ЦИЛИНДРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДВУСТАДИЙНОЙ ОЧИСТКИ КАНАЛИЗАЦИОННЫХ КОЛОДЦЕВ И ЖИЖЕСБОРНИКОВ
CYLINDRICAL APPARATUS FOR TWO-STAGE CLEANING OF SEWAGE WELLS AND LIQUID MANURE TANKS

Цилиндрическое устройство двухстадийной очистки канализационных колодцев и жижесборников относится к технике безопасности работающего в них оператора при обслуживании, контрольных осмотрах, ликвидации засорений и ремонтах.
Известно устройство для очистки дренажных колодцев (А.с. №1298321 E03F 7/00, Е02В 11/00), содержащее гидрорыхлитель, к которому подвешен напорный трубопровод для подачи воды, расположенную вокруг гидрорыхлителя эластичную пустотелую трубу и пульповод. Оно снабжено резервуаром с трубопроводом для подачи воздуха и отвода пульпы и тормозными колодками, которые установлены над гидрорыхлителем, под резервуаром. В резервуаре размещен выходной патрубок пульповода с установленным на его торце запорным клапаном, выполненным с включателями электроклапанов, размещенных на напорном трубопроводе для подачи воды в гидрорыхлитель и на трубопроводе для подачи воздуха в резервуар.
Недостатками данного устройства являются:
1) сложность устройства и сложность использования и регулировки;
2) устройство не позволяет удалять вредные примеси в зоне ниже эластичной кольцевой пустотелой пробки, смонтированной на корпусе гидрорыхлителя;
3) разрыхленный гидрорыхлителем слой в дренажном колодце гидромелиоративных систем является постоянным источником выделяемых вредностей, которые не могут быть полностью удалены, поскольку они постоянно генерируются.
Известна система вентилирования заглубленных выработок (А.с. №1652735 F16L 55/ 07, E03F 5/08). Система вентилирования заглубленных выработок содержит вертикальную скважину с нагнетателем воздуха и горизонтальную выработку, соединенную с последней. Она дополнительно содержит горизонтальный вентиляционный канал, водопроводный колодец с задвижкой, верхний коллектор и термолюк. Нагнетатель выполнен в виде пропеллерной гидротурбины с вентиляторной крыльчаткой, напорным и отводящим трубопроводами. Вентиляционный канал соединяет вертикальную скважину с верхним коллектором, а в месте их соединения установлена гидротурбина; напорный трубопровод размещен в водопроводном колодце, а отводящий соединен с верхним коллектором. Место установки гидротурбины расположено выше уровня верхнего коллектора, а скважина закрыта сверху термолюком.
Недостатками данной системы вентилирования является:
1) создаваемая в устройстве приточно-вытяжная вентиляция является низкоэффективной по причине несущественного разрежения в вертикальной скважине;
2) наличие воды в конструкции затрудняет ее эксплуатацию в холодный период года;
3) система вентиляции заглубленных выработок неработоспособна в случае перебоев с водообеспечением.
Известно устройство для очистки канализационных колодцев и жижесборников от вредных газов [RU 2563375, E03F 5/08], содержащее вертикальную скважину, нагнетатель воздуха, напорный и отводящий трубопроводы. Последние, оснащенные вентилями и предохранительными клапанами, соединены через выпускные и всасывающие клапаны компрессора соответственно, при этом каждый из трубопроводов в нижней части имеют отверстия на равном расстоянии друг от друга по высоте трубопроводов с равномерным уменьшением диаметра отверстий от сопла Лаваля, при этом диаметры нижнего ряда отверстий больше диаметров верхнего ряда отверстий в 2 раза, с шагом по высоте 0,1 диаметра трубопровода, и суммарной площадью, равной 25% площади сечения трубопровода, при этом отверстия расположены в горизонтальной площади сечения трубопровода симметрично относительно друг друга, и со смещением горизонтальных рядов отверстий относительно предыдущего ряда, а на отводящем трубопроводе установлен датчик загазованности.
