Канализационный перепад Советский патент 1992 года по МПК E03F5/00 

Фиг.1

Изобретение относится к устройствам для транспортировки сточных вод самотеком по канализационным коллекторам и может быть использовано для гашения потенциальной и кинетической энергий движущегося потока воды.

Известен многоступенчатый канализационный перепад, включающий подводящий и отводящий трубопроводы, вертикальную шахту с днищем и перекрытием с расположенными по ее высоте горизон- тальными ступенями с отверстиями. Дополнительно, с целью повышения степени дегазации воды, перепад снабжен приспособлением для ввода воздуха и газонагнетателем, соединенным с . При этом приспособление выполнено в виде канала, перекрытого пористыми воздухорасп- редел ительными пластинами, или перфорированных труб, размещенных по высоте шахты.

Перепад обеспечивает дегазацию сточной воды за счет подачи воздуха и движения его вверх по шахте противоточно жидкости. Водовоздушная эмульсия, образованная вводом воздуха, обеспечивает переход растворенного в жидкости газа в воздух и удаление его из шахты.

Однако этот перепад имеет недостатки, не позволяющие широко применить его на практике. Для его работы необходим воздух, нагнетаемый в колодец с помощью спе- циального для этой цели газового нагнетателя. Это приведет к излишним затратам на строительство и эксплуатацию устройства и не обеспечит его надежность в работе. Для распределения воздуха используют пористые пластины или перфорированные трубопроводы, размещенные на высоте шахты, Известно, что сточная вода, транспортируемая по канализационным трубопроводам, содержит различной крупности взвешенные вещества. Эти взвешенные вещества, обладая адгезионными свойствами, в условиях переменного расхода сточной воды и переменного напора воды вызовут блокировку пор, отверстий и приведут к снижению эффективности работы устройства. Для восстановления этих свойств необходима очистка воздухораспределительных устройств, что вызовет дополнительные расходы по эксплуатации колодца такой конструкции. Кроме того, перфорированные трубопроводы обеспечат равномерное распределение воздуха только в том случае, если отверстия расположены строго на одной отметке и имеют одинаковый напор воды и воздуха. Обеспечить эти требования для трубопроводов, расположенных нз разных отметках по высоте шахты и в разных условиях неустановившегося турбулентного движения воды по горизонтальным полкам, невозможно, а следовательно, нельзя обеспечить устойчи- вую дегазацию воды при неравномерном расходе воды.

Наиболее близким к заявляемому является канализационный перепад, имеющий вертикальную шахту, соединенные с ней

0 подводящий и отводящий трубопроводы, конусообразный гаситель энергии потока, установленный в шахте коаксиально с зазором относительно ее стенок.

Однако известный перепад не обеспе5 чивает эффективное гашение энергии потока и высокую степень его дегазации из-за незначительной площади контакта жидкости с окружающей газовой средой в связи с тем, что в конусообразном гасителе энергии

0 используют только внешнюю поверхность конуса, а внутреннюю не используют ни для расширения поверхности контакта, ни для улучшения газообмена между жидкостью и окружающим пространством. Этот объем

5 пассивен.

При этом предложенный подвод и отвод воды, так называемый лобовой подвод, перпендикулярно к поверхности шахты не способен эффективно гасить энергию пото0 ка, распределяя ее равномерно по возможно большой поверхности, например стенке шахты. Такой ввод воды вынуждает предусматривать более прочную конструкцию гасителя, не обеспечивает равномерного

5 распределения воды по внутренней стенке шахты при широком диапазоне расходов сточной воды, подаваемой в шахту. Например, при минимальном расходе формируются вертикальные струйки, оторванные от

0 поверхности шахты и поэтому не обладающие достаточной площадью для гашения энергии и для дегазации воды, а при максимальном расходе подающий вертикально вниз поток воды не имеет достаточного вре5 мени для контакта с газовой средой, и поэтому степень дегазации потока низка. Усугубляется она еще и тем, что при максимальном расходе воды зазор, образованный конусообразным гасителем и шахтой,

0 оказывается полностью перекрыт водой, исключающей движения газа, в этом случае полностью блокируется газообмен и дегазация воды. Причем направление трубопровода, подающего воду в шахту, не

5 способствует дроблению воды, увеличению площади контакта жидкости с газовой средой. Компактная, плотная часть струи, образованная таким способом ввода в шахту, не способна ни к эффективному гашению потока,-ни к дегазации воды. Таким образом, к

недостаткам известного устройства следует отнести невысокую эффективность гашения энергии потока и низкую степень его дегазации.

