РЕГУЛЯТОР СКОРОСТИ ТЕЧЕНИЯ ВОДЫ В КАПИЛЛЯРАХ ФИЛЬТРУЮЩЕГО СЛОЯ ФИЛЬТРА Советский патент 1936 года по МПК B01D24/48 

В настоящее время в водопроводной технике как в быстродействующих - открытых и напорных, так и в медленно действующих фильтрах количество вытекающей фильтрованной воды из фильтра обычно относят к единице поверхности фильтра и, вводя фактор времени, называют скоростью фильтрации.

Эта скорость фильтрации или, правильнее, скорость истечения воды обычно регулируется специальным автоматически действующим прибором, причем эту скорость стараются сохранить постоянной во все время процесса фильтрации, полагая, что при постоянной скорости истечения создаются оптимальные условия действия фильтрующего слоя песка фильтра или, как говорят, фильтрующей пленки, относя действие толщи песка в фильтре только к поверхностному илистому слою.

Между тем, "действительная" скорость фильтрации будет та скорость, которую имеют струйки воды в капиллярах илистой пленки и всей толщи песка.

При постоянной скорости истечения скорость фильтрации всегда будет переменной, так как она зависит от переменного живого сечения капилляров в толще фильтрующего слоя. При прохождении нефильтрованной воды через слой песка в его капиллярах в силу адсорбции будут отлагаться на стенках капиллярных канальцев взвешенные в воде вещества и бактерии.

Отлагающиеся на стенках капилляров вещества будут постепенно суживать живое сечение канальцев. Так как скорость истечения регулируется специальным регулятором и, положим, является величиной постоянной, то при непрерывности струи согласно закону Бернулли и дополнения (для капилляров) Пуазейля, скорость в капиллярах при сужении живого сечения должна увеличиться.

Так как с увеличением скорости в капиллярах адсорбция взвешенных веществ стенками капилляров должна будет уменьшаться, то уменьшится и фильтрующее действие слоя песка фильтра.

Следовательно, с увеличением скорости фильтрации в фильтрующем слое действие фильтра ухудшится, так как часть взвешенных веществ и бактерий перейдет в фильтрат.

Это одинаково относится как к медленно действующим английским, так и к быстро действующим открытым и напорным американским фильтрам.

Из вышеизложенных соображений следует, что для правильного действия фильтра и постоянства его качественной работы необходимо создать такие условия работы фильтра и его регулирования, при которых скорость фильтрации, т.е. скорость фильтруемой воды в капиллярах фильтра осталась бы постоянной, раз установленной, и не изменялась бы в продолжение всего процесса фильтрации (от промывки до промывки). При этих условиях адсорбция в капиллярах будет оптимальной, и не будет причин для прохождения различных взвешенных веществ и бактерий в фильтрат.

Согласно настоящему изобретению предлагается осуществить это при помощи способа регулирования скорости фильтрации или, что то же, регулирования скорости воды в капиллярах фильтрующего слоя фильтра и путем применения специального для этой цели регулятора.

На чертеже показан регулятор в разрезе.

Полагая, что уровень воды в резервуаре фильтра 1 постоянный и регулируется специальным приточным регулятором, на сборной трубе 2, соединяющей фильтр 1 с регулятором истечения 3 (показанным условно), между регулятором истечения и фильтром ставится дополнительно предлагаемый регулятор 4.

Как видно из чертежа, предлагаемый регулятор 4 состоит из тройника, одна ветвь которого 5 соединена с фильтром, другая 6 - с регулятором истечения 3, а третья 7 (вертикальная) - с резервуаром фильтра в его верхней части 8, с нефильтрованной водой, над слоем песка, но так, что отверстие трубы 8 должно находиться всегда ниже уровня воды в резервуаре фильтра.

В нижней части тройника между фильтром 1 и регулятором истечения 3 вставлена резиновая труба 10 со стенками надлежащей упругости (по расчету) для получения начальной скорости фильтрации. В целях компактности она может быть продольно и поперечно гофрирована. Концы трубы 10 соединены герметически с концами 11 и 12 исходящей трубы 2.

Вертикальная ветвь 7 тройника всегда наполнена водой из верхней части фильтра, потому что входное отверстие ее всегда ниже уровня воды в фильтре.

При пуске фильтра в действие регулятор истечения 3 устанавливает какой-то постоянный дебет фильтра и какую-то, следовательно, начальную скорость фильтрации. В этот начальный момент давления на стенки резиновой трубки 10 в тройнике 4 снаружи и изнутри, в зависимости от размеров поверхности фильтра, толщи слоя песка, его пропускной способности, упругости стенок трубы 10, а также от установленного дебета фильтра будут или равны и тогда стенки трубки вначале не будут испытывать никакого давления или внешнее давление будет больше внутреннего за счет потери скоростного напора в силу трений жидкости в толще песка фильтра. В последнем случае сечение трубки 10 давлением извне несколько сожмется и оба давления выравняются.

В дальнейшем, во время действия фильтра, при постоянной скорости истечения, как только уменьшение живого сечения капилляров, по причине осадков на их стенках (уплотнение пленки), создаст тормозящее действие, в силу которого скорость в капиллярах должна была бы уменьшиться, так сейчас же, согласно закону Бернулли, возникает подсасывающее действие в исходящей трубе 2 и в резиновой трубке 10, которое, наоборот, должно было бы увеличить скорость в капиллярах, но в силу эластичности трубки 10 подсасывающее действие трубы 2 немедленно будет компенсировано постоянным давлением через трубу 7. Резиновая трубка 10 будет, следовательно, сжата и ее живое сечение уменьшится ровно настолько, насколько это будет вызвано подсасыванием в трубах 2 и 10. Таким образом количество вытекающей воды из фильтра тоже уменьшится пропорционально уменьшению живого сечения трубки 10.

С этого момента действие регулятора истечения прекратится; остается только действие регулятора скорости.

Следовательно, по мере уплотнения фильтрующего слоя скорость истечения благодаря сжатию живого сечения трубки 10 будет уменьшаться строго правильно с уменьшением сечений в капиллярах, причем скорость фильтрации (скорость воды в капиллярах) будет сохраняться постоянной.

Дебет фильтра будет падать равномерно, а не скачками.

Резиновая трубка в условиях работы в воде сохраняется десятки лет, не твердея. От внешних влияний или повреждений она надежно защищена металлическим тройником.

Для задержания и спуска грязи из трубы 7 и промывки трубы на ней поставлен грязевик 13, а внизу тройника имеется спускной кран 14.

Регулятор скорости течения воды в капиллярах фильтрующего слоя фильтра путем изменения живого сечения отводящей фильтрат трубы давлением столба постоянного напора, отличающийся тем, что между фильтром 1 и регулятором 3 скорости истечения воды из него установлен тройник 4, присоединенный трубкой 7 через посредство грязевика 13 к верхнему слою воды над песком фильтра и снабженный внутри эластичной резиновой трубкой 10, с целью компенсирования подсасывающего действия трубки 2 при уменьшении живого сечения капилляров в фильтре по мере их загрязнения путем сужения сечения трубки 10 давлением на последнюю снаружи столба воды в фильтре по трубе 7.