RU207906U1 - INERTIAL-GRAVITATIONAL MUD FILTER WITH TANGENTIAL WATER SUPPLY - Google Patents
INERTIAL-GRAVITATIONAL MUD FILTER WITH TANGENTIAL WATER SUPPLY Download PDFInfo
- Publication number
- RU207906U1 RU207906U1 RU2021109545U RU2021109545U RU207906U1 RU 207906 U1 RU207906 U1 RU 207906U1 RU 2021109545 U RU2021109545 U RU 2021109545U RU 2021109545 U RU2021109545 U RU 2021109545U RU 207906 U1 RU207906 U1 RU 207906U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pipe
- water
- inertial
- mud filter
- water guide
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D43/00—Separating particles from liquids, or liquids from solids, otherwise than by sedimentation or filtration
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L55/00—Devices or appurtenances for use in, or in connection with, pipes or pipe systems
- F16L55/24—Preventing accumulation of dirt or other matter in the pipes, e.g. by traps, by strainers
Abstract
Фильтр-грязевик инерционно-гравитационный с тангенциальным подводом воды предназначен для удаления из транспортируемой по трубопроводу жидкости различных загрязнений: механические примеси, взвешенные вещества, всплывающие загрязнения, газообразные включения, и может быть использован в системах теплоснабжения, в промышленных водооборотных системах, а также на любых водоочистных сооружениях и установках в качестве предварительной ступени очистки любой технической воды.При его использовании достигается увеличение эффективности очистки жидкости за счет лучшего отделения загрязнений из потока жидкости и более полное удаление уловленных загрязнений из устройства и трубопроводных систем. Фильтр-грязевик имеет постоянное гидравлическое сопротивление, не зависящее от количества уловленных и накопленных загрязнений, не требует разборки и специального обслуживания. Фильтр-грязевик содержит вертикальный цилиндрический корпус, входной, выходной и дренажные патрубки, верхнее и нижнее днища. Входной патрубок установлен тангенциально под прямым углом к оси корпуса. Внутри соосно корпусу установлена труба, имеющая участки с отверстиями, вокруг которых расположены водонаправляющие элементы, расширяющиеся книзу. Под каждым водонаправляющим элементом расположено цилиндрическое кольцо, соединенное с его нижней частью. Выходной патрубок соединен с нижним концом трубы. Верхний конец трубы закрыт крышкой. В верхнем и нижнем днищах установлены дренажные патрубки. В нижней части корпуса установлена тарелка в виде усеченного конуса, имеющего в нижней своей части проходное отверстие. Между верхним днищем и крышкой, закрывающей верхний конец трубы, установлена тарелка в форме усеченного конуса, который своей узкой частью образует проходное отверстие. Вокруг каждого цилиндрического кольца в пространстве между ним и стенкой корпуса установлены направляющие лопатки, имеющие разный угол наклона для каждого водонаправляющего элемента.The inertial-gravity mud filter with tangential water supply is designed to remove various contaminants from the liquid transported through the pipeline: mechanical impurities, suspended solids, floating pollution, gaseous inclusions, and can be used in heat supply systems, in industrial water circulation systems, as well as on any water treatment plants and installations as a preliminary stage of purification of any service water. When using it, an increase in the efficiency of liquid purification is achieved due to better separation of contaminants from the liquid stream and a more complete removal of trapped contaminants from the device and pipeline systems. The mud filter has a constant hydraulic resistance, which does not depend on the amount of trapped and accumulated contaminants, does not require disassembly and special maintenance. The mud filter contains a vertical cylindrical body, inlet, outlet and drainage pipes, upper and lower bottoms. The inlet is installed tangentially at right angles to the body axis. Inside, coaxially to the body, a pipe is installed, which has sections with holes around which water guide elements are located, expanding downward. A cylindrical ring is located under each water guide element, connected to its lower part. The outlet is connected to the lower end of the pipe. The upper end of the pipe is closed with a cover. Drain pipes are installed in the upper and lower bottoms. In the lower part of the body there is a plate in the form of a truncated cone having a through hole in its lower part. A plate in the form of a truncated cone is installed between the upper bottom and the lid covering the upper end of the pipe, which forms a through hole with its narrow part. Around each cylindrical ring in the space between it and the housing wall, guide vanes are installed, having a different angle of inclination for each water guide element.
Description
Полезная модель относится к устройствам, предназначенным для эффективной безреагентной очистки различных потоков воды от загрязнений (механические примеси, взвешенные и всплывающие вещества, газообразные включения) и предотвращения накопления загрязнений и образования отложений в оборудовании и трубопроводных системах различного назначения.The utility model refers to devices designed for effective reagent-free cleaning of various water streams from contaminants (mechanical impurities, suspended and floating substances, gaseous inclusions) and preventing the accumulation of contaminants and the formation of deposits in equipment and pipeline systems for various purposes.
Полезная модель может быть использована в системах теплоснабжения и на тепловых источниках (ТЭС, ТЭЦ, котельные, контуры АЭС, тепловые сети, ЦТП и ИТП), в водооборотных системах промышленных предприятий, на водозаборных сооружениях, водопроводных вводах к потребителям, а также на любых водоочистных сооружениях и установках в качестве предварительной ступени очистки воды. Устройство также может быть использовано для очистки пластовых вод, скважинной воды, а также любой технической воды.The utility model can be used in heat supply systems and at heat sources (TPP, CHPP, boiler houses, NPP circuits, heating networks, central heating stations and ITPs), in water circulation systems of industrial enterprises, at water intake facilities, water inlets to consumers, as well as at any water treatment structures and installations as a preliminary stage of water purification. The device can also be used to treat formation water, well water, and any industrial water.
К настоящему времени разработаны различные конструкций фильтров-грязевиков, использующих фильтрацию воды через различные сетки, фильтрующие элементы или материалы. К главным их недостаткам следует отнести:To date, various designs of mud filters have been developed, using water filtration through various nets, filter elements or materials. Their main disadvantages include:
- зависимость расходных характеристик и гидравлического сопротивления устройств от степени загрязнения их фильтрующих элементов или материалов. Это негативно влияет на гидравлический режим трубопроводных систем, в которых они установлены. Полное забивание фильтров-грязевиков загрязнениями (при отсутствии дублирующих устройств) ведет остановке циркуляции воды, что является аварийной ситуацией;- the dependence of the flow characteristics and hydraulic resistance of devices on the degree of contamination of their filter elements or materials. This negatively affects the hydraulic performance of the pipeline systems in which they are installed. Complete clogging of mud filters with impurities (in the absence of redundant devices) stops the circulation of water, which is an emergency;
- необходимость регулярного обслуживания, ремонта и/или их замены, что влечет за собой значительные эксплуатационные затраты.- the need for regular maintenance, repair and / or replacement, which entails significant operating costs.
Указанные недостатки привели к дальнейшей разработке конструкций фильтров-грязевиков, в которых используются иной принцип работы. К таким устройствам следует отнести инерционно-гравитационные фильтры-грязевики, реализующие гидродинамический принцип очистки воды, при котором для улавливания частиц загрязнений из потока воды используется комбинирование естественных процессов гравитации и инерции, а также центробежной силы. В этих устройствах очистка воды ведется в непрерывном режиме и не сопровождается ростом гидравлического сопротивления аппарата по мере накопления уловленных им загрязнений. Кроме того, удаление уловленных загрязнений производится без остановки (выведения из работы) устройства для его периодической разборки и очистки. Инерционно-гравитационные фильтры-грязевики обладают высокой надежностью, так как сохраняют свою работоспособность даже в случае попадания в них крупных, твердых загрязнений (таких как камни, галька, гравий, случайные предметы и др.) с потоком очищаемой воды, поскольку в своей конструкции не имеют сеток и фильтрующих элементов, которые могут быть повреждены указанными загрязнениями. Отличительные принципиальные и конструктивные особенности, а также ряд эксплуатационных преимуществ инерционно-гравитационных фильтров-грязевиков, подтвержденных большим положительным опытом их внедрения [1], привели к развитию и совершенствованию конструкций этих устройств.These shortcomings led to the further development of designs for mud filters, which use a different principle of operation. These devices include inertial-gravitational mud filters that implement the hydrodynamic principle of water purification, in which a combination of natural processes of gravity and inertia, as well as centrifugal force, is used to trap dirt particles from the water flow. In these devices, water purification is carried out in a continuous mode and is not accompanied by an increase in the hydraulic resistance of the apparatus as the contaminants captured by it accumulate. In addition, the trapped contaminants are removed without stopping (removing from operation) the device for its periodic disassembly and cleaning. Inertial-gravitational mud filters are highly reliable, as they retain their performance even if large, solid contaminants (such as stones, pebbles, gravel, random objects, etc.) get into them with the flow of purified water, since their design does not have screens and filter elements that can be damaged by the specified contamination. Distinctive fundamental and design features, as well as a number of operational advantages of inertial-gravitational mud filters, confirmed by a large positive experience of their implementation [1], have led to the development and improvement of the designs of these devices.
