RU2271241C1

RU2271241C1 - Large-sized radial waste water settler

Info

Publication number: RU2271241C1
Application number: RU2004120655/15A
Authority: RU
Inventors: Феликс Владимирович Кармазинов (RU); Феликс Владимирович Кармазинов; Владимир Иосифович Цветков (RU); Владимир Иосифович Цветков; Юрий Александрович Трухин (RU); Юрий Александрович Трухин; Петр Иохананович Немировский (RU); Петр Иохананович Немировский; Алексей Иванович Бочаров (RU); Алексей Иванович Бочаров; Михаил Евгеньевич Малишевский (RU); Михаил Евгеньевич Малишевский
Original assignee: Государственное Унитарное Предприятие "Водоканал Санкт-Петербурга"
Priority date: 2004-07-06
Filing date: 2004-07-06
Publication date: 2006-03-10
Also published as: RU2004120655A

Abstract

FIELD: settling equipment for separation of suspended undissolved agents, mainly of organic nature from waste water.

SUBSTANCE: proposed settler has cylindrical reservoir with circular passage in its bottom, central supply pipe with distributor in form of round colonnade supporting the water-repellent roof above central supply pipe. Device for mechanical removal of sediment includes above-water part in form of bridge with swivel support and traveling carriage and underwater part with suspension secured to center part of bridge and two groups of scrapers. Settler is provided with upper and lower groups of radial beams fastened together by means of studs, thus forming the framework. Water-repellent roof is located in this framework. Each column is provided with metal support. Center of mass of underwater part is shifted relative to vertical plane of symmetry of bridge.

EFFECT: increased carrying capacity of concrete part of structure; reduced bending moment.

3 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к отстойным сооружениям, через которые пропускают сточные воды с целью задержания и сбора выпадающих в осадок взвешенных нерастворенных веществ преимущественно органического происхождения. Радиальные отстойники являются частным случаем горизонтальных отстойников, когда движение сточных вод направлено по радиусам из центра к их периферии.The present invention relates to sedimentation facilities through which waste water is passed in order to detain and collect precipitated suspended undissolved substances of predominantly organic origin. Radial sedimentation tanks are a special case of horizontal sedimentation tanks when the movement of wastewater is directed along the radii from the center to their periphery.

Для очистки больших объемов сточных вод используют известные крупногабаритные радиальные отстойники, содержащие цилиндрический резервуар с кольцевым каналом в дне, разделяющим дно на два концентрических участка, системы для ввода обрабатываемой и сбора осветленной воды, а также устройство механического удаления осадка, включающее приводной мост, связанную с ним ферму и два полных и два неполных крыла с соответствующими скребками, причем одно из крыльев совмещено с приводным мостом (См. Батуров В., Лейбовский М. "Современные отстойники для систем водоочистки", ЦИНТИХИМ - НЕФТЕМАШ, Москва, 1974, стр.10 рис.3, стр.5 рис.1, стр.6 рис.2).For the treatment of large volumes of wastewater, well-known large-sized radial sumps are used, containing a cylindrical tank with an annular channel in the bottom dividing the bottom into two concentric sections, a system for introducing treated and collecting clarified water, and a mechanical sediment removal device, including a drive bridge associated with a farm and two full and two incomplete wings with corresponding scrapers, one of the wings being combined with a drive bridge (See Baturov V., Leibovsky M. "Modern sedimentation tanks for For water purification systems ", TsINTIHIM - NEFTEMASH, Moscow, 1974, p. 10 fig. 3, p. 5 fig. 1, p. 6 fig. 2).

В таком известном крупногабаритном радиальном отстойнике связанная с приводным мостом ферма установлена на водоотбойном перекрытии центрального распределительного устройства с возможностью вращения. При этом бетонная конструкция центрального распределительного устройства работает только на сжатие от сил веса металлических конструкций устройства механического удаления осадка, что является достоинством известного отстойника.In such a well-known large-sized radial sump, the truss connected to the drive axle is rotatably mounted on the water baffle of the central switchgear. At the same time, the concrete structure of the central switchgear only works on compression from the weight forces of the metal structures of the mechanical sludge removal device, which is the advantage of the known sedimentation tank.

