УСТРОЙСТВО ДЛЯ СПРЯМЛЕНИЯ ПОТОКА В ЗАКРЫТЫХ ТРУБОПРОВОДАХ Российский патент 2015 года по МПК C02F1/32 F15D1/02 

Настоящее изобретение относится к устройству для спрямления потока (спрямления профиля скорости потока) в закрытых трубопроводах, которое характеризуется признаками ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.

Протекающие жидкости подвергают УФ-облучению для различных целей, например, для обеззараживания питьевой воды и сточной (отработавшей) воды, а также для инициирования химических реакций, которые становятся возможными под действием УФ-излучения. Для желаемого эффекта, создаваемого в жидкости УФ-излучением, всегда решающее значения имеет доза УФ-излучения, приходящаяся на каждый элемент объема. При применении в целях обеззараживания микроорганизмы, содержащиеся в воде, гарантированно обезвреживаются только в том случае, если к ним подводят определенную минимальную дозу облучения. Следовательно, необходимо установить в системе обеззараживания мощность излучения таким образом, чтобы жидкий объем с наиболее коротким временем пребывания в зоне облучения или при наименьшей интенсивности облучения гарантированно получал требуемую минимальную дозу УФ-излучения.

Это означает, что при значительной неоднородности потока внутри УФ-реактора (камеры обеззараживания) медленно протекающие элементы объема воспринимают слишком большую дозу, и если в этом случае наиболее быстро протекающие элементы объема гарантированно получают дозу сверх необходимой минимальной дозы, то в зоне облучения расходуется слишком большое количество энергии. Существенная часть эксплуатационных расходов системы такого типа, предназначенной для обеззараживания сточной воды, приходится на потребление электрической энергии используемых УФ-излучателей. Предпринимаются усилия для формирования как можно более однородного потока, протекающего через УФ-реактор такого типа, с тем чтобы элементы объема воспринимали примерно одинаковые дозы УФ-излучения.

Для решения этой задачи предлагаются различные технические решения. Существуют системы, которые содержат протяженные УФ-излучатели типа ртутных излучателей низкого давления, которые размещают параллельно потоку, протекающему в УФ-реакторе. В этих системах излучение резко меняет направление, например, с помощью отражательных экранов так, что все жидкие объемы входят в реактор в непосредственной близости от излучателей, с достижением тем самым в значительной степени равномерного облучения всей протекающей жидкости. Однако эти отражательные экраны увеличивают сопротивление движению потока в системе и уменьшают возможный расход жидкости. Устройство подобного типа описано, например, в патентном документе US 5352359.

Другой подход заключается в гомогенизации потока внутри УФ-реактора. С этой целью, чтобы создать в потоке однородные поля скоростей, используют статические смесители. Техническое решение такого типа описано в патентном документе US 7018544 B2. Это решение также увеличивает сопротивление при движении потока. Кроме того, эффективность этого решения связана с вхождением потока в приблизительно прямолинейный трубопровод с осесимметричным профилем скорости.

Задача настоящего изобретения заключается, следовательно, в создании устройства для спрямления потока, которое, даже в случае входа потока с не осесимметричным профилем скорости, обеспечивает однородность распределения скорости в потоке, и, кроме того, создает низкое динамическое давление.

Указанная задача решается с помощью устройства для спрямления потока, которое характеризуется признаками пункта 1 формулы изобретения.

За счет размещения в направлении потока и выше по ходу движения потока от УФ-реактора входного конуса, который, являясь частью стенки канала, увеличивает поперечное сечение канала от входного поперечного сечения трубопровода до поперечного сечения реактора, и за счет размещения во входном конусе, по меньшей мере, одного внутреннего направляющего элемента и одного внешнего направляющего элемента, при этом внутренний направляющий элемент по существу представляет собой круглую цилиндрическую трубу, а внешний направляющий элемент проходит по существу параллельно внешней стенке и расположен на расстоянии от внешней стенки, в зоне размещения УФ-реактора ниже по потоку от устройства для очистки потока достигается однородное распределение скорости. Внешний направляющий элемент может иметь круглое поперечное сечение. Внешний направляющий элемент может также соответствовать форме входного конуса, т.е. в частности, имеет квадратное или прямоугольное сечение со скругленными углами или с прямыми углами.

В предпочтительном воплощении, кроме того, между первым направляющим элементом и вторым направляющим элементом размещен третий направляющий элемент. Стенка третьего направляющего элемента предпочтительно ориентирована в направлении оси симметрии конструкции под углом, который находится между направлениями ориентации первого направляющего элемента и второго направляющего элемента.

Предпочтительно использовать конструкцию, в которой первый направляющий элемент короче, чем второй направляющий элемент, в осевом направлении, соответствующем направлению течения воды. В данном случае торцы направляющих элементов, расположенные выше по ходу движения потока, предпочтительно расположены в одной плоскости, в то время как торцы направляющих элементов, расположенные ниже по потоку, лежат в разных плоскостях. Длина направляющих элементов вдоль оси может быть также выбрана одинаковой.

Ниже раскрыты примеры воплощений настоящего изобретения со ссылками на чертежи.

Фиг.1 - схематическое изображение УФ-реактора, размещенного в канале для облучения, выполненном с поворотом со стороны входа потока.