Известен грязевик (RU Патент №42438, дата приоритета: 21.07.2004 г., дата публикации: 10.12.2004 г., МПК: B01D 43/00, F16L 55/24), в котором устройство снабжено трубой, установленной в корпусе на одной оси с входным и выходным патрубками и жестко соединенной с выходным патрубком, установленным в днище корпуса, а противоположный конец трубы закрыт отбойным конусом; вдоль трубы дополнительно установлены конусообразные поверхности, образующие острый угол с трубой со стороны днища; на частях трубы, перекрытых конусообразными поверхностями, выполнены продольные прорези, а ниже последней конусообразной поверхности, расположена конусообразная поверхность, жестко соединенная со стенкой корпуса, образующая с ней острый угол со стороны днища, а ее размер больше зазора между стенкой корпуса и последней конической поверхностью, установленной на трубе. Недостатками известного устройства является невысокая степень очистки воды от частиц загрязнений с плотностью меньшей, чем у воды. Кроме того, в устройстве не предусмотрена возможность удаления из корпуса всплывающих в воде загрязнений.Known mud collector (RU Patent No. 42438, priority date: 21.07.2004, publication date: 10.12.2004, IPC: B01D 43/00, F16L 55/24), in which the device is equipped with a pipe installed in the housing on one axles with inlet and outlet pipes and rigidly connected to the outlet pipe installed in the bottom of the body, and the opposite end of the pipe is closed with a baffle cone; conical surfaces are additionally installed along the pipe, forming an acute angle with the pipe from the bottom side; longitudinal slots are made on the parts of the pipe overlapped with conical surfaces, and below the last conical surface, there is a conical surface rigidly connected to the body wall, forming an acute angle with it from the bottom side, and its size is larger than the gap between the body wall and the last conical surface, installed on the pipe. The disadvantages of the known device is the low degree of water purification from particles of impurities with a density lower than that of water. In addition, the device does not provide for the ability to remove contaminants floating in the water from the housing.
Известен грязевик (RU Патент РФ №54318, дата приоритета: 10.01.2006 г., дата публикации: 27.06.2006 г., МПК: B01D 43/00), который содержит корпус с днищем, с входным и выходным патрубками, расположенными на одной оси, и с патрубками для вывода грязи, трубу, установленную в корпусе на одной оси с входным и выходным патрубками и жестко соединенную с выходным патрубком, установленным в днище корпуса, а противоположный конец трубы закрыт отбойным конусом, на трубе, вокруг нее, по ее длине установлены, конусообразные поверхности, образующие острый угол с трубой со стороны днища, также на частях трубы, перекрытых конусообразными поверхностями, выполнены продольные прорези, при этом каждая конусообразная поверхность, установленная на трубе в своей широкой части сопряжена с цилиндрической обечайкой. Устройство оснащается патрубками, установленными в верхнем днище корпуса, что позволяет улавливать и периодически удалять легкие (всплывающие в воде) частицы загрязнений. Недостатком известного устройства является невысокая эффективность очистки жидкой среды от взвешенных примесей (с плотностью близкой к плотности воды), так как при увеличении расхода среды поток воды, проходящий внутри корпуса, может захватывать и уносить часть этих примесей в прорези под конусообразные водонаправляющие поверхности. Кроме того, в устройстве не предусмотрена возможность применения центробежной силы, которая позволила бы дополнительно увеличить эффективность отделения частиц загрязнений.Known mud collector (RU Patent RF No. 54318, priority date: 10.01.2006, publication date: 27.06.2006, IPC: B01D 43/00), which contains a body with a bottom, with inlet and outlet pipes located on one axis, and with nozzles for removing dirt, a pipe installed in the body on the same axis with the inlet and outlet nozzles and rigidly connected to the outlet pipe installed in the bottom of the body, and the opposite end of the pipe is closed with a baffle cone, on the pipe, around it, along it length, tapered surfaces are installed, forming an acute angle with the pipe from the bottom side, longitudinal slots are also made on the parts of the pipe overlapped by the tapered surfaces, with each tapered surface mounted on the pipe in its wide part mating with a cylindrical shell. The device is equipped with nozzles installed in the upper bottom of the housing, which allows catching and periodically removing light (floating in the water) dirt particles. The disadvantage of the known device is the low efficiency of cleaning the liquid medium from suspended impurities (with a density close to the density of water), since with an increase in the flow rate of the medium, the flow of water passing inside the housing can capture and carry away some of these impurities into the slots under the tapered water guide surfaces. In addition, the device does not provide for the possibility of applying centrifugal force, which would further increase the efficiency of separating dirt particles.
Известен фильтр - грязевик инерционный центробежно-гравитационный с тангенциальным входом (RU Патент №131645, дата приоритета: 01.03.2013 г., дата публикации: 27.08.2013 г., МПК: B01D 43/00, F16L 55/24), который содержит вертикально расположенный цилиндрический корпус с верхней и нижней крышками, входной и выходной патрубки, верхняя крышка содержит дренажный патрубок для удаления всплывающих загрязнений и воздушной подушки, а в нижней крышке установлен по оси фильтра патрубок с краном для периодического удаления задержанных примесей. Входной патрубок расположен тангенциально по отношению к корпусу фильтра. Анализ известного устройства показал, что отвод очищаемой воды только через один расширяющийся участок трубы, выполненный в виде усеченного конуса в своей широкой части сопряженной с цилиндрической обечайкой и установленными на ней наклонными лопатками, не обеспечивает равномерного снижения скорости потока очищаемой воды (отсутствует ступенчатое распределение объемного расхода по мере вертикального движения потока в корпусе). Из-за этого весь поток жидкости поступает под единственную ступень отвода очищаемой воды - в расширяющийся участок внутренней вставки с высокой скоростью движения и турбулентностью. При этом слои загрязненной и очищенной воды перемешиваются, а это приводит к попаданию мелкодисперсных взвешенных веществ в поток отводимой из аппарата воды.A known filter is an inertial centrifugal-gravity sump with a tangential inlet (RU Patent No. 131645, priority date: 03/01/2013, publication date: 08/27/2013, IPC: B01D 43/00, F16L 55/24), which contains a vertically located cylindrical body with top and bottom covers, inlet and outlet pipes, the top cover contains a drainage pipe for removing floating contaminants and an air cushion, and a pipe with a valve is installed in the bottom cover along the filter axis for periodic removal of trapped impurities. The inlet is located tangentially to the filter housing. The analysis of the known device showed that the outlet of the treated water only through one expanding section of the pipe, made in the form of a truncated cone in its wide part mated with the cylindrical shell and the inclined blades installed on it, does not provide a uniform decrease in the flow rate of the treated water (there is no step distribution of the volumetric flow as the flow moves vertically in the housing). Because of this, the entire fluid flow enters under a single stage of purified water removal - into the expanding section of the inner insert with high speed and turbulence. In this case, the layers of contaminated and purified water are mixed, and this leads to the ingress of fine suspended solids into the flow of water discharged from the apparatus.
Применение центробежной силы для отделения частиц загрязнений из потока воды реализовано в известном устройстве для очистки жидких сред от примесей (RU Патент №120577, МПК B01D 43/00, дата приоритета: 01.03.2013 г., дата публикации 27.09.2012 г.), в котором очистка потока воды от тяжелых и легких фракций (в том числе и газообразных включений) загрязнений производится более эффективно. Устройство содержит корпус с крышкой и днищем, очистные патрубки, входной тангенциально подведенный и заглубленный в корпус патрубок и выходной патрубок, расположенный на одной оси с трубой, установленной в корпусе и жестко соединенной с выходным патрубком, установленным в днище корпуса, а противоположный конец трубы закрыт отбойной водонаправляющей поверхностью; на трубе, вокруг нее, по ее длине установлены водонаправляющие поверхности, форма которых позволяет воде двигаться по ним в сторону дна; также на частях трубы, перекрытых водонаправляющими поверхностями, выполнены продольные прорези. Входной патрубок выполнен в виде трубы, тангенциально установленной и введенной внутрь корпуса сбоку и имеющей сужающееся выходное сечение по сравнению с входным сечением трубы входного патрубка, а в верхней части корпуса имеется объемная камера, сформированная пространством между верхней крышкой и усеченным конусом, отделяющим ее от нижерасположенного внутреннего пространства корпуса, причем камера снабжена очистным патрубком, расположенным в верхней точке корпуса. Однако, в известном техническом решении не предусмотрено выполнение некоторых конструктивных мероприятий, обеспечивающих лучшую равномерность и однородность вращающегося потока, например, таких как установка направляющих лопаток.The use of centrifugal force to separate particles of impurities from the water stream is implemented in a known device for purifying liquid media from impurities (RU Patent No. 120577, IPC B01D 43/00, priority date: 03/01/2013, publication date 09/27/2012), in which the purification of the water flow from heavy and light fractions (including gaseous inclusions) is more efficient. The device contains a body with a cover and a bottom, cleaning pipes, an inlet tangentially connected and recessed into the body, and an outlet pipe located on the same axis with the pipe installed in the body and rigidly connected to the outlet pipe installed in the bottom of the body, and the opposite end of the pipe is closed bump water guide surface; on the pipe, around it, along its length, water guide surfaces are installed, the shape of which allows water to move along them towards the bottom; also on the parts of the pipe, covered with water-guiding surfaces, longitudinal slots are made. The inlet pipe is made in the form of a pipe tangentially installed and introduced into the body from the side and having a tapering outlet section compared to the inlet section of the pipe of the inlet pipe, and in the upper part of the body there is a volumetric chamber formed by the space between the upper cover and a truncated cone separating it from the lower one. the inner space of the body, and the chamber is equipped with a cleaning nozzle located at the upper point of the body. However, the known technical solution does not provide for the implementation of some constructive measures that provide better uniformity and uniformity of the rotating flow, for example, such as the installation of guide vanes.
