Водозаборный фильтр

Область техники
Полезная модель относится к водозаборному фильтру для очистки природных вод, предназначенному для защиты водозаборного сооружения от попадания содержащихся в воде механических загрязнений и молоди рыб.
Уровень техники
Водозаборные фильтры являются неотъемлемой частью систем водоснабжения. Для осуществления бесперебойной подачи воды потребителю такие фильтры должны предотвращать попадание в водозаборное сооружение посторонних предметов, обеспечивая при этом необходимую стабильную производительность по очищенной воде.
Помимо стабильной производительности, важными параметрами процесса фильтрации являются: равномерная скорость прохождения потока по всей поверхности фильтрующих элементов, возможность быстрого очищения без проведения дополнительных водолазных работ, удобство конструкции фильтра в обслуживании и ремонте.
Большую роль в успешной и долгосрочной эксплуатации систем водоснабжения играют мероприятия, направленные на предотвращение их засорения, вызванное попаданием в фильтры молоди рыб и их забивкой механическими примесями и шугой, а также на предотвращение обмерзания фильтров.
Особую важность такие мероприятия имеют в случае установки фильтров в условиях с нестабильным течением или отсутствия течения, где необходимы дополнительные средства обеспечения искусственного транзитного течения вдоль поверхности фильтра.
Соответствие всем вышеперечисленным критериям существенно повышает срок службы водозаборного фильтра.
Конструкции всех водозаборных фильтров предусматривают наличие фильтрующих воду элементов, которые могут иметь сетчатые, перфорированные или жалюзийные поверхности.
Водозаборный фильтр с сетчатыми фильтрующими элементами известен, например, из источника /1/ RU 2208086, опубликованного 10.07.2003.
Фильтры с сетчатыми или перфорированными фильтрующими элементами не имеют возможности очистки обратным током, легко засоряются в процессе эксплуатации, а операции по их очистке и замене являются трудоемкими.
Также, известны водозаборные фильтры, содержащие фильтрующие элементы в виде щелевых решеток.
Например, из источника /2/ RU 2478154, опубликованного 27.03.2013, известен водозаборный фильтр, содержащий цилиндрический корпус, выполненный с возможностью размещения в потоке подлежащей очистке жидкости, и два трубчатых фильтрующих элемента, представляющих собой щелевые решетки в форме цилиндрической спирали из высокоточного профиля V-образной формы, неподвижно закрепленные с двух сторон корпуса.
Фильтрующие элементы в виде щелевых решеток меньше подвержены засорению, а кроме того, их применение позволяет восстанавливать фильтрующую способность фильтров путем обратной промывки рабочей поверхности.
Вместе с тем, конструкции большинства из известных водозаборных фильтров не имеют специальных устройств для создания дополнительного водяного потока вдоль рабочей фильтрующей поверхности, поэтому их применение в условиях с нестабильным течением или его отсутствием (например, в водоемах) не обеспечивает выполнения нормативных требований по рыбозащите и не позволяет обеспечить надежную защиту фильтра от засорения механическими загрязнениями и ледяной шугой. В тех же конструкциях, которые снабжены подобными средствами (потокообразователями), применяются, как правило, жалюзийные фильтрующие элементы с расстоянием между пластинами, превышающим минимальный размер молоди рыбы. Остановка работы потокообразователя в таких фильтрах приводит к попаданию в водозабор рыбы и других механических предметов.
Из источника /3/ RU 2476640, опубликованного 27.02.2013, известен водозаборный фильтр, содержащий цилиндрический корпус, выполненный с возможностью размещения в потоке подлежащей очистке жидкости и два трубчатых фильтрующих элемента, представляющих собой щелевые решетки в форме цилиндрической спирали из высокоточного профиля V-образной формы, неподвижно закрепленные с двух сторон корпуса. Фильтр также содержит распределительное устройство, состоящее из двух концентрических труб, при этом труба меньшего диаметра расположена внутри трубы большего диаметра. Снаружи корпуса по внешнему периметру фильтра ниже фильтрующего элемента, установлен клиновидный перфорированный коллектор, в который подают сжатый воздух. Выходящие из коллектора пузырьки воздуха создают воздушную завесу и способствуют рассечению снежно-ледяного сгустка вокруг фильтра. Указанное техническое решение выбрано заявителем в качестве наиболее близкого аналога (прототипа) полезной модели.
