УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ЖИДКОСТИ ОТ МЕХАНИЧЕСКИХ ЧАСТИЦ

Полезная модель относится к области очистки жидкости, а также может быть использована для разделения суспензий на фракции по размеру механических частиц с декантированием фракции частиц большего размера.
Сетчатые барабанные фильтры широко используются для очистки воды водоемов в отрасли выращивания рыбы. В таких фильтрах, например модели «FAIVRE», спускаемая из водоема фильтруемая вода попадает в барабан фильтра, который медленно вращается (3-8 об/мин, в зависимости от модели фильтра) и задерживает частицы грязи на фильтрующих элементах. Очищенная вода по каналу перетекает в другой водоем, а грязь вымывается с сеток струями воды очищающих форсунок на шламовый лоток и отводится по специальной трубе на утилизацию. Подобные фильтры модели «MFO» подсоединены к трубопроводам линии перекачивания очищаемой воды, и осадок загрязнений, вымываемый системой очистки сетки барабана, также по специальной трубе отправляется на утилизацию. При этом используется два насоса равной производительности: для подачи воды в фильтр и откачивания воды из фильтра. Аналогично работают фильтры ФБ-402 и др. (ООО «ЭКОВОД-СТРОЙ»), используемые для очистки сточных вод промышленных предприятий.
Существенным недостатком подобных фильтров является то, что при очистке фильтрующей сетки потоком воды из форсунок осадок, попадающий в шламовый лоток, разжижается и отводится в виде пульпы. Пульпу следует откачивать специальными насосами и далее транспортировать на специальные поля, где вода под действием гравитации профильтровывается в землю в слой колодезных вод и частично испаряется в атмосферу. Если в очищаемой воде содержатся вредные растворимые компоненты, то такая утилизация загрязнений является экологически опасной и затратной, когда транспортировать пульпу приходится на большие расстояния.
В авторском свидетельстве SU 1152617 во вращающемся сетчатом барабане на его внутренней поверхности по всей длине барабана установлены перфорированные ковши, трубопровод с форсунками для очистки сетки расположен вдоль наружной поверхности барабана со стороны подъема перфорированных ковшей в горизонтальной плоскости, проходящей через ось вращения барабана. Целью такого конструктивного решения является уменьшения влажности осадка за счет того, что осевший на сетке осадок будет сбиваться струей воды в лоток, и вода успеет стечь через лоток вниз до того, как лоток будет проходить над шламовым лотком.
Недостатком этого конструктивного решения является то, что для эффективной очистки жидкости от мелких частиц перфорированные ковши должны иметь проходное сечение отверстий такое же, как и у основной сетки фильтра. Но в этом случае выпадение частиц из перфорированных ковшов на шламовый лоток будет также затруднено, как и со стенок барабана без его промывки струями форсунок.
Для сгущения пульпы могут быть использованы шнековые обезвоживатели, например установка КИТ ОШ 301/2 и другие, в которых шнек с переменным шагом винтовой лопасти продавливает пульпу через щелевой фильтр с подвижными пластинами. Имеются также декантерные центрифуги, например серии LWS и подобные, в которых барабан вращается с большой скоростью, и за счет центробежной силы происходит расслаивание пульпы на осадок механических частиц и жидкость, а внутри барабана с несколько меньшей скоростью вращается шнек, который сдвигает со стенок сгущенный осадок. Такие устройства имеют сложную и дорогую конструкцию, их привод требует больших затрат энергии, они занимаю большую производственную площадь. Производительность таких устройств трудно согласовать с производительностью барабанных сетчатых фильтров, что требует наличия накопителей пульпы, что также увеличивает потребность в производственной площади.
Для сгущения пульпы могут быть использован гидроциклоны, в которых входящая под давлением в цилиндроконический корпус по касательной к окружности цилиндра струя жидкости создает круговое движение и возникновение центробежных сил, вызывающие расслоение пульпы на осадок и жидкость. Такой же эффект достигается в турбоциклонах, когда в цилиндроконический корпус жидкость сливается без напора, а закручивание жидкости осуществляется вращающейся крыльчаткой (турбиной).
Примером такого устройства является патент РФ №2264867, в котором в качестве турбины вращаются два плоских диска, расположенных концентрично корпусу и перпендикулярно его оси, имеющих возможность вращения с разными угловыми скоростями в одном направлении, причем верхний диск жестко закреплен на входном патрубке, установленном с возможностью вращения, а нижний диск жестко закреплен на валу и имеет возможность перемещения вдоль оси корпуса.