Устранение указанных недостатков предпринято в фильтре-грязевике (RU Патент №192851, МПК B01D 43/00, F16L 55/24, Е21В 43/08, дата приоритета: 01.07.2019 г., дата публикации 03.10.2019 г.), который выбран в качестве прототипа как наиболее близкий к предлагаемому по совокупности существенных признаков.The elimination of these shortcomings was undertaken in a mud filter (RU Patent No. 192851, IPC B01D 43/00, F16L 55/24, Е21В 43/08, priority date: 07/01/2019, publication date 10/03/2019), which is selected as a prototype as the closest to the proposed one in terms of a set of essential features.
Фильтр-грязевик содержит вертикально расположенный цилиндрический корпус, входной и выходной патрубки. Корпус снабжен крышкой и днищем. В крышке корпуса и в днище корпуса выполнены дренажные патрубки. Входной патрубок установлен тангенциально к корпусу и заглублен в него. Внутри корпуса установлена труба, расположенная соосно корпусу, нижний конец трубы снабжен выходным патрубком, а верхний конец трубы закрыт крышкой. Между крышкой корпуса и крышкой, закрывающей верхний конец трубы, установлена тарелка. Вдоль трубы установлено три водонаправляющих элемента, каждый из которых расположен вокруг трубы и выполнен расширяющимся книзу. Под каждым водонаправляющим элементом расположено кольцо, соединенное с нижней частью водонаправляющего элемента. На участках трубы, вокруг которых установлены водонаправляющие элементы, выполнены сквозные отверстия. Вокруг кольца, соединенного с нижней частью верхнего, расположенного первым (по ходу движения потока), водонаправляющего элемента, в пространстве между стенкой корпуса и кольцом установлены направляющие лопатки, соединенные с кольцом, а под каждым водонаправляющим элементом вокруг трубы установлена тарелка, расширяющаяся кверху, причем больший диаметр водонаправляющего элемента превышает больший диаметр расположенной под данным водонаправляющим элементом тарелки. Направляющие лопатки обеспечивают центробежную принудительную направленность потока вниз вдоль стенки корпуса и увеличение (за счет дополнительной раскрутки потока) центробежной силы, действующей на поток и содержащиеся в нем частицы механических примесей, в результате чего частицы механических примесей испытывают более интенсивное воздействие центробежной силы, прижимающей их к стенке корпуса, вследствие чего частицы загрязнений не захватываются турбулентными вихрями в центральной зоне потока, а осаждаются вниз в накопительную зону. Тарелки под каждым водонаправляющим элементом обеспечивают отвод турбулентных потоков загрязненной воды от участков трубы, где выполнены отверстия, что улучшает гидродинамику очистки воды.The mud filter contains a vertically located cylindrical body, inlet and outlet pipes. The body is provided with a cover and a bottom. Drain pipes are made in the housing cover and in the bottom of the housing. The inlet pipe is installed tangentially to the body and recessed into it. A pipe is installed inside the body, located coaxially with the body, the lower end of the pipe is equipped with an outlet pipe, and the upper end of the pipe is closed with a lid. A plate is installed between the housing cover and the cover covering the upper end of the pipe. Three water guide elements are installed along the pipe, each of which is located around the pipe and is made expanding downward. Under each water guide there is a ring connected to the bottom of the water guide. Through holes are made in the sections of the pipe around which the water-guiding elements are installed. Around the ring connected to the lower part of the upper, located first (in the direction of flow), water guide element, in the space between the body wall and the ring there are guide vanes connected to the ring, and under each water guide element around the pipe there is a plate expanding upward, and the larger diameter of the water guide element is larger than the larger diameter of the tray located under the water guide element. The guide vanes provide a centrifugal forced direction of the flow downward along the wall of the housing and an increase (due to additional flow spinning) of the centrifugal force acting on the flow and the particles of mechanical impurities contained in it, as a result of which the particles of mechanical impurities experience a more intense effect of centrifugal force, pressing them against the wall of the housing, as a result of which the particles of contamination are not captured by turbulent vortices in the central zone of the flow, but are deposited down into the accumulation zone. Trays under each water guide element ensure the removal of turbulent flows of polluted water from the pipe sections where the holes are made, which improves the hydrodynamics of water purification.
Недостатком известного фильтра-грязевика (прототипа) является отсутствие ряда конструктивных решений, направленных на повышение эффективности разделения очищенных и загрязненных слоев потока за счет отделения примесей из очищаемого потока воды и более полного их удаления из аппарата, а именно:The disadvantage of the known mud filter (prototype) is the lack of a number of design solutions aimed at increasing the efficiency of separating the cleaned and contaminated flow layers by separating impurities from the purified water flow and more completely removing them from the apparatus, namely:
- в устройстве не предусмотрено какое-либо конструктивное решение, направленное на предотвращение взмучивания слоя накопленных на нижнем днище фильтра-грязевика загрязнений при возможных изменениях гидравлических режимов работы фильтра-грязевика, установленного в трубопроводной системе (например, при резких изменениях расхода рабочей среды или гидравлических ударах в трубопроводной сети). Кроме того, формирование слоя осевших частиц загрязнений и крупнодисперсных фрагментов происходит на всей поверхности нижнего днища, а для их удаления используется единственный патрубок небольшой площади сечения (по сравнению с площадью днища), который установлен в нижней точке днища. Следовательно, при сливе накопленных загрязнений из аппарата будут удаляться только наиболее близкие к точке дренирования отложения, в то время как остальные загрязнения, осевшие на днище за пределами сечения дренажного патрубка, будут образовывать не удаляемый слоистый осадок, верхний слой которого может взмучиваться при переменных гидравлических режимах, загрязняя поток отводимой очищенной воды, а нижний слой может слеживаться и формировать плотную шламовую структуру, не поддающуюся полному удалению через дренажный патрубок;- the device does not provide for any design solution aimed at preventing the roiling of the layer of contaminants accumulated on the lower bottom of the mud filter in case of possible changes in the hydraulic modes of operation of the mud filter installed in the pipeline system (for example, in case of sharp changes in the flow rate of the working medium or hydraulic shocks in the pipeline network). In addition, the formation of a layer of settled dirt particles and coarse fragments occurs on the entire surface of the lower bottom, and to remove them, a single branch pipe with a small cross-sectional area (compared to the bottom area) is used, which is installed at the lower point of the bottom. Consequently, when the accumulated contaminants are drained from the apparatus, only the sediments closest to the drainage point will be removed, while the remaining contaminants deposited on the bottom outside the section of the drainage pipe will form a non-removable layered sediment, the upper layer of which can be stirred up under variable hydraulic conditions. , contaminating the flow of discharged purified water, and the bottom layer can cake and form a dense sludge structure that cannot be completely removed through the drainage pipe;
- примененная конструкция тарелки, выполненной в виде расширяющегося кверху конуса, установленной между крышкой корпуса (верхним днищем) и крышкой, закрывающей внутреннее пространство трубы для отвода очищенной воды, обеспечивающей удержание всплывающих загрязнений и снижение турбулентности потока в пространстве под верхним днищем, в сочетании с используемой конструкцией верхнего дренажного патрубка не обеспечивает полноты удаления из устройства загрязнений, которые могут оседать на внутренней образующей поверхности тарелки. При попадании частиц загрязнений и взвешенных веществ на тарелку со стороны верхнего днища их дальнейшее удаление с нее не представляется возможным (фактически коническая тарелка будет наполняться загрязнениями в ходе работы аппарата вплоть до ее полного заполнения). При этом заявленная в прототипе функция тарелки (формирование объемного пространства для улучшения удержания и удаления всплывших загрязнений) будет утрачена;- the applied design of the plate, made in the form of a cone expanding upward, installed between the housing cover (upper bottom) and the cover that closes the internal space of the pipe for removing purified water, ensuring the retention of floating contaminants and reducing flow turbulence in the space under the upper bottom, in combination with the used the design of the upper drainage pipe does not provide complete removal of impurities from the device, which may settle on the inner forming surface of the tray. If particles of contaminants and suspended solids enter the plate from the side of the upper bottom, their further removal from it is not possible (in fact, the conical plate will be filled with contaminants during the operation of the apparatus until it is completely filled). At the same time, the function of the tray declared in the prototype (the formation of a volumetric space to improve the retention and removal of floating contaminants) will be lost;