Фиг.2 - УФ-реактор, подобный показанному на фиг.1, выполненный с прямолинейным входом для потока.

Фиг.3 - устройство для спрямления потока, показанное на фиг.2, вид сверху.

Фиг.4 - вариант устройство для спрямления потока, показанного на фиг.2, с внешним направляющим элементом, имеющим круглое сечение.

Фиг.5 - устройства для спрямления потока с тремя направляющими элементами согласно первому варианту.

Фиг.6 - второй вариант устройства для спрямления потока с тремя направляющими элементами.

Фиг.7 - третий вариант устройства для спрямления потока с тремя направляющими элементами.

Фиг.8 - четвертый вариант устройства для спрямления потока с тремя направляющими элементами.

Фиг.9 - устройство для спрямления потока с двумя направляющими элементами, вид сбоку и вид спереди.

Фиг.10 - устройство для спрямления потока с тремя направляющими элементами, вид сбоку и вид спереди.

Фиг.11 - устройство для спрямления потока с тремя направляющими элементами в другом воплощении, вид сбоку и вид спереди.

Фиг.12 - устройство для спрямления потока с тремя направляющими элементами согласно еще одному воплощению, вид сбоку и вид спереди.

Фиг.13 - устройство для спрямления потока с четырьмя направляющими элементами, вид сбоку и вид спереди.

Фиг.14 - десятое воплощение изобретения.

Фиг.15 - одиннадцатое воплощение изобретения.

Фиг.16 - двенадцатое воплощение изобретения.

Фиг.17 - тринадцатое воплощение изобретения.

Фиг.18 - четырнадцатое воплощение изобретения.

Фиг.19 - пятнадцатое воплощение изобретения.

Фиг.20 - шестнадцатое воплощение изобретения.

Фиг.21 - семнадцатое воплощение изобретения.

На фиг.1 схематически показаны канал 1 с входным конусом 2, УФ-реактор 3 и выходной конус 4. Канал 1 обычно выполнен в виде трубы из нержавеющей стали с прямоугольным или круглым поперечным сечением. Поток протекает в направлении, указанном стрелками 5.

На фиг.1 показан ряд УФ-излучателей 6, установленных в УФ-реакторе. УФ-излучатели, в виде протяженных ртутных излучателей среднего давления или ртутных излучателей низкого давления, размещены перпендикулярно плоскости чертежа и проходят через проточный канал в УФ-реакторе 3 в направлении поперек направлению течения 5.

Канал 1 включает в себя изгиб 7 трубы, находящийся выше по потоку от входного конуса 2, изменяющий направление потока 5 на 90°. В результате такого резкого поворота поток воды в канале 1 на входе во входной конус 2 имеет неоднородный профиль скорости, включающий участки с высокой скоростью потока и участки с очень низкой скоростью потока. Устройство для спрямления потока, которое обозначено в целом позицией 10, размещено во входном конусе 2 с тем, чтобы обеспечить выравнивание скорости различных линий тока. Устройство 10 для спрямления потока содержит первый внутренний направляющий элемент 11, который выполнен в виде цилиндрической трубы постоянного диаметра, ориентированной в направлении потока 5, и расположенной симметрично оси симметрии 12. Кроме того, устройство 10 для спрямления потока содержит второй внешний направляющий элемент 13. Указанный направляющий элемент 13 установлен в радиальном направлении между первым направляющим элементом 11 и стенкой входного конуса 2. Второй направляющий элемент 13 выполнен в виде конического трубчатого направляющего элемента, и выше по ходу движения потока, т.е. в направлении расположения изгиба 7 на фиг.1, имеет меньшую величину проходного поперечного сечения по сравнению с поперечным сечением ниже по потоку, т.е. напротив УФ-реактора 1. Второй направляющий элемент 13 может быть выполнен в виде круглой трубы, имеющий форму усеченного конуса. Он может быть также выполнен в виде четырехгранной усеченной пирамиды. Стенка второго направляющего элемента, которая обычно изготовлена из листовой нержавеющей стали, проходит по существу параллельно стенке входного конуса 2.

В направлении оси 12 симметрии находящиеся выше по потоку торцы первого направляющего элемента 11 и второго направляющего элемента 13 расположены в одной и той же плоскости, которая соответствует плоскости входа потока во входной конус 2. При этом в направлении оси 12 симметрии первый направляющий элемент 11 ниже по потоку выполнен более коротким, чем второй направляющий элемент 13. Второй направляющий элемент 13, в свою очередь, короче входного конуса 2 так, что между торцом, расположенным ниже по потоку от второго направляющего элемента 13, и входом реактора 3 образован свободный объем.

Между первым направляющим элементом 11 и вторым направляющим элементом 13 могут быть размещены другие направляющие элементы в виде труб, имеющих форму усеченного конуса и усеченной пирамиды, которые на фиг.1 показаны штриховыми линиями и обозначены позицией 14. Третьи направляющие элементы 14 выполнены, таким образом, со свободными поперечными сечениями, проходящими в направлении движения потока 5, при этом угол наклона их стенок относительно оси симметрии 12 находится в интервале от 0 до угла наклона второго направляющего элемента 13.