Недостатками устройства являются:
1. Необходимость замены индикатора наличия газового состава, который находится в колодце (жижесборнике);
2. Отсутствие возможности автоматического перекрытия процесса нагнетания воздуха на процессе вытяжки;
3. Отсутствие практической возможности очистки внутренних поверхностей колодца (жижесборника) от различных засохших остатков содержимого, что сужает рабочий объем (рабочее пространство) колодца (жижесборника).
Наиболее близкими к заявленному устройству является устройство для очистки канализационных колодцев и жижесборников от вредных газов [RU 2673744, E03F 5/08], характеризующееся тем, что в качестве нагнетателя воздуха используется центробежный компрессор или турбокомпрессор, например тракторов, автомобилей или комбайнов с дизелями, на входе которых установлена заслонка, при этом на каждом из трубопроводов нагнетательном и отводящем в нижней их части выполнены заодно с ними 3-4 ряда дугообразных трубопроводов длиной не более 0,5 диаметра вертикальной скважины и находящийся между ними прямой трубопровод длиной не более 0,4 радиуса вертикальной скважины, расположенный в одной горизонтальной плоскости с дугообразными трубопроводами, при этом диаметры этих трубопроводов равны между собой, а на дугообразных и прямых трубопроводах выполнены отверстия одинакового диаметра по их длине, при этом диаметры отверстий на этих трубопроводах равны диаметрам отверстий напорного или отводящего трубопровода на уровне расположения дугообразных и прямых трубопроводов, при этом электромагнитный клапан напорного трубопровода имеет проходное сечение в 2 раза меньшее, чем проходное сечение электромагнитного клапана выброса нагнетаемого воздуха в атмосферу.
Недостатками известного устройства являются:
1. Отсутствие блока индикаторов на гамму возможных вредных газов, содержащихся в колодце (жижесборнике).
2. Невозможность автоматического определения момента полной очистки колодца от гаммы вредностей и возможности начала работы в колодце (жижесборнике) оператора;
3. Недостаточная турбализация вредных газов с нагнетаемым воздухом по причине статичного положения элементов устройства;
4. Невозможность автоматической очистки внутренних поверхностей колодца (жижесборника) от налипших остатков содержимого в них.
Задача изобретения - повышение безопасности, эффективности качества очистки колодцев - жижесборников от вредных газов и их внутренней круговой поверхности от налипших остатков содержимого автоматизации процессов.
Поставленная задача решается за счет того, что цилиндрическое устройство для двустадийной очистки канализационных колодцев и жижесборников содержит; вертикальную скважину; нагнетать воздуха - откачиватель (высасыватель) смеси воздуха с вредными газами; автоматический индикатор фиксации вида и концентрации откачиваемых (высасываемых из вертикальной скважины - внутреннего объема колодцев -жижесборника) газов с указанием предельно - допустимых концентраций (ПДК) и непрерывной (визуальной, звуковой, речевой, световой, шумовой) индикации; блок цилиндрических нагнетательно-вытяжных элементов, смонтированных симметрично на центральной осевой трубе диаметром 50 мм по всей ее длине, равной высоте очищаемого пространства, с просверленными в ней отверстиями диаметром от 6 до 3 мм. на определенных участках трубы по ее высоте (учитывая послойное распределение вредных газов в связи с различием их плотностей); блока нагнетательно-вытяжных элементов (выполнены в виде не менее трех пустотелых колец с труб-пластик, металл-диаметром не менее 25,4 мм с просверленными по всему кругу отверстиями диаметром не менее 4 мм в верхних, нижних и боковых поверхностях в шахматном порядке, разделенных равномерно на 8 сегментов трубками-радиусами с аналогичными отверстиями, соединяясь с внутренними пространствами кольца, а в центре - с кольцом-муфтой с 8-мью отверстиями, позволяющими соединить внутреннее пространство