ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ ДЛЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОЧИСТКИ БОЛЬШИХ ОБЪЕМОВ ВОДЫ

Полезная модель относится к технике предварительной очистки больших объемов воды от механических примесей, в частности крупных загрязнений, мусора, фрагментов породы, и может быть использована для очистки вод в шахтах.
Известно задерживающее устройство для извлечения отбросов из сточных вод, включающее решетку в виде пакета пластин, зафиксированных в узлах крепления резьбовыми соединениями, причем, один из них снабжен дополнительной поперечиной, а очистка решетки осуществляется посредством перемещаемой граблины (а.с. СССР №1527386, E03F 5/14).
Недостатком известного устройства является сложность конструкции, содержащей значительное число резьбовых соединений, расположенных на разных уровнях. Кроме того, периодические движения граблин между пластинами решетки приводят к их интенсивному износу.
Наиболее близким аналогом к заявляемому устройству является устройство для удержания и удаления механических примесей из сточных вод, содержащее корпус с размещенной в нем решеткой, состоящей из жесткой рамы и собственно фильтра, выполненного в виде ряда пластин, устройство для очистки решетки, каретку и специальный накопительный лоток для сбора задержанных примесей, отличающееся тем, что устройство содержит n>1 решеток, установленных последовательно в канале по направлению потока сточных вод и имеющих прозоры, уменьшающиеся по направлению потока (ПИ РФ №2253717, E03F 5/14, B01D 43/00). Кроме того, каждая решетка установлена в канале под своим углом в плане по отношению к направлению воды, оснащена устройством очистки решеток и автоматическим устройством, управляющим работой решеток и обеспечивающим положение в каждый момент времени минимум одной решетки в рабочем состоянии.
Недостатком известного устройства является невысокая производительность его работы. Это обусловлено тем, что в конструкции содержится устройство, для очистки решетки, выполненное в виде вращающейся щетки из гибких упругих прутков, соединенное с приводом. Использование привода в канале для подачи воды снижает надежность функционирования устройства. Привод требует: защиты от попадания влаги, технического обслуживания, в период которого устройство не функционирует, что ведет к снижению его производительности.
Техническая задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в повышение производительности технологического модуля устройства.
n
Техническая задача предварительной очистки больших объемов воды от механических примесей решается тем, что в известном устройстве, содержащего n>1 решеток установленных последовательно в канале по направлению потока воды, каждая из которых выполнена в виде ряда пластин собранных на раме с одинаковым прозором, продольные оси пластин располагаются горизонтально, их рабочие поверхности параллельны друг другу и наклонены к направлению потока под углом α=+25°…+65°, при этом угол в каждой последующей решетке больше чем в предыдущей, а дистальные края смежных пластин установлены с перекрытием. При этом, пластины выполнены с возможностью поворота вокруг продольной оси, а решетки выполнены разборными.
На фиг.1 представлена общая схема технологического модуля для предварительной очистки больших объемов воды, на фиг.2 вид В, фиг.3 разрез по А-А, фиг.4, 5 поперечные сечения решеток.
1
2
3
1
2
3
Технологический модуль для предварительной очистки больших объемов воды содержит: канал для направления потока воды 1 (фиг.1), решетки 2, 3, 4. Число решеток должно быть больше одной. Каждая из решеток представляет собой раму 5 (фиг.2), в которой установлены пластины 6 (фиг.3, 4). Прозоры 7 (а), 8 (а) и 9 (а) выполнены одинаковыми в пределах каждой решетки 2, 3, и 4. При этом величина прозора a>а>а. Продольные оси пластин 10, 11 и 12 - горизонтальны, а рабочие поверхности пластин, в пределах каждой решетки, - параллельны друг другу. В решетке 2 - поверхность 13 параллельна поверхности 14, решетке 3 - поверхность 15 параллельна поверхности 16, решетке 4 - поверхность 17 параллельна поверхности 18.
3
2
1
1
3
Угол наклона рабочих поверхностей пластин от решетки к решетки (в направлении движения воды по каналу 1) увеличивается:α>α>α. В решетке 2 угол наклона α пластин 6, 7, выбирается в диапазоне от +25° до 45°. В последней решетке 4, по ходу движения воды в канале 1, угол наклона α должен быть не больше 65°. В пределах каждой решетки 2, 3 и 4 дистальные края смежных пластин с выполняются с перекрытием. В частности в решетке 2, край пластины 6-19, выполняется ниже края пластины 7-20. Это обеспечивает перекрытие дистальных (нижнего и верхнего) краев пластин на величину d (фиг.5).
