Автоматическая фильтровальная установка для очистки воды и гидрозатворы для этой установки

Автоматическая фильтровальная установка для очистки воды и гидрозатворы для этой установки
Полезная модель относится к области очистки воды фильтрованием через зернистые фильтрующие материалы и может быть использована на станциях очистки природных и сточных вод городского и промышленного водоснабжения
Из уровня техники известны устройства, в которых для очистки воды от загрязнителей используются автоматические фильтры.
Аналогом для заявляемой установки является автоматический фильтр для очистки воды по патенту № 2023470 (МПК5 В 01 D24/48, опубл. в Б.И. № 22, 1991). Устройство содержит корпус, разделенный на секции, закрытые сверху трубой-пьезометром, каналы для сбора и отвода промывной воды, распределительные и предварительные камеры, трубопроводы исходной и промывной воды, оборудованные задвижками с гидропроводами и коммуникационными линиями, соединяющие предварительные камеры с распределительными камерами и каналом для отвода промывной воды, блок гидроавтоматики, включающий датчики начала и окончания промывки и узел переключения режимов работы фильтра. В этом устройстве датчик начала промывки выполнен в виде сифона, датчик окончания промывки - в виде гравитационного реле времени, а узел переключения режимов работы фильтра содержит два двухпозиционных четырехходовых крана, один из которых установлен на коммуникационных линиях, питающих гидропривод задвижки на трубопроводе исходной воды, а другой - на коммуникационных линиях, питающих гидропривод задвижки на трубопроводе промывной воды. Рьлаг первого четьфехходового крана соединен с контргрузом и гравитационным реле времени, а рычаг второго крана - со штоком гидропривода задвижки на трубопроводе исходной воды. Конец восходящей ветви сифона расположен в трубе-пьезометре на нижней границе слоя воды, объем которого равен объему датчика гравитационного реле времени, а нисходящая часть сифона расположена над гравитационным реле времени.
Данное устройство надежное работге, но содержит много блоков, имеет сложную конструкцию.
Наиболее близкой по технической сути и достигаемому результату к заявляемой установке является автоматическая фильтровальная станция по патенту № 2024284 (МПК5 В 01 D24/48, опубл. в Б.И. № 23, 1991). Установка содержит напорный фильтр с фильтрующим слоем, приемным карманом и водосборными желобами, над которьвли размещен промьюной бак, сифон с гидрозатвором для отвода промывной воды, устройстМПК 7 в OlD 24/48 F 16 К 15/04
во для измерения давления в виде трубы-пьезометра, поплавковую камеру, устройство для зарядки сифона и систему трубопроводов для подвода и отвода воды. Устройство для зарядки сифона выполнено в виде поворотного газовыпускного затвора, запорный орган которого кинематически связан с поплавком поплавковой камеры, совмещенной с верхней частью трубы-пьезометра, нижняя часть которой присоединена к фильтру. Недостатком установки является ее сложная конструкция (наличие специального промывного бака, устройства для зарядки сифона), недостаточная надежность работы пьезометра, сифона. С этим связаны перерасход промывной воды, недостаточно высокая производительность фильтра.
Из уровня техники известны различные конструкции задвижек и клапанов (гидрозатворов), применяемых для регулирования подачи воды в трубопроводах. В аналоге по патенту № 2177576 (F 16 К 15/06, БИПМ №36 27.12.01) обратный клапан содержит корпус, входной и выходной патрубки, запорную тарель, подпружиненную в сторону закрытия и установленную с возможностью перемещения на направляющем штоке демпферного устройства, расположенного внутри корпуса соосно ему. В торцах демпферного устройства вьшолнены отверстия, сообщающие соответствующие полости демпферного устройства с полостью корпуса, само демпферное устройство снабжено трубопроводами с вентилями для попеременных сбросов газа (воздуха) их демпферного устройства или подач в них сжатого воздуха извне. Работа заказанного обратного клапана зттравляется только давлением газа, что создает трудности при его использовании для водных сред. Конструкция обратного клапана усложнена вентилями для сбросов газа. Устройство не обладает высокой надежностью.
Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату к заявляемым гидрозатворам является клапан обратный, защищенный патентом №2177575 (F 16 К 15/04, БИПМ №36 27.12.01). Клапан содержит корпус с входным и выходным отверстиями, седлом и основной камерой, пружину. Запорной деталью в этом клапане является шарик, взаимодействующий с седлом, причем щарик установлен в основной камере корпуса с минимальным радиальным зазором с направляющими дорожками, образованными в корпусе при пересечении поверхностей основной камеры и дополнительных камер, вьшолненных в корпусе. Недостатком этого обратного клапана является невозможность автоматического управления его работой с помощью гидропривода. Устройство не обладает высокой надежностью, так как щарик быстро изнащивается.
Аналогично известной установке, заявляемая установка содержит фильтр с фильтрующим материалом, систему трубопроводов для подвода и отвода воды, устройство для измерения давления, соединенное с фильтром, и гидрозатвор для отвода промывной воды. Но в отличие от прототипа, трубопровод для подвода исходной воды и трубопровод для подвода промывной воды снабжены каждый насосом и обратным клапаном, а установка дополнительно содержит блок управления работой насосов, соединенный с устройством для измерения давления, и гидрозатвор для отвода фильтрованной воды, соединенный трубопроводом с днищем фильтра, при этом гидрозатвор для отвода промывной воды соединен трубопроводом с крышкой фильтра, причем оба гидрозатвора связаны с насосом, установленным на трубопроводе для подвода промывной воды. Устройством для измерения давления служит манометр, установленный на крьппке фильтра. Таким образом, заявляемая установка проще известной по конструкции, в ней отсутствует промывной бак, нет водосборных желобов, нет сифона, вместо трубы-пьезометра и поплавковой камеры для измерения давления и уровня воды в фильтре служит размещенный над фильтром манометр. С его помощью через блок управления осуществляется автоматическое включение и выключение насосов и гидрозатворов, обеспечивающих работу фильтра в режиме фильтрования или промывки. В заявляемой установке отсутствует устройство для зарядки сифона.,
Аналогично известному обратному клапану, заявляемый гидрозатвор для отвода промывной воды содержит корпус с входным и выходным отверстиями, разделенный на камеры, седло и запорную деталь, взаимодействующую с седлом, размещенные в основной камере, пружину. Но в отличие от прототипа, заявляемый гидрозатвор дополнительно содержит мембрану, которая отделяет основную камеру от камеры управления, соединенной с трубопроводом для нагнетания в нее давления, седло вьшолнено с центральным отверстием, а запорная деталь перекрывает отверстие в седле и закреплена на щтоке, соосно размещенном в основной камере с возможностью перемещения и взаимодействия с мембраной, при этом основная камера снабжена перегородкой, а пружина надета на щток между перегородкой и мембраной, кроме этого выходное отверстие размещено между перегородкой и седлом, а входное - над запорной деталью.
Запорная деталь может быть выполнена в виде прямоугольной или многоугольной пластины. В этом случае гидрозатвор является нормально закрытым. Гидрозатвор для отвода фильтрованной воды содержит те же общие и отличительные признаки от известного обратного клапана, но отличием от прототипа является также то, что запорная деталь выполнена с перфорацией в периферийной части, а ее центральная часть сплощной, перекрывающей входное отверстие, при этом площадь отверстия в седле больще площади
сплошной части запорной детали. В таком исполнении гидрозатвор является нормально открытым.
