Устройство для очистки воды в местах экологических катастроф
DEVICE FOR WATER PURIFICATION IN PLACES OF ENVIRONMENTAL DISASTERS

Область техники.
Заявляемое техническое решение относится к устройствам разделения жидкостей (эмульсий) по плотности за счет центробежной силы, а именно, к устройствам для очистки воды одновременно как от более плотных, так и от менее плотных жидкостей и частиц. Техническое решение может быть использовано для очистки воды в местах экологических катастроф.
Предшествующий уровень техники.
Известно устройство для очистки жидкости (патент RU2404839, МПК B01D17/038, 2010), содержащее корпус с входным и выходным патрубками, и спиралеобразным проточным каналом, имеющим постоянное значение площади круглого поперечного сечения. Оконечная часть канала выведена в выходной патрубок. По внешней образующей проточного канала выполнена щель для отвода примесей, соединенная по всей длине с каналом отвода примесей.
Частицы примесей движутся в потоке жидкости в проточном канале известного устройства. Под действием центробежных сил частицы примесей попадают на стенку проточного канала вблизи щели для отвода примесей, отражаются от нее и движутся к центру канала и к противоположной стенке. Затем, отражаясь от этой стенки или под действием центробежных сил частицы вновь движутся к стенке проточного канала вблизи щели. Недостатком известного устройства является форма щели для отвода примесей, занимающая относительно малую часть поверхности канала. Упомянутый выше недостаток приводит к тому, что для достижения большой степени очистки необходимо увеличивать длину проточного канала. Это приводит к увеличению материалоемкости и габаритов устройства.
Длина проточного канала сокращена в устройстве для очистки жидкости (патент RU116781, МПК B01D17/038, 2012), которое является развитием технического решения по вышеуказанному патенту RU2404839. В этом устройстве на стенке проточного канала по всей его длине дополнительно выполнены канавки, один конец каждой из которых выходит в щель под тупым углом к направлению движения потока вблизи щели.
Однако, недостатком указанного выполнения канавок под углом к направлению движения потока является образование завихрений потока на этих канавках. Это приводит к тому, что удельная эффективность очистки на единицу длины проточного канала недостаточно высокая.
Вышеупомянутые устройства относятся к отделению от жидкостей более плотных (тяжелых) фракций.
Устройство для отделения менее плотной части жидкостной смеси известно из патента RU161442 (МПК B01D17/038, 2012). Это устройство содержит корпус с входным и первым выходным патрубками, соединенными спиралеобразным первым каналом. По внешней образующей этого канала выполнена щель, соединяющая его со спиралеобразным вторым каналом, заканчивающимся вторым выходным патрубком. На половине внешнего витка первый канал выполнен сужающимся по площади поперечного сечения по ходу движения жидкости, а второй канал начинается в области начала сужения первого канала.
Несмотря на то, что в устройстве по патенту RU161442 происходит отделение из потока жидкости менее плотной части, оно предназначено для очистки именно менее плотной части от плотных примесей, в том числе твердых частиц. Для этого первый канал выполнен сужающимся. При использовании этого устройства для очистки жидкости от менее плотных частей, составляющих небольшую часть всей жидкости, сужающееся исполнение первого канала приведет к нежелательному вытеснению большой части жидкости во второй канал.
Раскрытие изобретения
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является комплексная очистка жидкости как от менее плотных загрязнений, так и от более плотных.
Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым техническим решением, является решение поставленной задачи.
Дополнительным техническим результатом является сокращение длины проточного канала при сохранении высокой степени очистки.
Сущность технического решения состоит в том, что устройство для очистки воды содержит корпус с входным и выходным патрубками, спиралеобразным проточным каналом круглого поперечного сечения, оконечная часть которого выведена в выходной патрубок. По внешней образующей проточного канала выполнена внешняя щель для отвода примесей, соединенная по всей длине с внешним каналом отвода примесей. Отличается тем, что по внутренней образующей проточного канала выполнена внутренняя щель для отвода примесей, соединенная по всей длине с внутренним каналом отвода примесей. Внешняя щель имеет в поперечном сечении сужающуюся форму. Ширина внешней щели у проточного канала больше, чем ширина этой щели у внешнего канала отвода примесей.
