ГРЯЗЕВИК

Полезная модель предназначена для удаления из транспортируемой по трубопроводу воды механических загрязнений, в том числе в виде взвешенных частиц, в частности, может быть использована в водооборотных системах, в теплотехническом оборудовании котельных, тепловых сетей, центральных тепловых пунктов и тепловых центров зданий.
Известно использование для очистки воды, протекающей по трубопроводу, магнитно-сеточного грязевика (RU Патент №2193539). Устройство состоит из корпуса очистки, в котором установлены в горизонтальном направлении трубы, выполненные из немагнитного материала. В трубах расположены магниты, которые притягивают шлам. Недостатком магнитно-сеточного грязевика является узкий диапазон видов загрязнений, на которые воздействует сила притяжения магнита. Другим недостатком является использование сеточного фильтра, который при загрязнении меняет гидродинамические свойства устройства и, следовательно, гидродинамические свойства всей системы, в которую включен грязевик. Для удаления осевшего шлама, необходимо разбирать грязевик.
Известен грязевик (RU Патент №2008604), в котором диапазон видов загрязнений, от которых очищается вода, более широкий. Он содержит корпус с днищем, с расположенными на одной оси патрубками ввода и вывода жидкости, патрубок вывода грязи и фильтр, расположенный на пути прохождения потока жидкости. Недостатком известного устройства является необходимость периодической очистки фильтра, поскольку при загрязнении он, во-первых, постепенно теряет свои фильтрующие свойства, а, следовательно, и уровень очистки, а во-вторых, изменяет гидродинамические свойства устройства и, следовательно, гидродинамические свойства всей системы, в которую включен грязевик.
Известен грязевик (RU Патент №54318), в котором диапазон видов загрязнений, от которых очищается вода, более широкий. Также его достоинством является то, что для удаления осевшего шлама его не нужно разбирать, так как его конструкция не содержит фильтров. Указанный грязевик наиболее близок к предлагаемому по совокупности существенных признаков и выбран в качестве прототипа.
Конструкция известного грязевика содержит в своем составе корпус с днищем с входным и выходным патрубками и с патрубками для вывода грязи, трубу,
установленную в корпусе на одной оси, с входным и выходным патрубками и жестко соединенную с выходным патрубком, установленным в днище корпуса, а противоположный конец трубы закрыт отбойной водонаправляющей поверхностью, форма которой позволяет воде скатываться по ней, а на трубе, вокруг нее, по ее длине установлены водонаправляющие поверхности, форма которых позволяет воде скатываться по ним в сторону дна, также на частях трубы, перекрытых водонаправляющими поверхностями, выполнены продольные прорези.
В известном грязевике очищаемый поток жидкости поступает через входной патрубок в корпус и течет вдоль стенок корпуса. Разность давлений, которая возникает по разные стороны каждой водонаправляющей поверхности, направляет воду через прорези в трубу и далее к выходному патрубку. При этом тяжелые механические частицы под действием гравитационных сил продолжают движение вдоль стенок корпуса и оседают на дне, откуда грязь может быть удалена через патрубок удаления грязи.
Но при большом напоре воды разность давлений, которая создается по разные стороны от отбойной поверхности, может достигнуть такой величины, при которой в прорези, предназначенные для отвода очищенной воды, будут попадать и не очень тяжелые механические частицы. Это снижает качество очистки воды.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является разработка такой конструкции, при которой грязевик будет улавливать большее количество механических частиц, в том числе и таких, удельная плотность которых близка к удельной плотности воды и за счет этого в очищенную воду будет попадать меньше частиц грязи.
Техническим результатом является увеличение эффективности очистки жидкости.
Технический результат достигается за счет того, что предлагаемый грязевик, так же как и известный, содержит корпус с днищем, с входным и выходным патрубками, с патрубками для вывода грязи, трубу, установленную в корпусе на одной оси с входным и выходным патрубками и жестко соединенную с выходным патрубком, установленным в днище корпуса, а противоположный конец трубы закрыт отбойной водонаправляющей поверхностью, форма которой позволяет воде скатываться по ней, а на трубе, вокруг нее, по ее длине установлены водонаправляющие поверхности, форма которых позволяет воде скатываться по ним в сторону дна, также на частях трубы, перекрытых водонаправляющими поверхностями, выполнены продольные прорези, размер которых последовательно уменьшается по длине трубы в направлении ко дну. Но, в отличие от известного, в предлагаемом грязевике отбойная поверхность снабжена
одинаковыми асимметричными ребрами, причем форма по меньшей мере одной из сторон каждого из них обеспечивает отклонение от вертикального направления падающего с отбойной поверхности потока воды в плоскости расположения вектора силы тяжести и касательной к поверхности обечайки отбойной поверхности, а наружная часть второй стороны каждого ребра расположена под углом не более 90° к наружному краю отбойной поверхности, на уровне которого расположен конец ребра.