Таким образом, заявляемая полезная модель отличается от прототипов следующим:
Наличием насосов и обратных клапанов, установленных на трубопроводе для подвода исходной воды и трубопроводе для подвода промывной воды;
Наличием блока управления работой насосов;
Блок управления соединен с устройством измерения давления, котроым служит манометр;
Манометр установлен на крьппке фильтра;
Имеется дополнительный гидрозатвор для отвода фильтрованной воды;
Вышеназванный гидрозатвор соединен трубопроводом с дниш;ем фильтра;
Гидрозатвор для отвода промывной воды соединен трубопроводом с крышкой фильтра;
Оба гидрозатвора связаны с насосом, установленным на трубопроводе для подачи промывной воды;
Гидрозатворы содержат мембрану, которая отделяет основную камеру от камеры
управления;
Камера управления соединена с трубопроводом, служащим для нагнетения в нее давления;
Седло гидрозатвора выполнено с центральным отверстием;
Запорная деталь перекрывает отверстие в седле;
Запорная деталь закреплена на штоке;
Шток соосно размещен в основной камере с возможностью перемещения и взаимодействия с мембраной;
Основная камера снабжена перегородкой;
Пружина надета на щток между перегородкой и мембраной;
Выходное отверстие размещено между перегородкой и седлом;
Входное отверстие размещено над запорной деталью;
Центральная часть запорной детали в нормально открыгом гидрозатворе вьшолнена сплошной и по размерам перекрьшает площадь входного отверстия;
На периферийной части вьппеназванной детали вьшолнены отверстия;
Наличие гидрозатроворов, управляемых автоматически, в заявляемой полезной модели позволяет упростить конструкцию фильтровальной установки, одновременно достигается повышение ее надежности и производительности. Таким образом, поставленная задача решена.
На фиг. 1 представлена схема заявляемой автоматической фильтровальной установки, на фиг.2 изображен гидрозатвор для этой установки. Стрелками на схеме показано движение воды.
Установка содержит фильтр, состояп,ий из цилиндрического корпуса 1, крышки 2 и днища 3. На трубопроводе для подвода исходной воды 4 размещены насос 5 и подающий обратный клапан 6. Фильтр заполнен зернистой загрузкой. На крышке 2 фильтра установлен электроконтактный манометр 7. Крышка 2 фильтра через трубопровод 8 соединена с гидрозатвором 9. В днище 3 фильтра вмонтирован патрубок 10с отводом на трубопровод 11, соединенный с гидрозатвором 12 для отвода фильтрованной воды. Натрубок 10 соединен с промывным обратным клапаном 13, через который трубопроводом для подвода промывной воды 14 связан с промывным насосом 15. Насос 15 соединен с гидрозатворами 9 и 12 управляющими трубопроводами 16 и 17.Устройство содержит также блок управления 18, который фиксирует сигналы манометра 7, включает и отключает насосы 5 и 15. Очищенная вода подается потребителю из накопителя 19. Накопитель 19 соединен через гидрозатвор 12 с помощью трубопроводов 11 и 20 с днищем 3 фильтра, а также с насосом 15. Насос 5 соединен с емкостью для исходной воды 21.
Гидрозатвор включает: цилиндрический корпус 22 с входным и вьгходным патрубками 23 и 24, соответственно. В нижней части корпуса 22 имеется камера управления 25, отделенная от основной камеры 26 герметичной мембраной 27. В верхней части корпуса 22 размещена запорная деталь 28, опирающаяся на седло 29. Запорная деталь 28 соединена с мембраной 27 посредством штока 30. В нижней части основной камеры 26 установлена перегородка 31. Между перегородкой 31 и мембраной 27 установлена пружина 32, надетая на щток 30. Усилием пружины 32 осуществляется прижим запорной детали 28 к седлу 29. С камерой управления 25 соединен трубопровод 33 для нагнетания давления в эту камеру.
Схема нормально открытого гидрозатвора (не показана) отличается от предыдущего нормально закрытого гидрозатвора тем, что по периферии запорной детали имеются перфорационные отверстия. Этот гидрозатвор служит для отвода фильтрованной воды.