На фиг.2 представлена конструкция, соответствующая фиг.1, с другими возможными вариантами выполнения канала 1 выше по потоку от устройства 10 для спрямления потока. Изгиб 7 трубы, который производит поворот потока на 90°, показан на этой фигуре штриховыми линиями. Другое воплощение содержит изгиб 15 трубы, который производит поворот потока примерно на 45° и также показан штриховыми линиями. В предпочтительной конструкции используется соединительная труба 16, которая направляет поток во входной конус 2 без изменения угла поворота. Однако устройство 10 для спрямления потока, которое размещено во входном конусе 2, создает в УФ-реакторе 3 по существу равномерный направленный на излучатели 6 поток также в конструкциях с изгибом 7 трубы или изгибом 15 трубы.

На фиг.3 показан вид сверху зоны расположения входного конуса 2 с наклоном к стороне, находящейся выше по потоку от устройства 10 для спрямления потока. Одинаковые элементы конструкции показаны на фигуре одинаковыми ссылочными номерами позиций. Из представленного вида сверху можно заключить, что на стороне устройства 10 для спрямления потока, расположенной выше по потоку, имеется круглое внутреннее проходное поперечное сечение 20 первого направляющего элемента 11 и подобное круглое свободное поперечное сечение 21 второго направляющего элемента 13. Два проходных поперечных сечения 20 и 21 расположены концентрично друг относительно друга. С внешней стороны большего поперечного сечения 21 между вторым направляющим элементом 13 и входным конусом 2 образован кольцевой зазор 22, через который может подобным образом проходить поток 5. Ниже по ходу движения потока от проходного поперечного сечения 20 первый направляющий элемент 11 имеет форму трубы с постоянным диаметром. Ниже по потоку от проходного поперечного сечения 21 расположен второй направляющий элемент 13 с увеличивающимся свободным поперечным сечением, при этом начальная форма круглого поперечного сечения постепенно изменяется и переходит в квадратное поперечное сечение на некотором расстоянии от контура входного конуса 2, который также выполнен с квадратным поперечным сечением.

Фиг.4 иллюстрирует другой вариант устройства 10 для спрямления потока, размещенного во входном конусе 2. Иллюстрируемое устройство соответствует показанному на фиг.3, но в отличие от фиг.3, где поперечное сечение второго направляющего элемента 13 на конце, находящемся выше по потоку, изменяется от круглого начального проходного поперечного сечения 21 до квадратного проходного поперечного сечения на конце ниже по потоку, при этом второй направляющий элемент 13 в этом воплощении имеет форму усеченного конуса. Внешняя поверхность направляющего элемента 13 проходит, начиная от круглого проходного сечения 21 до подобного круглого поперечного сечения 24 большей величины на находящемся ниже по потоку торце второго направляющего элемента 13. Внутреннее поперечное сечение второго направляющего элемента 13 остается круглым по всей длине. Такая конструкция формирует зазор, который не имеет постоянной ширины по периметру между вторым направляющим элементом 13 и внутренней стенкой входного конуса 2. Для функционирования устройства это не является существенным недостатком.

На фиг.5 представлен вид спереди с находящейся ниже по потоку стороны устройства 10 для спрямления потока, показанного на фиг.3. Первый направляющий элемент 11 показан в этом направлении только в виде одной окружности, поскольку его поперечное сечение сохраняется постоянным по длине в направлении вдоль оси 12. На этом изображении хорошо видно, что второй направляющий элемент 13 со стороны входа имеет проходное поперечное сечение 21, которое выполнено круглым и имеет меньший диаметр, чем диаметр сечения канала 1. Между проходным поперечным сечением 21 и каналом 1 образован кольцевой зазор 22. Ниже по потоку второй направляющий элемент 13 имеет квадратное проходное поперечное сечение 23, которое подобным образом образует расстояние 25 от внешней стенки входного конуса 2.

На фиг.6 представлен соответствующий вид спереди устройства 10 для спрямления потока, показанного на фиг.4. Первый направляющий элемент 11 и в этом случае имеет постоянный диаметр в направлении оси 12 и проходное поперечное сечение 20. Второй направляющий элемент 13 выше по потоку имеет проходное сечение 21 и ниже по потоку - проходное поперечное сечение 24 большей величины. Между вторым направляющим элементом 13 и стенкой входного конуса 2 на входной стороне входного конуса 2 образован кольцевой зазор 22. На стороне, находящейся ниже по потоку, между вторым направляющим элементом 13 и стенкой входного конуса 23 образован зазор 25, который не имеет постоянную ширину по периметру устройства.

На фиг.7 представлен вариант воплощения устройства 10 для спрямления потока, показанного на фиг.5 и фиг.6, который представляет собой компромисс между двумя вариантами, показанными на фиг.5 и фиг.6. В то время как на фиг.5 зазор 25 между вторым направляющим элементом 13 и стенкой входного конуса 2 имеет постоянную величину по периметру, величина зазора между первым направляющим элементом 11 и вторым направляющим элементом 13 по периметру изменяется. С другой стороны, в конструкции, соответствующей фиг.6, зазор между первым направляющим элементом 11 и вторым направляющим элементом 13 сохраняется постоянным по периметру окружности, в то время как внешний зазор 25 между вторым направляющим элементом 13 и стенкой входного конуса 2 по периметру имеет не постоянную ширину. На фиг.7 это последствие, которое проявляется только при переходе от круглых трубопроводов к прямоугольному или квадратному корпусу реактора, оптимизировано путем компромиссного решения. Со стороны притока выше по потоку от входного конуса 2 конструкция идентична решениям, представленным на фиг.5 и фиг.6. В направлении ниже по потоку второй направляющий элемент 13 в выходном поперечном сечении 26 имеет участки с прямолинейными стенками 27, параллельные стенке входного конуса 2, а в угловых зонах входного конуса 2 между прямолинейными участками 27 стенки имеются скругленные участки 28. За счет такого выполнения поперечного сечения внутренний зазор и внешний зазор не имеют постоянной ширины по периметру, но различия ширины по периметру минимизированы.