- установка элементов (лопаток), обеспечивающих центробежную принудительную направленность потока вниз и увеличение центробежной силы, воздействующей на поток и содержащиеся в нем частицы, произведена под одинаковым углом в диапазоне 45-60 градусов (угол между вертикальной осью корпуса и поперечной осью каждой из направляющих лопаток) в пространстве между стенкой корпуса и кольцом первого, второго и третьего водонаправляющих элементов. Установка лопаток с одинаковым углом на всех водонаправляющих элементах ведет к неоднородности и увеличению турбулентности потока при движении среды в зонах второго и, особенно, третьего (по ходу движения потока) водонаправляющих элементов. Это связано с тем, что объемный расход жидкости ступенчато, от одной к другой зоне, уменьшается (с соответствующим снижением скорости потока при прохождении каждой из этих зон), а концентрация взвешенных частиц в нисходящем потоке увеличивается. Следовательно, вращательное движение по мере нисходящего движения потока от второго к третьему водонаправляющему элементу и от третьего водонаправляющего элемента к третьему ряду отверстий в водоотводящей трубе должно постепенно замедляться и переходить в третьей зоне (где концентрация взвешенных частиц имеет наибольшее значение) в полностью равномерное течение (ламинарный режим) без влияния вихрей, которые сопровождают любое вращательное движение. В прототипе такое условие не выдерживается, так как, например, в объеме жидкости, находящемся под третьим водонаправляющим элементом (фактически в зоне, где уже завершается разделение очищенного и загрязненного потоков), направляющими лопатками, расположенными в пространстве между стенкой корпуса и кольцом третьего водонаправляющего элемента под углом 45-60 градусов, формируется принудительное вращательное движение и дополнительная раскрутка потока, которые неизбежно приводят к возникновению вихрей и смешению слоев очищенной и неочищенной воды в потоке, что сопровождается поступлением взвешенных веществ в отверстия трубы, предназначенной для вывода очищенной воды. Этот недостаток ухудшает условия отделения частиц загрязнений в фильтре-грязевике и приводит к снижению эффективности очистки воды в устройстве (особенно, от мелкодисперсных частиц и взвешенных веществ).- the installation of elements (blades), providing a centrifugal forced direction of the flow downward and an increase in the centrifugal force acting on the flow and the particles contained in it, is made at the same angle in the range of 45-60 degrees (the angle between the vertical axis of the body and the transverse axis of each of the guide vanes ) in the space between the housing wall and the ring of the first, second and third water guide elements. The installation of blades with the same angle on all water-directing elements leads to inhomogeneity and an increase in the turbulence of the flow when the medium moves in the zones of the second and, especially, the third (in the direction of the flow) water-directing elements. This is due to the fact that the volumetric flow rate of the liquid stepwise, from one zone to another, decreases (with a corresponding decrease in the flow rate when passing through each of these zones), and the concentration of suspended particles in the downward flow increases. Consequently, the rotational movement as the flow moves downward from the second to the third water directing element and from the third water directing element to the third row of holes in the drainage pipe should gradually slow down and pass in the third zone (where the concentration of suspended particles is greatest) into a completely uniform flow (laminar mode) without the influence of vortices that accompany any rotational movement. In the prototype, such a condition is not met, since, for example, in the volume of liquid located under the third water-directing element (in fact, in the zone where the separation of the cleaned and contaminated flows is already completed), the guide vanes located in the space between the wall of the housing and the ring of the third water-directing element at an angle of 45-60 degrees, a forced rotational movement and an additional spinning of the flow are formed, which inevitably lead to the appearance of vortices and mixing of layers of purified and untreated water in the flow, which is accompanied by the flow of suspended solids into the openings of the pipe intended for the withdrawal of purified water. This disadvantage worsens the conditions for separating dirt particles in the mud filter and leads to a decrease in the efficiency of water purification in the device (especially from fine particles and suspended solids).
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является разработка новой конструкции инерционно-гравитационного фильтра-грязевика, в котором обеспечивается высокая степень очистки для более широкого диапазона видов загрязнений и очищаемых рабочих сред.The problem to be solved by the claimed utility model is the development of a new design of an inertial-gravity filter-mud collector, which provides a high degree of purification for a wider range of types of contaminants and purified working environments.
Техническим результатом является повышение эффективности очистки воды от механических, взвешенных, всплывающих и газообразных загрязнений и их более полное удаление из аппарата.The technical result is to increase the efficiency of water purification from mechanical, suspended, floating and gaseous contaminants and their more complete removal from the apparatus.
Технический результат достигается за счет того, что предлагаемое устройство, также как и известное, содержит в своем составе вертикально расположенный цилиндрический корпус, входной и выходной патрубки. Корпус имеет нижнее и верхнее днища. В нижнем и верхнем днищах установлены дренажные патрубки. Входной патрубок установлен тангенциально к корпусу и заглублен в него. Внутри корпуса установлена труба, расположенная соосно корпусу, нижний конец трубы снабжен выходным патрубком, а верхний конец трубы закрыт крышкой. Между верхним днищем и крышкой, закрывающей верхний конец трубы, установлена тарелка. Вдоль трубы, вокруг нее установлены расширяющиеся книзу водонаправляющие элементы, форма которых позволяет воде двигаться по ним в сторону дна. Под каждым водонаправляющим элементом расположено цилиндрическое кольцо, соединенное с нижней частью водонаправляющего элемента. На участках трубы, вокруг которых установлены водонаправляющие элементы, выполнены сквозные отверстия. Вокруг каждого цилиндрического кольца, соединенного с нижней частью водонаправляющего элемента, в пространстве между стенкой корпуса и кольцом установлены направляющие лопатки, соединенные с кольцом и корпусом, а под каждым водонаправляющим элементом вокруг трубы установлена тарелка, расширяющаяся кверху, больший диаметр которой меньше большего диаметра водонаправляющего элемента.The technical result is achieved due to the fact that the proposed device, as well as the known one, contains a vertically arranged cylindrical body, inlet and outlet pipes. The body has a lower and upper bottoms. Drain pipes are installed in the lower and upper bottoms. The inlet pipe is installed tangentially to the body and recessed into it. A pipe is installed inside the body, located coaxially with the body, the lower end of the pipe is equipped with an outlet pipe, and the upper end of the pipe is closed with a lid. A plate is installed between the upper bottom and the lid covering the upper end of the pipe. Along the pipe, around it there are installed water guide elements expanding from top to bottom, the shape of which allows water to move along them towards the bottom. A cylindrical ring is located under each water guide and connected to the bottom of the water guide. Through holes are made in the sections of the pipe around which the water-guiding elements are installed. Around each cylindrical ring connected to the lower part of the water directing element, in the space between the body wall and the ring, guide vanes are installed, connected to the ring and the body, and under each water directing element around the pipe there is a plate expanding upward, the larger diameter of which is less than the larger diameter of the water directing element ...
Но, в отличие от известного устройства, в предлагаемом в нижней части корпуса установлена тарелка, выполненная в виде усеченного конуса, своей широкой частью направленного кверху, а своей узкой частью образующего проходное отверстие, которое соосно корпусу. Установленная между верхним днищем и крышкой, закрывающей верхний конец трубы для отвода очищенной воды, тарелка выполнена в виде усеченного конуса, который своей широкой частью направлен кверху, а своей узкой частью образует проходное отверстие, которое соосно корпусу. Установка направляющих лопаток, обеспечивающих принудительную направленность потока, произведена в пространстве между стенкой корпуса и кольцом первого, второго и третьего водонаправляющих элементов под разным углом (угол между осью корпуса и поперечной осью каждой из направляющих лопаток) в диапазоне: 45-60 градусов для первого водонаправляющего элемента, 20-35 градусов для второго водонаправляющего элемента, 0-5 градусов для третьего водонаправляющего элемента.But, unlike the known device, in the proposed in the lower part of the body there is a plate made in the form of a truncated cone, with its wide part directed upward, and with its narrow part forming a through hole, which is coaxial with the body. Installed between the upper bottom and the lid covering the upper end of the pipe for removing purified water, the plate is made in the form of a truncated cone, which with its wide part is directed upward, and with its narrow part forms a through hole, which is coaxial with the body. The installation of the guide vanes, ensuring the forced direction of the flow, is made in the space between the wall of the body and the ring of the first, second and third water guide elements at different angles (the angle between the axis of the body and the transverse axis of each of the guide vanes) in the range: 45-60 degrees for the first water guide element, 20-35 degrees for the second water guide, 0-5 degrees for the third water guide.