центральной трубы с внутренними пространствами трубок-радиусов, а значит и цилиндрических колец всех трех рядов, обеспечивая в стыках герметичности), при этом внешний диаметр каждого из 3-х цилиндрических пустотелых колец составляет 0,95 внутреннего диаметра колодца - жижесборника), а верхняя часть центральной трубы является основой для размещения на ней индикатора типа и концентрации газа с анализатором их состава, механизма автоматического регулирования статического или динамического положения указанного блока нагнетательно-вытяжных элементов, обеспечивающего реверсирование электродвигателем или посредством механизма червячной пары (как у рулевого колеса автомобиля или кривошипно-шатунного механизма) с запрограммированной динамикой. В нижней части центральной трубы крепится легкая тарелка (пластик, дюраль) диаметром не более 0,98% внутреннего диаметра колодца - жижесборника для сбора остатков с очищенного блока нагнетательно-вытяжных устройства с круговых боковых поверхностей колодца - жижесборника и последующего удаления за пределы внутреннего пространства колодца. Цилиндрическое устройство содержит блок запрограммированного автоматического регулирования технологического процесса нагнетания - вытяжки и обеспечения статического или динамического режима работы устройства.
Новые существенные признаки:
1. Обеспечивается автоматизация непрерывной индикации типа и состава удаляемых из колодца - жижесборника вредных газов и сравнения их уровня с предельно-допустимыми концентрациями (ПДК) или уровня ПДУ с информацией содержания блока «Безопасно», что позволяет начинать работу операторов внутри колодцев по установленной технологией, определяемой в наряде - допуске.
2. По запрограммированной схеме, учитывающей состояние по загазованности предстоящего объекта для работы, определяется режим нагнетания воздуха - вытяжки вредных газов в положении «статика», когда блок цилиндрического устройства находится в постоянном, установленном программой, положении (статика) или «динамика», когда этот блок перемещается автоматически с запрограммированной скоростью в переделах габаритов по высоте колодца-жижесборника, совершая автоматически вертикальные возвратно-поступательные движения, перекрывая воздействием нагнетания - вытяжки всю внутреннюю поверхность колодца-жижесборника и обеспечивая тем интенсивный воздухообмен содержащихся в них газов и вытеснения их за пределы пространства колодца-жижесборника.
3. В положении цилиндрического блока «статика» или «динамика» обеспечивается очистка боковых круговых поверхностей пространства колодца-жижесборника от скопившихся взвесей и остатков содержимого и опускание их вниз ко дну колодца на сборную цилиндрическую тарелку для последующего удаления за пределы колодца-жижесборника.
4. Автоматизация процесса нагнетания-вытяжки и очистки боковых круговых поверхностей колодца-жижесборника в статическом и динамическом режимах облегчает труд операторов за счет устранения возможности восприятия неприятных запахов и исключения субъективизма при работе, повышая уровень безопасности операторов.
5. Автоматическая индикация видов и концентрации вредных газов и автоматическое сопоставление с предельно-допустимыми значениями повышает оперативность выполнения работы, исключает возможности травмирования и отравление операторов канализационных систем и жижесборников.
6. Предложенные решения повышают надежность работы и позволяют в дальнейшем постепенно переходить к поэтапной роботизации столь высоко опасных работ таких, как обслуживание, ремонты и устранение неработоспособности канализационных систем жизнедеятельности объектов АПК и жилищно-коммунального хозяйства.
Технический результат.
Предложенные решения обеспечивают интенсивное перемешивание свежего воздуха с вредными газами во всем пространстве колодца -жижесборника, включая застойные зоны в нижней части, где скапливаются газы с повышенной плотностью.
