ВОДОЗАБОРНОЕ УСТРОЙСТВО
WATER-INTAKE DEVICE

Изобретение относится к водозаборным устройствам, предназначенным для предотвращения попадания примесей в водопроводящую сеть, например к устройствам, обеспечивающим забор из накопителей и подачу в оросительную сеть таких жидкостей, как животноводческие стоки.
Известен фильтр для очистки воды, содержащий корпус с входным и выходным отверстиями, установленный в корпусе вращающийся перфорированный фильтрующий элемент и камеру улавливания примесей [1].
Недостатком известного фильтра является то, что для достижения эффективной работы он выполнен вращающимся, что требует установки дополнительного привода, т.е. дополнительных энергозатрат. Кроме того, отверстия (перфорация) сетчатого фильтрующего элемента засоряются длинноволокнистыми примесями, например остатками корма, попадающего в животноводческие стоки. В результате снижается надежность работы фильтра.
Также известно водозаборное устройство, содержащее корпус с входным и выходным отверстиями, установленный перфорированный фильтрующий элемент, выполненный в виде цилиндра с установленными в отверстиях перфорации изогнутыми трубками, свободный конец каждой из которых расположен в сторону движения основного потока, корпус выполнен в виде усеченного конуса с большим основанием на входе и снабжен расположенными во входном и выходном отверстиях диафрагменными клапанами, а камера улавливания примесей размещена между фильтрующим элементом и стенками корпуса [2].
Водозаборное устройство содержит корпус, в котором установлен фильтрующий элемент, выполненный в виде цилиндра. Цилиндр подключен к всасывающему трубопроводу насоса. В стенке цилиндра выполнены отверстия, в которых жестко закреплены фильтрующие изогнутые трубки. Свободный конец трубки, находящийся вне цилиндра, установлен в направлении вдоль основного потока жидкости, а другой - введен вовнутрь цилиндра.
Корпус снабжен расположенными во входном и выходном отверстиях диафрагменными клапанами. Жидкость поступает через впускной клапан в режиме фильтрования, а через выпускной клапан - в режиме обратной промывки.
У известного водозаборного устройства в режиме фильтрования жидкость из приемника поступает через выпускной клапан по кольцевой полости, проходит по фильтрующим изогнутым трубкам и по цилиндру во всасывающий трубопровод. В это время выпускной клапан закрыт.
Крупные твердые примеси, находящиеся в жидкости, перекрывают входные отверстия трубки, а волокнистые примеси накапливаются на стенах трубок.
В случае значительного засорения фильтра насос отключается. Вода обратным потоком поступает из всасывающего трубопровода в фильтрующие трубки и очищает их от примесей. В этот момент в кольцевой полости давление повышается, в результате чего впускной клапан закрывается, а выпускной клапан открывается, и примеси из камеры подаются в сборник.
Недостатком водозаборного устройства является то, что в процессе работы фильтрующие изогнутые трубки засоряются твердыми и длинноволокнистыми примесями.
Вода подается во всасывающий трубопровод насосом. При этом сила засасывания твердых и длинноволокнистых примесей в жидкости в несколько раз больше, чем давление воды, поступающей обратным потоком из трубопровода в фильтрующие элементы. Поэтому часть фильтрующих трубок, засоренных твердыми и длинноволокнистыми примесями, не очищается водой обратным потоком из всасывающего трубопровода в фильтрующие трубки. Некачественная очистка фильтрующих трубок от твердых и волокнистых примесей объясняется тем, что размер сечения трубок при очистке не увеличивается.
В итоге снижается надежность работы фильтрующего элемента
Кроме того, количество, размеры взвешенных частиц и механических включений, содержащихся в очищенных сточных водах и подготовленных животноводческих стоках, должны соответствовать техническим требованиям насосов, трубопроводов и поливной техники.
Содержание взвешенных веществ в подготовленных животноводческих стоках комплексов КРС должно быть не более 4%, свинокомплексов - не более 2%. В них не должны содержаться твердые и длинноволокнистые включения размером более 10 мм, а при применении дождевальных машин с гидроприводом - более 2 мм [3].
При переходе полива животноводческими стоками комплексов КРС на свиноводческие стоки необходимо поменять фильтрующий элемент.