Выполнение в заявляемой полезной модели, в отличие от прототипа, установленной в нижней части корпуса тарелки, выполненной в виде усеченного конуса, своей широкой частью направленного кверху, а своей узкой частью образующего проходное отверстие, которое соосно корпусу, обеспечивает предотвращение взмучивания слоя накопленных на нижнем днище фильтра-грязевика загрязнений при изменениях гидравлических режимов работы устройства (например, при резких изменениях расхода рабочей среды или гидравлических ударах в трубопроводной сети, в которой установлен аппарат), так как создает под собой пространство между собственной нижней образующей и нижним днищем устройства, защищающее от возможного воздействия изменений гидродинамического режима. Конусность тарелки и наличие в ней проходного отверстия дает возможность частицам загрязнений смещаться по внутренней образующей поверхности тарелки к отверстию и оседать, накапливаясь на нижнем днище, в непосредственной близости к проходному сечению нижнего дренажного патрубка. Следовательно, при открывании нижнего дренажного патрубка будет обеспечено более полное удаление накопленных устройством загрязнений.Implementation in the claimed utility model, in contrast to the prototype, installed in the lower part of the body of the plate, made in the form of a truncated cone, with its wide part directed upward, and with its narrow part forming a through hole, which is coaxial with the body, ensures the prevention of roiling of the layer accumulated on the lower bottom filter-dirt collector of contamination when changing the hydraulic operating modes of the device (for example, with sharp changes in the flow rate of the working medium or hydraulic shocks in the pipeline network in which the device is installed), since it creates a space under itself between its own lower generatrix and the lower bottom of the device, which protects against possible the impact of changes in the hydrodynamic regime. The taper of the tray and the presence of a passage hole in it allows the dirt particles to move along the inner generatrix of the tray surface to the hole and settle, accumulating on the lower bottom, in the immediate vicinity of the passage section of the lower drainage pipe. Consequently, when opening the lower drainage pipe, a more complete removal of the dirt accumulated by the device will be ensured.
Выполнение в заявляемой полезной модели, в отличие от прототипа, установленной между верхним днищем и крышкой, закрывающей верхний конец трубы для отвода очищенной воды, тарелки в виде усеченного конуса, который своей широкой частью направлен кверху, а своей узкой частью образует проходное отверстие, которое соосно корпусу, обеспечивает полноту удаления загрязнений, которые могут оседать на внутренней образующей поверхности тарелки, и предотвращает ее наполнение загрязнениями в ходе работы аппарата, исключая ее полное объемное заполнение и утрату ее функционального назначения (формирование объемного пространства для улучшения удержания и удаление всплывших загрязнений). Конусность тарелки и наличие в ней проходного отверстия дает возможность частицам взвешенных и осевших на тарелку загрязнений смещаться по внутренней образующей поверхности тарелки к отверстию и падать вниз для дальнейшего отделения в устройстве, а не накапливаться на ней, снижая объем пространства для удержания и удаления всплывших загрязнений. При этом всплывшие загрязнения и газообразные включения собираются в предназначенном для них пространстве и более полно удаляются из устройства при открывании дренажного патрубка.Implementation in the claimed utility model, in contrast to the prototype, installed between the upper bottom and the lid covering the upper end of the pipe for draining purified water, a plate in the form of a truncated cone, which with its wide part is directed upward, and with its narrow part forms a through hole, which is coaxial casing, ensures the completeness of removal of contaminants that can settle on the inner generating surface of the plate, and prevents it from filling with contaminants during the operation of the apparatus, excluding its complete volumetric filling and loss of its functional purpose (formation of a volumetric space to improve retention and removal of floating contaminants). The taper of the tray and the presence of a through hole in it allows particles of suspended and deposited on the tray contaminants to move along the inner generating surface of the tray to the hole and fall down for further separation in the device, and not accumulate on it, reducing the volume of space for retaining and removing floating contaminants. In this case, surfaced pollution and gaseous inclusions are collected in the space intended for them and are more completely removed from the device when the drain pipe is opened.
Также применение в заявляемой полезной модели, в отличие от прототипа, направляющих лопаток так, как описано выше, обеспечивает ступенчатое снижение интенсивности вращения потока по мере его нисходящего движения от одного до другого водонаправляющего элемента, которое сочетается со ступенчатым снижением объемного расхода жидкости от одной к другой зоне (с соответствующим снижением скорости потока при прохождении каждой из этих зон). Таким образом, в зоне последнего (по ходу движения потока) водонаправляющего элемента, где окончательно завершается разделение очищенного и загрязненного слоев потока, обеспечивается полностью равномерное течение (ламинарный режим) без вращения потока и образования вихрей. Следовательно, улучшаются гидродинамические условия отделения частиц загрязнений (особенно, от мелкодисперсных частиц и взвешенных веществ) и повышается эффективность очистки воды в устройстве.Also, the use in the claimed utility model, in contrast to the prototype, of the guide vanes as described above, provides a stepwise decrease in the intensity of rotation of the flow as its downward movement from one to another water guide element, which is combined with a stepwise decrease in the volumetric flow rate of fluid from one to the other zone (with a corresponding decrease in the flow rate when passing through each of these zones). Thus, in the zone of the last (in the direction of the flow) water guide element, where the separation of the cleaned and contaminated flow layers is finally completed, a completely uniform flow (laminar regime) is ensured without flow rotation and the formation of vortices. Consequently, the hydrodynamic conditions for the separation of pollution particles (especially from fine particles and suspended solids) are improved and the efficiency of water purification in the device increases.
Таким образом, выполнение в заявляемой полезной модели вышеперечисленных отличительных признаков, позволяет при работе фильтра-грязевика осуществить, по сравнению с прототипом, повышение эффекта очистки воды от механических, взвешенных, всплывающих загрязнений и газообразных включений в жидкости (в том числе, с широким спектром видов загрязнений и особенными свойствами) и их более полное удаление из устройства.Thus, the implementation of the above-mentioned distinctive features in the claimed utility model allows, during operation of the mud filter, to carry out, in comparison with the prototype, an increase in the effect of water purification from mechanical, suspended, floating contaminants and gaseous inclusions in liquids (including those with a wide range of types contamination and special properties) and their more complete removal from the device.
Результаты мониторинга промышленной эксплуатации инерционно-гравитационных фильтров-грязевиков, а также опытных и модельных образцов аппаратов, подтвердили повышение эффекта очистки воды при выполнении трех участков трубы, отводящей очищенную воду из устройства, через соответствующие ряды сквозных отверстий (круглых, щелевидных или иной формы), вокруг которых устанавливаются водонаправляющие элементы, которые формируют зоны отделения частиц загрязнений из нисходящего потока жидкости. Общая площадь сквозных отверстий, выполненных на каждом участке трубы, вокруг которого установлен водонаправляющий элемент, последовательно (ступенчато) уменьшается от верхнего участка к нижнему участку. Это обеспечивает ступенчатое уменьшение объемного расхода жидкости от одной зоны к другой (с соответствующим снижением скорости потока при прохождении каждой из этих зон), поэтому, чем больше количество зон, тем больше ступеней в снижении скорости потока на каждой из них. Однако, увеличение количества зон свыше трех ведет к неоправданному росту вертикального габаритного размера фильтра-грязевика и соответственно затрат на его изготовление, транспортировку и монтаж на производственных объектах, для которых устройство предназначено. При уменьшении количества зон (одна или две), при прочих равных условиях и конструктивном исполнении, не обеспечивается необходимый режим ламинарности потока, и эффект очистки снижается. В общем случае, число участков со сквозными отверстиями, окруженных водонаправляющими элементами, определяется с учетом требований потребителя к эффекту очистки воды и габаритных ограничений на месте установки аппарата.The results of monitoring the industrial operation of inertial-gravity filters-mud collectors, as well as experimental and model samples of devices, confirmed an increase in the effect of water purification when performing three sections of the pipe that removes purified water from the device through the corresponding rows of through holes (round, slot-like or other shape), around which water guide elements are installed, which form zones for the separation of dirt particles from the downward flow of liquid. The total area of the through holes made in each section of the pipe, around which the water guide element is installed, gradually (stepwise) decreases from the upper section to the lower section. This provides a stepwise decrease in the volumetric flow rate of the liquid from one zone to another (with a corresponding decrease in the flow rate when passing through each of these zones), therefore, the larger the number of zones, the more steps in reducing the flow rate in each of them. However, an increase in the number of zones over three leads to an unjustified increase in the vertical overall size of the mud filter and, accordingly, the cost of its manufacture, transportation and installation at production facilities for which the device is intended. With a decrease in the number of zones (one or two), all other things being equal and design, the required flow laminarity is not ensured, and the cleaning effect decreases. In general, the number of sections with through holes surrounded by water guiding elements is determined taking into account the consumer's requirements for the effect of water purification and dimensional restrictions at the installation site of the apparatus.