Представленное на фиг.8 изображение соответствует фиг.5, на которой входной конус 2 выполнен не с квадратным, а с прямоугольным поперечным сечением для соединения с соответствующим реактором 3 прямоугольного сечения. В этом воплощении свободное поперечное сечение второго направляющего элемента 13 проходит вниз по потоку от круглого входного поперечного сечения до прямоугольного, большей величины выходного поперечного сечения 29.

На фиг.9-фиг.13 изображены различные конфигурации устройств для спрямления потока, которые отличаются длиной первых направляющих элементов 11 и вторых направляющих элементов 13, углами наклона направляющих элементов относительно оси 12, а также количеством направляющих элементов. На фиг.9 в поперечном сечении и на виде спереди показано устройство 10 для очистки потока, в котором направляющий элемент 11 имеет форму цилиндра и его стенка параллельна оси 12. Как отмечено выше со ссылкой на фиг.4, второй направляющий элемент 13 имеет большую длину в направлении оси 12 по сравнению с первым направляющим элементом 11. Стенка второго направляющего элемента 13 ориентирована параллельно стенке входного конуса 2.

На фиг.10, как и на фиг.9, первый направляющий элемент 11 расположен параллельно оси 12. Подобно изображению на фиг.9, второй направляющий элемент 13 имеет большую длину по сравнению с первым направляющим элементом 11 (в направлении вниз по потоку) и установлен параллельно стенке входного конуса 2. Между первым направляющим элементом 11 и вторым направляющим элементом 13. размещен третий направляющий элемент 14. Третий направляющий элемент 14 имеет цилиндрическую форму и расположен коаксиально первому направляющему элементу 11. Его стенка проходит параллельно оси 12. Круглое свободное поперечное сечение в продольном направлении имеет постоянный диаметр.

На фиг.11 показано устройство 10 для спрямления потока, содержащее первый направляющий элемент 11 и второй направляющий элемент 13, соответствующие устройству, представленному на фиг.10. Между первым направляющим элементом 11 и вторым направляющим элементом размещен третий направляющий элемент 14'. Третий направляющий элемент 14' представляет собой трубу, имеющую форму усеченного конуса, и установлен коаксиально первому направляющему элементу 11 и второму направляющему элементу. Стенка третьего направляющего элемента 14' проходит параллельно стенке второго направляющего элемента 13. Протяженность третьего направляющего элемента 14' в осевом направлении равна протяженности первого направляющего элемента 11. Торцы всех направляющих элементов со стороны входа потока находятся в одной плоскости.

На фиг.12 показано устройство 10 для спрямления потока, содержащее первый направляющий элемент 11, второй направляющий элемент 13 и размещенный между ними третий направляющий элемент 14”. Указанный третий направляющий элемент 14” выполнен в виде трубы, имеющей форму усеченного конуса и расположенной коаксиально первому направляющему элементу 11. Проходное поперечное сечение торца этого элемента на стороне входа потока находится в одной и той же плоскости, что и торцы на стороне входа первого направляющего элемента 11 и второго направляющего элемента 13. Стенка (третьего направляющего элемента 14”) проходит под некоторым углом относительно оси 12, который меньше угла наклона стенки второго направляющего элемента 13, но больше нуля. При этом стенка третьего направляющего элемента 14” проходит приблизительно по средней линии между стенками первого направляющего элемента 11 и второго направляющего элемента 13. Свободный торец третьего направляющего элемента 14” расположен в осевом направлении выше по потоку между торцом первого направляющего элемента 11 и торцом второго направляющего элемента 13.

На фиг.13 показано устройство 10 для спрямления потока, размещенное во входном конусе 2. Устройство для спрямления потока содержит первый направляющий элемент 11, стенка которого параллельна оси 12, и второй направляющий элемент 13, стенка которого параллельна стенке входного конуса 2. Между указанными первым направляющим элементом 11 и вторым направляющим элементом 13 размещены третий направляющий элемент 14”' и четвертый направляющий элемент 14””. Третий направляющий элемент 14”' в осевом направлении короче, чем второй направляющий элемент 13, но длиннее, чем четвертый направляющий элемент 14””. Четвертый направляющий элемент 14””, в свою очередь, имеет длину большую, чем первый направляющий элемент 11. Передние торцы, обращенные в сторону притока жидкости, лежат в одной плоскости. Торцы направляющих элементов, находящиеся ниже по потоку от передних торцов, расположены со ступенчатым осевым смещением друг относительно друга.