В итоге снижается область применения и универсальность водозаборного устройства.
Целью предлагаемого изобретения является повышение надежности и качества очистки жидкости, например животноводческих стоков комплексов крупного рогатого скота и свинокомплексов от твердых и волокнистых структур.
Поставленная цель достигается тем, что в водозаборном устройстве, содержащем корпус с входным и выходным отверстиями, установленный в корпусе фильтрующий элемент, снабженный диафрагменными клапанами, фильтрующий элемент выполнен в виде подпружиненных колокольных составных частей, установленных на оси квадратного сечения, имеющими для фиксации на торцовых поверхностях выступы и впадины, и образующие фильтровальные каналы, выполненные под углом менее 90° к оси фильтра, между которыми установлены пружины.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленное водозаборное устройство соответствует критерию «Новизна», так как имеет отличия от прототипа.
1. Фильтрующий элемент выполнен в виде колокольных составных частей.
2. Каждая составная часть фильтрующего элемента выполнена в виде колокола.
3. В каждой составной колокольной части фильтрующего элемента выполнены полуканалы.
4. Колокольные составные части образуют сквозные фильтровальные каналы.
5. Фильтрующие каналы, образованные колокольными составными частями, выполнены под углом менее 90° к оси фильтра.
6. На торцовых поверхностях конусных составных частей фильтрующего элемента выполнены пазы и выступы.
7. Между колокольными составными частями фильтрующего элемента установлены пружины.
8. На оси квадратного сечения фильтрующего элемента установлена пружина.
9. Натяжение пружины, установленной на оси квадратного сечения фильтрующего элемента, регулируется гайкой.
С целью предотвращения налипания волокнистых структур на фильтрующие отверстия, фильтрующий элемент выполнен в виде колокольных частей. При работе водозаборного устройства волокнистые структуры притягиваются потоком жидкости к фильтрующему элементу. При работе известных водозаборных устройств волокнистые структуры налипают на стенки фильтрующего элемента.
При очистке отверстий или каналов от волокнистых структур жидкость вытекает из фильтрующего элемента под некоторым давлением.
Фильтровальный элемент водозаборного устройства, выполненного в виде колокольных составных частей, предотвращает обволакивание поверхности фильтрующего элемента волокнистыми структурами.
С целью создания потока жидкости вдоль фильтрующего элемента для очистки фильтрующих каналов водозаборное устройство устанавливается вертикально при помощи поплавков и удерживается в средних слоях жидкости, подготовленной к использованию для полива, а составные части фильтрующего элемента выполнены в виде колокола.
За счет того, что составные части фильтрующего элемента выполнены в виде колокола, твердые примеси и волокнистые структуры при очистке фильтрующих каналов за счет потока жидкости лучше смываются и падают на дно навозохранилища.
С целью фиксации и предотвращения произвольного поворота вокруг оси фильтрующего элемента колокольные составные части установлены на оси квадратного сечения.
С целью фильтрации жидкости в колокольных составных частях выполнены фильтровальные каналы, расположенные по окружности.
При установке колокольных составных частей, имеющих полуканалы в фильтрующем элементе, в необходимом положении образуются фильтрующие каналы, в которых жидкость очищается от твердых примесей и волокнистых структур.
При работе водозаборного устройства крупные твердые примеси перекрывают входные фильтрующие каналы, а волокнистые структуры накапливаются вокруг торца фильтрующих каналов.
С целью создания потока жидкости, движущейся вдоль продольной оси водозаборного устройства, фильтрующие каналы, образованные на колокольных составных частях, выполнены под углом менее 90° к оси фильтрующего элемента.
За счет того, что фильтровальные каналы выполнены под углом менее 90°, при очистке фильтрующего элемента жидкость, поступающая из трубопровода (при остановке насоса) подается под давлением в фильтровальный элемент, вытекает из фильтровальных каналов и подается вдоль фильтровального элемента через выходной диафрагменный клапан в навозохранилище. То есть, вдоль фильтровального элемента создается поток жидкости. За счет потока жидкости волокнистые структуры выносятся из фильтровальных каналов и фильтровального элемента в навозохранилище.
