УСТАНОВКА ДЛЯ БЕЗНАПОРНОЙ АЭРАЦИИ ВОДЫ

Область техники, к которой относится полезная модель.
Полезная модель относится к очистительному оборудованию, а более конкретно к установкам для безнапорной аэрации воды, включающим в себя накопительную емкость, имеющую входной патрубок для подачи очищаемой воды с электромагнитным клапаном подачи очищаемой воды, расположенный внутри накопительной емкости распылитель очищаемой воды, причем накопительная емкость имеет выходной патрубок для выхода очищенной воды, соединенный с расположенным снаружи накопительной емкости насосом, при этом установка имеет датчики уровня воды, соединенные с блоком управления, который соединен также с электромагнитным клапаном подачи очищаемой воды. При высоком содержании в исходной воде двухвалентного железа, марганца, сероводорода установка может быть использована в бытовых системах очистки воды для безреагентного удаления сероводорода и растворенных в воде иных газов, насыщения воды кислородом воздуха, ускорения процессов окисления элементов, обозначенных выше с последующим фильтрованием на установках осветления/обезжелезивания
Уровень техники.
Для очистки воды при высоком содержании в ней двухвалентного железа, марганца и сероводорода используют установки для безнапорной аэрации воды для насыщения исходной воды кислородом воздуха за счет ее распыления в окислительном баке (контактной емкости). Так, известна из уровня техники установка для безнапорной аэрации воды, включающая в себя накопительную емкость, имеющую входной патрубок для подачи очищаемой воды с электромагнитным клапаном подачи очищаемой воды, расположенный внутри накопительной емкости распылитель очищаемой воды, причем накопительная емкость имеет выходной патрубок для выхода очищенной воды, соединенный с расположенным снаружи накопительной емкости насосом, при этом установка имеет датчики уровня воды, соединенные с блоком управления, который соединен также с электромагнитным клапаном подачи очищаемой воды.
См. описание блока безнапорной аэрации производителя ООО НПП "Мировые Водные Технологии", ссылка в интернет http://wwtec.ru/index.php?id=478.
В ней блок управления выполнен в виде бокса, прикрепленного к накопительной емкости, в котором расположено реле контроля уровня, соединенное с датчиками уровня.
Данная установка является наиболее близкой по технической сущности к заявленной полезной модели и взята за прототип к предлагаемой полезной модели.
Недостатком данной установки является невысокая надежность работы установки. Действительно, описанная в данном уровне техники установка не собрана в едином корпусе, отсутствует арматура, которая будет автоматически перекрывать подачу воды в случае выхода из строя электромагнитного клапана и, как следствие,  перелива емкости, также электрическая проводка от исполнительных устройств, таких как электромагнитный клапан, не закреплена и не защищена (кабель-канал, гофра), также силовой кабель питания установки имеет те же недостатки.
Все это усложняет монтаж и демонтаж такой установкой. Также нет единого щита (пульта) управления всеми процессами и аварийными ситуациями такой установкой, также нет и световой индикации процессов и аварийных режимов работы такой установки.
Нет возможности программировать такую установку для выполнения множества операций, связанных с защитой работы установки для расширения ее функционала (например, для автоматической защиты от протечки на пол, защиты от перелива, защиты от сухого хода насоса, защиты от отсутствия подачи воды более 90 мин и прочее), что и приводит к тому, что такая установка характеризуется невысокой надежностью работы. Кроме того, недостатком данной установки является недостаточное удобство эксплуатации установки. Это связано со сложностью монтажа и управления такой установкой. Также установка не мобильна (не имеет возможности перемещения на колесиках), повысительная насосная станция, которая является основным элементом блока безнапорной аэрации, отсутствует (потребуется доукомплектовка, дополнительное места для монтажа, электрические подключения и материалы для обвязки).
Кроме того, нет термозащиты емкости, которая может сильно покрываться конденсатом.
Таким образом, проблемой, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является повышение надежности работы установки.
Раскрытие полезной модели.
Опирающаяся на это оригинальное наблюдение настоящая полезная модель, главным образом, имеет целью предложить установку для безнапорной аэрации воды, позволяющую как минимум сгладить указанный выше недостаток, а именно обеспечить повышение надежности работы установки, что и является поставленной технической задачей настоящей полезной модели.
Для достижения этой цели установка выполнена в едином корпусе, причем блок управления выполнен в виде контроллера, соединенного с панелью световой индикации процессов и аварийных режимов, при этом установка имеет установленный на входном патрубке подачи очищаемой воды шаровой кран с электроприводом, соединенным с  контроллером.
