга на 90°, и, кроме того, происходит уменьшение количества материала в диске из-за вырезов перед скребками и за ними, то при столкновении двух скребков происходит целенаправленное отклонение, поскольку благодаря скосам как набегающей поверхности, скребок, который приближается к тому же поперек своей широкой стороной, отклоняется противоположно направлению движения и, кроме того, отклоняется от диска.

Предпочтительно диск с образованными на нем скребками и приводными зубчатыми нарезками выполнен цельным в виде пластмассовой детали, отлитой под давлением, и изготовлен предпочтительно из полиэтилена или полипропилена. Тем самым всего с двумя инструментами могут быть получены модули дисков практически любого размера.

Эти дисковые модули обычно применяются для биологической очистки сточных вод в соответствующем реакторе, причем скребковые механизмы служат для того, чтобы поэтапно удалять прирост биологического материала. При этом управление траекторией осуществляется так, чтобы в ходе гипоциклоидального или эпициклоидального пути каждый диск со временем практически полностью покрывался скребками, однако, расположение скребков и скорость движения установлены так, чтобы всегда на дисках оставалось достаточно биологического материала, чтобы обрабатывать проводимую между ними среду, однако, с другой стороны снимается достаточно материала, чтобы предотвратить самозашлаковывание реактора.

Кроме того, диски могут иметь углубления, выпуклости или другие образования в виде каналов, структур или неровностей поверхности, которые помимо прочего препятствуют полному удалению основы для роста микроорганизмов. Дисковые модули предпочтительно расположены внутри закрытого реактора, причем зубчатую передачу для процесса движения скребковых механизмов целесообразно располагать внутри реактора, а приводные средства снаружи. Однако приводные средства могут также располагаться внутри реактора. Альтернативно зубчатые передачи также могут находиться снаружи реактора, что предпочтительно, в частности, тогда, когда ожидается, что вместе с жидкостью будут приноситься также значительные отложения, которые могут отрицательно повлиять на работу редуктора.

Альтернативно описанному выше расположению модулей дисков, при котором оба дисковых модуля движутся относительно друг друга поступательно и вращательно, причем направление вращения одинаково, хотя скорость вращения разная, такого же или аналогичного хода движения можно достичь также тем, что один дисковый модуль располагают внутри реактора стационарно, а другие соответственно приводятся во вращательное и поступательное движение.

Далее изобретение более подробно поясняется на представленных примерах реализации, где показано:

фиг.1 - схематическое изображение траектории движения скребков по кольцевому диску,

фиг.2 - траектория движения скребков по боковой поверхности цилиндра,

фиг.3 - в сильно упрощенном схематическом виде привод и опоры двух соседних дисков, подвижных относительно друг друга,

фиг.4 - взаимное расположение дисков по фиг.3 в другом виде в перспективе,

фиг.5 - диск с внешней зубчатой нарезкой и внутренней зубчатой нарезкой в виде согласно фиг.3, а также расположение скребков в увеличенном масштабе,

фиг.6 - опора и привод дискового модуля, показанного на фиг.3,

Фиг.7 - альтернативная опора/альтернативный привод в виде по фиг.3,

фиг.8 - привод двух дисковых модулей в виде согласно фиг.3 с общей ведущей цилиндрической шестерней,

фиг.9 - вид в перспективе реактора с находящимися в нем дисковыми модулями,

фиг.10 - частичное поперечное сечение реактора по фиг.9 в области проведения привода,

фиг.11 - вид с торца реактора по фиг.9 с удаленной передней крышкой,

фиг.12 - форма траектории двух скребков на внутренней и внешней эпициклоидальной траектории,

фиг.13 - форма траектории двух скребков на внутренней и внешней гипоциклоидальной траектории, и

фиг.14 - форма траектории скребков противолежащих дисков.