В случае значительного засорения фильтра, насос отключается и жидкость обратным потоком поступает из всасывающего трубопровода в фильтрующие каналы и очищает их от твердых примесей и волокнистых структур. За счет того, что составные части выполнены в виде колокола, в которых выполнены фильтрующие каналы под углом менее 90° к оси водозаборного устройства, создается поток жидкости, направленный вдоль фильтрующего элемента. За счет потока жидкости волокнистые структуры отрываются от торцов фильтрующих каналов и колокольных составных частей фильтрующего элемента.
Для образования фильтрующих сквозных каналов и фиксации колокольных составных частей в определенном положении на торцовых поверхностях составных частей выполнены пазы и выступы. Выступы одних составных частей при сборке колокольного фильтрующего элемента входят в пазы других составных частей.
С целью образования фильтровальных каналов и фиксации колокольных составных частей на оси фильтрующего элемента установлена пружина. Натяжение пружины регулируют гайкой, которая заворачивается на ось фильтрующего элемента.
С целью изменения размера сечения фильтрующих каналов между колокольными составными частями установлены пружины.
Пружины размещены по окружности на торцовых поверхностях колокольных составных частей фильтрующего элемента.
В случае значительного засорения фильтра насос отключается, а жидкость обратным потоком поступает из всасывающего трубопровода в фильтрующие каналы и очищает их от примесей и волокнистых структур. В этот момент в полости фильтрующего элемента давление жидкости увеличивается. В результате увеличения давления жидкости пружина, установленная на оси фильтрующего элемента, сжимается и под действием пружин, установленных между колокольными составными частями, размер сечения фильтрующих каналов увеличивается. При увеличении размера сечения фильтрующих каналов твердые примеси и волокнистые структуры, которые зависли или засорили фильтровальный элемент, увлекаются потоком жидкости и перемещаются через выходной диафрагменный клапан из водозаборного устройства в навозохранилище.
Выявленные признаки технического решения предлагаемого водозаборного устройства позволяют сделать вывод о соответствии технического решения критерию «Существенные отличия».
На фиг.1 показано водозаборное устройство, продольный разрез (режим фильтрации); на фиг.2 показано водозаборное устройство, продольный разрез (режим очистки фильтрующих каналов).
Водозаборное устройство содержит корпус 1 с входными 2 и выходными 3 отверстиями, в которых размещены соответственно впускной 4 и выпускной 5 диафрагменные клапаны, состоящие из нескольких секций. В корпусе 1 установлен колокольный фильтрующий элемент, выполненный в виде колокольных составных частей 6, 7, 8, 9, 10, 11 и 12. Колокольные составные части 6, 7, 8, 9, 10, 11 и 12 установлены на ось 13. Ось 13 имеет квадратное сечение.
По цилиндрической части конусных частей 6 и 7, 7 и 8, 8 и 9, 9 и 10, 10 и 11, 11 и 12 выполнены полуотверстия в виде полуканалов под углом α менее 90° к оси 13, образующие фильтрующие каналы 14.
Между колокольными частями 6, 7, 8, 9, 10, 11 и 12 установлены пружины 15. Наружные части колокольных частей, образующие фильтрующие каналы 14, установлены в направлении основного потока жидкости.
Конусные части 6, 7, 8, 9, 10, 11 и 12, образующие фильтрующие каналы 14, установлены на оси 13, имеющей квадратное сечение, сжимаются пластиной 16, имеющей отверстия 17, и пластиной 18, которые сжимаются пружиной 19. Натяжение пружины 19 регулируется гайкой 20 через шайбу 24.
Для точной фиксации колокольных составных частей 6, 7, 8, 9, 10, 11 и 12, установленных на оси 13, выполнены пазы 21 и выступы 22.
Фильтрующий элемент, состоящий из колокольных частей 6, 7, 8, 9, 10, 11 и 12 через пластину 16 крепится болтовым соединением (болт не показан) к трубопроводу 23.
Впускной клапан 4 герметично крепится к корпусу 1 и трубопроводу 23.
Выпускной клапан 5 герметично крепится к корпусу 1.
Водозаборное устройство работает в режиме фильтрования (фиг.1) и в режиме обратной промывки (очистка фильтрующего элемента) (фиг.2).