Входной патрубок может быть установлен под прямым углом к вертикальной оси корпуса, что упрощает монтаж при горизонтальной компоновке подводящего трубопровода.The inlet can be installed at right angles to the vertical axis of the body, which simplifies installation with a horizontal layout of the supply pipeline.
Выходной патрубок фильтра-грязевика в зависимости от проектного решения может быть расположен под любым углом к оси корпуса и проходить через нижнее днище, обечайку корпуса или верхнее днище (фиг. 3).The outlet pipe of the mud filter, depending on the design solution, can be located at any angle to the axis of the body and pass through the lower bottom, the shell shell or the upper bottom (Fig. 3).
Нижнее и верхнее днище фильтра-грязевика по форме может быть плоским, коническим, эллиптическим или дугообразной формы в зависимости от рабочих параметров среды и проектного решения по присоединению патрубков устройства к трубопроводной системе.The lower and upper bottoms of the mud filter can be flat, conical, elliptical or arched in shape, depending on the operating parameters of the medium and the design solution for connecting the device nozzles to the pipeline system.
Крышка, закрывающая верхний конец трубы, может быть выполнена в виде расширяющегося книзу элемента с формой конуса, полусферы или дугообразной формы с целью улучшения гидродинамических условий потока воды, поступающего в корпус через входной патрубок (снижение гидравлического сопротивления и хорошая обтекаемость).The cover covering the upper end of the pipe can be made in the form of a downward-expanding element with the shape of a cone, hemisphere or arcuate shape in order to improve the hydrodynamic conditions of the water flow entering the body through the inlet pipe (reduction of hydraulic resistance and good streamlining).
С целью эффективного улавливания и сбора всплывающих загрязнений, газообразных включений и взвешенных частиц, а также полноты удаления загрязнений тарелка, установленная между верхним днищем и крышкой, закрывающей верхний конец трубы, выполнена в виде расширяющегося кверху элемента с формой усеченного конуса.For the purpose of efficiently trapping and collecting floating contaminants, gaseous inclusions and suspended particles, as well as the completeness of removing contaminants, the tray installed between the upper bottom and the cover covering the upper end of the pipe is made in the form of an element expanding upward with the shape of a truncated cone.
Водонаправляющие элементы, обеспечивающие равномерное распределение нисходящего потока, могут быть выполнены в виде расширяющегося книзу элемента с формой усеченных конуса, полусферы или дугообразной формы.The water-guiding elements, providing a uniform distribution of the downstream flow, can be made in the form of a downward-expanding element with the shape of a truncated cone, hemisphere or arcuate shape.
Цилиндрическое кольцо, соединенное с нижней частью водонаправляющего элемента, обеспечивает равномерный кольцевой зазор между собой и корпусом фильтра-грязевика.A cylindrical ring connected to the bottom of the water guide element provides a uniform annular gap between itself and the mud filter housing.
С целью обеспечения принудительной направленности и ступенчатого снижения интенсивности вращения потока по мере нисходящего движения воды от одного до другого водонаправляющего элемента, которое сочетается со ступенчатым снижением объемного расхода жидкости от одной к другой зоне (с соответствующим снижением скорости потока при прохождении каждой из этих зон) установка направляющих лопаток в пространстве между стенкой корпуса и цилиндрическим кольцом водонаправляющих элементов выполнена под разным углом (угол между вертикальной осью корпуса и поперечной осью каждой из направляющих лопаток) в диапазоне: 45-60 градусов для первого водонаправляющего элемента, 20-35 градусов для второго водонаправляющего элемента, 0-5 градусов для третьего водонаправляющего элемента. Таким образом, в зоне последнего (по ходу движения потока) водонаправляющего элемента, где окончательно завершается разделение очищенного и загрязненного слоев потока, обеспечивается полностью равномерное течение (ламинарный режим) без вращения потока и образования вихрей. Следовательно, улучшаются гидродинамические условия отделения частиц загрязнений (особенно, от мелкодисперсных частиц и взвешенных веществ) и повышается эффективность очистки воды в устройстве. Оптимальные диапазоны углов наклона направляющих лопаток (указанные выше), при которых происходит наиболее эффективное осаждение частиц примесей и повышение эффекта очистки воды, определены в результате экспериментальных исследований, задачей которых было оценка влияния различного сочетания углов установки лопаток в кольцевых зазорах, образуемых тремя водонаправляющими элементами. Эффект очистки воды определялся на лабораторной установке (опытный образец фильтра-грязевика) по массе уловленного осадка (по калиброванному кварцевому песку). В таблице представлены данные, характеризующие эффективность очистки воды при разных сочетаниях углов установки лопаток на трех водонаправляющих элементах. В 1 варианте принято расположение направляющих лопаток, как указано в прототипе. В 13 варианте - как в заявляемой модели. В вариантах со 2 по 12 - промежуточные диапазоны.In order to provide a forced direction and a stepwise decrease in the flow rate rotation as the water moves downward from one to another water-directing element, which is combined with a stepwise decrease in the volumetric flow rate of the liquid from one to another zone (with a corresponding decrease in the flow rate when passing through each of these zones), the installation The guide vanes in the space between the body wall and the cylindrical ring of the water guide elements are made at a different angle (the angle between the vertical axis of the body and the transverse axis of each of the guide vanes) in the range: 45-60 degrees for the first water guide element, 20-35 degrees for the second water guide element , 0-5 degrees for the third water guide. Thus, in the zone of the last (in the direction of the flow) water guide element, where the separation of the cleaned and contaminated flow layers is finally completed, a completely uniform flow (laminar regime) is ensured without flow rotation and the formation of vortices. Consequently, the hydrodynamic conditions for the separation of pollution particles (especially from fine particles and suspended solids) are improved and the efficiency of water purification in the device increases. The optimal ranges of the angles of inclination of the guide vanes (indicated above), at which the most effective deposition of impurity particles and an increase in the effect of water purification occurs, were determined as a result of experimental studies, the task of which was to assess the effect of various combinations of the angles of installation of the blades in the annular gaps formed by three water guide elements. The effect of water purification was determined on a laboratory setup (a prototype mud filter) by the mass of the captured sediment (by calibrated quartz sand). The table contains data characterizing the efficiency of water purification at different combinations of blade installation angles on three water-guiding elements. In
Тарелка, установленная под каждым водонаправляющим элементом, может быть выполнена в виде расширяющегося кверху элемента с формой усеченных конуса, полусферы или дугообразной формы.The plate mounted under each water guide element can be made in the form of an upwardly expanding element with the shape of a truncated cone, hemisphere or arcuate shape.
С целью обеспечения возможности удаления уловленных всплывающих загрязнений, газообразных включений и взвешенных частиц в верхнем днище выполнен дренажный патрубок. Для равномерного удаления накопленных загрязнений количество патрубков может быть более одного.In order to ensure the possibility of removing the captured floating contaminants, gaseous inclusions and suspended particles, a drainage pipe is made in the upper bottom. For uniform removal of accumulated dirt, the number of nozzles can be more than one.
С целью обеспечения возможности удаления уловленных осевших частиц механических загрязнений в нижнем днище корпуса выполнен дренажный патрубок. Для равномерного удаления накопленных загрязнений количество патрубков может быть более одного.In order to ensure the possibility of removing the trapped settled particles of mechanical impurities, a drainage pipe is made in the lower bottom of the housing. For uniform removal of accumulated dirt, the number of nozzles can be more than one.
С целью обеспечения возможности удаления крупных фрагментов загрязнений и случайных предметов с нижнего днища фильтра-грязевика на боковой поверхности корпуса выполнен люк.In order to ensure the possibility of removing large fragments of dirt and random objects from the lower bottom of the mud filter, a hatch is made on the side surface of the body.
С целью обеспечения устойчивости устройства и его вертикального положения корпус фильтра-грязевика установлен на регулируемые опоры.In order to ensure the stability of the device and its vertical position, the body of the mud filter is mounted on adjustable supports.
Полезная модель поясняется фиг. 1, на которой показан продольный разрез предлагаемого устройства.The utility model is illustrated in FIG. 1, which shows a longitudinal section of the proposed device.
На фиг. 2 показана развертка цилиндрических колец с установленными направляющими лопатками на каждом водонаправляющем элементе.FIG. 2 shows a development of cylindrical rings with installed guide vanes on each water guide element.
На фиг. 3 показано присоединение устройства к трубопроводной системе при различной компоновке входного, выходного и дренажных патрубков.FIG. 3 shows the connection of the device to the pipeline system with a different arrangement of the inlet, outlet and drain pipes.