Пластины 6 установлены в решетках 2, 3, 4 с возможностью поворота вокруг продольных осей 10, 11 и 12, соответственно. Каждая решетка собрана из блоков, что позволяет выполнять их легко разборными. В частности, решетка 2 (3, 4), в зависимости от размеров канала, может состоять из нескольких блоков: 21, 22.
В торце канала для направления потоков воды 1, противоположном стороне подачи воды, установлена сплошная перечная перегородка 23, которая оснащена выпускными устройствами для слива очищенной воды 24.
Технологический модуль для предварительной очистки больших объемов воды работает следующим образом.
В канале для направления потока воды для предварительной очистки 1, устанавливаются разборные решетки 2, 3 и 4. Число решеток определяется степенью загрязнения воды и дисперсностью твердых частиц. Чем выше гранулометрический разброс частиц, тем большее число решеток устанавливается. Решетки 2, 3 и 4 устанавливаются в плоскости, перпендикулярной средней скорости движения воды в канале 1, на удалении друг от друга. Блочная конструкция каждой решетки 2, 3 и 4 (блоки 21, 22 в пределах решетки 2) облегчает ее сборку и разборку. После окончания установки решеток 2, 3 и 4 в канал 1 подается вода, подлежащая очистке от твердых взвешенных частиц. Вода движется в канале 1 в ламинарном (слоистом) режиме, преимущественно с горизонтальным положением вектора средней скорости. Проходя через решетку 2 по прозорам 7, вода меняет направление вектора средней скорости с горизонтального на наклонный. При этом вектор средней скорости воды при движении в прозоре 7 имеет угол наклона щ, что обусловлено движением ее между рабочими параллельными поверхностями пластин 13 и 14. К горизонтальной составляющей скорости добавляется движение воды сверху вниз. После выхода воды из прозора 7 вектор средней скорости восстанавливается до горизонтального направления, параллельно дну канала 1. При этом, смесь воды из твердых частиц приобретает дополнительно вращательное движение (на фиг.3 против направления часовой стрелки). Возникает дополнительная нормальная составляющая силы инерции, под действием которой твердые частицы, имеющие большую плотность, приобретают преимущественное движение вниз, к дну канала 1. За решеткой 2 образуется слой твердых частиц, выделившихся из потока очищаемой воды.
Расположение дистальных краев 19 и 20 смежных пластин 6 с перекрытием изменяет движение всего потока воды в прозорах 7 параллельно дну канала 1, обеспечивая турбулизацию всего объема воды, проходящего через прозоры 7 решетки 2.
2
1
2
2
1
В результате турбулизации наиболее крупные твердые частицы оседают на дно канала 1 сразу за решеткой 2. Поток воды, в которой содержатся более мелки по размерам частицы, перемещается к решетке 3. Угол наклона пластин 6 - α в решетке 3 больше по величине, чем α. Как следствие, поток воды, проходя через прозоры 8, движется параллельно рабочим поверхностям 15 и 16, т.е под углом α к горизонтальному направлению. При выходе из прозоров 8 поток воды с твердыми частицами получает дополнительное вихревое движение, величина которого больше чем при выходе из решетки 2. Следствием вихревого движения является возникновение нормальной составляющей силы инерции. Более твердые частицы, находящиеся в воде, обладают большей плотностью, и, следовательно, имеют большую величину силы инерции, чем частицы воды. Под действием нормальной составляющей силы инерции происходит преимущественное их движение в направлении ко дну канала 1. Превышение угла наклона пластин 6 в решетке 3 (α) по сравнению с углом наклона пластин в решетке 2 (α) обеспечивает большую величину турбулизации потока воды и, как следствие, большую величину нормальной составляющей силы инерции. В результате, твердые частицы с малой массой получают больший импульс силы, прижимающий их к дну канала 1. Оставшаяся часть твердых частиц, не осевших на дно канала 1 после прохождения решетки 2, выпадает на дно за решеткой 3.
