СИСТЕМА УФ-ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ С БЕСКОНТАКТНОЙ ОЧИСТКОЙ
SYSTEM OF UV-DECONTAMINATION WITH CONTACTLESS PURIFICATION

Изобретение относится к системе УФ-обеззараживания сточных и питьевой вод, которая характеризуется признаками ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.
Известно, что жидкости, насыщенные микроорганизмами, такие как сточные воды и питьевая вода, могут быть обработаны с помощью УФ-излучения. При этом очищенная сточная вода может быть обеззаражена до такой степени, что она может быть введена в реки или воду, используемую для мытья. С помощью УФ-излучения питьевая вода может быть обеззаражена так, что она становится подходящей для бытового потребления.
Для обеззараживания используют ртутные излучатели низкого или среднего давления, которые защищают трубчатыми оболочками и погружают в подлежащую обработке воду. Указанные излучатели и трубчатые оболочки изготавливают из материала, проницаемого для УФ-излучения. На практике для этой цели используют кварц. Внешняя поверхность трубчатых оболочек находится в непосредственном контакте с окружающей жидкостью, и именно на этой поверхности в процессе работы со временем формируются отложения любого вещества, которое выделяется из окружающей жидкости. Это может быть неорганический материал, такой, например, как гидроокись кальция. Однако это могут быть также отложения органического материала.
Из-за образования таких отложений на внешней поверхности трубчатых оболочек интенсивность испускаемого в жидкость УФ-излучения уменьшается. Применительно к настоящему изобретению в дальнейшем будет рассматриваться образование плотного отложения на поверхности.
Чтобы удалить такие плотные отложения, предлагалось извлекать из воды излучатели после временного прекращения их работы и производить очистку трубчатых оболочек. Предлагалось также очищать излучатели в закрытых каналах после временного прекращения протекания жидкости путем заливки канала жидкостью, содержащей кислоту. Однако такие решения не подходят для более крупных установок. Невыгодно даже временное прекращение работы излучателей.
Впоследствии были разработаны различные методы автоматизированной очистки трубчатых оболочек. Каждое из таких решений основано на использовании колец, которые размещают вокруг цилиндрических трубчатых оболочек и затем проталкивают вдоль них с помощью привода. Механический контакт между кольцом и трубчатой оболочкой будет приводить к очистке. Различные такие решения показали свою пригодность для определенных случаев применения.
Например, из документа US 5418370 известно устройство для очистки трубчатой оболочки излучателя, содержащее кольцо, плотно прилегающее к трубчатой оболочке. В кольце имеется камера, которая сообщается с трубчатой оболочкой и в которую подают очищающую жидкость. Имеется также привод для перемещения кольца вдоль трубчатой оболочки. В процессе этого перемещения очищающий агент постепенно будет контактировать со всей поверхностью трубчатой оболочки и осуществлять по месту удаление плотных отложений.
Подобное решение известно и из документа US 6013917, в соответствии с которым очищающее кольцо снабжено двумя уплотнениями, размещенными вдоль оси трубчатой оболочки на определенном расстоянии друг от друга и обеспечивающими уплотнение камеры по отношению к окружающей жидкости. С помощью системы заполнения в камеру подается очищающая жидкость, которая в процессе перемещения очищающего кольца в осевом направлении вступает в контакт с поверхностью трубчатой оболочки по всей ее длине, отделяя плотные отложения. Проблема, возникающая при использовании очищающих колец такого типа, заключается в проведении процесса очистки в случае образования на поверхности трубчатой оболочки плотных известковых отложений. Функционирование камер, находящихся внутри колец, зависит от качества уплотнения относительно окружающей жидкости, которое должно быть настолько хорошим, насколько это возможно. Это уплотнение повреждается плотными известковыми отложениями, в результате чего очищающая жидкость не может полностью оставаться в камере, и происходит ее утечка или повышенное потребление. При использовании такой системы для обеззараживания питьевой воды нежелательно, чтобы значительное количество очищающей жидкости вытекало в питьевую воду.
В документе DE 10010127 А1 представлено очищающее кольцо, а поверхность трубчатой оболочки окружена вспененным материалом с открытыми порами. Очищающую жидкость подают в этот вспененный материал. В этом случае за счет эластичности вспененного материала очищающее кольцо все это время будет полностью прилегать к поверхности трубы-оболочки. За счет открытых пор очищающая жидкость не может в нежелательной степени просачиваться в окружающую воду. Такое техническое решение, как было доказано, является полезным, в частности, для жидкостей, содержащих кальций. Однако при непрерывной очистке существует опасность, что трубчатые оболочки могут быть поцарапаны.