Вышеуказанная сущность является совокупностью существенных признаков заявленного технического решения, обеспечивающих достижение заявленного технического результата.
В частном случае внешняя щель имеет в поперечном сечении форму трапеции.
Авторами технического решения изготовлен опытный образец, испытания которого подтвердили достижение технического результата. Краткое описание чертежей.
На фиг. 1 изображен вид заявляемого устройства для очистки воды в местах экологических катастроф в разрезе по оси выходного канала, на фиг. 2 - вид устройства в разрезе А-А фиг. 1, на фиг. 3 - вид внешнего и внутреннего каналов (вид В фиг. 2 увеличено), на фиг. 4 - вид внешней щели в разрезе Г-Г фиг. 2.
Варианты осуществления технического решения.
Устройство очистки воды в местах экологических катастроф содержит корпус (1) с входным (2) и выходным (4) патрубками (фиг. 1, 2). Внутри корпуса выполнен спиралеобразный проточный канал (3) с постоянным значением площади круглого поперечного сечения, соединяющий входной (2) и выходной (4) патрубки. Проточный канал (3) выведен в выходной патрубок (4) по касательной.
Для отвода отделяемых примесей большей плотности по сравнению с плотностью основной массы жидкости (воды) по внешней образующей проточного канала (3) устройства, наиболее отстоящей от оси спирали, выполнена внешняя щель (5), соединенная с внешним каналом отвода примесей (6), через который отделяемые примеси с большей плотностью выводятся в первый приемник (не показан) (фиг. 3). Внешняя щель (5) имеет в поперечном сечении сужающуюся форму, в частности, форму трапеции (фиг. 4). Меньшее основание трапеции сообщает внешнюю щель с внешним каналом отвода примесей (6). Большее основание трапеции сообщает эту щель с проточным каналом (3). Наименьший размер внешней щели (5) определен максимальным размером твердых частиц примесей, которые устройство для очистки воды должно быть способно отводить. Предпочтительно размер внешней щели (5) со стороны внешнего канала отвода примесей составляет 1 мм, а со стороны проточного канала - 5 мм. Начало внешнего канала целесообразно располагать на четверти первого оборота проточного канала (3).
Конец внешнего канала (6) отвода примесей соединен с первым приемником через регулирующее устройство (7), выполненное с возможностью изменения площади поперечного сечения внешнего канала (6) в месте его установки. Регулирующее устройство (7) позволяет изменять скорость истечения потока отделенной жидкости и механических частиц из внешнего канала (6) отвода примесей в первый приемник, чем регулируется степень и качество очистки.
Для отвода отделяемых примесей меньшей плотности по сравнению с плотностью основной массы жидкости (воды) по внутренней образующей проточного канала (3) устройства, наименее отстоящей от оси спирали, выполнена внутренняя щель (8), соединенная с внутренним каналом отвода примесей (9), через который отделяемые примеси с меньшей плотностью выводятся во второй приемник (не показан) (фиг. 3). Внутренняя щель (8) может иметь в поперечном сечении сужающуюся форму, как и внешняя щель (5), при этом меньшую ширину шель имеет со стороны внутренней щели. Размер внутренней щели (8) может быть 1 мм. Размер внутренней щели и размер внутреннего канала (9) определяется объемом загрязнения жидкости легкими составляющими, к которым относятся, в основном, горюче-смазочные материалы (ГСМ). Начало внутреннего канала целесообразно располагать в области начала закругления проточного канала (3), например, с отступом 1-2 см от этого начала.
Конец внутреннего канала (9) отвода примесей соединен со вторым приемником через регулирующее устройство (не показано), выполненное с возможностью изменения площади поперечного сечения внутреннего канала (9) в месте его установки. Указанное регулирующее устройство позволяет изменять скорость истечения потока отделенной жидкости из внутреннего канала (9) отвода примесей во второй приемник, чем регулируется степень и качество очистки.