Несмотря на преимущества, обеспечиваемые применением фильтрующих элементов в виде щелевых решеток, наличием распределителей для выравнивания потока в щелях решеток, и оснащение фильтра оборудованием для создания воздушной завесы, в известном фильтре отсутствуют средства, позволяющие обеспечить дополнительное искусственное транзитное течение, предотвращающее попадание в водозабор молоди рыб и прочих загрязнений, в частности при установке фильтра в условиях с нестабильным течением или отсутствия течения.
Отсутствие таких средств препятствует соблюдению требований по рыбозащите, снижает надежность защиты фильтра от засорения и, как следствие, уменьшает срок службы фильтра.
Таким образом, имеется потребность в водозаборном фильтре, имеющем высокую степень защиты от засорения в результате попадания в фильтр молоди рыб, механических загрязнений, шуги и нефтепродуктов, в том числе в условиях с нестабильным течением или отсутствия течения, возможность быстрого очищения без проведения дополнительных водолазных работ, и, как следствие, имеющего более длительный срок службы.
Раскрытие сущности полезной модели
Указанная техническая проблема решена посредством водозаборного фильтра, выполненного с возможностью размещения в подлежащей очистке жидкости, содержащего цилиндрический корпус, определяющий камеру приема очищенной жидкости, фильтрующие элементы, представляющие собой щелевые решетки в форме цилиндрической спирали из проволоки V-образного сечения, распределители потока жидкости и перфорированный воздушный коллектор, проходящий снаружи корпуса по внешнему периметру фильтра.
Согласно полезной модели водозаборный фильтр содержит потокообразователь, выполненный с возможностью создания транзитного течения вдоль поверхности фильтрующих элементов.
Создание искусственного транзитного течения вдоль поверхности фильтрующих элементов препятствует засорению фильтра, вызванному попаданием молоди рыб и механических загрязнений, в том числе и в случае установки фильтра в условиях нестабильного течения или отсутствия течения. При этом струйная завеса, создаваемая воздушным коллектором, дополнительно препятствует забиванию фильтра ледяной шугой и нефтепродуктами, устраняя необходимость проведения дополнительных мероприятий по очистке фильтрующих элементов от шуги в зимний период.
Наличие распределителей потока обеспечивает равномерное распределение потока по всей фильтрующей поверхности, что также повышает защиту фильтра от засорения. Благодаря конструкции фильтрующих элементов в виде щелевых решеток в форме цилиндрической спирали из проволоки V-образного сечения загрязнения в процессе работы не застревают в щелях, а собираются на гладкой наружной поверхности, щели не закупориваются, и, в отличие от сетчатых или перфорированных фильтров, фильтрующую способность возможно практически полностью восстановить путем обратной промывки рабочей поверхности.
Таким образом, полезной моделью предложен фильтр, имеющий высокую степень защиты от засорения, в том числе в условиях с нестабильным течением или отсутствия течения, а также возможность быстрого очищения без проведения дополнительных водолазных работ, что в совокупности позволяет существенно увеличить срок службы водозаборного фильтра.
Согласно варианту полезной модели потокообразователь содержит два соединенных друг с другом кольцевых коллектора, по окружности которых расположены форсунки для выпуска воды.
Согласно варианту полезной модели форсунки ориентированы в направлении вверх под наклоном 20 градусов к поверхности фильтрующих элементов, позволяя обеспечить равномерное транзитное течение по всей поверхности фильтрующих элементов.
Согласно варианту полезной модели проволока, из которой изготовлены щелевые решетки, имеет антиадгезионное биологически инертное покрытие.
Антиадгезионное биологически инертное покрытие является безвредным для организма человека и дополнительно позволяет предотвратить образование наледи на фильтрующих элементах.
Согласно варианту полезной модели коллектор выполнен в виде труб, проходящих в нижней части фильтра и имеющих направленные вверх отверстия.