Водозаборное устройство работает в режиме фильтрования следующим образом. При помощи поплавков водозаборное устройство в вертикальном положении удерживается в средних слоях навозохранилища, в котором жидкость наиболее подготовлена по структуре к использованию для полива.
В режиме фильтрования жидкость поступает через впускной клапан 4 в полость, образованную корпусом 1 и колокольным фильтрующим элементом, состоящим из частей 6, 7, 8, 9, 10, 11 и 12. Далее жидкость проходит по фильтрующим каналам 14 во внутреннюю часть фильтрующего элемента, образованную внутренней поверхностью колокольных составных частей и осью 13 во всасывающий трубопровод 23. В это время выпускной клапан 5 закрыт, т.е его свободная поверхность прижата к седлу 24. Твердые примеси и волокнистые структуры, находящиеся в жидкости, задерживаются на входе в фильтрующие каналы 14. Причем крупные твердые примеси перекрывают входные фильтрующие каналы 14, а волокнистые структуры накапливаются на стенках фильтрующих каналов 14 вокруг их торцов.
Фильтрующие каналы 14, расположенные у впускного канала 4, очищаются от волокнистых структур и твердых примесей основным потоком жидкости, движущимися от впускного клапана 4 в полости, образованной стенкой корпуса 1 и колокольными составными частями 6, 7, 8, 9, 10, 11 и 12 вдоль продольной оси фильтрующего элемента к выпускному клапану 5.
Водозаборное устройство работает в режиме обратной промывки (очистка фильтрующего элемента) (фиг.2) следующим образом.
В случае значительного засорения фильтрующего элемента твердыми примесями и волокнистыми структурами насос (не показан) отключается и жидкость обратным потоком поступает из всасывающего трубопровода 23 в фильтрующие каналы 14 и очищает их от примесей. При этом впускной клапан 4 закрывается, а выпускной 5 открывается. В этот момент во внутренней полости фильтрующего элемента давление жидкости увеличивается. В результате чего пластина 18 перемещается вдоль оси 13 и пружина 19 сжимается, а колокольные составные части 6, 7, 8, 9, 10, 11 и 12 перемещаются вдоль оси 13 под действием пружин 15. В результате размер сечения фильтрующих каналов 14 увеличивается. За счет увеличения размера сечения фильтрующих каналов 14 фильтр очищается от твердых примесей и волокнистых структур, находящихся в каналах 14.
За счет того, что составные части 6, 7, 8, 9, 10, 11 и 12 выполнены колокольными, а фильтровальные каналы выполнены под углом менее 90°, твердые примеси и волокнистые структуры под действием потока жидкости, направленного вдоль фильтровального элемента, перемещаются к выпускному клапану 5, а затем из водозаборного устройства - в навозохранилище.
При переходе полива с животноводческих стоков комплексов крупного рогатого скота (КРС), в которых содержание взвешенных веществ должно быть не более 4% и волокнистых структур (включений) размером более 10 мм на полив стоками свинокомплексов или при применении дождевальных машин с гидроприводом или электроприводом, необходимо изменить натяжение пружины 19. Натяжение пружины 19 регулируется гайкой 20.
В результате изменяется качество очистки фильтрующих каналов 14 от твердых примесей и волокнистых структур, находящихся в жидкости, подготовленной для полива.
Использование предлагаемого водозаборного устройства обеспечивается по сравнению с известными устройствами качественной самоочисткой фильтрующего элемента.
За счет возможности изменения размера сечения фильтровальных каналов, в режиме обратной промывки (очистки фильтровального элемента) происходит качественная самоочистка фильтровального элемента от твердых примесей и волокнистых структур, а выполнение составных частей в виде колокола предотвращает налипание волокнистых структур на фильтровальный элемент.
Использование предлагаемого водозаборного устройства обеспечивает увеличение области применения при поливе животноводческими стоками комплексов крупного рогатого скота (КРС) и свинокомплексов по сравнению с известными устройствами.
При использовании предлагаемого водозаборного устройства нет необходимости менять фильтрующий элемент при поливе дождевальными машинами с гидроприводом или электроприводом.