Установка работает следующим образом. Из камеры 21 исходная вода (необработанная ничем или обработанная кислородом, озоном или и тем, и другим, или иными реагентами) подается насосом 5 через обратный клапан 6 на фильтр. Фильтр заполнен загрузкой из зернистого природного материала (например, кварцевый или гранитный песок). Фильтр всегда заполнен водой. Вода, проходя сверху вниз через фильтр, освобождается от загрязняющих частиц и по трубопроводу 12 через нормально открытый гидроклапан 11 поступает в накопитель чистой воды 19. По мере загрязнения фильтра оседающими в нем частицами повышается давление на контактном манометре 7. При достижении предела загрязненности фильтра замыкается верхняя уставка на контактном манометре 7, при этом через блок управления 18 выключается подающий насос 5 и включается промывной насос 15. Насосом 15 осуществляется подача воды из накопителя чистой воды 19 на фильтр по тубопроводу 14 через обратный клапан 13. Проходя снизу вверх через фильтр, вода вымывает и выносит из слоя зернистого материала частицы осадка. Грязная промывная вода через гидрозатвор 9 сбрасывается в отстойники для дальнейщей утилизации или в канализацию. Гидрозатворы 9 и 12 управляются гидравлическим давлением, создаваемым на выходе насосом 15. Управляющее давление передается в камеры управления 25 гидрозатворов 9 и 12 через управляющие трубопроводы 16 и 17. При промывке фильтра гидрозатвор 9 открывается для сброса промывной воды, а гидрозатвор 12 закрывается, чтобы предотвратить циркуляцию воды по линии накопитель чистой воды 19 насос 15 - обратный клапан 13 - гидрозатвор 12 - накопитель чистой воды 19. В режиме фильтрации обратный клапан 13 препятствует прохождению воды непосредственно от фильтра через насос 15 в накопитель 19. Обратный клапан 6 обеспечивает постоянное заполнение фильтра водой и препятствует прохождению воды в камеру для исходной воды 21 при работе устройства в режиме промывки. После промывки фильтра насос 15 вьпшючается, в результате чего падает управляющее давление на выходе насоса 15, что приводит к возврату гидрозатворов в исходное состояние. Устройство начинает работать в рабочем режиме. Цикл фильтрации настраивается при пуско - наладочных работах и зависит от качества исходной воды. Через 16-24 часов (в зависимости от количества загрязнителей в воде) фильтр вновь автоматически останавливается и работает 6-8 мин в режиме промывки, и т.д..
Гидрозатвор 9 (нормально закрытый) работает следующим образом. Когда гидрозатвор закрьтг (фиг.2), запорная деталь 28 плотно притянута к седлу 29 с помощью пружины 32. Верхнее давление воды способствует лучщему закрьгтию гидрозатвора. Гидрозатвор управляется внешним давлением. Чтобы открыть гидрозатвор, что необходимо при подаче воды на промывку фильтра, включается насос 15 (фиг.1). Под действием управляющего давления Рупр. (выходного давления с насоса 15, фиг.1), передающегося по управляющему трубопроводу (показан 16 на фиг.1), мембрана 27 прогибается и воздействует на шток 30. Шток 30 совершает подъем запорной детали 28 от седла 29. При этом освобождается проход для воды. Вода проходит из входного патрубка 23 в выходной 24. Нормально открытый гидрозатвор для отвода фильтрованной воды 12 отличается от нормально закрытого гидрозатвора для отвода промывной воды 9 тем, что в исходном состоянии вода проходит через гидрозатвор из входного патрубка 23 в выходной 24 через перфорапионные отверстия в клапане по периферийной окружности. Под действием управляющего давления шток приходит в движение, и запорная деталь закрывает входной
трубопровод своей пентральной частью. Происходит прохождение воды из входной камеры к выходу. С помош;ью гидрозатвора 12 очищенная вода из фильтра, работающего в рабочем режиме, поступает в накопитель, а в режиме промывки гидрозатвор 12 закрывается и не позволяет воде циркулировать по контуру фильтр 1- трубопровод 20 - накопитель 19 - трубопровод 14 - фильтр 1.