В то время как первый направляющий элемент 11, как и в других воплощениях, имеет цилиндрическую форму, третий направляющий элемент 14”' и четвертый направляющий элемент 14”” содержат стенки в форме усеченного конуса. Углы наклона стенок относительно оси 12 располагаются между углом наклона конической стенки второго направляющего элемента 13 и нулевым углом наклона, который определяется осью 12 и стенкой первого направляющего элемента, параллельной оси. Угол раскрытия третьего направляющего элемента 14”' больше угла раскрытия четвертого направляющего элемента 14””, но меньше угла раскрытия второго направляющего элемента 13.

В вариантах воплощения устройства используется ряд направляющих элементов, размещенных между первым и вторым направляющими элементами. В этих случаях угол наклона конической стенки предпочтительно пропорционален расстоянию между стенкой и осью 12. То же самое применимо и к направляющим элементам, имеющим не круглое поперечное сечение, т.е. к воплощениям, в которых торец, расположенный ниже по потоку, имеет прямоугольную, квадратную форму или выполнен со скругленными углами (см. фиг.5, 7 или 8).

На фиг.14 представлено десятое воплощение настоящего изобретения. Канал 100 с постоянным круговым диаметром проходит без перехода в зону расположения ступени 101 до цилиндрической части 102, в которой размещено устройство для очистки потока вместе с внутренним направляющим элементом 11 и внешним направляющим элементом 13. В другом варианте, который показан штриховыми линиями, первый направляющий элемент 11 выходит за пределы зоны расположения второго направляющего элемента 13. Второй направляющий элемент 13 удлинен путем присоединения к нему в направлении движения потока цилиндрического направляющего элемента 103, при этом направляющий элемент 103 имеет диаметр, равный диаметру большего торца второго направляющего элемента 13.

На фиг.15 представлено одиннадцатое воплощение настоящего изобретения. Канал выполнен ступенчатым так, как показано на фиг.14. Внутренний направляющий элемент 110 имеет коническую форму, его торец, находящийся выше по потоку, имеет меньший диаметр, а торец, расположенный ниже потоку, имеет больший диаметр. К указанному торцу, находящемуся ниже по потоку, присоединен цилиндрический трубчатый направляющий элемент 111. Второй направляющий элемент 112 также имеет коническую форму, но больший диаметр этого направляющего элемента находится выше по потоку, а меньший диаметр - ниже по потоку. Расположенный выше по потоку торец находится выше по потоку от места перехода первого направляющего элемента 110 в направляющий элемент 111. Расположенный ниже по потоку торец направляющего элемента 112 находится ниже по потоку от направляющего элемента 111. Штриховыми линиями на этой фигуре показан один возможный вариант конструкции. В этом варианте используется дополнительный цилиндрический направляющий элемент 114, имеющий постоянный диаметр по всей его длине. Торец направляющего элемента 114, расположенный выше по потоку, который концентрично охватывает снаружи направляющий элемент 112, расположен между противоположными торцами направляющего элемента 112, в то время как находящийся ниже по потоку торец направляющего элемента 114 расположен ниже по потоку от направляющего элемента 112.

На фиг.16 представлено двенадцатое воплощение настоящего изобретения. Впускной цилиндрический канал 120 постоянного диаметра переходит без плавного изменения радиуса в ступень 121 и содержит примыкающий к ступени конический участок 122, который в конце переходит в цилиндрический участок 123 большей длины. Первый направляющий элемент 124, который имеет цилиндрическую форму и постоянный диаметр, размещен концентрично с осью 12 внутри канала, образованного описанным выше образом. Торец направляющего элемента 124, расположенный выше по потоку, еще находится внутри канала 120, в то время как торец, расположенный ниже по потоку, входит в зону размещения участка 123. Второй направляющий элемент 125 выполнен в виде конического трубчатого элемента. При этом торец, находящийся выше по потоку, имеет меньший диаметр, и направляющий элемент 125 начинается у места перехода участка 122 в участок 123. Находящийся ниже по потоку торец меньшего диаметра расположен на участке 123, ниже по потоку от первого направляющего элемента 124. Третий направляющий элемент 126 размещен в радиальном направлении между первым направляющим элементом 124 и вторым направляющим элементом 125. Направляющий элемент 126 имеет коническую форму. При этом выше по потоку диаметр направляющего элемента 126 меньше, чем диаметр ниже по потоку. Расположенный выше по потоку торец направляющего элемента 126 находится ниже по потоку от торца направляющего элемента 125, расположенного выше по потоку, но выше по потоку от торца направляющего элемента 124, находящегося ниже по потоку. Находящийся ниже по потоку торец направляющего элемента 126 расположен ниже по ходу движения потока от торца направляющего элемента 125, находящегося ниже по потоку.

В одном варианте, который показан штриховыми линиями, направляющий элемент 125 присоединен своим торцом, расположенным выше по потоку, к цилиндрической трубе 127, которая прикреплена к стенке участка 121 канала.