Согласно варианту полезной модели водозаборный фильтр содержит съемную крышку, закрывающую один торец фильтра, и конусообразную съемную глухую часть, закрывающую другой торец фильтра.
Плоская крышка с одной стороны фильтра и конусообразная глухая часть с другой
стороны являются съемными элементами и фиксируются с помощью быстросъемных откидных креплений. Это позволяет осуществить удобный доступ во внутреннюю полость фильтра для обслуживания и осмотра без демонтажа всей конструкции и длительной остановки рабочего процесса.
Согласно варианту полезной модели распределитель содержит две концентрических трубы, при этом труба меньшего диаметра расположена внутри трубы большего диаметра со смещением ее торцевой части вдоль оси фильтра.
Краткое описание чертежей
Далее более подробно описан вариант осуществления полезной модели со ссылками на приложенный чертеж, на котором в аксонометрии показан водозаборный фильтр согласно полезной модели; при этом чертеж выполнен с частичным вырезом для иллюстрации элементов, расположенных внутри фильтра.
Осуществление полезной модели
На фигуре показан водозаборный фильтр согласно варианту осуществления полезной модели, предназначенный для защиты водозаборного сооружения от попадания содержащихся в воде механических загрязнений и молоди рыб. Фильтр содержит цилиндрический корпус 1, определяющий камеру приема очищенной жидкости, к которому при помощи сварки присоединен патрубок 2 отвода очищенной жидкости с образованием, таким образом, Т-образной сварной конструкции. Жесткость штуцера 2 обеспечивают укрепляющие ребра.
С двух сторон корпуса 1 расположены трубчатые фильтрующие элементы 3, которые согласно варианту осуществления полезной модели выполнены в виде щелевых решеток в форме цилиндрической спирали из проволоки с V-образным сечением с антиадгезионным биологически инертным покрытием и поперечных опорных элементов, при этом проволока и опорные элементы соединены сваркой в каждой точке их пересечения.
Шаг навивки проволоки обеспечивает постоянный размер кольцевой щели, определяющий степень фильтрации. Размеры шага навивки выбираются такими, чтобы молодь рыбы не могла проникнуть внутрь устройства через фильтрующие элементы. Таким образом, V-образный профиль каждого фильтрующего элемента создает гладкий жесткий экран с продольными щелями строго определенного размера с допуском до ±15 мкм. Размер щелей может составлять, например от 300 до 5000 мкм.
Благодаря такой конструкции фильтрующих элементов 3, загрязнения в процессе работы не застревают в щелях, а собираются на гладкой наружной поверхности. Щели не закупориваются, и, в отличие от сетчатых или перфорированных фильтров, фильтрующую способность возможно практически полностью восстановить путем обратной промывки рабочей поверхности. Промывка происходит посредством создания перепада давления в приемной камере и очищенная вода изнутри фильтра устремляется наружу, проходя в обратном направлении сквозь щели и очищая рабочую поверхность от загрязнений. Таким образом, очистка фильтров происходит быстро, не требуя длительной остановки рабочего процесса, извлечения фильтра из воды или применения специальных средств для механической очистки поверхности фильтра под водой.
С одной стороны фильтра торец фильтрующего элемента 3 закрыт плоской крышкой 4, а с другой стороны установлена конусообразная потокоформирующая глухая часть 5. Крышка 4 и потокоформирующая глухая часть 5 зафиксированы с помощью быстросъемных откидных креплений 6.
Внутри приемной камеры расположены кольцевые перегородки 7 с трубчатыми распределителями потока 8, обеспечивающими равномерность скорости входного потока. Согласно варианту осуществления полезной модели фильтр содержит два распределителя 8, установленных с каждой стороны корпуса 1.
Распределители 8 потока содержат две концентрические трубы, при этом труба меньшего диаметра расположена внутри трубы большего диаметра со смещением ее торцевой части вдоль оси L фильтра. Поток воды проходит через торцевые отверстия распределителей, которые расположены на определенном расстоянии от стенки 4. Диаметры распределителей, длина, количество и взаимное расположение выбираются так, чтобы обеспечивать равномерную скорость потока воды через всю фильтрующую поверхность. Таким образом, скорость прохождения воды через щели по всей длине не превышает расчетного значения, с учетом требований действующей нормативной документации для водозаборных и рыбозащитных сооружений.