Существуют также очищающие кольца, которые работают без подвода очищающей жидкости. Такие очищающие кольца производят чисто механическую очистку поверхности трубчатой оболочки.
Так, из документа US 5942109 известна система излучения, используемая в прудах, предназначенных для разведения рыбы. Эта система содержит очищающее кольцо для трубчатой оболочки УФ-излучателя, на внутренней поверхности которого имеются щетки. Щетки опираются на поверхность трубчатой оболочки и очищают поверхность трубчатой оболочки посредством перемещения вдоль оси. Для использования при обеззараживании питьевой воды или сточных вод такое решение до настоящего времени не предлагалось. Однако при непрерывной работе здесь также следует ожидать истирания щеток и повреждения поверхности трубчатой оболочки.
В документе DE 10125507 А1 описано механически действующее очищающее кольцо, содержащее направляющую камеру и лезвия, ориентированные в направляющей камере перпендикулярно поверхности трубчатой оболочки. Лезвия выполнены в виде винтового кольца, которое установлено в упругодеформированном состоянии вокруг поверхности трубчатой оболочки и опирается на нее вследствие своей упругости. Такое очищающее устройство является саморегулирующимся, компенсируя любое истирание. В процессе работы при контактировании лезвий с поверхностью трубчатой оболочки достигается высокое давление очищающего кольца на эту поверхность. В результате очищающий эффект является стабильно хорошим. Однако здесь также существует опасность того, что поверхность трубчатой оболочки со временем будет повреждена.
Таким образом, не известна система УФ-излучения, в которой поверхность трубчатой оболочки может быть очищена во время проведения рабочего процесса бесконтактным образом с исключением любых ее повреждений.
В связи с этим задачей настоящего изобретения является разработка системы УФ-излучения, поверхности трубчатых оболочек которой могут быть очищены бесконтактным способом.
Эта задача решается с помощью системы, которая характеризуется признаками пункта 1 формулы изобретения.
Поскольку согласно изобретению на некотором расстоянии от поверхности трубчатой оболочки расположено по меньшей мере одно очищающее кольцо с отверстиями, направленными в сторону трубчатой оболочки, и имеются средства подачи жидкости под давлением в указанные отверстия, чтобы жидкость под давлением направлялась на поверхность трубчатой оболочки в виде очищающей струи, исключено какое-либо царапание поверхности трубчатой оболочки вследствие отсутствия любого механического контакта между очищающим кольцом и трубчатой оболочкой. В то же время подача жидкости под высоким давлением в кольцевой зазор между очищающим кольцом и поверхностью трубчатой оболочки будет обеспечивать отслаивание любых плотных отложений, которые образовались на этой поверхности.
Если используется несколько очищающих колец с общим держателем и общим источником подачи жидкости под давлением, то для нескольких излучателей излучающего устройства может быть использован общий привод и общий источник давления. Кроме того, если перемещение очищающих колец в осевом направлении трубчатых оболочек осуществляется гидравлически, то для такого перемещения может быть использовано давление очищающей жидкости. В этом случае требуется только один внешний источник давления, как для очистки, так и для осуществления перемещения, обеспечивающего ее проведение. Перемещение может быть осуществлено в данном случае с помощью гидроцилиндра двойного действия. Однако может быть также использован шпиндель с приводом от турбины, приводимой в действие жидкостью под давлением.
Варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны далее со ссылкой на чертежи.
На фиг.1 показано очищающее кольцо, имеющее ряд сопел, вид в продольном разрезе;
на фиг.2 - то же, вид в перспективе;
на фиг.3 показано несущее устройство для системы из двенадцати очищающих колец, вид в перспективе;
на фиг.4 показан держатель для нескольких очищающих колец с гидравлическим приводом;
на фиг.5 показан блок с шестью УФ-излучателями и с системой очистки, показанной на фиг.3.
Как показано на фиг.1, очищающее кольцо 1 имеет основной корпус 2 и выполнено по существу осесимметричным относительно продольной оси 3, которая при функционировании устройства определяет также осевое направление системы УФ-обеззараживания.