В качестве прототипа выбран известный крупногабаритный радиальный отстойник диаметром 54М со спиральным илоскребом ИС-54М, содержащий цилиндрический резервуар с кольцевым каналом в дне, разделяющим дно на два концентрических участка, системы для ввода обрабатываемой и сбора осветленной воды, а также устройство механического удаления осадка, включающее приводной мост и две группы скребков, выстроенных в ряд по спиральной линии, в каждой упомянутой группе скребки закреплены в соответствующих дугообразных лонжеронах, образуя с последними щетки, а на приводном мосту над кольцевым каналом установлена поворотная опора с колонной, имеющей на конце лопатку, расположенную в кольцевом канале с возможностью движения по нему, и две шарнирно соединенные с колонной качающиеся в вертикальной плоскости стрелы, на концах которых с помощью независимых подвесок смонтированы упомянутые щетки, причем каждая независимая подвеска выполнена в виде рычага и снабжена компенсатором веса щетки, при этом оси параллельных соединений упомянутого рычага со стрелой и щеткой перекрещиваются с хордой соответствующего дугообразного лонжерона (см. (19) RU (11) 2129459 (13) C1).As a prototype, a well-known large-sized radial sedimentation tank with a diameter of 54M with a spiral sludge scraper IS-54M was selected, containing a cylindrical tank with an annular channel in the bottom dividing the bottom into two concentric sections, a system for introducing treated and collecting clarified water, and a device for mechanical sediment removal, including drive bridge and two groups of scrapers arranged in a row in a spiral line, in each mentioned group the scrapers are fixed in the corresponding arcuate spars, forming with the latter brushes, and on the drive axle above the annular channel there is a rotary support with a column having a blade at the end located in the annular channel with the possibility of movement along it, and two boom pivotally connected to the column in the vertical plane, at the ends of which are mounted with independent suspensions said brushes, each independent suspension being made in the form of a lever and provided with a compensator for the weight of the brush, while the axes of parallel connections of the said lever with an arrow and a brush intersect with chords minutes corresponding arcuate side member (see. (19) RU (11) 2129459 (13) C1).

Достоинством прототипа является то, что скребки расположены по линиям правой и левой логарифмической спирали, что выгодно отличает его от известного отстойника, у которого скребки расположены дискретно и закреплены на крыльях подводной фермы ступенчато. Преимущество прототипа проявляется в более качественной очистке осветленной воды, т.к. расположенные по спирали скребки образуют две сплошные лопасти, вдоль которых в придонном слое воды возникают ламинарные придонные течения, способствующие интенсивному перемещению выпавшего на дно отстойника осадка в кольцевой канал.The advantage of the prototype is that the scrapers are located along the lines of the right and left logarithmic spirals, which distinguishes it from the well-known sump, in which the scrapers are discrete and mounted on the wings of the underwater farm in steps. The advantage of the prototype is manifested in a better treatment of clarified water, because Scrapers located in a spiral form two continuous blades along which laminar bottom currents arise in the bottom layer of water, contributing to the intensive movement of sediment deposited at the bottom of the sedimentation tank into the annular channel.

Однако прототип обладает существенным недостатком, а именно приводной мост, входящий в состав устройства механического удаления осадка, нагружает поворотную опору в центре радиального отстойника не только вертикальной силой веса конструкции, но также результирующим изгибающим моментом, равным результирующему крутящему моменту, приложенному к приводному мосту от сил, противодействующих движению скребков, и сил веса подводной части.However, the prototype has a significant drawback, namely, the drive axle, which is part of the mechanical sediment removal device, loads the rotary support in the center of the radial settler not only with the vertical force of the structure weight, but also with the resulting bending moment equal to the resulting torque applied to the drive axle from the forces , counteracting the movement of the scrapers, and the weight forces of the underwater part.