Для обеспечения устойчивого положения при установке фильтра на крайних частях водозаборного фильтра установлены фланцевые опоры 9. Для подъема и перемещения фильтра предусмотрены строповые устройства 10.
Водозборный фильтр согласно полезной модели содержит перфорированный воздушный коллектор 11, предназначенный для создания воздушной завесы, обеспечивающей защиту фильтрующих элементов 3 от шуги и нефтепродуктов. Согласно варианту осуществления полезной модели коллектор 11 проходит снаружи по периметру фильтра в его нижней части. Подключение к компрессору подачи воздуха происходит через штуцер 12. Согласно варианту осуществления полезной модели коллектор 11 содержит трубы, имеющие направленные вверх отверстия.
При подаче сжатого воздуха, воздушные пузырьки выходят через отверстия и создают воздушную завесу, препятствующую попаданию ледяной шуги и нефтепродуктов на рабочую поверхность фильтрующих элементов. Для удобства монтажа, транспортирования и обслуживания коллектор может быть разборным.
Кроме того, водозборный фильтр согласно полезной модели содержит потокообразователь 13 для создания дополнительного искусственного транзитного течения вдоль фильтрующей поверхности.
Согласно варианту осуществления полезной модели потокообразователь 13 содержит два соединенных друг с другом кольцевых коллектора, по окружности которых расположены форсунки 14, через которые с определенной скоростью выходят струи воды, подаваемой в потокообразователь 13 через штуцер 15 подключения к насосу.
Согласно варианту осуществления полезной модели форсунки имеют наклон 20 градусов вверх относительно поверхности фильтров для обеспечения равномерности потока по всему фильтрующему элементу.
Расход воды, подаваемой в потокообразователь, количество форсунок и диаметр отверстий рассчитываются таким образом, чтобы обеспечить скорость потока в пределах, указанных в нормативной документации для рыбозащитных сооружений и исключить попадание молоди рыбы в область фильтрующей поверхности. Потокообразователь является разборным устройством для удобства монтажа, транспортирования и обслуживания.
Из вышеприведенного описания водозаборного фильтра согласно полезной модели понятно, что все его компоненты соединены друг с другом посредством сборочных операций с использованием известных средств крепления и находятся в функционально-конструктивном единстве.
Водозаборный фильтр согласно полезной модели работает следующим образом.
Водозаборный фильтр устанавливается так, чтобы конусообразная потокоформирующая часть 5 была установлена по направлению течения воды.
Включение насоса, входящего в состав системы фильтрации, инициирует поток воды под действием перепада давлений, который проходит через щелевые зазоры фильтрующих элементов 3 снаружи внутрь. При этом различные механические частицы и молодь рыбы с размером более ширины щели не проходят во внутреннюю полость фильтра.
Распределители 8 потока обеспечивают равномерное распределение скорости потока в фильтрующих элементах 3.
Очищенная вода через отверстия в трубных решетках попадает в камеру фильтра и
отводится через выходной штуцер 2.
При засорении фильтрующей поверхности производится промывка посредством подачи воды в обратном направлении изнутри-наружу. Также возможна механическая очистка фильтров непосредственно под водой.
Для обеспечения мероприятий по шугозащите и защите от нефтепродуктов в перфорированный воздушный коллектор 11 подается сжатый воздух. Перед фильтром создается поток водовоздушной смеси, препятствующий проникновению шуги и нефтепродуктов на фильтрующую поверхность.
Для предотвращения засорения фильтра и рыбозащиты в условиях с нестабильными скоростями течения либо при отсутствии течения (в водоемах) в кольцевой потокообразователь 13 подается вода с определенным расходом. Через трубные форсунки создается дополнительное течение по всей фильтрующей поверхности, препятствующее попаданию в фильтр молоди рыб и механических загрязнений.