ДРЕНАЖНО-РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА С ВОДОВОЗДУШНОЙ ПРОМЫВКОЙ
DRAINAGE-DISTRIBUTING SYSTEM WITH AIR WASHING

Изобретение относится к установкам очистки жидкостей путем фильтрации через насыпные материалы, а именно дренажно-распределительным системам коллекторно-лучевого типа, и может быть использовано для всех типов фильтров, используемых в водоснабжении, химической водоподготовке в энергетике, доочистке сточных вод и других отраслях промышленности.
Известно дренажно-распределительное устройство водоподготовительного фильтра, состоящее из фильтрующих элементов, содержащих трубчатый фильтрующий корпус, со средствами присоединения к коллектору на одном конце и заглушенный на другом конце, отличающееся тем, что фильтрующий трубчатый корпус выполнен из полиэтилена с множеством последовательно расположенных друг за другом поперек его оси сегментных щелей и по периметру, по меньшей мере, в два ряда, причем ширина щелей меньше поперечного сечения фракций зерен фильтрующего материала (см. патент РФ 81653, МПК 7 B01D 24/38, 2008 г. ).
К недостаткам данного изобретения можно отнести трудоемкость щелевания полиэтиленовых труб, что связано с необходимостью нарезки по специальной технологии большого числа щелей малой ширины и зачистки щелей от заусенец после фрезерования. В сечении, где нарезаны щели, труба существенно ослаблена, это вызывает снижение прочности каждой отдельной распределительной трубы и всей дренажно-распределительной системы, снижает надежность работы фильтровальной установки в целом. Также это выдвигает повышенные требования к креплению таких распределительных труб к днищу, ведь трубы становятся гибкими и могут сильно вибрировать при запуске промывки фильтра. Большая глубина щели и мягкий материал трубы создают идеальные условия для заклинивания частиц загрузки в щелях дренажа, а также кольматации щелей различными химическими соединениями, содержащимися в воде. Постепенное засорение щелей вызывает прирост потерь напора, это вызывает снижение производительности фильтра при фильтровании, а при промывке - недостаточную интенсивность промывки загрузки, вследствие чего время промывки загрузки увеличивается, а себестоимость очистки воды повышается. Также к недостаткам данной конструкции можно отнести невозможность распределения воздуха с требуемой равномерностью по тем же трубам, что и воды (для равномерного распределения воздуха по всей длине трубы на ней должно быть нарезано в несколько раз меньше щелей, вследствие гораздо меньшей плотности воздуха), необходимого для интенсификации промывки. Внедрение воздушной промывки потребует установки дополнительных труб и коллекторов для распределения воздуха. Это существенно усложняет монтаж, повышает стоимость системы и снижает экономический эффект от внедрения водовоздушной промывки.
Известно дренажно-распределительное устройство водоподготовительного фильтра, содержащее коллектор, присоединенные к нему трубы с отверстиями и заглушками на концах и герметично присоединенный к трубам над отверстиями желобок со щелями, причем над щелями выполнены козырьки, кромка которых расположена параллельно образующей трубы. Желобок выполнен параллельно образующей трубы с более чем двумя опорами на трубу в поперечном ее сечении, а козырьки в желобке выполнены с двумя щелями (см. патент РФ 2147456, МПК 7 B01D 24/38, 2000 г. ).
Недостатком изобретения является невозможность равномерного распределения воздуха по тем же трубам, что и воды. Для равномерного распределения воздуха по всей длине трубы, на ней должно быть выполнено в несколько раз меньше отверстий, вследствие гораздо меньшей плотности воздуха, необходимого для интенсификации промывки. Внедрение воздушной промывки потребует установки дополнительных труб с меньшей площадью перфорации, чем на водяных трубах, и установки коллекторов для транспортирования воздуха к воздухораспределительным трубам. Это существенно усложняет монтаж, повышает стоимость системы и снижает экономический эффект от внедрения водовоздушной промывки на стадии реконструкции.