Фильтр-грязевик инерционно-гравитационный с тангенциальным подводом воды содержит вертикальный цилиндрический корпус 1, установленный на регулируемые опоры 18. Входной патрубок 2 установлен тангенциально к корпусу 1 и заглублен в него под прямым углом к оси корпуса 1. Подача жидкости через входной патрубок 2 тангенциально (по касательной к корпусу 1) формирует вращательное движение потока внутри корпуса 1 и обеспечивает использование центробежной силы для отделения частиц загрязнений из потока. Выходной патрубок 3 жестко соединен с концом трубы 8, расположенной внутри корпуса 1. В рассматриваемом примере выполнения фильтра-грязевика выходной патрубок 3 проходит через нижнее днище 4 по оси корпуса 1 (фигуры 1 и 3). В нижнем днище 4 установлены дренажные патрубки 7. В рассматриваемом примере выполнения фильтра-грязевика на нижнем днище 4 установлено три дренажных патрубка 7. В верхнем днище 5 установлен дренажный патрубок 6, обеспечивающий периодическое удаление из верхней зоны фильтра-грязевика всплывающих частиц и взвешенных веществ, а также газообразных включений. В рассматриваемом примере образующая нижнего 4 и верхнего 5 днищ имеет эллиптическую форму. Верхний конец трубы 8 закрыт крышкой 9. В рассматриваемом примере образующая крышки 9 имеет дугообразную форму, что обеспечивает хорошую обтекаемость и снижение гидравлического сопротивления устройства. Между верхним днищем 5 и крышкой 9, закрывающей верхний конец трубы 8, установлена тарелка 10, имеющая форму усеченного конуса, который своей узкой частью образует проходное отверстие, которое соосно корпусу 1. Конусность тарелки 10 и наличие в ней проходного отверстия дает возможность частицам загрязнений смещаться по внутренней образующей поверхности тарелки 10 к отверстию и падать вниз для дальнейшего отделения в устройстве, а не накапливаться на ней, что обеспечивает полноту удаления загрязнений из верхнего пространства корпуса 1. Вдоль трубы 8, вокруг нее установлены расширяющиеся книзу водонаправляющие элементы 11. В рассматриваемом примере выполнения фильтра-грязевика установлено три водонаправляющих элемента 11, которые имеют конусообразную форму. Под каждым водонаправляющим элементом 11 расположено цилиндрическое кольцо 12, соединенное с нижней частью каждого водонаправляющего элемента 11. Цилиндрическое кольцо 12 создает между своей внешней стороной и стенкой корпуса 1 кольцевой зазор, обеспечивающий равномерность скорости течения потока. На участках трубы 8, вокруг которых установлены водонаправляющие элементы 11, выполнены сквозные отверстия 13. В рассматриваемом примере сквозные отверстия 13 выполнены в виде продольных прорезей. Длина каждого из участков с отверстиями 13 в трубе 8 последовательно (ступенчато) уменьшается от верхнего участка к нижнему участку. Таким образом, обеспечивается зональное распределение расхода поступающей в устройство жидкости, и снижаются скорости ее движения при прохождении каждой из этих зон под водонаправляющими элементами 11. Общая площадь сквозных отверстий 13 обеспечивает заданную пропускную способность устройства и определяется расчетным расходом очищаемой воды. Вокруг каждого цилиндрического кольца 12, соединенного с нижней частью каждого водонаправляющего элемента 11, в пространстве между стенкой корпуса 1 и кольцом 12 установлены направляющие лопатки 14, выполненные в виде пластин, установленных радиально к кольцу 12 и жестко соединенные с кольцом 12 и корпусом 1. Установка лопаток 14 производится под разным углом α1, α2, α3 на каждом кольце 12 в диапазонах: α1=45-60 градусов для первого водонаправляющего элемента, α2=20-35 градусов для второго водонаправляющего элемента, α3=0-5 градусов для третьего водонаправляющего элемента. Указанное сочетание диапазонов углов наклона лопаток 14 снижает интенсивность вращательного движения по мере нисходящего прохождения потока от одного до другого водонаправляющего элемента 11 и являются оптимальным, так как при этом происходит наиболее эффективное отделение из потока и осаждение частиц загрязнений. В представленном примере выполнения фильтра-грязевика углы наклона лопаток 14 составляют соответственно α1=45 градусов, α2=20 градусов, α3=5 градусов (фиг. 2) Под каждым водонаправляющим элементом 11 вокруг трубы 8 установлена тарелка 15, расширяющаяся кверху, а также ребра 17, которые обеспечивают выравнивание (снижение интенсивности вращения) восходящего потока под ним, а также жесткое крепление водонаправляющих элементов 11 к трубе 8. В нижней части корпуса 1 установлена тарелка 16, выполненная в виде усеченного конуса, имеющего в нижней своей части проходное отверстие, которое соосно корпусу 1, что дает возможность частицам загрязнений смещаться по внутренней образующей поверхности тарелки к отверстию и оседать, накапливаясь на нижнем днище 4, в непосредственной близости к проходному сечению дренажных патрубков 7. Это обеспечивает полноту удаления из устройства накопленных загрязнений и предотвращение взмучивания слоя осадка на нижнем днище 4 фильтра-грязевика при изменениях гидравлических режимов в трубопроводной сети. Корпус 1 установлен на регулируемые опоры 18. В нижней части корпуса 1 установлен люк 19.The inertial-gravity mud filter with tangential water supply contains a vertical
Устройство работает следующим образом.The device works as follows.
Загрязненная жидкость через тангенциально расположенный входной патрубок 2 попадает внутрь корпуса 1 и приобретает вращательное движение. За счет увеличения площади гидравлического сечения на уровне входного патрубка 2 скорость потока уменьшается, создаются условия для отделения из поступающего потока жидкости газообразных включений, всплывающих и взвешенных частиц, которые, последовательно проходя через кольцевой зазор между внешним краем тарелки 10 и стенкой верхнего днища 5, поднимаются в верхнюю часть корпуса 1 и собираются в объемном пространстве между верхним днищем 5 и тарелкой 10, откуда периодически удаляются через патрубок 6. При этом тарелка 10, выполненная в виде усеченного конуса, отделяет верхний объем жидкости с газообразными включениями и всплывающими примесями от вращающегося потока. Взвешенные вещества или мелкодисперсные частицы тяжелых загрязнений, которые выпадают на верхнюю образующую тарелки 10, не накапливается на ней, так как за счет конусности тарелки 10 смещаются к ее оси и через проходное отверстие выпадают вниз для дальнейшего отделения от жидкости.Contaminated liquid through the tangentially located
Нисходящий вращающийся поток жидкости опускается на водонаправляющую поверхность, образованную крышкой 9, закрывающей трубу 8, и первым водонаправляющим элементом 11. Форма поверхности обеспечивает хорошую обтекаемость и малое гидравлическое сопротивление потоку жидкости. Далее поток проходит в кольцевом зазоре между корпусом 1 и цилиндрическим кольцом 12. За счет направляющих лопаток 14, установленных в этом зазоре под углом 45-60 градусов, вращающийся поток становится более равномерным (без отклонений основного вектора потока), при этом, не теряя нисходящего вращательного движения. Частицы загрязнений за счет центробежной силы отбрасываются на периферию потока, к внутренней стенке корпуса 1 устройства. На частицы загрязнений в потоке также действует силы инерции и гравитации, определяющие их оседание в нижнюю часть устройства. Далее поток жидкости разделяется: одна часть потока уже очищенной жидкости, совершая поворот на 180 градусов, поступает под первый водонаправляющий элемент 11 и уходит через отверстия 13 в трубу 8, а другая часть потока еще не очищенной жидкости, продолжая нисходящее вращательное движение, проходит кольцевое сечение между корпусом 1 и цилиндрическим кольцом 12 второго водонаправляющего элемента 11. За счет направляющих лопаток 14, установленных в этом зазоре под углом 20-35 градусов, интенсивность вращательного движения потока снижается, при этом поток не теряет равномерности. Частицы загрязнений продолжают концентрироваться у внутренней стенки корпуса 1, а поток жидкости вновь разделяется: очищенная жидкость, совершая поворот на 180 градусов, поступает под второй водонаправляющий элемент 11 и уходит через второй ряд сквозных отверстий 13 в трубу 8. Оставшаяся часть потока неочищенной жидкости с наибольшей концентрацией загрязнений, плавно теряя свое вращательное движение, проходит кольцевое сечение между корпусом 1 и цилиндрическим кольцом 12 третьего водонаправляющего элемента 11. За счет направляющих лопаток 14, установленных в этом зазоре под углом 0-5 градусов, вращательное движение потока на выходе из кольцевого зазора полностью прекращается, а благодаря направляющим лопаткам 14, поток сохраняет равномерное нисходящее движение в ламинарном режиме. При этом очищенная жидкость, совершая поворот на 180 градусов, уходит под третий водонаправляющий элемент 11 через третий ряд сквозных отверстий 13 в трубу 8, а частицы загрязнений продолжают падение в нижнюю часть корпуса 1, находясь под действием сил инерции и гравитации. Осаждение частиц идет непосредственно в зону проходных сечений нижних дренажных патрубков 7, которая формируется тарелкой 16 в форме усеченного конуса, нижняя часть которого имеет проходное отверстие с диаметром, проекция которого на нижнее днище совпадает с диаметром окружности, образованной осями дренажных патрубков 7, если их более одного, или равным трем диаметрам проходного сечения дренажного патрубка, если он один. Загрязнения, которые накапливаются в указанной зоне нижнего днища 4, защищены от взмучивания, подъема и попадания в очищенную жидкость через третий ряд сквозных отверстий 13 в трубе 8 в случае изменений гидравлических режимов работы устройства (например, при резких изменениях расхода рабочей среды или гидравлических ударах в трубопроводной сети, в которой установлен аппарат) за счет пространства, образованного тарелкой 16 и нижним днищем 4.The downward rotating fluid flow descends on the water guide surface formed by the