На фиг.1 и 2 схематически показано, как должен двигаться скребковый механизм в виде скребка 5 по ровной поверхности 1 диска 2 или по изогнутой поверхности 3 цилиндра 4, чтобы поверхность 1 или 3 с приставшим материалом поэтапно покрывалась скребком 5 для удаления и отвода материала, приставшего к поверхности 1, 3. Для диска 2, показанного на фиг.1, вращение диска происходит в направлении 6 вращения, а кроме того, происходит поступательное движение скребка 5 в радиальном направлении 7. Из скребков здесь для примера показаны два, причем скребок 5' продвигает материал от наружного радиуса 8 к внутреннему радиусу 9, а скребок 5 - от внутреннего радиуса 9 дальше внутрь, так что материал, продвинутый наружным скребком 5' к радиусу 9, транспортируется дальше внутрь. Скорость вращения диска 1 в направлении 6, а также поступательное движение скребка 5 в направлении 7 сначала наружу, а затем также внутрь, так согласованы друг с другом, что получаются показанные на фиг.1 кривые 10 и 11.

Как показывает кривая 10, сначала скребок 5' проталкивает материал по существу своей широкой стороной от радиуса 8 к радиусу 9, чтобы затем по существу узкой стороной, рассекающей материал, проводиться по своей возвратной траектории, по которой он доходит до радиуса 8, откуда снова идет процесс счистки широкой стороной к радиусу 9. Там, где вторая повторяющаяся траектория скребка 5' достигает радиуса 9, материал принимается скребком 5, который также теперь своей широкой стороной сначала толкает материал по существу радиально внутрь, чтобы затем узкой стороной снова вернуться назад к радиусу 9. Подразумевается, что при благоприятном расположении соответствующих скребков 5 перенос материала внутрь может происходить по всей поверхности диска 1, и притом поэтапно и каждый раз по траекториям, которые для примера показаны на фиг.1 как траектории 10 и 11.

На фиг.2 показана система согласно изобретению на основе цилиндра 4. Цилиндр поворачивается в направлении 6 вращения, скребки 5 или 5' движутся поступательно в направлении 7 параллельно оси цилиндра, при этом поочередно вверх и вниз, так что при соответствующем координировании движений получаются траектории 12, которые похожи на траектории, представленные на фиг.2. При выполнении согласно фиг.2 перенос материала происходит по изогнутой поверхности 3 цилиндра 4 снизу вверх, причем форма траектории такова, что скребок сначала производит возвратное движение вниз по существу своей узкой стороной, чтобы затем широкой стороной снова продвигаться вверх и при этом забирать с собой материал, приставший к цилиндрической поверхности 3. Здесь также скребки 5, 5' и другие скребки размещены так, чтобы удаление материала могло происходить путем передачи от нижнего скребка к следующему, расположенному выше. Число скребков 5, требуемых для полной очистки поверхности 3, зависит, таким образом, от длины хода поступательного движения.

Такой процесс движения реализуется, например, посредством размещения, схематически показанного на фиг.3. Там представлен кольцевой, по существу плоский диск 13, который на торце снабжен внешними зубьями 14. Диск 13 имеет в центре внутреннее отверстие 15 (фиг.4), через которое входит коренная цапфа 16, на которую диск 13 опирается с возможностью вращения. Диаметр коренной цапфы 16 меньше, чем внутреннее отверстие 15, так, что опора диска 13 является эксцентрической.

Диск 13 приводится в движение приводной шестерней 17, которая также имеет торцовые зубья, находящиеся с внешними зубьями 14 в зацеплении, приводящем в движение. Ведущее зубчатое колесо 17 одновременно образует контропору коренной цапфы 16, так что при вращении приводной шестерни 17 диск поворачивается вокруг оси коренной цапфы 16.

Диск 13 имеет с одной стороны, вблизи наружного периметра выступающие сбоку зубья 18, которые входят в приводное зацепление с внешними зубьями 19 диска 20 меньшего диаметра, расположенного параллельно диску 13 на некотором расстоянии. Диск 20, как и диск 13, является круглым и имеет расположенное коаксиально круглое внутреннее отверстие 21, которое имеет такой же размер, что и внутреннее отверстие 15 диска 13. Через это внутреннее отверстие 21 также проходит коренная цапфа 16, так что диск 20 установлен с возможностью вращения между зацеплением своих внешних зубьев 19 с зубьями 18 и коренной цапфой 16. Опора диска 20 также эксцентрическая.