Устройство очистки воды работает следующим образом.
Загрязненная вода (в общем случае - загрязненная жидкость) под давлением подается во входной патрубок (2), и далее поступает в спиралеобразный проточный канал (3). Поскольку проточный канал (3) имеет криволинейную форму, на жидкость и взвешенные в ней частицы примеси действуют центробежные силы. Под действием этих сил происходит распределение по плотности частиц жидкости и примесей в поперечном сечении канала (3).
При этом частицы примесей жидкости, имеющие плотность, меньше плотности основного потока воды (например, ГСМ), вытесняются к внутренней стороне спиралеобразного проточного канала (3). Такие частицы примесей, достигнув стенки канала (3) с внутренней стороны спирали, и продолжая свое движение вдоль канала (3), через внутреннюю щель (8) попадают во внутренний канал (9) отвода примесей. Двигаясь вдоль внутреннего канала (9), указанные легкие фракции отводятся во второй приемник через соответствующее регулирующее устройство. Изменением площади поперечного сечения в месте установки регулирующего устройства достигается изменение пропускной способности внутреннего канала (9), что приводит к изменению количества жидкости малой плотности, отводящихся из устройства очистки, и, следовательно - к изменению степени очистки.
Частицы механических примесей и примесей жидкости, имеющие плотность, больше плотности основного потока, прижимаются к внешней стороне спиралеобразного проточного канала (3). Такие частицы примесей, достигнув стенки канала (3) с внешней стороны спирали, и продолжая свое движение вдоль канала (3), через внешнюю щель (5) попадают во внешний канал (6) отвода примесей. Выполнение внешней щели (5) трапецеидальной, широким основанием сообщающейся с проточным каналом, позволяет захватить в щель большее количество частиц примесей, достигших этой щели, по сравнению с аналогами, описанными в патентах RU2404839 и RU116781. При этом не возникает завихрения потока вблизи этой щели, как в устройстве по патенту RU116781. Площадь входа во внешнюю щель (5) со стороны проточного канала (3) больше, чем такая же площадь в устройства по патенту RU2404839 и площадь щели и канавок в устройстве по патенту RU116781. Если частицы примесей, двигаясь к щели (5), ударяются о ее стенки, то происходит их «отскок» в сторону внешнего канала (6) отвода примесей, а не в сторону проточного канала. Этим объясняется увеличение удельной эффективности единицы длины заявленного устройства в части отделения более плотных составляющих исходной жидкости по сравнению с аналогами RU2404839 и RU116781. Таким образом становится возможным сократить длину проточного канала, снизив материалоемкость и размер устройства.
Выполнение ширины внешней щели (5) у внешнего канала (6) отвода примесей меньшего размера направлено на снижение вероятности обратного выхода частиц, попавших в этот канал, в проточный канал (3).
Двигаясь вдоль внешнего канала (6) частицы примесей отводятся в первый приемник через регулирующее устройство (7). Изменением площади поперечного сечения в месте установки регулирующего устройства (7) достигается изменение пропускной способности внешнего канала (6), что приводит к изменению количества частиц примеси, отводящихся из устройства очистки, и, следовательно - к изменению степени очистки.
Очищенная вода попадает в выходной патрубок (4), откуда выводится из устройства очистки.
Заявляемое устройство не содержит движущихся частей, уплотнительных элементов и полностью герметично. Это обеспечивает высокую надежность устройства в эксплуатации.
При работе на местах экологических катастроф целесообразно иметь набор устройств очистки с разным размером щелей и каналов для обеспечения возможности выбора подходящего по производительности устройства в зависимости от вида и объема загрязнений. Промышленная применимость.
Заявляемое устройство очистки воды в местах экологических катастроф реализовано с использованием промышленно выпускаемых устройств и материалов, может быть изготовлено на любом машиностроительном предприятии и найдет широкое применение.