Расположенный в корпусе 1 люк-лаз (люк-ревизия) 19, позволяет выполнять очистку нижней части фильтра-грязевика в период профилактических работ.The hatch-manhole (hatch-revision) 19 located in the
Таким образом, в предложенном инерционно-гравитационном фильтре-грязевике с тангенциальным подводом воды механические, взвешенные, всплывающие загрязнения и газообразные включения, присутствующие в широком спектре своих свойств и концентраций в различных водных рабочих средах, более эффективно отделяются от жидкости и более полно удаляются из устройства под действием гравитационной, инерционной и центробежной сил с помощью использованных в полезной модели конструктивных решений: тарелки 16, предотвращающей взмучивание и унос накопленных загрязнений и обеспечивающей их полное удаление из устройства через дренажные патрубки 7; тарелки 10, предотвращающей накопление на своей верхней образующей взвешенных загрязнений и потерю своей функциональности, и обеспечивающей более полное удаление уловленных загрязнений через дренажный патрубок 6; направляющих лопаток 14 с разным углом установки в каждом из цилиндрических зазоров между корпусом 1 и кольцом 12, обеспечивающих лучшее отделение частиц и не смешивание очищенного и загрязненного потоков жидкости в устройстве.Thus, in the proposed inertial-gravity mud filter with tangential water supply, mechanical, suspended, floating contaminants and gaseous inclusions present in a wide range of their properties and concentrations in various aqueous working media are more efficiently separated from the liquid and more completely removed from the device. under the action of gravitational, inertial and centrifugal forces with the help of the constructive solutions used in the utility model:
Таким образом, описание конструкции устройства и его работы доказывают возможность отделения из жидкой среды твердых механических, взвешенных веществ, всплывающих примесей и газообразных включений и их более полное удаление из устройства и, тем самым, из трубопроводных систем разного назначения с повышенным эффектом очистки от указанных загрязнений.Thus, the description of the design of the device and its operation prove the possibility of separating solid mechanical, suspended substances, floating impurities and gaseous inclusions from the liquid medium and their more complete removal from the device and, thereby, from pipeline systems for various purposes with an increased cleaning effect from the specified contaminants. ...
Используемая литература:Used Books:
1. Батуев С.П., Останина Е.А., Идрисов С.М., Дю Е.Н., Боровская Н.В. Очистка больших расходов сетевой воды с применением инерционно-гравитационных грязевиков на крупных тепловых источниках, «Новости теплоснабжения» №3, 2012, с. 48-56.1. Batuev S.P., Ostanina E.A., Idrisov S.M., Du E.N., Borovskaya N.V. Purification of high flow rates of network water using inertial-gravitational mud collectors at large heat sources, "News of heat supply" No. 3, 2012, p. 48-56.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021109545U RU207906U1 (en) | 2021-04-06 | 2021-04-06 | INERTIAL-GRAVITATIONAL MUD FILTER WITH TANGENTIAL WATER SUPPLY |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021109545U RU207906U1 (en) | 2021-04-06 | 2021-04-06 | INERTIAL-GRAVITATIONAL MUD FILTER WITH TANGENTIAL WATER SUPPLY |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU207906U1 true RU207906U1 (en) | 2021-11-23 |
Family
ID=78719618
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021109545U RU207906U1 (en) | 2021-04-06 | 2021-04-06 | INERTIAL-GRAVITATIONAL MUD FILTER WITH TANGENTIAL WATER SUPPLY |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU207906U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU222303U1 (en) * | 2023-09-28 | 2023-12-19 | Виталий Григорьевич Барон | Dirt filter |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU42438U1 (en) * | 2004-07-21 | 2004-12-10 | Общество с ограниченной ответственностью Строительная производственно-коммерческая фирма "ВАЛЁР" | SUMP |
| RU64097U1 (en) * | 2006-12-19 | 2007-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью Строительная производственно-коммерческая фирма "ВАЛЕР" | SUMP |
| EP1299169B1 (en) * | 2000-06-27 | 2007-11-28 | Erwin Weh | Filter part for fluid pipes |
| RU120577U1 (en) * | 2012-04-27 | 2012-09-27 | Сергей Петрович Батуев | DEVICE FOR CLEANING LIQUIDS FROM IMPURITIES |
| RU131124U1 (en) * | 2012-12-20 | 2013-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "БиоАкваНефтеГаз" | FILTER DIPPER VERTICAL INERTIAL |
| EP2977668A1 (en) * | 2012-05-21 | 2016-01-27 | Adey Holdings (2008) Limited | In-line fitment for connecting a filter to a pipe |
| RU175457U1 (en) * | 2017-05-18 | 2017-12-05 | Общество с ограниченной ответственностью Урало-Сибирская Компания "НЕКСАН" | Vertical inertial gravity filter |
| RU192851U1 (en) * | 2019-07-01 | 2019-10-03 | Общество с ограниченной ответственностью "УниверсалГидроСервис" | FILTER-DIPPER |
-
2021
- 2021-04-06 RU RU2021109545U patent/RU207906U1/en active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1299169B1 (en) * | 2000-06-27 | 2007-11-28 | Erwin Weh | Filter part for fluid pipes |
| RU42438U1 (en) * | 2004-07-21 | 2004-12-10 | Общество с ограниченной ответственностью Строительная производственно-коммерческая фирма "ВАЛЁР" | SUMP |
| RU64097U1 (en) * | 2006-12-19 | 2007-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью Строительная производственно-коммерческая фирма "ВАЛЕР" | SUMP |
| RU120577U1 (en) * | 2012-04-27 | 2012-09-27 | Сергей Петрович Батуев | DEVICE FOR CLEANING LIQUIDS FROM IMPURITIES |
| EP2977668A1 (en) * | 2012-05-21 | 2016-01-27 | Adey Holdings (2008) Limited | In-line fitment for connecting a filter to a pipe |
| RU131124U1 (en) * | 2012-12-20 | 2013-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "БиоАкваНефтеГаз" | FILTER DIPPER VERTICAL INERTIAL |
| RU175457U1 (en) * | 2017-05-18 | 2017-12-05 | Общество с ограниченной ответственностью Урало-Сибирская Компания "НЕКСАН" | Vertical inertial gravity filter |
| RU192851U1 (en) * | 2019-07-01 | 2019-10-03 | Общество с ограниченной ответственностью "УниверсалГидроСервис" | FILTER-DIPPER |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU222303U1 (en) * | 2023-09-28 | 2023-12-19 | Виталий Григорьевич Барон | Dirt filter |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2004251495B2 (en) | Hydrodynamic treatment device | |
| US20160250568A1 (en) | Liquid refinement | |
| WO2006125168A2 (en) | Systems for the removal of solids from fluids and methods of using the same | |
| KR100537798B1 (en) | Apparatus for removal of nonpoint source pollution using a hydrodynamic filter separator | |
| US10343088B2 (en) | Liquid refinement | |
| RU2335326C1 (en) | Immersion water intake filter with dynamic module | |
| US20180028942A1 (en) | Liquid refinement | |
| RU207906U1 (en) | INERTIAL-GRAVITATIONAL MUD FILTER WITH TANGENTIAL WATER SUPPLY | |
| RU2468851C1 (en) | Centrifugal separator | |
| RU192851U1 (en) | FILTER-DIPPER | |
| CN205613098U (en) | Spiral -flow type degritting jar and sand removal system | |
| RU120577U1 (en) | DEVICE FOR CLEANING LIQUIDS FROM IMPURITIES | |
| US2134113A (en) | Water purification apparatus and method | |
| RU2302907C2 (en) | Hydraulic cyclone | |
| RU2542269C2 (en) | Fluid corse purification module | |
| RU2377045C1 (en) | Inertial edge mud filter | |
| RU92355U1 (en) | FUEL FILTER SEPARATOR | |
| RU2160714C1 (en) | Plant for cleaning water from petroleum products and mechanical admixtures | |
| RU64097U1 (en) | SUMP | |
| KR200300515Y1 (en) | A vortex separator equipped with a circular screen for protecting the sewer overflow | |
| RU65784U1 (en) | SUMP | |
| RU54318U1 (en) | SUMP | |
| RU115237U1 (en) | FILTER SEPARATOR | |
| RU2749275C1 (en) | Device for cleaning the transported gas | |
| US11371234B2 (en) | Circular parallel plate grit remover |