Благодаря таким выгодным характеристикам появляется возможность собрать всю установку как единое устройство, что повышает удобство монтажа и подключение ее, а также возможного демонтажа, и также повышается надежность работы всей установки как раз за счет того, что она является единым устройством, минимизированы внешние подключения, все может быть сразу собрано и оттестировано в заводских условиях.
Дополнительным преимуществом наличия указанных признаков является возможность интегрировать  и использовать  автоматические системы защиты от перелива и протечки воды на пол в составе единого блока, что повышает безопасность и  надежность работы всей установки.
Еще одним дополнительным преимуществом наличия указанных признаков является то, что повышается удобство управления такой установкой за счет наличия многофункционального контроллера и наличия панели световой индикации процессов и аварийных режимов.
Существует также возможный вариант исполнения полезной модели, в котором контроллер имеет модуль защиты электромагнитного клапана подачи очищаемой воды от перегрева и выхода из строя из-за «отсутствия наполнения».
Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность автоматической установки защиты электромагнитного клапана очищаемой подачи воды от «отсутствия наполнения», что также повышает надежность работы всей установки.
Существует вариант исполнения полезной модели, в котором контроллер имеет аналоговые и дискретные входы для подключения и управления дополнительным оборудованием из единого центра управления.
Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность дополнительного расширения функциональности контроллера и самой установки за счет возможности подключения дополнительного оборудования.
Существует, кроме вышеперечисленного, и такой возможный вариант исполнения полезной модели, в котором панель световой индикации процессов и аварийных режимов выполнена в виде дисплея.
Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность замены простых ламповых индикаторов на дисплей, который может выводить цифробуквенную информацию, визуализировать  процессы и режимы  работы и аварийных ситуаций  блока в режиме реального времени при помощи gif анимации и графиков.
Также существует возможный вариант исполнения полезной модели, в котором дисплей выполнен цветным и сенсорным.
Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность использования множества цветов при выведении и визуализации информации на дисплее и возможность вводить любые команды прямо на дисплее.
Существует вариант исполнения полезной модели, в котором контроллер соединен с  модулем  звуковой индикации процессов и аварийных режимов.
Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность звуковой индикации процессов и аварийных режимов.
Существует и такой возможный вариант исполнения полезной модели, в котором контроллер соединен с модулем хранения базы данных параметров работы установки, включающих журнал событий, журнал аварий, журнал сбора статистики.
Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность автоматического хранения базы данных параметров работы установки, включающих журнал событий, журнал аварий, журнал сбора статистики.
Существует следующий возможный вариант исполнения полезной модели, в котором контроллер включает в себя модуль обмена данными для удаленного доступа.
Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность осуществления удаленного доступа к управлению всеми функциями установки и снятия параметров работы.
Существует, кроме того, и такой возможный вариант исполнения полезной модели, в котором единый корпус или накопительная емкость имеет средство теплозащиты накопительной емкости от конденсата.
Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность обеспечить теплозащиту накопительной емкости от конденсата, что дополнительно повышает надежность работы установки.
Существует при этом возможный вариант исполнения полезной модели, в котором контроллер имеет модуль аварийной остановки насоса при возникновении аварийных ситуаций.
Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность автоматического аварийного останова насоса при возникновении аварийных ситуаций,  что также дополнительно повышает надежность работы установки.
Существует вариант исполнения полезной модели, в котором корпус имеет колесики, позволяющие установке катиться.
Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность легкого мобильного перемещения установки при монтаже и транспортировке.
Существует, наконец, возможный вариант исполнения полезной модели, в котором контроллер соединен с низконапорным воздушным компрессором, который соединен с размещенным в накопительной емкости  мелкопузырчатым аэратором.
Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность ускорения процесса окисления железа, марганца и сероводорода при больших их концентрациях в исходной воде.
Совокупность существенных признаков предлагаемой полезной модели неизвестна из уровня техники для устройств аналогичного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» для полезной модели.
Краткое описание чертежей.
Другие отличительные признаки и преимущества полезной модели ясно вытекают из описания, приведенного ниже для иллюстрации и не являющегося ограничительным, со ссылками на прилагаемые рисунки, на которых:
- фигура 1 изображает функциональную схему установки для безнапорной аэрации воды согласно полезной модели.
- фигура 2 схематично изображает этапы функционирования установки для безнапорной аэрации воды согласно полезной модели.
Согласно фигуре 1 установка для безнапорной аэрации воды включает в себя накопительную емкость 1, имеющую входной патрубок 2 для подачи очищаемой воды с электромагнитным клапаном 3 подачи очищаемой воды. Емкость 1 имеет расположенный внутри нее распылитель 4 очищаемой воды, причем накопительная емкость 1 имеет выходной патрубок 5 для выхода очищенной воды, соединенный с расположенным снаружи накопительной емкости насосом 6.
