Воздухораспределительное устройство

Полезная модель относится к установкам очистки жидкостей путем фильтрации через насыпные материалы, а именно к элементам дренажно-распределительных систем коллекторно-лучевого типа, и может быть использована для всех типов фильтров, используемых в водоснабжении, химической водоподготовке в энергетике, доочистке сточных вод и других отраслях промышленности.
Известно воздухораспределительное устройство (по патенту RU2664527, выбрано в качестве прототипа), выполненное в виде трубы, имеющей соединительную часть и торцевой элемент, с перфорацией, выполненной в один ряд вдоль трубы, закрытой желобом с щелевыми отверстиями с шириной меньше фильтрующего материала. В местах перфорации во внутренней части трубы установлены патрубки
Недостатками известного устройства являются узкая зона воздушного барботажа, в следствие того, что трубы в первую очередь  приспособлены для распределения воды, и содержат необходимое для водяной промывки количество щелевых отверстий в ленте, рассчитанных на создание нормативной потери напора в дренажно-распределительной системе при промывке водой (до 7м водяного столба), и не рассчитаны на создание необходимой потери напора при воздушной промывке создаваемой благодаря гораздо более высоким скоростям истечения воздуха из щелевых отверстий  (скорость истечения воздуха из них мала 1-4 м/с, вместо требуемых 45-50 м/с (Пособие к СНиП. 2.04.02-84), а для равномерного распределения воздуха по трубе используются специальные штуцеры, установленные в каркасе трубы: воздух поднимается над перфорацией вертикально вверх, ограничивая зону воздушного барботажа, площадью перфорированных накладок.
Технической задачей полезной модели является повышение эффективности воздушного барботажа.
Технический результат достигается в воздухораспределительном устройстве, выполненном в виде трубы с перфорацией, имеющем соединительную часть и торцевой элемент. Перфорация выполнена в виде, по крайней мере, двух рядов отверстий, расположенных вдоль трубы, закрытых желобами с щелевыми отверстиями, с шириной меньше размеров фильтрующего материала. Каждый желоб имеет дугообразную форму в поперечном сечении. Отверстия расположены в одной продольной половине трубы.
Полезная модель поясняется рисунками:
фиг. 1 - воздухораспределительное устройство, поперечный разрез;
фиг. 2 - воздухораспределительное устройство, вид сбоку и частичный продольный разрез;
фиг. 3 - воздухораспределительное устройство, расположение в фильтрующей загрузке.
Воздухораспределительное устройство выполнено в виде трубы 1 с перфорацией 2, выполненной в виде, по крайней мере, двух рядов отверстий 2, расположенных вдоль трубы 1, преимущественно равномерно (на равных расстояниях между отверстиями 2 в одном ряду), для равномерного распределения воздуха по длине всей трубы 1. Диаметр отверстий 2 зависит от требуемой интенсивности воздушной промывки, и определяется расчетом. Труба 1 может выполняться как из полимерных материалов (ПЭ, ПВХ, полипропилен и др.), так и из металлов и сплавов, в том числе коррозионно-стойких.
Распределительная система коллекторно-лучевого типа состоит из воздухораспределительных устройств, лежащих в одной плоскости и равномерно расположенных по площади фильтрующей установки. С одной стороны трубы 1 герметично присоединены к коллектору 7, а с противоположной – заглушены. Труба 1 имеет соединительную часть 3, например, на которой выполнена резьба для соединения с коллектором  (также могут использоваться фланцевые соединения, посадка на конус с последующей приваркой прерывистым швом, сплошной приваркой, резьбовыми муфтами, через накидную гайку, с помощью быстроразъемных соединений, компрессионными муфтами), и торцевой элемент 4, выполненный в виде герметичной заглушки.
Перфорация 2 вдоль трубы закрыта желобами 5 с щелевыми отверстиями 6, с шириной щели меньше размеров фильтрующего материала (меньше его минимальной фракции), благодаря чему, внутренние полости воздухораспределительного устройства не забиваются фильтрующей загрузкой (песком). Каждый желоб 5 имеет дугообразную форму в поперечном сечении. На этапе воздушной промывки воздух подается в трубу 1 и за счет сопротивления в отверстиях 2, равномерно распределяется по всей длине трубы 1. Это позволяет равномерно распределять воздух по площади фильтровального сооружения и повышает эффективность воздушного барботажа. Размер и количество щелевых отверстий 6 выбирается в соответствии с гидравлическим расчетом – в зависимости от площади фильтрации и размера фракций фильтрующего материала, требуемой интенсивности воздушной промывки. Дугообразная форма (например, форма сегмента окружности или эллипса) повышает эксплуатационную надежность, исключается случайное повреждение системы при перегрузке фильтрующего слоя. Желоб заглушен  в начале и конце на трубе 1 и может быть выполнен в следующих вариантах: из листовой стали (коррозионно-стойкой) с выполненными на нем щелями расположенными как вдоль, так и поперек образующей трубы методами штамповки или просечки, с щелями в форме козырьков с одной (тип «жалюзи») или  двумя щелями («мост»), а также других подходящих форм или их комбинаций; методами лазерной обработки, электро-эрозионной обработки, пробивкой и т.п., в виде плоских отверстий или щелей в форме линии и любых других геометрических форм. К металлической трубе 1 желоб 5  может крепиться различными способами -  сваркой, контактной сваркой, заклепками, винтами  или другим способом. Крепление желоба к полимерной трубе 1 может осуществляться различными способами: посадкой в пазы  с последующим прижимом хомутами, крепление  по типу «ласточкин хвост», креплением на заклепки, саморезами или другим способом.
Отверстия 2 расположены преимущественно в одной продольной половине трубы, таким образом, угол α между отверстиями 2 из разных рядов меньше 180 градусов (угол α - угол, образованный радиусами, проведенными из центра трубы 1 к рядам отверстий 2, как показано на фиг. 1). Благодаря этому, при установке в загрузку 8 (например, песок) дренажной системы, ряды отверстий 2 могут быть сориентированы вниз. За счет такого расположения отверстий 2 и, аналогичного положения щелевых отверстий 6, под углом a около 90 градусов, увеличивается общая площадь распределения воздуха, выходящего из щелевых отверстий 2 струями, параллельными продольной оси трубы 1, вниз, направленными в сторону от трубы 1, что повышает эффективность воздушного барботажа и позволяет располагать трубы 1 соседних воздухораспределительных устройств в системе на больших расстояниях друг от друга. Использование такой воздушной промывки существенно снижает себестоимость водоподготовки в целом за счет экономии промывной воды.
По завершении цикла фильтрации начинается цикл промывки фильтрующей загрузки 8. На первом этапе промывки воздух через коллектор 7 подается в полость труб 1, откуда через отверстия 2 в трубах 1 и щелевые отверстия 6 он поступают в загрузку 8. На этом этапе промывки происходит выравнивание гидравлического сопротивления загрузки 8 по площади сооружения и отрыв накопившихся за фильтроцикл загрязнений от поверхности зерен загрузки.
Возможна совместная водовоздушная  промывка, когда  воздух подается одновременно с водой (через отдельные дренажно-распределительные трубы) в загрузку 8 для ее регенерации и отмывки, и выноса загрязнений в промывные желоба 5.