Приводное зацепление между образуемой зубьями 18 внутренней зубчатой нарезкой диска 13 и внешними зубьями 19 диска 20 существует только в области напротив опоры коренной цапфы, то есть примерно там, где приводная шестерня 17 входит в зацепление с внешними зубьями 14 диска 13. Так как наружный диаметр диска 20 заметно меньше, чем образованная зубьями 18 внутренняя зубчатая нарезка, диск 20 может обкатываться внутри этой внутренней зубчатой нарезки.

Оба диска 13 и 20 выполнены кольцевыми и, так как число зубьев 18 внутренней зубчатой нарезки диска 13 соответствует числу зубьев 14 внешней зубчатой нарезки, приводятся в движение с равной окружной скоростью V3. Однако, так как диски 13, 20 имеют существенно разные диаметры, получаются разные скорости вращения, так что между дисками 13, 20 возникает относительное вращательное движение. Так как, кроме того, диски опираются не по центру, движение дисков относительно друг друга является не только вращательным, но и поступательным.

Число зубьев 14 внешней зубчатой нарезки или зубьев 18 внутренней зубчатой нарезки диска 13 составляет 103 зуба, тогда как диск 20 имеет всего 101 внешний зуб 19. В обоих случаях речь идет о простых числах, из-за чего повторное совпадение положения дисков 13 и 20 относительно друг друга, когда, например, рассматриваются две точки на дисках, происходит только после 10403 оборотов.

На каждом диске 13 и 20 на обеих сторонах размещены скребки 22, которые проходят от диска перпендикулярно вверх и которые имеют узкую сторону 23 и широкую сторону 24. Соответственно каждые два скребка 22 находятся вплотную друг к другу своими узкими сторонами и расположены под углом примерно 45° к радиальному лучу. Каждый скребок 22 имеет у конца своей узкой стороны скошенные поверхности 25, которые проходят по существу от основного материала соответствующего диска 13, 20 до полной высоты скребка 22. Полную высоту скребок 22 имеет лишь в средней зоне 26, как это можно видеть из фрагмента на фиг.5.

У широкой стороны 24 перед каждым скребком и за ним в соответствующем диске 13 или 20 предусмотрены проходящие за длину скребка вырезы 27 примерно равной ширины, так что пара расположенных рядом скребков всегда находится на оставшейся между двумя вырезами 27 перемычке 28.

Расположенные парами скребки 22 размещены по обеим сторонам каждого диска 13 и 20, притом предусмотрено, что скребок, расположенный на другой стороне диска, находится примерно на том же месте, но в соседней зоне перегородки 28. Это также является причиной того, почему всегда рядом друг с другом расположены три выреза 27, то есть чтобы сначала пара скребков 22 на одной стороне могла быть расположена на первой перемычке 28, образованной между двумя вырезами 27, а на другой стороне (на чертеже - на оборотной стороне) пара скребков 22 могла быть расположена на другой перемычке.

Хотя скребки диска 13 всегда расположены под равным углом α от 30 до 60° (здесь 45°) к радиальному лучу (угол α между широкой стороной скребка и лучом), и хотя на обеих сторонах одного диска, все же направления скребка 22 на большем диске 13 отличается от направления на меньшем диске 20, а именно эти направления находятся под углом 90° друг к другу, как это можно понять, например, при сравнении ориентации скребков на фиг.4 и 5.

Диски 13 и 20 выполнены каждый всегда за одно целое со скребками 22 и изготовлены как литое под давлением изделие из пластмассы. Они, как это поясняется на фиг.6, располагаются в модуле 33 в каждом случае парами, то есть поочередно большой диск 13 с лежащим в нем меньшим диском 20 и с примыкающим к ним большим диском 13 с опять же лежащим в нем меньшим диском 20.