Очищающее кольцо 1 на внутренней поверхности, обращенной к оси 3, имеет непрерывный канал 4. Этот канал с одной стороны питается через соединительное отверстие 5, а с другой стороны сообщается с соплами 6, которые проходят от канала 4 к внутренней окружной поверхности очищающего кольца 1. Основной корпус 2 ограничен внешней кольцевой поверхностью 7 и двумя торцевыми поверхностями 8 и 9, расположенными напротив друг друга в направлении оси 3. Сопла 6 распределены по внутренней кольцевой поверхности 10 очищающего кольца 1. Внутренняя кольцевая поверхность 10 является частью отдельного кольцевого элемента 11, вставленного в основной корпус 2. После внутренней кольцевой поверхности 10 элемент 11 имеет наклоненную в направлении к оси 3 поверхность 12 и кольцевой участок 13 с меньшим поперечным сечением. Кольцевой участок 13 в свою очередь имеет на внешней кольцевой поверхности 14 кольцевую канавку 15, открытую с внешней стороны. Канавка 15 используется для удержания очищающего кольца в приводе и направляющем устройстве.
На фиг.1 показана также цилиндрическая трубчатая оболочка 42, имеющая форму кругового цилиндра. Она расположена вдоль оси 3 и имеет диаметр, меньший внутреннего диаметра очищающего кольца 1, так что между кольцевым участком 13 и трубчатой оболочкой 42 образован кольцевой зазор d. Расстояние между поверхностью трубчатой оболочки и кольцевой поверхностью 10, на которой находятся сопла 6, превышает величину кольцевого зазора d.
На фиг.2 очищающее кольцо 1 показано в перспективе. Одинаковые элементы обозначены на этой фигуре такими же ссылочными номерами позиций, что и на фиг.1.
Для изготовления состоящей из двух частей конструкции очищающего кольца 1 первоначально изготавливают основной корпус 2, в котором выполнена часть кольцевого канала 4 в виде внутренней круговой канавки, открытой в сторону оси 3. Внутреннее кольцо 11 выполняют с наклонной поверхностью, внутренней окружной поверхностью 13 и канавкой 15, а также с большим количеством сопел 6 и затем вставляют это внутреннее кольцо в основной корпус 2 так, чтобы сопла сообщались с каналом 4, который в остальном выполнен закрытым в направлении внешней стороны.
В процессе работы в канал 4 подают жидкость под высоким давлением через соединительное отверстие 5, после чего эта жидкость вытекает через сопла 6 во внутренний зазор очищающего кольца. Давление жидкости составляет от 5 до 200 бар, предпочтительно от 20 бар до 100 бар, в частности составляет приблизительно 50 бар. В качестве источника жидкости под давлением предпочтительно используют насос поршневого типа, как это известно, например, для очищающих устройств высокого давления. В качестве жидкости под давлением предпочтительно используют воду, которая может быть также отобрана из потока воды, подлежащей очистке, или воды, которая уже очищена. Возможно, но не необходимо, добавление химических очищающих веществ, или растворителей, или кислот.
На фиг.3 показана конструкция системы из 12 очищающих колец 1, установленных в держателе 20. Держатель 20 несет верхний и нижний ряды 21 и 22 из шести очищающих колец 1 в каждом ряду. Очищающие кольца 1 расположены так, что каждое очищающее кольцо верхнего ряда 21 находится на одной оси с другим соответствующим очищающим кольцом нижнего ряда 22 и коаксиально оси 3.
Конструкция держателя 20 включает в себя подводящие трубки 23. Каждое очищающее кольцо 1 снабжено одной соответствующей подводящей трубкой 23. Эта подводящая трубка соединена с соединительным отверстием 5, имеющимся в соответствующем очищающем кольце 1. Общая коллекторная труба 24 проходит от подающего патрубка 25 к подводящим трубкам 23, образуя конструкцию приблизительно Н-образной формы. Сбоку по отношению к осевому направлению 3 и вблизи рядов 21 и 22 очищающих колец 1 установлены направляющие 26, с помощью которых держателю 20 придается направление перемещения на направляющих стержнях, расположенных параллельно оси 3.
Очищающие кольца 1 удерживаются с помощью канавок 15 (на фиг.3 не показано) так, что они прочно зафиксированы в держателе 20 в направлении оси 3.
На фиг.4 показана другая схема размещения очищающих колец 1 в держателе 30. В данном случае держатель 30 выполнен в виде коллекторной трубы 31 с присоединенными к нему подводящими трубками 32. Каждая подводящая трубка 32 ведет к соединительному отверстию 5 (не показано) соответствующего очищающего кольца 1. Жидкость под давлением может быть направлена через центральный патрубок 33 в коллекторную трубу 31 и затем через подводящие трубки 32, кольцевые каналы (не показаны) внутри очищающих колец 1 и сопла 6 очищающих колец 1 жидкость выходит в направлении внутренней поверхности. Центральный патрубок 33 является также местом присоединения гидроцилиндра 35 с поршнем двухстороннего действия, который за счет передачи приводного усилия может перемещать держатель 30 с очищающими кольцами 1 вдоль оси 3. Шток 36 поршня, передающий усилия на держатель 30, доходит до центрального патрубка 33 и выполнен полым. На конце, удаленном от держателя 30, шток 36 поршня снабжен штуцером 37 для подвода жидкости под давлением, которую подают к соплам 6 указанным выше образом.