После выхода суспензии из зазора между дисками возникает плоская веерообразная струя, натекающая на сферическую поверхность направляющего элемента, жестко закрепленного на стенке корпуса. По мнению автора при натекании струи суспензии на направляющий элемент наиболее крупные частицы твердой фазы отбрасываются к стенке, в результате чего происходит предварительная инерционная сепарация, существенно повышающая разделительную способность турбоциклона.
Такое заключение является весьма сомнительным. При постоянном зазоре между дисками по мере удаления от оси вращения и увеличении пропорционально радиусу площади потока жидкости его радиальная скорость уменьшается, но не становится равной нулю. Частица, испытывающая увеличивающуюся пропорционально радиусу силу инерции, находится в потоке жидкости, движущемся в том же направлении, что сокращает общее время расслаивания жидкости и загрязнений. Поскольку диски плоские, объем жидкости в корпусе турбоциклона ниже дисков не вовлекается активно во вращательное движение и разделение суспензии под действием центробежных сил будет минимальным.
Использование вращающегося патрубка требует наличия уплотнительных устройств, что существенно усложняет конструкцию.
В рассматриваемой конструкции турбоциклона песковое отверстие направлено вбок, поэтому частицы, опускающиеся вниз под действием гравитации, могут уноситься вбок только потоком жидкости, что не способствует обезвоживанию осадка.
В патенте РФ №2279318 центробежный аппарат для разделения суспензии содержит корпус с патрубками и установленное в нем на втулке, укрепленной с зазором к валу, лопастное колесо, состоящее из двух профилированных дисков, на которые подается исходная суспензия. На нижнем диске имеется цилиндрический ротор, между валом и втулкой установлена винтовая вставка с углом подъема винтовой линии (5-30) градусов.
При вращении вала с лопастным колесом в заполняющей корпус суспензии под действием центробежных сил происходит ее разделение. Фильтрат за счет винтовой вставки, выполняющей роль шнека, поднимается вверх и вытекает по патрубку из аппарата, сгущенная суспензия отводится из корпуса через патрубок пескового отверстие вниз на дальнейшую переработку.
К недостаткам предлагаемого устройства можно отнести следующее. Вал с укрепленной на нем втулкой и находящейся в зазоре между валом и втулкой винтовой вставкой вращается в суспензии как одно целое. В этом случае работа винтовой вставки как шнека будет неэффективна.
Частицы, оседающие под действием центробежных сил на внутреннюю цилиндрическую поверхность вращающегося ротора, будут удерживаться на поверхности силой трения и опускаться вниз к песковому отверстию только после остановки ротора. Со временем может происходить необратимое налипание осадка, что будет требовать периодической очистки ротора.
Наличие в конструкции уплотнительных устройств, герметизирующих зазор между вращающейся втулкой и корпусными элементами, снижает надежность и удорожает предложенный вариант турбоциклона.
Техническими задачами, решаемыми предлагаемой полезной моделью, является разработка простой конструкции устройства для очистки жидкости от механических частиц, обеспечивающего декантирование выделяемого фильтром из суспензии осадка, что упрощает его утилизацию. В конструкции полезной модели предлагается совместить полезные свойства сетчатого барабанного фильтра и турбоциклона, позволяющего накапливать задерживаемые фильтром механические частицы в бункере с периодической его разгрузкой.
Совокупность существенных признаков, изложенных в формуле полезной модели, позволяет достичь желаемого технического результата. Конструкция устройства поясняется рисунками: фиг. 1a - Общий фронтальный вид устройства и вид сверху; фиг. 1б - Общий вид устройства сбоку; фиг. 2а - Фронтальный и боковой вид турбоциклона; фиг. 2б - Виды и разрезы конструкции турбоциклона; фиг. 3 - Конструкция бункера.
Устройство для очистки жидкости от механических примесей содержит корпус фильтра 1 с крышкой 2, расположенный в корпусе фильтрующий цилиндрический барабан 3 с горизонтальной осью, который своим глухим торцом 4 соединен соосно с валом, проходящим через подшипниковый узел 5 и связанным муфтой с мотор-редуктором 6. Глухой торец барабана соединен стержнями 7 с другим торцом барабана в форме кольца 8, внутренний диаметр которого равен 0,6-0,8 наружного диаметра барабана. Цилиндрическая поверхность барабана выполнена из поддерживающей сетки 9, покрытой фильтрующей сеткой 10, при этом имеется труба 11 для подачи в барабан очищаемой жидкости и патрубок 12 для отвода фильтрата из нижней части корпуса.