Цель изобретения - повышение эффек- тивности гашения энергии потока и степени его дегазации.

Поставленная цель достигается тем, что в канализационном перепаде, содержащем вертикальную шахту, соединенные с ней подводящий и отводящий трубопроводы и конусообразный гаситель энергии потока, последний выполнен полым и усеченным, а подводящий и отводящий трубопроводы соединены с шахтой тангенциально, при этом подводящий трубопровод направлен вверх.

На фиг. 1 изображен канализационный перепад, горизонтальный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1.

Канализационный перепад состоит из шахты 1, оборудованной подводящим 2 и отводящим 3 трубопроводами, расположенными тангенциально к вертикальной шахте 1. При этом подводящий трубопровод 2 на- правлен вверх к горизонту (по отношению к шахте 1 наклонен вниз). Внутри шахты 1 коаксиально размещена перегородка 4 в виде усеченного конуса с отверстием 5 в центре. Полый и усеченный гаситель образует со стенкой шахты 1 кольцевой зазор 6 и лоток 7. Шахта 1 оборудована люком 8 для обслуживания перепада, трубопроводом 9 для отвода из шахты 1 газа.

Канализационный перепад используют следующим образом.

По трубопроводу 2, по касательной к внутренней поверхности шахты 1 и с положительным наклоном к горизонту вводят в шахту 1 жидкость, обладающую энергией потока. Встречая на пути круговую стенку шахты 1, поток плавно изменяет свое направление с прямолинейного на вращательное и равномерно распределяется (размазывается) по внутренней поверхно- сти шахты 1, лотка 7. Центростремительное ускорение обеспечивает силу, принимающую поток воды к поверхности шахты 1. Силы трения воды о поверхность снижают энергию. При этом с увеличением скорости v выхода жидкости из трубопровода 2 в квадрате увеличивается сила трения

.,2

R

где R - радиус закрутки потока;

m - масса жидкости.

Далее жидкость из лотка 7 выходит вниз через щель 6, сохраняя вращательное движение, и через кромку отверстия 5. При этом

распределение расходов зависит от общего расхода жидкости, поступающего по трубопроводу 2. При минимальном поступающем расходе жидкости большую часть сбрасывают через щель 6, при максимальном - через отверстие 5. Практически расход через щель 6 постоянен и определяется глубиной лотка 7.

При подходе воды к переливной кромке отверстия 5 снижается радиус закрутки потока и по закону неразрывности потока, закону сохранения количества движения резко увеличивается скорость движения воды, снижается давление в потоке и образуется вихревая воронка. Интенсивность воронкообразования может быть установлена по зависимости

v

г

Е

(+«5.

где Н - напор воды;

d - диаметр сливного отверстия;

R - расстояние от центра подводящего воду трубопровода 2 до центра отверстия 5;

v -скорость движения воды в трубопроводе 2.

Например, при ,5; ,5 и м/с образование вихревой воронки начинается уже с напора воды над кромкой отверстия 5, равного 4,4 м, и продолжается вплоть до . При этом коэффициент расхода отверстия 5 снижается с 0,6 до 0. В центре вихревой воронки образуется область пониженного давления. Это способствует десорбции растворенных в воде газов. Согласно закону Генри величина ее пропорциональна давлению. Интенсифицируется процесс десорбции за счет турбулентной диффузии газа и поверхности раздела фаз, образованной вихревой воронкой.

После отверстия 5 вода, сохраняя вращательное движение, принимается с силой, образованной центростремительным ускорением и внутренней поверхностью конусной перегородки 4, равномерно по ней растекается и спиралеобразно движется к щели 6. Далее совместно с водой, прошедшей через щель 6, сохраняя движение по спирали, опускается по внутренней стенке шахты 1 и входит в трубопровод 3. Газ через трубопровод 3 при частичном его заполнении входит тангенциально в шахту 1. Сохраняя приданное вначале вращательное движение, отброшенный на периферию к внутренней стенке шахты 1, газ поднимается противотоком движению воды к отверстию 5. Здесь скорость его увеличивается, а давление снижается. Эти показатели обеспечивают эффективную десорбцию растворенного в воде газа и мгновенное его

удаление вверх. Далее газ, совершая вращательное движение , поднимается к отверстию трубопровода 9 и выводится наружу канализационного перепада.