В качестве насоса может быть использован центробежный насос.
Установка имеет датчики 7 и 8 уровня воды, соединенные с контроллером 10, который соединен также с электромагнитным клапаном 3 подачи очищаемой воды. Могут быть использованы датчики, например емкостные или поплавковые.
Установка выполнена в едином корпусе 9.
Контроллер 10 имеет опционально модуль 12 защиты от перелива и/или протечки воды на пол. Контроллер 10 также опционально имеет модуль 13 защиты электромагнитного клапана очищаемой подачи воды от «отсутствия наполнения». Контроллер 10 имеет опционально аналоговые и дискретные входы 14 для подключения дополнительного оборудования.
Панель 11 световой индикации процессов и аварийных режимов может быть выполнена в виде дисплея, который в свою очередь может быть выполнен цветным и/или сенсорным.
Контроллер 10 может быть соединен с модулем 15 хранения базы данных параметров работы установки, включающих журнал событий, журнал аварий, журнал сбора статистики.
Контроллер 10 может включать в себя модуль 16 обмена данными для удаленного доступа.
Корпус 1 накопительной емкости может иметь средство 17 теплозащиты накопительной емкости от конденсата. В качестве такого средства может быть использован, например, фольгированный пенофол или каучуковая термоизоляция K-Flex
Контроллер имеет модуль 18 аварийного останова насоса при возникновении аварийных ситуаций. Модуль 18 соединен с насосом 6.
Контроллер 10 может быть соединен посредством беспроводной технологии с удаленным компьютером 19 для передачи и обмена данными. Соединение между предлагаемой установкой и удаленным компьютером может осуществляться посредством объединенной сети 20. Объединенная сеть включает в себя различные топологии, конфигурации и компоновки компонентов межсетевого соединения, выполненные с возможностью соединять между собой корпоративные, глобальные и локальные вычислительные сети, и включает в себя, без ограничения, традиционные проводные, беспроводные, спутниковые, оптические и эквивалентные сетевые технологии, преимущественно это сеть интернет.
Также на фигуре 1 изображено, что модуль 12 защиты от перелива и/или протечки воды на пол соединен с датчиком 21 системы защиты от протечек на пол, при этом контроллер 1 соединен с шаровым краном с электроприводом 22 защиты от перелива с электроприводом.
Позицией 23 обозначены колесики корпуса, а позицией 24 - модуль звуковой индикации процессов и аварийных режимов.
Вектором g обозначено направление силы тяжести.
Кроме того, показан блок автоматики насоса 25, который может осуществлять защиту насоса 6 от «сухого хода».
При больших концентрациях в исходной воде железа, марганца и сероводорода для ускорения процесса их окисления внутри накопительной емкости 1 может быть установлена система барботажной аэрации, включающая:
- мелкопузырчатый аэратор  26 и
-  низконапорный воздушный компрессор 27, управляемый контроллером 10.
Осуществление полезной модели.
Установка для безнапорной аэрации воды используется следующим образом. (Приводится не ограничивающий применения полезной модели пример использования).
Этап А1. Очищаемую от двухвалентного железа, марганца или сероводорода воду подают через патрубок 2 в накопительную емкость 1, где поддерживается ее максимальный и минимальный уровень наполнения.
Этап А2. Управление подачей воды (открытием / закрытием входного электромагнитного клапана 3) осуществляет контроллер 10 по сигналам, поступающим от датчика уровня 8
Этап А3. В накопительной емкости 1 устанавливают распылитель 4, в качестве которого могут быть использованы распыляющие форсунки, которые позволяют получить тонкораспыленный поток воды, т.е. поток воды, получаемый в результате дробления водяной струи на капли, среднеарифметический диаметр которых 150 мкм и менее.
Создание высокоскоростного капельного потока организуется двумя путями:
- однофазный поток – за счет механической энергии воды, подаваемой в форсунку под давлением, с использованием гидродинамических эффектов, в том числе кавитации. В этом случае накопительную емкость 1 можно рассматривать как полый (форсуночный) распыливающий абсорбер, представляющий собой колонну или камеру, в которой движется воздух, встречающий на своем пути воду, распыляемую на капли при помощи форсунок (распылителей);
- двухфазный поток – за счет кинетической энергии воздуха, подаваемого в распылитель 4 под давлением, путем смешения с водой в специально разработанных смесительных и сопловых устройствах. В этом случае накопительную емкость 1 можно рассматривать как скоростной прямоточный распыливающий абсорбер, в котором распыление жидкости осуществляется за счет кинетической энергии движущегося с большой скоростью воздушного потока.