При таком выполнении грязевика очищаемый поток жидкости подается через входной патрубок в корпус и поступает под напором на отбойную поверхность и скатывается с нее. Но, поскольку на поверхности установлены ребра, направление движения жидкости будет определяться формой ребер. Выполнение требований, которые предъявляются к их форме для достижения технического результата, обеспечивает отклонение движения потока воды от вертикального в сторону боковых стенок корпуса, где на механические частицы меньше будет действовать затягивающая сила разности давлений, существующая по разные стороны от отбойной поверхности. В этом случае частицы загрязнений будут смещаться к стенке корпуса и затем оседать вдоль нее на дно. В результате возрастает эффективность очистки жидкости.
Совокупность признаков, изложенная в пункте 2 формулы полезной модели, характеризует грязевик, в котором каждая водонаправляющая поверхность имеет конусообразную форму с обечайкой.
Достоинством выполнения водонаправляющих поверхностей конусообразной формы является простота их изготовления.
Совокупность признаков, изложенная в пункте 3 формулы полезной модели, характеризует грязевик, в котором образующая каждой водонаправляющей поверхности имеет дугообразную форму, переходящую в прямую, которая образует обечайку.
Использование водонаправляющих поверхностей округлой формы приводит к улучшению их гидродинамических свойств за счет уменьшения их гидравлического сопротивления, и, как следствие, уменьшения гидравлического сопротивления всего грязевика. При этом происходит выравнивание поля скоростей, увеличение ламинарности потока за счет улучшения гидравлической обтекаемости округлых поверхностей водой и снижение турбулентности. Следствием этого является увеличение степени очистки.
Совокупность признаков, изложенных в пункте 4 формулы полезной модели, характеризует грязевик, в котором каждое ребро имеет клиновидную форму.
Технологически это одна из простых форм для изготовления водонаправляющей поверхности с ребрами.
Совокупность признаков, изложенных в пункте 5 формулы полезной модели, включающем все признаки пункта 4, характеризует грязевик, в котором внешний край длинной стороны ребра выполнен в виде вогнутой кривой.
Достоинством такой формы выполнения ребра является увеличение горизонтальной составляющей направления потока падающей с отбойной поверхности жидкости, а это приводит к увеличению эффективности ее очистки.
Совокупность признаков, изложенных в пункте 6 формулы полезной модели, характеризует грязевик, в котором ребра расположены на обечайке.
Расположение ребер на обечайке упрощает изготовление отбойной поверхности, дает возможность экономии металла и, соответственно, приводит к уменьшению веса конструкции.
Совокупность признаков, изложенных в пункте 7 формулы полезной модели, характеризует грязевик, в котором ребра расходятся от центра отбойной поверхности.
Несмотря на утяжеление конструкции, такой вариант расположения ребер предполагает наибольшую эффективность очистки жидкости, из-за уменьшения завихрений, которые возникают на краю отбойной поверхности.
Совокупность признаков, изложенных в пункте 8 формулы полезной модели, характеризует грязевик, в котором часть каждого ребра, расположенная на обечайке, приварена к стенке корпуса.
Приваривание ребер к стенке корпуса снижает давление отбойной поверхности на трубу, делает ее более жесткой, и за счет этого повышается ее надежность.
Совокупность признаков, изложенных в пункте 9 формулы полезной модели, характеризует грязевик, в котором днище выполнено конусообразным.
Такой вариант выполнения днища обеспечивает более полное удаление грязи из грязевика через специальные патрубки для ее удаления.
Совокупность признаков, изложенная в пункте 10 формулы полезной модели, характеризует грязевик, в котором днище выполнено плоским.
Такой вариант выполнения днища упрощает монтаж устройства.
Совокупность признаков, изложенная в пункте 11 формулы полезной модели, включающем признаки пункта 11, характеризует грязевик, в котором ниже последней водонаправляющей поверхности расположена конусообразная поверхность, жестко соединенная со стенкой корпуса, образующая с ней острый угол со стороны днища, а ее размер больше зазора между стенкой корпуса и последней водонаправляющей поверхностью, установленной на трубе.
Дополнительная конусообразная поверхность в сочетании с выполнением днища плоской формы позволяет направлять грязь к выходным патрубкам для удаления грязи.
Совокупность признаков, изложенная в пункте 12 формулы полезной модели, характеризует грязевик, в котором верхняя часть корпуса выполнена конусообразной.
Для удаления легко всплывающих частиц грязи, конусообразная поверхность позволяет концентрировать их в определенном, наиболее узком месте конусообразной поверхности, откуда они удаляются через патрубок для вывода грязи.
Совокупность признаков, изложенная в пункте 13 формулы полезной модели, характеризует грязевик, в котором выходной конец входного патрубка заглублен во внутрь корпуса, а его край выполнен расширяющимся в сторону дна.
При таком выполнении входного патрубка очищаемый поток жидкости подается через него в корпус и поступает под напором на отбойную поверхность. Тяжелые фракции загрязнений продолжают движение вниз, а легкие фракции всплывают наверх. Расширяющаяся поверхность края патрубка образует в верхней части корпуса камеру, в которой накапливаются всплывающие в воде загрязнения и ограничивает инжектирование всплывших в верхнюю часть корпуса загрязнений к поступающему в корпус потоку воды. Поэтому легкие фракции загрязнений не перемешиваются с остальной массой воды, находящейся в грязевике. Скопившуюся наверху грязь периодически удаляют через патрубок для вывода грязи, расположенный в верхней части.