Для отвода из барабана оседающих на сетке частиц используется выходящий из барабана через отверстие его торца наклонный лоток 13, прикрепленный к панели 14, установленной на стенке корпуса.
Полезная модель содержит трубопроводы и устройства для управления потоками жидкости.
В систему смывания осадка частиц с сетки в лоток потоком фильтрата входит рампа 15 с форсунками, трубопровод 16, клапан соленоидный 17, насос с электроприводом 18, который также используется для перекачивания фильтрата через клапан 19 для использования фильтрата по назначению. Насос 20, имеющий равную с насосом 18 производительность, устанавливается по месту забора очищаемой жидкости.
Под нижним концом лотка 13 находится воронка 21, связанная с отверстием в крышке 22 используемого в качестве обезвоживателя суспензии турбоциклона, имеющего цилиндроконический корпус 23, в котором соосно расположена крыльчатка с четырьмя вертикальными лопастями 24 (фиг. 2), связанными через изготовленные из равностороннего уголка четыре стойки 25 с диском 26, прикрепленным к валу 27. Вал проходит вверх через прикрепленную герметично к крышке турбоциклона трубу 28, подшипниковый узел 29, связанный с крышкой турбоциклона тремя стойками 30. Далее вал 27 посредством кулачковой муфты 31 соединен с валом мотор-редуктора 32. На участке вала, проходящего через трубу, к нему прикреплены по винтовой линии с углом подъема 20-30° две лопасти, образующие винтовой импеллер 33. Диаметр импеллера по наружным кромкам лопастей равен примерно трем диаметрам вала, а внутренний диаметр трубы больше диаметра импеллера на величину минимального зазора, достаточного для исключения задевания лопастей за трубу при вращении импеллера. Высота двухзаходного импеллера равна примерно двум шагам винтовой линии, а расстояние от нижнего торца трубы до нижних кромок винтовых лопастей равно примерно общей высоте импеллера.
Верхний торец трубы 28 возвышается над плоскостью крышки 22 на высоту 0,5-0,7 диаметра трубы, а нижний ее торец отстоит от диска с прикрепленными стойками на расстоянии 0,9-1,2 диаметра трубы, и сам диск находится на уровне перехода цилиндрической части корпуса в коническую, которая завершается внизу отверстием для сброса сдвигающегося по стенкам циклона осадка через шиберную задвижку 34 (используется шиберная задвижка для канализационных стоков, шлама и пульпы) в бункер 35 с люком 36 для выгрузки осадка.
Над верхним торцом трубы 28 находится диск 37 в форме опрокинутой тарелки, жестко связанный с гайкой 38, навинченной на резьбовую часть вала 27. В резьбовое отверстие на грани гайки установлен резьбовой стопорный штифт 39, конец которого входит в канавку по типу шпоночного паза и удерживает гайку от отвинчивания. Тарелку по дуге огибает приваренная к крышке турбоциклона пластина, выполняющая роль лотка 40, обеспечивающего перетекание жидкости из трубы через лоток 41, прикрепленный к панели 14, внутрь барабана.
В трубке 42, проходящей через крышку турбоциклона, установлен датчик 43 для контроля уровня жидкости (например, герконовый поплавковый датчик). Такой же датчик в трубке установлен на кронштейне 44 (фиг. 1), прикрепленном к лотку 41, и обеспечивает контроль уровня жидкости в барабане. В трубке 45, соединенной со стенкой корпуса фильтра, установлен двойной датчик для контроля предельного верхнего и нижнего уровней жидкости в корпусе.
Бункер 35 имеет форму цилиндра с горизонтальной осью и отверстие для поступающего осадка в стенке посередине длины цилиндра, а внутри бункера соосно расположен вал 46, один конец которого опирается на цилиндрическую втулку 47, прикрепленную к торцу бункера, а другой конец выходит через прикрепленный к люку бункера 36 подшипник 48 с уплотнением 49, герметизирующим подвижное сопряжение, и заканчивается прикрепленной к валу рукояткой 50.
К валу внутри бункера прикреплены радиально и оппозиционно направленные лопатки, имеющие длину, равную 0,3-0,4 диаметра бункера, и ширину, равную 0,3-0,4 длины лопатки, а рабочие поверхности лопаток, как лопасти пропеллера, направлены под углом 20-30° к диаметральной плоскости бункера, при этом лопатки 51, находящиеся под отверстием для поступления осадка, спаренные и образуют между собой угол 40-60°. Углы разворота одиночных лопаток 52, расположенных слева от спаренных лопаток, совпадают с углом левой части спаренной лопатки, а расположенных справа - с углом правой части спаренной лопатки, кроме того, проходящая по оси вала плоскость расположения одиночных лопаток перпендикулярна плоскости расположения спаренных лопаток, и расстояние между спаренными и одиночными лопатками равно 0,2-0,3 длины бункера.