На фиг.17 представлено тринадцатое воплощение настоящего изобретения. Первый направляющий элемент 130 имеет трубчатую форму, а его торец, расположенный выше по потоку, находится внутри канала 120. Направляющий элемент 130 от находящегося выше по потоку торца проходит вниз по потоку первоначально с постоянным диаметром. В зоне перехода между участком 122 и участком 123 цилиндрический участок направляющего элемента 130 соединен с участком 131 в виде усеченного конуса, торец которого, находящийся ниже по потоку, имеет меньший диаметр. Направляющий элемент 130 охватывается снаружи вторым направляющим элементом 132. Направляющий элемент 132 имеет коническую, трубчатую форму, и его торец, находящийся выше по потоку, имеет меньший диаметр, в то время как находящийся ниже по потоку торец имеет больший диаметр. Находящийся выше по потоку торец находится немного выше по потоку от места перехода между элементами 130 и 131. Торец направляющего элемента 132, расположенный ниже по потоку, находится ниже по потоку от направляющего элемента 131. Штриховыми линиями на фиг.17 показаны варианты этого воплощения. Между направляющими элементами 130 и 131 концентрично размещен конический направляющий элемент 134. Он начинается выше по потоку от направляющего элемента 132 и заканчивается ниже по потоку торцом, расположенным между направляющим элементом 131 и направляющим элементом 132. Выше по потоку диаметр конического элемента 134 меньше, чем его диаметр ниже по потоку. Стенка конического элемента приблизительно параллельна стенке направляющего элемента 132. Может быть установлен дополнительный направляющий элемент 135, который охватывает направляющий элемент 132 и расположен в радиальном направлении снаружи. Направляющий элемент 135 также имеет коническую форму, и его меньший диаметр лежит в плоскости расположения торца направляющего элемента 134, нахождения выше по потоку. Находящиеся ниже по потоку торцы направляющего элемента 135 и направляющего элемента 134 лежат в одной плоскости. Диаметр направляющего элемента 135 больше диаметра направляющего элемента 132 так, что направляющий элемент 135 расположен в радиальном направлении конструкции между направляющим элементом 132 и стенкой 123 канала.

На фиг.18 представлено четырнадцатое воплощение настоящего изобретения. В соответствии с указанным воплощением трубчатый канал 140 посредством радиального участка 141 ступенчато переходит в конический участок 142, конец которого соединен с цилиндрическим участком 143, имеющим больший диаметр.

Первый направляющий элемент 144 в виде кругового цилиндра начинается в направлении потока в зоне расположения конического участка 142 и заканчивается внутри цилиндрического участка 143. Второй направляющий элемент 145 концентрично охватывает снаружи направляющий элемент 144 и имеет коническую форму, при этом меньший диаметр находится выше по потоку, а больший диаметр - ниже по потоку. Находящийся выше по потоку торец направляющего элемента 145 лежит в радиальной плоскости вместе с расположенным выше по потоку торцом направляющего элемента 144. Торец направляющего элемента 145, расположенный ниже по потоку, находится ниже по потоку на некотором расстоянии от расположенного ниже по потоку торца направляющего элемента 144. Между первым направляющим элементом 144 и вторым направляющим элементом 145 концентрично расположен третий направляющий элемент 146. Третий направляющий элемент 146 сужается по ходу движения потока с уменьшением диаметра от большего диаметра выше по потоку до меньшего диаметра ниже по потоку. Находящийся выше по потоку торец находится выше по потоку от торца направляющего элемента 144, в то время как торец направляющего элемента 146, который расположен ниже по потоку, находится ниже по потоку от торца направляющего элемента 145, расположенного ниже по потоку. В одном из вариантов, который показан штриховыми линиями, направляющий элемент 145 присоединен с помощью конической соединительной трубы 147 к радиально проходящему участку 141 канала.

На фиг.19 представлено пятнадцатое воплощение настоящего изобретения. Трубчатый канал 150 постоянного диаметра с помощью радиального участка 151 ступенчато переходит в участок 152, имеющий больший диаметр. Радиальный участок 151 снабжен кольцевым элементом 153, который установлен концентрично относительно оси 12 и проходит во внутренний объем канала, где заканчивается открытым торцом. Ниже по потоку в зоне расположения участка 152 стенки, на некотором расстоянии от цилиндрического кольцевого элемента 153, установлено другое кольцо 154 в виде кольцеобразного диска. Кольцо 154 присоединено внешней стороной к внутренней поверхности стенки 152 и проходит в радиальном направлении во внутренний объем канала, при этом внутренний диаметр кольца 154 больше, чем внешний диаметр кольцевого элемента 153.

Первый направляющий элемент 155 расположен концентрично оси 12 внутри участка 152. Направляющий элемент 155 представляет собой трубу в виде кругового цилиндра с постоянным диаметром. Второй направляющий элемент 156 концентрично охватывает направляющий элемент 155 и имеет коническую форму. Меньший диаметр находится выше по потоку, в то время как больший диаметр находится ниже по потоку. Внешний диаметр второго направляющего элемента 156 меньше внутреннего диаметра кольца 154. Торцы направляющих элементов 155 и 156, находящиеся выше по потоку, расположены в одной радиальной плоскости, проходящей между кольцами 153 и 154, в то же время находящиеся ниже по потоку торцы направляющих элементов 155 и 156 расположены ниже по потоку от кольца 154. Направляющий элемент 156 выходит за пределы направляющего элемента 156 в направлении вниз по потоку.