Совокупность признаков, изложенная в пункте 14 формулы полезной модели, характеризует грязевик, в котором стенке корпуса выполнен хотя бы один лаз.
Лаз используется в нерабочем состоянии устройства и позволяет доставать из грязевика крупные элементы загрязнений, например, камни.
Полезная модель поясняется чертежами, где:
на фиг.1 показано сечение предлагаемого устройства;
на фиг.2 и 3 варианты выполнения отбойной поверхности.
Грязевик (фиг.1) содержит корпус 1, на одной оси которого установлены входной 2 и выходной 3 патрубки. На этой же оси в корпусе установлена труба 4, жестко соединенная с выходным патрубком 3. Со стороны входного патрубка 2 труба 4 закрыта
отбойной водонаправляющей поверхностью 5. Вокруг трубы 4, вдоль нее, установлены водонаправляющие поверхности 6. В рассматриваемом примере выполнения грязевика образующая линия каждой водонаправляющей поверхности имеет форму дуги, переходящей в прямую, которая образует обечайку 7. На частях трубы, перекрытых, например, округлыми поверхностями, выполнены продольные прорези 8. Днище 9 корпуса может быть выполнено плоским. В этом случае перед днищем по ходу движения воды установлена конусообразная поверхность 10, жестко соединенная со стенкой корпуса 1, образующая с ней острый угол со стороны днища 9, а ее размер больше зазора между стенкой корпуса и последней водонаправляющей поверхностью, установленной на трубе.
В днище 9 и в верхней части корпуса, которая может быть выполнена конусообразной, установлены патрубки 11 для удаления грязи. В корпусе между днищем и конусообразной поверхностью 10, установленной на корпусе, может быть выполнен лаз 12, который используют для удаления больших инородных включений, например, камней. Длина продольных разрезов 8 уменьшается в направлении от входного патрубка к выходному, так как поток по мере протекания по грязевику теряет напор и для попадания в трубу требуются уже меньшие отверстия по сравнению с расположенными выше. Для более эффективного вывода легких частиц входной патрубок 2 заглублен во внутрь корпуса, а его край имеет расширяющуюся в сторону дна форму, например конусообразную, отделяя верхний, загрязненный легко всплывающими частицами слой от остальной части жидкости.
Для лучшей очистки жидкости на отбойной поверхности расположены одинаковые асимметричные ребра, причем форма по меньшей мере одной из сторон каждого из них обеспечивает отклонение от вертикального направления падающего с отбойной поверхности потока воды в плоскости расположения вектора силы тяжести и касательной к поверхности обечайки, а наружная часть второй стороны каждого ребра расположена под углом не более 90° к наружному краю отбойной поверхности, на уровне которого расположен конец ребра. На чертежах приведены два примера выполнения отбойной поверхности с ребрами. На фиг.2 приведен пример выполнения отбойной поверхности, в котором ребра 13 расходятся от центра, длинная сторона 14 каждого из которых выполнена в виде вогнутой дуги, а на фиг.3 ребра выполнены в виде клиньев и расположены только на части отбойной поверхности - на обечайке.
Очистка с помощью грязевика осуществляется следующим образом. Через патрубок 2 в корпус 1 поступает поток жидкости, подлежащий очистке. Он падает на
1
2
2
отбойную водонаправляющую поверхность 5 трубы 4. Жидкость, обтекая водонаправляющую поверхность, из-за разницы давлений, возникающей по разные ее стороны, совершает поворот на 180°, в результате чего тяжелые частицы загрязнений отделяются и оседают на дне грязевика, а поток проходит в пространстве между внутренней частью водонаправляющей поверхности 6 и трубой 4, попадает через прорези 7 в трубу 4, а затем в выходной патрубок 3. Частицы загрязнений выпадают под действием гравитационной сил. Но из-за того, что отбойная поверхность снабжена ассиметричными ребрами, вода не просто скатывается с нее под действием силы тяжести, но изменяет направление своего движения и падает с внешнего края обечайки не вертикально вниз, а под некоторым углом к боковой стенке корпуса. Т.е. на частицы потока будут действовать две силы: F, направленная вертикально вниз, и F, направленная в горизонтальном направлении. Угол отклонения потока воды от вертикального в сторону боковой стенки корпуса будет тем больше, чем больше будет величина F, т.е. чем ближе будет совпадение длинной стороны ребра с направлением внешнего края обечайки в точке их пересечения. При отклонении направления движения потока от вертикального на частицы грязи будет меньше действовать захватывающая сила разности давлений, которая возникает по разные стороны от отбойной поверхности, и поэтому большее количество частиц грязи будет отброшено к стенке корпуса, упадет на дно, откуда она удаляется через патрубки 11.
Таким образом, описание конструкции грязевика и его работы свидетельствуют о достижении технического результата - увеличение эффективности очистки жидкой среды за счет более эффективного выпадения частиц грязи на первом этапе очистки.