Автоматизация процессов технологической очистки повышают качество работы и сокращаются сроки ее выполнения, исключая субъективизм. Обеспечение автоматизации возвратно-поступательного движения, индивидуального цилиндрического блока по заданным программам открывает возможности для детального учета вида и состава вредных газов, повышая вероятность обеспечения безопасности практически в 2 раза. Автоматическая очистка устройством внутренней поверхности колодца - жижесборника от загрязнений содержимых в них веществ облегчает санитарно-гигиенические условия труда операторов в 1,8-2 раза, устраняя часть запахов и загрязнений. Автоматизация процессов очистки колодцев и жижесборников от вредных газов и их внутренних поверхностей от загрязнений облегчают труд операторов в 2 раза, устраняя ручные работы по очистке.
Перечисленные новые существенные признаки в совокупности с известными необходимы и достаточны для достижения технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объект правовой защиты.
Ниже приводится общая схема предложенного решения.
Фиг 1 - общая схема цилиндрического устройства двустадийной очистки канализационных колодцев и жижесборников.
1
2
3
4
3
1
3
2
1
1
2
3
3
Цилиндрическое устройство для очистки внутреннего пространства жижесборников и канализационных колодцев от вредных газов и их внутренних круговых поверхностей от остатков содержимого автоматизацией процессов содержит установленную в земле 1 вертикальную скважину в виде колодца или жижесборника 2, трубопровод 3, который имеет круговые отверстия 4 по всей высоте Н крестообразно по кругу на равном расстоянии по высоте через 3 см друг от друга с диаметром 6 мм на высоте H от установленного в нижней части трубопровода сопла Лаваля 5, а на высотах Н, Н и H соответственно 5 мм, 4 мм и 3 мм. Кроме того, на трубопроводе 3 перед опусканием его в колодец при открытом люке 6 монтируется не менее трех цилиндрических круга 7 из пластика или металла с внутренним диаметров не менее 19 мм. и внешним диаметром d круга, составляющим 0,95 внутреннего диаметра скважины (колодца, жижесборника) d. Каждый такой круг разбит на 8 секторов восемью трубчатыми радиусами 8, составляющими 0,95 внутреннего диаметра круга d. Последние укреплены герметично внешними концами радиусов в трубчатое сечение кругов 7 (в восьми точках через 45°), а внутренними - в муфту 9, позволяющую фиксировать образованные таким образом все нагнетательно-вытяжные секторы на трубопроводе 3 на различной по высоте поверхности его. Во всех указанных секторах (кругах с их радиусами) и тонкостенных трубках из металла или пластика имеются отверстия соответственно 10 и 11 диаметром от 4-х мм в нижнем секторе, 4 мм во втором снизу секторе и 3 мм в верхнем секторе. Число отверстий на кругах 7 должно быть не менее 96 (по 4 с каждой внутренней и внешней боковых сторон и нижней и верхней в 3-х сечениях каждой из восьмой доли сторон круга), а на каждом радиусе 11 - по 12 отверстий на тех же сторонах, причем, отверстия выполняются ассиметрично или в шахматном порядке. При этом каждый радиус 11 внешним концом открытым сечением герметично связан с внутренним пространством круга 7, а внутренним - через муфту 9 - герметично с внутренним пространством трубопровода 3. Со стороны нижнего конца трубопровода 3 ниже сопла Лаваля на 50 мм на днище колодца-жижесборника устанавливается легковесная тарелка 12 из дюраля или пластика диаметром d (0,98 диаметра d скважины) для сбора очищаемых остатков мусора при очистке внутренних боковых поверхностей люка - жижесборника. Круги 7 с их ограничительными радиусами сегментами размещаются: нижние на высоте H=0,1 Н - глубины колодца от пола; средний Н - на высоте 0,3 Н - от нижнего, верхний Н - на высоте Н=0,35 Н от среднего (или 0,25 Н от верхнего края колодца). Подъем тарелки 12 с мусором осуществляется после освобождения пространства колодца-жижесборника металлическим стержнем с резьбой в нижнем конце части, ввинчивая его в резьбовое отверстие 13 тарелки.