Расстояние между дисками определяется высотой скребков 22, а именно их высотой в средней зоне 26. При находящихся вплотную друг к другу дисках 13 и 20 (фиг.6) они свободно прилегают друг к другу в направлении коренной цапфы 16, однако, кроме того, опираются своими внутренними отверстиями 15 и 21 на коренную цапфу 16, а с противоположной стороны зажимаются приводной шестерней 17 и приводятся в движение.

Так как скребки 22 каждого диска доходят до соседнего, и наоборот, между скребками 22 соседних дисков 13, 20 могут произойти столкновения. Так как скребки 22 диска 13 и скребки диска 20 повернуты под углом 90° друг к другу, в случае столкновения скребок 22 всегда наталкивается своей широкой стороной 24 на узкую сторону 23 скребка 22 противолежащего диска. Чтобы при этом не происходило ударного силового воздействия и повреждения скребка 22, предусмотрены скошенные поверхности 25, которые служат для того, чтобы скребок 22 своей узкой стороной 23 упруго вытеснял противолежащий скребок 22 на его широкой стороне 24. Для этого предусмотрены и перемычки 28, так как они благодаря целенаправленному ослаблению материала способствуют тому, чтобы скребок 22 мог уклоняться от столкновений также в области самого диска, то есть в этой перемычке. Скребки 22 противолежащих дисков 13 и 20 могут тем самым отклоняться упруго, однако, с другой стороны, они определяют расстояние между дисками, прилегая своими средними зонами 26, имеющими полную высоту, к противолежащему диску, где они обеспечивают удаление материала вплоть до основания диска.

За счет того, что диски 13 и 20 совершают как вращательное, так и поступательное движение, каждый скребок 22 на обращенной к нему стороне противолежащего диска описывает эпициклоидальную или гипоциклоидальную траекторию. Эти траектории более детально показаны на фиг.12-14.

А именно скребок 22, расположенный на меньшем диске 20, производит на большем диске эпициклоидальные траектории 29, как показывает фиг.12, a и b, с разной длиной волны, в зависимости от радиального положения. Скребки 22 на большем диске 13 производят на меньшем диске 20 гипоциклоидальные траектории 30, как показано на фиг.13, причем тут также длина волны зависит от радиального положения соответствующего скребка.

При эпициклоидальной траектории 29 скребок 22 сначала производит из исходной точки 31 возвратный путь, по которому он движется по существу своей узкой стороной 23. Когда он затем достигает максимально удаленной точки радиуса диска, который он как раз покрывает, он, прежде чем снова совершить возвратный путь своей узкой стороной 23, сдвигает материал радиально внутрь по существу своей широкой стороной 24.

При гипоциклоидальной траектории 30 ход движения по существу обратный, то есть сначала происходит по существу радиальное движение широкой стороной 24, при котором материал сдвигается по радиусу внутрь, после чего идет возвратный путь узкой стороной 23 снова к внешней части радиуса. Скребки 22 расположены на дисках 13 и 20 так, что эпициклоидальные или гипоциклоидальные траектории 29 и 30 радиально перекрываются, так что материал, который был перенесен одним скребком радиально внутрь, продвигается дальше внутрь скребком, находящимся ближе к центру. Так как все траектории являются проходящими по окружности, то со временем происходит полное удаление материала, причем благодаря тому, что материал всегда удаляется только поэтапно, обеспечивается, с одной стороны, то, что имеется достаточное поперечное сечение потока между соседними дисками 13 для проникновения среды, а с другой стороны, на дисках 13, 20 откладывается достаточно материала, чтобы обеспечить достаточную обработку среды. В показанном варианте реализации течение идет снаружи внутрь, однако оно может проходить также в обратном направлении. Транспортирующая функция скребка и течение среды дополняют друг друга, поскольку производятся разбавление жидкостью и перемешивание скребком. На фиг.14 поясняется, какие траектории совершают скребки противолежащих дисков, а также, что скребки 22, когда они сталкиваются, всегда встречаются под углом 90° друг к другу.