Устройство в предлагаемом «анализа- ционном перепаде полого усеченного конуса позволяет совместно с внутренней поверхностью шахты создать водяную подушку для гашения энергии потока, а внутри конуса - поверхность для равномерного распределения воды вниз и десорбцию растворенных газов. Это увеличивает эффективность гашения потока, степень дегазации жидкости.

Наличие полого усеченного конуса по- зволяет уменьшить радиус закрутки потока, снизить давление и обеспечить максимальное удаление газов из воды. Более того, отверстие в верхней части конуса обеспечивает наибольшую длину пути движения во- ды - вначале по периферии и, вращаясь, к кромке отверстия, затем от центра по внутренней поверхности конуса к периферии конуса и к поверхности шахты. Такое движение обеспечивает эффективное гаше- ние энергии потока, а снижение и последующее увеличение радиуса закрутки потока - переменную по величине скорость и, как следствие, высокую турбулизацию потока, высокую скорость диффузии газа к по- верхности раздела фаз и эффективную дегазацию воды.

Размещение конуса с зазором к внутренней поверхности шахты позволяют при минимальном расходе воды обеспечить рас- пространение ее по поверхности шахты равномерно. При этом вода, сохраняя вращательное движение, приданное вначале при вводе воды в шахту, вытекает вниз из щели, обеспечивая наибольшую длину пути движения воды, Кольцевая щель исключает возможность засорения лотка, образованного конусом, поэтому живое сечение лотка постоянно и всей площадью активно участвует в гашении энергии потока. Щель дополнительно обеспечивает автоматическую настройку работы канализационного перепада - при увеличении расхода воды уровень ее поднимается в лотке, обеспечивая водяную подушку для гашения энергии, с увеличением расхода до максимального вода начинает переливаться через кромку отверстия в конусе и стекает по внутренней поверхности конуса, этим автоматически включается дополнительная площадь для

гашения энергии потока и дегазации воды, обеспечивая проведение процесса на высоком уровне.

Тангенциальный подвод воды позволяет придать вращательное движение воде, снизить силу удара воды с конструкции перепада. Например, сила удара воды при угле отклонения ртруи от первоначального направления 10° составит 0,08 т.м/с2, т.е. в 6,5 раза меньше, чем при прямом вводе. Тангенциальный вывод воды обеспечивает максимальное снижение энергии потока, так как вода движется по максимальному радиусу закрутки, и минимальную скорость входа воды в отводящий трубопровод. Дополнительно тангенциальный вывод воды обеспечивает тангенциальный ввод воздуха в канализационный перепад. Это способствует и в нижней части перепада и в верхней, разграниченных конусной перегородкой, вращательному и противоточному движению воздуха, обеспечивает турбулентный характер движения воздуха в пограничной с жидкостью зоной, а также эффективную диффузию десорбируемого газа. В конечном итоге это даст увеличение степени десорбции растворенного газа, эффективное гашение энергии.

Ввод воды в канализационный перепад по направленному вверх трубопроводу увеличивает длину пробега струи по внутренней стенке шахты и способствует увеличению площади растекания воды, а отсюда и эффективности гашения энергии потока и десорбции воды. Дополнительно наклон снижает результирующую силу воздействия движущегося потока на внутреннюю стенку шахты за счет нейтрализации ее силой веса воды, обеспечивая дополнительное снижение энергии потока.

Формула изобретения Канализационный перепад, содержащий вертикальную шахту, соединенные с ней подводящий и отводящий трубопроводы, конусообразный гаситель энергии потока, установленный в шахте коаксиально с зазором относительно ее стенок, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности гашения потока и степени его дегазации, гаситель выполнен полым и усеченным, подводящий и отводящий трубопроводы соединены с шахтой тангенциально, при этом подводящий трубопровод направлен вверх.

Изобретение относится к устройствам для транспортировки сточных вод по канализационным коллекторам и может быть использовано для гашения потенциальной и кинетической энергий движущегося потока воды. Устройство содержит вертикальную шахту 1, оборудованную направленным вверх подводящим трубопроводом 3, расположенным тангенциально к вертикальной шахте 1. Внутри шахты 1 установлен коакси- ально с зазором относительно ее стенок конусообразный гаситель энергии потока 4, выполненный полым и усеченным с отверстием 5 в центре. Полый и усеченный гаситель энергии потока установлен с кольцевым зазором 6 относительно стенок шахты. Люк 8 служит для обслуживания перепада, а трубопровод 9 - для отвода из шахты 1 газа. 3 ил.