На фиг.5 показана система 40 УФ-обеззараживания для сточной и питьевой воды. Система 40 обеззараживания содержит шесть излучателей 41, представляющих собой ртутные излучатели низкого давления. Длина этих излучатели составляет приблизительно 1,5 метра. Они размещены в трубчатых оболочках 42 для защиты от воздействия низких температур и механического повреждения, что могло бы отрицательным образом повлиять на работу излучателей 41. Общий держатель 43 фиксирует указанные трубчатые оболочки и излучатели относительно друг друга.
Держатель 20, показанный на фиг.3, установлен в данном случае таким образом, что каждые два соосных очищающих кольца 1, расположенных коаксиально оси 3, размещены на соответствующей трубчатой оболочке. В зоне размещения направляющих 26 держатель 20 установлен параллельно трубчатым оболочкам 42 посредством двух направляющих стержней 44, параллельных этим трубчатым оболочкам. Центральный патрубок 25 соединен со штоком 45 поршня двойного действия гидроцилиндра 46. Шток 45 поршня выполнен полым, как было указано при рассмотрении фиг.4, и снабжен концевым штуцером 47 для подачи жидкости под давлением. При функционировании системы цилиндр 46 с поршнем обеспечивают перемещение держателя 20 посредством штока 45 поршня вдоль трубчатых оболочек 42, перемещая тем самым очищающие кольца 1 по существу по всей длине внешней цилиндрической поверхности трубчатой оболочки 42. В процессе такого перемещения очищающие кольца 1 не будут контактировать с поверхностями трубчатых оболочек 42, поскольку находятся от этих поверхностей на расстоянии d.
Жидкость под давлением также может быть использована в качестве приводного средства, если сопла 6 расположены под некоторым углом относительно трубчатых оболочек 42. В этом случае в направлении оси 3 будет действовать составляющая реактивной силы, и эта составляющая создает силу, действующую в одном направлении. Возвратное перемещение держателя может быть осуществлено обычным приводом, например гидроцилиндром одностороннего действия.
При использовании показанная на фиг.5 система устанавливается в канале, через который протекает предварительно очищенная сточная или питьевая вода. При работе системы со временем неизбежно будут формироваться плотные отложения органических и неорганических веществ. Для удаления этих плотных отложений к гидроцилиндру 35, 46 подводят давление для перемещения очищающих колец с помощью штока 36, 45 поршня в продольном направлении вдоль трубчатой оболочки 42. В то же время в штуцеры 37, 47 подают жидкость под высоким давлением, например воду. Через полые штоки 36, 45 поршня и держатели, в частности подводящие трубки 23, 32 и соединительные отверстия 5, эту жидкость затем подают под высоким давлением в кольцевой канал 4 каждого очищающего кольца 1. За счет высокого давления и небольшого диаметра сопел 6 жидкость будет выходить из сопел 6 с высокой скоростью в по существу радиальном направлении внутрь от кольцевой внутренней поверхности 10 очищающего кольца, воздействуя на внешнюю поверхность трубчатой оболочки 42 и реализуя очистку бесконтактным образом за счет механического удаления с этой поверхности любых плотных отложений. Зазор между очищающим кольцом 1 и трубчатой оболочкой 42 сужается в области наклонной поверхности 12 до минимального расстояния d. Благодаря указанному сужению очищающая жидкость вытекает из зазора между очищающим кольцом 1 и трубчатой оболочкой 42 со стороны, противоположной сужению, поэтому любые плотные отложения не будут проходить в зону с минимальным зазором между внутренней поверхностью кольцевого участка 13 и трубчатой оболочкой 42, а будут вымываться в противоположном направлении. В результате такие плотные отложения не могут проникнуть в этот кольцевой зазор. Таким образом, очищающее кольцо 1 не вступает в механический контакт с поверхностью трубчатой оболочки 42, следовательно, любой контакт с поверхностью трубчатых оболочек 42, сопровождающийся царапанием поверхности при осевом перемещении очищающих колец 1, будет надежно предотвращен, и поверхность трубчатой оболочки в процессе очистки не будет повреждена.