Для крепления люка к фланцу корпуса бункера предусмотрены зажимные устройства 53 и уплотнительное кольцо 54, обеспечивающее герметичность бункера.
Предлагаемое устройство используется следующим образом. После включения насоса 20 очищаемая жидкость по трубе 11 подается в барабан и просачивается через сетку, оставляя на ней механические частицы, имеющие размер больше размера ячеек сетки. При достижении нижнего уровня фильтрата в корпусе фильтра при закрытом соленоидном клапане 17 и открытом клапане 19 включается насос 18, и фильтрат перекачивается по месту назначения очищенной жидкости. По мере засорения сетки уровень жидкости в барабане увеличивается и при его достижении датчика уровня, закрепленного на кронштейне 44, включается мотор-редуктор 6 вращения барабана, мотор-редуктор 32 вращения крыльчатки и импеллера турбоциклона, открывается клапан 17 и закрывается клапан 19, отключается насос 20. В таком режиме из рампы 15 через форсунки сетка промывается фильтратом, загрязнения спадают на лоток 13 и стекают через воронку 21 внутрь корпуса турбоциклона. Содержащая задержанные частицы суспензия раскручивается крыльчаткой и центробежной силой механические частицы прижимаются к стенке корпуса, теряют окружную скорость и центробежную силу, а далее под действием гравитации сползают через открытое отверстие шиберной заслонки 34 в бункер 35.
По оси циклона образуется зона жидкости, очищенной от крупных механических частиц. Импеллер как водомет перекачивает эту жидкость по трубе 28 вверх. Поскольку труба неподвижна и ее внутренняя поверхность намного больше поверхности вращающегося вала, вращательное движение жидкости на нижнем участке трубы до начала импеллера существенно затормаживается, что позволяет лопастям импеллера как шнека активно захватывать жидкость и перекачивать ее через себя. Условием устойчивого режима работы является баланс потока жидкости вытекающей из форсунок и потока, создаваемого импеллером и регулируемого положением диска 37 относительно торца трубы 28. Регулировка положения диска производится вращением гайки 38 при вывернутом штифте 39 с последующим его завинчиванием в предусмотренную для стопорения гайки канавку. Для того чтобы в период настройки режима работы устройства очистки жидкости не происходило переполнение турбоциклона, предусмотрен датчик уровня 42, контакты которого управляют отключением двигателя 18.
Продолжительность очистки барабана задается реле времени, которая в период настройки процесса определяется при визуальном наблюдении за потоком проходящей по лотку 13 жидкости (реле и другая коммутирующая аппаратура на рисунках не показаны). После завершения очистки барабана включается насос 20, открывается клапан 18 и закрывается клапан 17, отключается мотор-редуктор 32.
С некоторой периодичностью, определяемой из опыта очистки конкретной жидкости, производится поворот рукоятки 50 по направлению, при котором, прикрепленные к валу 46 лопатки будут отодвигать осаждающиеся через отверстие шиберной задвижки механические частицы к торцу и люку бункера, обеспечивая полное заполнение его объема.
Удаление задержанных фильтром механических частиц из бункера производится после завершения процесса очистки жидкости путем отключения насосов 20 и 18 и отстаивания в течение 0,5-1 часа суспензии в корпусе турбоциклона. После этого закрывают шиберную задвижку 34, подставляют под бункер 35 емкость для выгружаемых частиц и, отвинтив зажимы, снимают люк бункера 36. Накопившуюся массу частиц выгребают из бункера в подставленную емкость. После слива незначительного количества отстоявшейся в емкости жидкости осадок может утилизироваться как условно сыпучий влажный материал. Далее закрывают люк 36 и открывают шиберную задвижку 34, тем самым приводя устройство в исходное состояние.
Таким образом, предлагаемая полезная модель решает поставленные технические задачи:
- применение в устройстве для очистки жидкости от механических частиц турбоциклона с импеллером для возврата жидкости в фильтрующий барабан обеспечивает декантирование выделяемого фильтром осадка, что упрощает его утилизацию;
- предлагаемое устройство отличается простотой конструкции и требует небольших энергетических затрат на вращение фильтрующего барабана и крыльчатки с импеллером турбоциклона;
- заменяя собой отдельные агрегаты - барабанный сетчатый фильтр и шнековый декантер, а также накопительные емкости для пульпы, предлагаемое устройство экономит производственные площади.