Показанные схематически на фиг.6 модули 33 дисков с коренной цапфой 16 и приводной шестерней 17 могут, например, быть встроены в показанный на фиг.9-11 реактор 35. Реактор имеет по существу цилиндрический корпус 36, который с торцов закрыт двумя прифланцованными крышками 37, 38. На фиг.9 передняя крышка 38 имеет отверстие 39 для входа среды, а также центральное выходное отверстие 40 для среды. Внутри цилиндрического корпуса 36 расположен модуль дисков, соответствующий фиг.6, который опирается на цапфу 16 с возможностью вращения. Приводная шестерня 17, как и модуль 33 дисков, с которым он находится в зацеплении, проходят почти через всю длину цилиндрического корпуса 36. Вал, несущий шестерню 17, выходит через переднюю крышку 38, имея уплотнение, где прифланцован приводной двигатель 41.

Обрабатываемая среда поступает в цилиндрический корпус 36 через входное отверстие 39 для среды в крышке 38, течет оттуда снаружи внутрь через модуль 33 дисков вдоль каналов, создаваемых скребками, протекает через свободное пространство, образованное между цапфой 16 и внутренними отверстиями 15 и 21 модуля 33 дисков и снова выводится оттуда через выходное отверстие 40 для среды. Вместе с обрабатываемой средой через выходное отверстие 40 для среды выводится также снятый материал.

В описанном выше варианте реализации привод и опора дискового модуля 33 осуществляются через двухточечное опирание. На фиг.7 показано, что трехточечное опирание может осуществляться тем, что помимо приводной шестерни 17 предусмотрена дополнительная приводная или при необходимости лишь движущаяся совместно шестерня 42, которая также имеет торцевые зубья и находится в зацеплении с модулем дисков. Все вышеуказанные конструкционные элементы с успехом могут быть изготовлены из пластмассы, в частности применяются такие синтетические материалы, какие уже испытаны в технологии обработки сточных вод.

На фиг.8 показано, как может быть соединено между собой несколько дисковых модулей 33, приводимых в движение взаимосвязано. Дисковые модули 33 на фиг.8 находятся на некотором расстоянии друг от друга, однако оба находятся в зацеплении с приводной шестерней 17 с геометрическим замыканием, так что они кинематически связаны. Можно также одной приводной шестерней 17 приводить в движение два модуля 33 дисков, что подразумевает, что нужно соответствующим образом приспособить корпус реактора. Можно располагать рядом и согласованно вращать практически любое число модулей дисков, также можно варьировать длину модуля дисков без необходимости изменять конструкцию основных конструктивных элементов, а именно дисков 13 и 20.

Список позиций для ссылок

1 - ровная поверхность

2 - диск

3 - изогнутая поверхность

4 - цилиндр

5 - скребок

5' - скребок

6 - направление вращения

7 - направление поступательного движения

8 - радиус

9 - радиус

10 - кривая

11 - кривая

12 - вид траектории

13 - диск (увеличение)

14 - внешние зубья

15 - внутреннее отверстие

16 - коренная цапфа

17 - приводная шестерня

18 - зубья

19 - внешние зубья

20 - диск (маленький)