Наиболее близким техническим решением является дренажно-распределительная система коллекторно-лучевого типа, состоящая из дренажных колпачков и распределительных труб, установленных по всей площади фильтра, отличающаяся тем, что дренажные колпачки для установки в отверстия распределительных труб выполнены из полипропилена и состоят из фильтрующей головки со щелевыми соплами и аксиальной шлицевой муфтой крепления в виде шести лепестков, фильтровой трубы, длина которой зависит от диаметра распределительной трубы и распорного конуса крепления, при этом герметичность соединения дренажных колпачков обеспечивается посредством эластичных прокладок, а распределительные трубы из полипропилена в зависимости от типа фильтра имеют различный диаметр, при этом отверстия в трубах для дренажных колпачков расположены в одну прямую линию с равным шагом в пределах 200-260 мм и одинаковым диаметром 28 мм, кроме того, распределительные трубы расположены в одной плоскости параллельно друг другу с равным шагом в диапазоне 240-260 мм относительно осей труб, причем одним концом они закреплены в коллекторе, а другой находится в свободном положении (см. патент РФ 32409, B01D 24/00, 2003 г.).
К недостаткам прототипа можно отнести наличие большого количества мелких деталей - колпачков, усложняющих монтаж дренажной системы в фильтре. Возможны случаи, когда всего лишь один колпачок оказывается недостаточно прочным или неправильно смонтированным, так что в процессе промывки фильтра такой колпачок может быть поврежден или сорван потоком промывной воды. Это повлечет попадание загрузки в распределительную систему и, как следствие, аварийный останов фильтра, перезагрузку фильтрующего материала, чистку распределительной системы и замену сломанного колпачка. Также повреждения колпачков вероятны при перегрузке фильтрующего материала, которая в большинстве случаев выполняется вручную - лопатами. В связи с этим возрастают требования к качеству материалов и монтажу колпачков. Таким образом, повышается себестоимость дренажно-распределительной системы за счет использования дорогих качественных материалов или, при использовании дешевых материалов, снижается надежность фильтра. Также при ремонте существующих дренажно-распределительных систем фильтров, построенных по требованиям СНиП 2.04.02-84*, расстояния между трубами по осям (до 350 мм) значительно превышают заявленные в патенте, что не позволяет использовать описанную систему без реконструкции существующего коллектора, что в конечном итоге приводит к удорожанию ремонтно-строительных работ при реконструкции дренажно-распределительной системы.
Задача, решаемая изобретением, - упрощение монтажных работ на объекте, повышение эксплуатационной надежности, снижение себестоимости дренажно-распределительной системы и себестоимости очистки воды.
Решение поставленной технической задачи достигается следующим образом. Дренажно-распределительная система коллекторно-лучевого типа состоит из распределительных труб, лежащих в одной плоскости и равномерно расположенных по площади фильтрующей установки. С одной стороны трубы герметично присоединены к коллектору, а с противоположной - заглушены.
По верхней образующей труб выполнены отверстия, в которые крепятся патрубки (трубочки) с отверстием на верхней части и вертикальной щелью на нижней части для равномерного распределения воздуха по длине всей трубы на стадии воздушной продувки. Причем длина патрубков зависит от диаметра распределительных труб.
На этапе воздушной промывки воздух вытесняет воду и заполняет верхнюю часть трубы на высоту патрубков, распределяясь по всей длине труб (фиг. 1, 7, 8). Это позволяет равномерно распределять воздух по тем же распределительным трубам, что и воду, что существенно снижает себестоимость внедрения водовоздушной промывки и снижает себестоимость водоподготовки в целом за счет экономии промывной воды (согласно "Пособие к СНиП 2.04.02-84" экономия до 50% в сравнении с классической водяной промывкой).
Также на верхней образующей трубы выполнены дополнительные отверстия, диаметром меньше живого сечения патрубков - для выпуска воздуха и увеличения производительности как на стадии фильтрации, так и промывки.
Поверх отверстий на трубы монтируется желобок арочной формы (из коррозионно-стойких марок сталей) со щелями, размер и количество щелей выбирается в соответствии с гидравлическим расчетом - в зависимости от площади фильтрации и размера фракций фильтрующего материала. Арочная форма желобка повышает эксплуатационную надежность (нет дискретно-выступающих над поверхностью трубы пластиковых частей, которые можно повредить лопатой или запнуться ногой). Это исключает возможность случайного повреждения системы. Использование арочного желобка со щелями, установленного по всей длине трубы вместо дискретно установленных щелевых элементов - колпачков, упрощает монтажные работы на объекте (желобок со щелями монтируется в заводских условиях). За счет непрерывного расположения щелей по всей длине распределительной трубы увеличивается общее количество щелей и, следовательно, снижается гидравлическое сопротивление системы в целом, что увеличивает ее производительность и позволяет располагать трубы на больших межосевых расстояниях, что также снижает себестоимость реконструкции фильтра.
Краткое описание чертежей.