Возможно также создание высокоскоростного тонкораспыленного потока за счет принципов скрещивающихся струй и центробежных эффектов в специально разработанных сопловых устройствах. Дополнительно можно осуществить аэрацию с помощью компрессора, подающего воздух в толщу воды через мелкопузырчатые аэраторы. Благодаря этому вода в окислительном баке-аэраторе перемешивается, что ускоряет процесс окисления железа и газов.
При больших непрерывных расходах для ускорения процесса окисления железа, марганца и сероводорода или необходимости корректировки значения рН воды на входе в накопительную емкость 1 устанавливают систему пропорционального дозирования реагентов (биоцида, коагулянта, растворов кислоты или щелочи).
Этап А4. Поскольку в безнапорной аэрационной станции происходит разрыв струи воды, то после нее устанавливают насос 6 (или насосную станцию) для повышения давления до необходимой величины (3,5 – 6 атм).
Этап А5. Защиту насоса 6 от «сухого хода» осуществляют в зависимости от комплектации либо контроллером 10, либо блоком автоматики насоса (типа Brio2000) 25, что делает работу установки более безопасной  и безаварийной.
С помощью панели 11 осуществляют световую индикацию процессов и аварийных режимов.
С помощью модуля 12 обеспечивают возможность защиты от перелива и протечки воды на пол в зависимости от того, от какого датчика пришел аварийный сигнал, то есть либо останавливается насос 6, либо  автоматически перекрывается шаровой кран с электроприводом 22.
С помощью модуля 13 обеспечивают возможность защиты электромагнитного клапана подачи очищаемой  воды от «отсутствия наполнения» (перегрев).
С помощью модуля 16 обеспечивают возможность обмена данными для удаленного доступа с удаленным компьютером 19.
С помощью средства 17 обеспечивают возможность теплозащиты накопительной емкости 1 от конденсата.
Приведенные варианты осуществления полезной модели являются примерными и позволяют добавлять новые варианты или модифицировать описанные.
Промышленная применимость.
Установка для безнапорной аэрации воды может быть осуществлена специалистом на практике и при осуществлении обеспечивает реализацию заявленного назначения. Возможность осуществления на практике следует из того, что для каждого признака, включенного в формулу полезной модели на основании описания, известен материальный эквивалент, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость» для полезной модели и критерию «полнота раскрытия» для полезной модели.
В соответствии с предложенной полезной моделью заявителем был изготовлен опытный образец установки для безнапорной аэрации воды. Были использованы
• Соленоидный вентиль прямого действия ¾ " НЗ YCDK 11-20
• Горизонтальный центробежный насос VMtec Altera 5/4
• Пластиковая емкость 410 л с крышкой 380 мм (код410_1ВФК2)
• Блок ( щит) управления
• Металлический каркас из конструкционной стали ( 25х25)
Опытная эксплуатация предлагаемой установки показала, что возможно собрать всю установку как единое устройство, что повышает удобство монтажа,  подключения, обслуживания, ремонта, а также возможного демонтажа, и также повышается удобство управления такой установкой за счет наличия многофункционального контроллера и наличия панели световой индикации процессов и аварийных режимов. При этом повышается надежность работы всей установки как раз за счет того, что она является единым устройством, минимизированы внешние подключения, все может быть сразу собрано и оттестировано в заводских условиях.
Кроме того, повышается удобство обслуживания, удобство замены отработавших ресурс исполнительных устройств, удобство управления всеми технологическими процессами внутри блока безнапорной аэрации из единого центра (щита управления/пульта), к которому подключены все исполнительные электрические устройства.
Все это, в конечном счете, обеспечивает выполнение достигаемого технического результата – повышение надежности работы установки.
Преимуществом применения данной установки является также то, что установка обеспечивает:
- световую  и звуковую индикацию процессов и аварийных режимов,
- возможность защиты от перелива и протечки воды на пол, то есть автоматически срабатывает защитная арматура и/или выключается насос 6,
- возможность защиты электромагнитного клапана очищаемой подачи воды от «отсутствия наполнения» для избежания его перегрева и выхода из строя,
- возможность обмена данными для удаленного доступа с удаленным компьютером,
- возможность теплозащиты накопительной емкости от конденсата.
- возможность расширения функционала путем подключения дополнительного оборудования, например ультрафиолетового обеззараживателя воды,
-   возможность  подключения для управления и контроля дополнительного оборудования с общего пульта управления, такого оборудования, как, например, частотный преобразователь для управления оборотами повысительного насоса 6 и т. д. через аналоговый датчик преобразования 4-20 мА.