21 - внутреннее отверстие

22 - скребок

23 - узкая сторона

24 - широкая сторона

25 - скошенная поверхность

26 - средняя зона полной высоты

27 - вырез

28 - перемычка

29 - эпициклоидальные траектории

30 - гипоциклоидальные траектории

31 - исходная точка

33 - модуль дисков

35 - реактор

36 - цилиндрический корпус

37 - задняя крышка

38 - передняя крышка

39 - входное отверстие для среды

40 - выходное отверстие для среды

41 - двигатель

42 - приводная шестерня

Устройство служит для обработки сред, в частности для очистки сточных вод. Среда проводится вдоль поверхности (3) с приставшим к ней биологическим материалом, причем предусмотрен скребковый механизм (5), который чистит поверхность (3) не целиком, а по некоторой траектории (12). Форма траектории (12) выбрана так, что покрытая материалом поверхность (3) очищается поэтапно часть за частью. Техническим результатом использования данного изобретения является непрерывный и полный обмен приставшего к поверхности материала, сохранение активности устройства по прошествии длительного времени при постоянном гидравлическом сопротивлении. 33 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Устройство для обработки сред, в частности для очистки сточных вод, в котором среда проходит вдоль одной или, по меньшей мере, через одну поверхность с приставшим материалом, причем предусмотрены скребковые механизмы (22), которые поэтапно покрывают поверхность, причем форма траектории (29, 30) выбрана так, чтобы поверхность с приставшим материалом покрывалась последовательно частями, отличающееся тем, что скребковые механизмы (22) имеют узкую сторону (23) и широкую сторону (24) и установлены с возможностью такого проведения по участкам траектории, что они попеременно на первом участке траектории в первом направлении осуществляют счистку, по существу, своей широкой стороной (24), а затем на участке траектории во втором направлении выполняют движение, по существу, своей узкой стороной (23), причем скребковые механизмы (22) покрывают разные участки траектории.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что поверхность с приставшим материалом образует фильтрующую поверхность фильтра и скребковый механизм предусмотрен для удаления осадка.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что поверхность с приставшим материалом является боковой поверхностью цилиндра (4) и широкая сторона скребкового механизма (5) проходит, по существу, параллельно оси цилиндра.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что поверхность с приставшим материалом образована сторонами дисков (13, 20), подвижных относительно друг друга, причем на одной, а предпочтительно на каждой стороне дисков имеется по меньшей мере один скребковый механизм (22).

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что диски (13, 20) расположены параллельно друг другу на некотором расстоянии и скребковые механизмы (22) действуют между соседними дисками (13, 20).

6. Устройство по п.4 или 5, отличающееся тем, что скребковые механизмы образованы скребками (22), идущими, по существу, перпендикулярно от одного диска (13, 20) в направлении противолежащего диска (20, 13).

7. Устройство по п.4, отличающееся тем, что соседние диски (13, 20) установлены с возможностью приведения в поступательное и вращательное движение относительно друг друга.

8. Устройство по п.4, отличающееся тем, что диски (13, 20) расположены параллельно друг другу и движение дисков (13, 20) относительно друг друга происходит в плоскостях, параллельных дискам (13, 20).

9. Устройство по п.4 или 5, отличающееся тем, что соседние диски (13, 20) так движутся относительно друг друга, что скребковый механизм (22) на противолежащем диске своей широкой стороной (24) описывает, по существу, радиальную рабочую траекторию, а затем своей узкой стороной осуществляет возвратную траекторию, или наоборот, причем начало возвратной траектории и конец рабочей траектории лежат на одном и том же радиусе диска, и наоборот.

10. Устройство по п.4, отличающееся тем, что скребковые механизмы (22) при прохождении по диску (13, 20) описывают гипоциклоидальную или эпициклоидальную траекторию (30, 29).

11. Устройство по п.4, отличающееся тем, что скребковые механизмы (22) одного диска описывают эпициклоидальные траектории (29), а скребковые механизмы соседнего диска описывают гипоциклоидальные траектории (30).

12. Устройство по п.4, отличающееся тем, что несколько скребковых механизмов (22) проводятся по диску (13, 20) по гипоциклоидальной или эпициклоидальной траекториям (30, 29) на разных радиусах так, что гипоциклоидальные или эпициклоидальные траектории (30, 29) проходят в примыкающих друг к другу или перекрывающихся кольцевых участках так, что перенос материала от одного диаметра диска к другому диаметру диска происходит предпочтительно снаружи внутрь.

13. Устройство по п.4, отличающееся тем, что диски (13, 20) образованы по меньшей мере двумя модулями (33) дисков, которые расположены так, что один диск (13) одного модуля соседствует по меньшей мере с одним диском (20) другого модуля, причем обрабатываемая среда проходит между этими соседними дисками дисковых модулей.