На фиг.20 представлено шестнадцатое воплощение настоящего изобретения. Участки 150-152 внешнего канала имеют такую же конструкцию, как и участки внешнего канала, показанного на фиг.19. Первый направляющий элемент 163 размещен концентрично оси 12. Направляющий элемент 163 имеет трубчатую форму с постоянным внешним диаметром. Его торец, расположенный выше по потоку, находится внутри участка 150, в то время как торец, расположенный ниже по потоку, находится в зоне расположения участка 152. Второй направляющий элемент 164 концентрично охватывает направляющий элемент 163. Он также выполнен в виде трубы постоянного диаметра. Диаметр направляющего элемента 164 приблизительно в четыре раза больше, чем диаметр направляющего элемента 163. Диаметр направляющего элемента 164 находится между диаметром участка 150 и диаметром участка 152 внешней стенки канала. Торец направляющего элемента 164, находящийся выше по потоку, расположен ниже по потоку от торца направляющего элемента 163, находящегося выше по потоку. Торец направляющего элемента 164, находящийся ниже по потоку, расположен выше по потоку от торца направляющего элемента 163, находящегося ниже по направлению движения потока. Ниже по потоку от направляющего элемента 163 и на некотором расстоянии от направляющего элемента 163 размещен третий направляющий элемент 165 концентрично оси 12. Он выполнен в виде трубчатого направляющего элемента, имеющего постоянный диаметр, и величина этого диаметра соответствует диаметру направляющего элемента 163. В направлении оси 12 направляющий элемент 165 выполнен короче направляющего элемента 163 и имеет примерно такую же длину, что и направляющий элемент 164. Четвертый направляющий элемент 166 концентрично охватывает направляющий элемент 165. Направляющий элемент 166 имеет форму усеченного конуса, при этом его торец, расположенный выше по потоку, имеет меньший диаметр, а расположенный ниже по ходу движения потока торец имеет больший диаметр. Торец направляющего элемента 166, находящийся выше по потоку, расположен между направляющими элементами 163 и 165, в то время как его торец, находящийся ниже по потоку, расположен ниже по потоку от торца направляющего элемента 165, находящегося ниже по потоку. Меньший диаметр направляющего элемента 166 находится ниже по ходу движения потока. Величина этого диаметра примерно такая же, как и у цилиндрического направляющего элемента 164. На фиг.20 штриховыми линиями показан один вариант шестнадцатого воплощения. Согласно этому варианту направляющие элементы 164 и 166 охвачены снаружи пятым направляющим элементом 167. Пятый направляющий элемент 167 имеет больший внешний диаметр, чем направляющие элементы 164 и 166, и частично перекрывает оба указанных направляющих элемента в осевом направлении, при этом направляющий элемент 167 закрывает промежуточный свободный объем между направляющими элементами 164 и 166. Направляющий элемент 167 имеет цилиндрическую форму с постоянным диаметром и установлен параллельно и коаксиально с осью 12. Торец направляющего элемента 167, находящийся выше по потоку, расположен между торцами направляющего элемента 164, находящимися выше и ниже по ходу движения потока. Торец направляющего элемента 167, находящийся ниже по потоку, расположен между торцами направляющих элементов 165 и 166, находящимися выше и ниже по ходу движения потока.

Наконец, на фиг.21 представлено семнадцатое воплощение настоящего изобретения. Канал 170 цилиндрической формы, имеющий постоянный диаметр, посредством радиального дискообразного участка 171 ступенчато переходит в участок большего диаметра. Участок 171 соединен с примыкающим к нему коническим участком 172, который продолжается с увеличением диаметра в направлении ниже по потоку и затем соединяется с цилиндрическим трубчатым участком 173. Во внутреннем объеме канала, в котором пунктирные линии иллюстрируют используемые в этом воплощении перфорированные металлические листы, размещен первый направляющий элемент 174. Направляющий элемент 174 выполнен в виде конической трубы, которая находящимся выше по потоку торцом меньшего диаметра присоединена непосредственно к участку 170 и проходит вниз по потоку торца с большим диаметром. Направляющий элемент 174 концентрично охватывается вторым направляющим элементом 175, который также выполнен из перфорированного металлического листа. Направляющий элемент 175 имеет коническую форму и диаметр, который больше диаметра направляющего элемента 174. Находящийся выше по потоку торец меньшего диаметра направляющего элемента 175 расположен ниже по потоку от участка 171 на некотором расстоянии от него. Больший торец, расположенный ниже по потоку, находится в одной радиальной плоскости с торцом направляющего элемента 174, который расположен ниже по потоку. В пределах участка, перекрываемого направляющими элементами 174 и 175, центрально и симметрично относительно оси 12 размещен обтекатель 176, который оказывает влияние на поток в этой зоне.

Хотя в воплощениях, уже описанных здесь со ссылками на фиг.14 - фиг.21, направляющие элементы выполнены с круговым поперечным сечением, их поперечные сечения могут также иметь квадратную, прямоугольную форму или могут быть выполнены со округлениями углов применительно к воплощениям, иллюстрируемым на фиг.3 и фиг.5. В частности, стенки направляющих элементов могут быть изготовлены из неразрезного сплошного стального металлического листа. Однако, как показано на фиг.21, стенки могут быть также изготовлены из перфорированного листа, в котором могут быть выполнены параллельные щели прорези, треугольные или эллиптические вырезы.

Кроме того, описанные выше устройства могут быть также использованы для получения однородных профилей скорости потока в трубах, которые не имеют резко или постепенно увеличивающегося внутреннего диаметра, а имеют постоянный диаметр. Наконец, такие устройства могут быть также использованы в случае движения потока в обратном направлении, т.е., к примеру, на фиг.14-фиг.21 при движении потока справа налево. В этом случае канал сужается, следовательно, в направлении движения от большего к меньшему диаметру.