3
2
1
Далее поток воды с более мелкими твердыми фракциями движется по направлению к решетке 4 параллельно дну канала 1. Процесс турбулизации воды при выходе из решетки 4 аналогичен ранее описанному. Однако, за счет того, что угол α>α>α закручивание потока после выхода из прозоров 9 происходит с большей величиной, чем при выходе из прозоров 8. Возникает большая по величине нормальная составляющая силы инерции, обеспечивающая выделение из потока воды на дно канала 1 твердых частиц с меньшим геометрическим размером. За решеткой 4 поток воды содержит минимальное число твердых частиц и, достигая поперечную перегородку 23, истекает за нее через выпускные устройства 24.
После набора достаточного объема твердых частиц за решетками 2, 3 и 4 прекращается подача воды в канал 1, она отводится в параллельный канал. Вода из канала 1 полностью удаляется через выпускные устройства 24. Производится разборка решеток на составляющие блоки 21 и 22. Твердые частицы удаляются со дна канала 1 с использование погрузочной техники.
3
2
1
n
Гранулометрический состав твердых частиц в потоке воды может меняться в зависимости от сезона или вида работ, определяющих образование твердых частиц. Адаптация решеток 2, 3 и 4 к изменяющемуся составу твердых частиц обеспечивается за счет поворота пластин 6 относительно продольных осей 10, 11 и 12. При этом с соблюдением соотношения α>α>α обеспечивается изменение угла наклона α в пределах каждой решетки.
Горизонтальное расположение продольных осей 10, 11 и 12 обеспечивает разделение потока воды на продольные слои, каждый из которых попадает в фиксированное пространство между параллельными рабочими поверхностями пластин 6.
Угол наклона пластин 6 решеток больше +25° позволяет обеспечить необходимые условия для формирования минимальной вертикальной составляющей скорости воды при ее движении в прозорах 7, 8 и 9, и обеспечивает создает условия для турбулизации потока воды. При меньших углах установки пластин 6, возникающий вихрь имеет недостаточную угловую скорость для того, чтобы под действием нормальной составляющей силы инерции обеспечивать движение твердых частиц за решеткой по направлению к дну канала 1. Превышение угла установки пластин 6 в решетках величины +65° ведет к созданию значительного гидравлического сопротивления, что в совокупности с наличием твердых частиц в потоке воды приведет к перекрытию прозоров 7, 8 и 9 и исключит свободное движение воды сквозь решетки 2, 3 и 4. В результате Процесса очистки воды в технологическом модуле прекратится.
Продольное положение осей пластин 6 позволяет разделить поток жидкости на параллельные слои жидкости, каждый из которых проходит через прозоры 7. Обеспечивается параллельная очистка воды по всей высоте решеток 2, 3 и 4, что позволяет эффективно использовать всю площадь решетки.
n
Установка пластин 6 под наклоном к направлению потока под утлом α, изменяющемся в пределах от +25° до +65°, позволяет обеспечивать вращательное движение потока воды при выходе из прозоров 7. Это, в свою очередь, обеспечивает создание нормальной составляющей силы инерции и под ее действием движение твердых частиц, находящихся в жидкости, к дну канала 1. Постепенное увеличение угла наклона пластин 6 от решетки к решетке позволяет выделять твердые частицы селективно. После первой решетки выделяются на дно канала 1 наиболее крупные твердые частицы, на последующих решетках выделяются твердые частицы с меньшим размером поперечного сечения. Это исключает забивание решеток.
Установка дистальных краев 19 и 20 смежных пластин с перекрытием позволяет изменять направление движения всего потока, проходящего по прозорам: 7, 8 и 9, с горизонтального на наклонное, что обеспечивает частично вращательное движение потока воды на выходе из прозоров.
Возможность поворота пластин 6 вокруг продольных осей 10, 11 и 12 позволяет настраивать технологический модуль устройства на удержание твердых частиц в зависимости от их текущего гранулометрического состава. Это обеспечивает возможность использования технологического модуля в изменяющейся обстановке, определяемой сезоном или появлением новых источников твердых частиц в потоке воды.
Таким образом, заявляемое устройство, обладает большей эффективностью и производительностью по очистке больших объемов воды от примесей твердых частиц.