Нагнетание воздуха - вытяжка газов из пространства колодца - жижесборника осуществляется через фильтр 14 от турбокомпрессора 15 дизелей автомобилей, комбайнов или тракторов (или поршневых компрессоров пневмосистем названных объектов). Нагнетание осуществляется при открытых электромагнитных клапанах 16 трубопровода 17 и закрытых 18 трубопровода 20, но при открытых на трубопроводе 20 электромагнитных клапанах 21 и закрытых электромагнитных клапанах 22 на трубопроводе 3 и клапане К входа в блок индикации газов. Нагнетание воздуха во внутреннее пространство колодца жижесборника осуществляется в течении 5-7 мин через отверстия в трубопроводе 3 с секторами кругов 7 с тонкостенных металлических труб или пластика и трубок-радиусов 11 из тех же материалов, осуществляя выдавливание смеси свежего воздуха с вредными газами внутри скважины через открытый верхний люк 6 в окружающее пространство. После завершения процедуры нагнетания воздуха системы автоматического программирования посредством элемента 23 и индикатора времени 24 программы объекта обеспечивает переключение на вытяжку из колодца-жижесборника газовоздушной смеси, обеспечивая закрытие электромагнитного клапана 21 и нагнетательного клапана 16, а также открытие клапана К, и направляет поток газа через блок 25 индикатора типа и концентрации (в сравнении с нормативами СанПиН) удаляемых из колодца - жижесборника вредных газов, обеспечивая по каждому из них индикацию уровня (световую, звуковую, речевую, шумовую) в направлении откачивающей смеси со сборника 25 через индикатор 26 «Безопасно» (с таким же видом информации) на всасывание через фильтр 14 компрессора 15 и выброс ее через трубопровод 19 при предварительно открытом системой автоматики электромагнитном клапане 18 в окружающее пространство. Обращаем внимание, что процесс вытяжки осуществляется при открытом люке 6 скважины, чем обеспечивает дополнительный подсос воздуха из окружающего пространства понижая концентрацию откачивающих вредных газов.
Рабочее положение очистительного блока «трубопровод 3 с укрепленными на нем кругами 7 с их трубчатыми радиусами 8 для статического или динамического режима» настраиваются предварительно программой блока 23, задающей тот или иной режим. Динамичный режим, связанный с возвратно-поступательным вертикальным перемещением указанного выше очистительного блока, осуществляется посредством нагнетания от электросети 27 реверсивного электродвигателя 28, который приводят в движение блок 29 (червячная пара - редуктор типа рулевого колеса автомобиля или кривошипно-шатунного механизма), обеспечивая вертикальное возвратно-поступательные движения очистительному блоку (труба 3 с укрепленными на ней кольцами 7) благодаря креплению элементов блока 29 посредством соединительной муфты 30 на трубопроводе 3. Границы перемещения очистительного блока по вертикали задаются программой и регулируются ограничительными контактами 31 через блок 23.