Дренажно-распределительная система с водовоздушной промывкой водоподготовительной установки состоит из коллектора (условно не изображен) и присоединенных к коллектору труб (поз. 1), равномерно расположенных по площади сооружения. С одной стороны трубы имеют средства крепления к коллектору (фланец, муфта, резьба, посадочный конус, прямой участок под зачеканку в гильзу и т.п.), с противоположной - заглушены (поз. 3). В верхней части трубы выполнены отверстия, в которые крепятся патрубки (поз. 2). Между штуцерами на верхней образующей трубы выполнены дополнительные отверстия меньшего диаметра (поз. 4).
Каждая распределительная труба над отверстиями накрывается желобком (поз. 5) со щелями (поз. 7), шириной t. Размер и количество щелей определяется гидравлическим расчетом и зависит от размера фракции загрузки, ширина t обычно на 0,1 мм меньше размера минимальных частиц фракции фильтрующей загрузки. Желобок в поперечном сечении выполнен в форме сегмента окружности (см. Фиг. 2-8) или эллипса. Расположен желобок вдоль образующей трубы и имеет заглушки (поз. 6) в начале и конце для герметизации желобка с трубой.
Желобок может быть выполнен в следующих вариантах:
1. Из листовой стали (коррозионно-стойкой) с выполненными на нем щелями, расположенными как вдоль, так и поперек образующей трубы, методами:
1.1 Методами штамповки или просечки - с щелями в форме козырьков с одной (тип «жалюзи» - см. Фиг. 2) или двумя щелями («мост» - см. Фиг. 3), - а также других подходящих форм или их комбинаций.
1.2 Методами лазерной обработки, электроэрозионной обработки, пробивкой и т.п. - в виде плоских отверстий или щелей в форме линии и любых других геометрических форм.
2. Сварной - из проволоки с треугольным профилем из коррозионно-стойких марок стали (см. Фиг. 6). Желобок сварен из двух основных элементов - ребер жесткости, к которым крепятся ряды треугольной проволоки с зазором, наличие которого и обуславливает наличие щелей с расширяющимся профилем на желобке. В зависимости от выбранной схемы силовые ребра могут располагаться как вдоль желобка (тогда треугольная проволока присоединяется к ним поперечными рядами с зазором), так и поперек (тогда треугольная проволока крепится к ним продольно расположенными рядами с зазором).
Распределительная труба может выполняться как из полимерных материалов (ПНД, ПВХ, полипропилен и др.), так и из металлов и сплавов, в том числе коррозионно-стойких.
К металлической трубе желобок может крепиться различными способами - сваркой (см. Фиг. 7) заклепками (см. Фиг. 8), винтами, саморезами или другим способом, обеспечивающим надежное крепление желобка к трубе.
Крепление желобка к полимерной трубе может осуществляться различными способами: посадкой в пазы с последующим прижимом хомутами поз. 10 (см. фиг. 1, 5, 6), крепление по типу «ласточкин хвост», креплением на заклепки (Фиг. 8), винты или другой способ, обеспечивающий надежное крепление желобка к трубе.
Крепление штуцеров (поз. 2) к каркасу (поз. 1) может осуществляться следующими способами: резьбой (в том числе с последующей установкой дополнительных штифтов против вывинчивания), сваркой, аксиальной лепестковой муфтой (число лепестков не менее 2) с распорной гайкой и т.п.
Устройство работает следующим образом
Очищаемая жидкость после прохождения слоя загрузочного (фильтрующего) материала через щели (поз. 7), патрубки (поз. 2) и отверстия (поз. 4) поступает в полость труб (поз. 1), откуда движется в водосборный коллектор и далее резервуар чистой воды. По завершении цикла фильтрации начинается цикл промывки фильтрующей загрузки. На первом этапе промывки (см. Фиг. 1) воздух через коллектор подается в полость труб (поз. 1), откуда через отверстия и щели патрубков (поз. 2), отверстия в трубах (поз. 4), щели (поз. 7) он поступают в загрузку для ее регенерации. На втором этапе промывки вода через коллектор подается в полость труб (поз. 1), откуда через отверстия, щели и живое сечение патрубков (поз. 2), отверстия в трубах (поз. 4), щели (поз. 7) он поступают в загрузку для ее отмывки и выноса загрязнений в промывные желоба.
Возможна промывка, когда через коллектор в трубы (поз. 1) одновременно подается вода и воздух, откуда через патрубки (поз. 2) и отверстия (поз. 4) водовоздушная смесь поступает в пространство под желобком и через щели (поз. 7) они поступают в загрузку для ее регенерации и отмывки и выноса загрязнений в промывные желоба.