На практике использование описанных здесь устройств для спрямления потока обеспечивает однородность скоростей линий тока, которые устанавливаются в УФ-реакторе 3 выше по потоку от УФ-излучателей 6. По сравнению с потоком, на который не оказывается спрямляющего воздействия, быстрые линии тока замедляются, в то время как медленно протекающие линии тока ускоряются. Это приводит к более равномерному облучению потока жидкости, и. когда жидкость проходит через УФ-реактор, каждый элемент объема жидкости получает одинаковую дозу УФ-излучения. Так или иначе, различия скоростей уменьшены. В результате электрическая мощность, подводимая к УФ-реактору, при одинаковом объемном расходе может быть уменьшена.

Изобретение относится к устройству для спрямления потока (спрямления профиля скорости потока) в закрытых трубопроводах. Закрытый трубопровод для УФ-облучения содержит канал (1), в котором установлено устройство (6) для УФ-облучения, выше по потоку от устройства (6) для УФ-облучения расположено устройство (10) для спрямления потока, содержащее, по меньшей мере, один внутренний первый направляющий элемент (11) и, по меньшей мере, один внешний второй направляющий элемент (13), который расположен на некотором расстоянии от внешней стенки и выполнен в виде трубы, проходное сечение которой, расположенное выше по потоку, меньше ее проходного сечения, расположенного ниже по потоку. Изобретение обеспечивает формирование как можно более однородного потока, протекающего через УФ-реактор с тем, чтобы элементы объема воспринимали примерно одинаковые дозы УФ-излучения. 15 з.п. ф-лы, 21 ил.

1. Закрытый трубопровод для УФ-облучения, содержащий канал (1), в котором установлено устройство (6) для УФ-облучения, отличающийся тем, что выше по потоку от устройства (6) для УФ-облучения расположено устройство (10) для спрямления потока, содержащее, по меньшей мере, один внутренний первый направляющий элемент (11) и, по меньшей мере, один внешний второй направляющий элемент (13), который расположен на некотором расстоянии от внешней стенки и выполнен в виде трубы, проходное сечение которой, расположенное выше по потоку, меньше ее проходного сечения, расположенного ниже по потоку.

2. Закрытый трубопровод по п. 1, отличающийся тем, что внутренний направляющий элемент (11) представляет собой по существу круглую цилиндрическую трубу, а другой внешний направляющий элемент (13) проходит по существу параллельно внешней стенке.

3. Закрытый трубопровод по любому из пп. 1 и 2, отличающийся тем, что выше по потоку от УФ-реактора (6) установлен входной конус (2).

4. Закрытый трубопровод по п. 3, отличающийся тем, что входной конус (2), являющийся частью стенки канала (1), имеет поперечное сечение, изменяющееся от входного поперечного сечения трубопровода до поперечного сечения реактора.

5. Закрытый трубопровод по п. 3, отличающийся тем, что входной конус (2), являющийся частью стенки канала (1), имеет поперечное сечение канала (1), увеличивающееся от входного поперечного сечения трубопровода до поперечного сечения реактора (3).

6. Закрытый трубопровод по п. 3, отличающийся тем, что входной конус (2), являющийся частью стенки канала, имеет поперечное сечение канала (1), уменьшающееся от входного поперечного сечения трубопровода до поперечного сечения реактора (3).

7. Закрытый трубопровод по п. 3, отличающийся тем, что во входном конусе (2) установлено устройство (10) для спрямления потока.

8. Закрытый трубопровод по п. 2, отличающийся тем, что переход от канала (1) к УФ-реактору выполнен в виде ступени.

9. Закрытый трубопровод по п. 2, отличающийся тем, что внешний направляющий элемент (13) имеет круглое поперечное сечение.

10. Закрытый трубопровод по п. 3, отличающийся тем, что форма внешнего направляющего элемента (13) соответствует геометрической форме входного конуса (2).

11. Закрытый трубопровод по п. 2, отличающийся тем, что внешний направляющий элемент (13) имеет квадратное или прямоугольное поперечное сечение со скругленными углами (28) или с прямыми углами.

12. Закрытый трубопровод по пп. 2 или 11, отличающийся тем, что между первым направляющим элементом (11) и вторым направляющим элементом (13) установлен, по меньшей мере, один третий направляющий элемент (14-14′′′′).

13. Закрытый трубопровод по п. 12, отличающийся тем, что третий направляющий элемент (14-14′′′′) расположен относительно оси (12) симметрии конструкции под углом между направлениями ориентации первого направляющего элемента (11) и второго направляющего элемента (13).

14. Закрытый трубопровод по п. 2, отличающийся тем, что первый направляющий элемент (11) выполнен короче второго направляющего элемента (13) в осевом направлении (12) устройства, соответствующем направлению движения потока (5) воды.

15. Закрытый трубопровод по п. 12, отличающийся тем, что расположенные выше по потоку торцы направляющих элементов (11, 13, 14-14′′′′) находятся в одной плоскости, а расположенные ниже по потоку торцы указанных направляющих элементов (11, 13, 14-14′′′′) находятся в различных плоскостях.

16. Закрытый трубопровод по п. 12, отличающийся тем, что направляющие элементы (11, 13, 14-14′′′′) в осевом направлении имеют одинаковую длину.