Устройство для очистки внутреннего пространства жижесборников и канализационных колодцев от вредных газов и их внутренней поверхности от остатков содержимого автоматизацией процессов работает следующим образом:
2
В колодец - жижесборник 2 перед установкой в них нагнетательно-вытяжного очистительного вышеназванного блока опускают чашеобразную металлическую тарелку посредством стержня с резьбой в конце и с резьбой в отверстии 13 в ее центре. Затем опускают предварительно собранный очистительный блок до упора в 4 опоры 32 сопла Ловаля 5, выполненных в виде кольца со штырями 33, расположенными жестко равномерно на дугах кольца по 0,25 длины его окружности, предварительно за программировав его работу в статическом (при постоянном положении по вертикали) или динамическом (с возвратно-поступательным перемещением по вертикали со скоростью не более 1 м/мин на расстоянии не более 0,4 глубины колодца). После этого в трубопровод 3 с его элементами (дуги 7 с 8-мью трубчатыми радиусами 8) нагнетается очищенный благодаря фильтру 14 компрессора 15 воздух из окружающей среды при закрытых автоматикой электромагнитных клапанах 18, 22 и клапане К и открытых электромагнитных клапан 16 и 21. Нагнетаемый воздух по отверстиям 4 в трубопроводе 3, цилиндрических кольцах 7 и в трубчатых радиусах 8 и 10 в дугах 7 на всей глубине скважины попадает в ее пространство, обеспечивая интенсивное перемешивание с вредными газами скважины, вытесняя вверх скважины нижние слои через открытый люк 6 скважины (колодца - жижесборника) в окружающее пространство в течение запрограммированного блоком 24 программного обеспечения 5-7 мин. На этом завершается первая стадия очистки в так называемом статическом режиме. По установленной программе (блок 24) автоматически осуществляется переход на второй более интенсивный динамический режим, в котором очистительный блок (трубопровод 3 вместе с укрепленным на нем кругами 7 с их пустотелыми трубками- радиусами 8 осуществляет благодаря реверсивному электродвигателю 28 и редуктору с червячной парой -типа рулевого колоса автомобилей-тракторов или кривошипно-шатунному механизму) в установленных программой вертикальные возвратно-поступательны перемещения в пределах суммы 0,4 Н высоты внутреннего пространства колодца суммарно (значит по 0,2 Н вниз - вверх от статического положения). Этим движением на 45% интенсифицируется турбулизация нагнетаемого воздуха с вредными газами колодца жижесборника, повышая на то же число качество очистки, длящееся в динамическом режиме так же до 5-7 мин. После динамического режима очистки указанным блоком 24 осуществляется автоматическое переключение нагнетания воздуха на откачку смеси воздуха с вредными газами из скважины при автоматическом одновременном закрытии электромагнитного клапана 21 и автоматическом открытии электромагнитного клапана 18 (при закрытых по-прежнему электромагнитных клапанах 16 и 22) и открытом клапане К. При этом откачиваемая смесь удаляется благодаря создаваемому турбокомпрессором 15 вакууму до 0,4 кг/см. Откачка газовоздушной смеси осуществляется также в две стадии - аналогично нагнетанию в статическом и динамическом режиме совершенно аналогично выше изложенному, но с той особенностью, что откачиваемая из скважины смесь, концентрируемая в верхней части трубопровода 3, направляется благодаря создаваемому турбокомпрессором разряжению проходят через клапан К и блок 25 выяснения индикации типа газа и концентрации в сравнении ее значений с требованиям СанПиН (предельно-допустимых концентраций - ПДК, доз - ПДД, уровней - ПДУ) с текущей информацией работающих любым из видов (визуальный, звуковой, световой, речевой, шумовой), но в обратном нагнетательному процессом направлении через фильтр 14 и турбокомпрессор 15 по трубопроводам 19 и 20 (из резинового шланга) через открытый автоматикой электромагнитный клапан в окружающее пространство. При этом если в течении установленных 5-7 мин откачки в блоке не появится индикация информации «Безопасно» (любым из указанных выше способов), работа системы автоматически переключаются на 2-ой динамический режим откачки, осуществляемый совершенно аналогично режиму нагнетания по путям движения смеси, указанным для статического режима откачки, при этом программа настраивается так, что динамический режим возвратно-поступательного движения должен начинаться с движения вверх на 0,2 Н высоты колодца, а затем на такую длину вниз и т.д. с окончанием перемещения в первоначальном положении системы. Динамический режим откачки может длиться меньше установленных 5-7 мин., но только при условии, что будет обеспечена индикация «Безопасно», после чего очистительный блок и тарелка 5 со скопившимися очистками боковых внутренних стен колодца - жижесборника извлекаются и туда направляется оператор для выполнения раб от по ремонту, очистке, обслуживанию с полным соблюдением положения и требований наряда - допуска на опасные работы.