14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что соседние диски (13, 20) или модули дисков установлены с возможностью приведения в движение в одном направлении, но с разными скоростями вращения.

15. Устройство по п.4 или 13, отличающееся тем, что диски (13, 20) выполнены кольцевой формы и среда течет через центральный канал, образованный центральными отверстиями (15, 21) в дисках (13, 20), и между дисками.

16. Устройство по п.4 или 13, отличающееся тем, что находящиеся рядом друг с другом диски (13, 20) опираются и приводятся в движение эксцентрически относительно друг друга.

17. Устройство по п.13, отличающееся тем, что диски (13, 20) заходящих друг в друга модулей дисков выполнены в форме кольца, имеют разные наружные диаметры при предпочтительно равной радиальной ширине кольца, установлены на опору с возможностью вращения и приведения в движение с по существу равной окружной скоростью.

18. Устройство по п.13, отличающееся тем, что диски (13, 20) по меньшей мере одного модуля имеют торцевую внешнюю зубчатую нарезку.

19. Устройство по п.13, отличающееся тем, что по меньшей мере один диск (13) одного модуля вблизи внешних зубьев (14) на выступающей области имеет торцевые внутренние зубья (18), с которыми находятся в зацеплении внешние зубья (19) по меньшей мере одного диска (20) другого модуля дисков.

20. Устройство по п.19, отличающееся тем, что все диски (13, 20) снабжены зубьями (14, 19) для приведения в движение.

21. Устройство по п.19, отличающееся тем, что внешние зубья (14) дисков (13) входят в зацепление с двумя расположенными под углом друг к другу приводными шестернями (17).

22. Устройство по одному из пп.18-21, отличающееся тем, что диски (13, 20) опираются внутренним периметром с возможностью поворота, предпочтительно напротив приводного зацепления.

23. Устройство по п.1, отличающееся тем, что скребки (22) расположены так, что они своей широкой стороной (24) и радиальным лучом образуют, по существу, постоянный угол (α), предпочтительно от 30 до 60°.

24. Устройство по п.4 или 13, отличающееся тем, что скребки (22) соседних дисков (13, 20) повернуты относительно друг друга на 90°.

25. Устройство по п.4 или 13, отличающееся тем, что перед скребками (22) и/или позади скребков (22) в дисках (13, 20) предусмотрены прорези (27).

26. Устройство по п.4 или 13, отличающееся тем, что расстояние между соседними дисками (13, 20) определяется высотой скребков (22).

27. Устройство по п.1, отличающееся тем, что скребки (22) выполнены скошенными на своей передней в направлении движения узкой стороне (23).

28. Устройство по п.20, отличающееся тем, что диск (13, 20) вместе с образованными на нем скребками (22) и предназначенными для привода зубьями (14, 18, 19) выполнен за одно целое как пластмассовое литое под давлением изделие и изготовлен предпочтительно из полиэтилена или полипропилена.

29. Устройство по п.4 или 13, отличающееся тем, что диски (13, 20) со скребковыми механизмами (22) образуют часть реактора (35) для биологической очистки сточных вод, причем скребковые механизмы (22) удаляют прирост биологического материала.

30. Устройство по п.4 или 13, отличающееся тем, что диски со скребковыми механизмами образуют часть химического реактора, причем скребковые механизмы удаляют по меньшей мере часть продуктов химической реакции.

31. Устройство по п.4 или 13, отличающееся тем, что диски имеют углубления в виде каналов, структуры или неровности поверхности.

32. Устройство по п.30, отличающееся тем, что приводная шестерня (17) для осуществления движения скребковых механизмов (22) расположена внутри реактора, а приводное средство предпочтительно находится снаружи реактора.

33. Устройство по п.30, отличающееся тем, что зубчатая передача и приводное средство (41) для осуществления движения скребковых механизмов находятся снаружи реактора.

34. Устройство по п.30, отличающееся тем, что один модуль дисков расположен внутри реактора стационарно, а другой выполнен приводимым в движение.