Задачей настоящего изобретения является поиск технического решения, которое позволит существенно повысить несущую способность бетонной части конструкции крупногабаритного радиального отстойника, а также найти рациональное компоновочное решение устройства механического удаления осадка посредством спирально размещенных скребков, при котором результирующий изгибающий момент, приложенный к бетонной части отстойника, будет минимальным.The objective of the present invention is to find a technical solution that will significantly increase the bearing capacity of the concrete part of the construction of the large radial sump, as well as find a rational layout solution for the mechanical removal of sludge by means of helically placed scrapers, in which the resulting bending moment applied to the concrete part of the sump will be minimal .

Поставленная задача решена так, что в известном крупногабаритном радиальном отстойнике сточных вод, содержащем цилиндрический резервуар с кольцевым каналом в дне, разделяющим дно резервуара на два концентрических участка, центральную подводящую трубу с распределительным устройством, выполненным в виде круглой колоннады, поддерживающей водоотбойное перекрытие над центральной подводящей трубой, и устройство механического удаления осадка, включающее надводную часть, выполненную в виде моста с поворотной опорой и ходовой тележкой на соответствующих концах этого моста, и подводную часть, содержащую прикрепленный к средней части моста подвес и две группы скребков, которые выстроены на концентрических участках дна резервуара в два ряда по линиям правой и левой логарифмической спирали и закреплены на соответствующих несущих конструкциях, соединенных с подвесом, согласно настоящему изобретению введены верхняя и нижняя группы радиально расположенных металлических балок, размещенных соответственно над упомянутым водоотбойным перекрытием и под ним, каждая пара соответствующих металлических балок верхней и нижней групп скреплены между собой шпильками, проходящими сквозь водоотбойное перекрытие, в результате чего образован двусторонний каркас, прижатый к водоотбойному перекрытию, на торце центральной подводящей трубы установлены вертикальные металлические опоры, каждая из которых соединена с соответствующей колонной упомянутой круглой колоннады и соответствующей металлической балкой нижней группы радиально расположенных металлических балок, а упомянутая поворотная опора моста установлена и закреплена на верхней группе радиально расположенных металлических балок, кроме того, центр масс упомянутой подводной части смещен относительно вертикальной плоскости симметрии моста на расстояние, при котором масса подводной части создает приложенный к водоотбойному перекрытию момент, равный по абсолютной величине, по крайней мере, половине момента всех сил, противодействующих движению скребков.The problem is solved in such a way that in the known large-sized radial wastewater sump containing a cylindrical tank with an annular channel in the bottom, dividing the bottom of the tank into two concentric sections, a central supply pipe with a distribution device made in the form of a circular colonnade supporting a water outlet over the central supply pipe, and a device for mechanical removal of sediment, including the surface part, made in the form of a bridge with a rotary support and a running trolley the corresponding ends of this bridge, and an underwater part containing a suspension attached to the middle part of the bridge and two groups of scrapers, which are arranged in concentric sections of the bottom of the tank in two rows along the lines of the right and left logarithmic spirals and mounted on the corresponding load-bearing structures connected to the suspension, according to the present invention introduced the upper and lower groups of radially arranged metal beams placed respectively above the aforementioned water baffle and below it, each pair is corresponding of the metal beams of the upper and lower groups are fastened together by studs passing through the baffle plate, as a result of which a two-sided frame is formed, pressed against the baffle plate, vertical metal supports are installed at the end of the central supply pipe, each of which is connected to the corresponding column of the said circular colonnade and the corresponding metal beam of the lower group of radially arranged metal beams, and the aforementioned rotary support of the bridge is installed and closed it is insulated on the upper group of radially arranged metal beams, in addition, the center of mass of the aforementioned underwater part is shifted relative to the vertical plane of symmetry of the bridge by a distance at which the mass of the underwater part creates a moment applied to the baffle equal in absolute value to at least half of all forces counteracting the movement of scrapers.

Такое новое техническое решение всей своей совокупностью существенных признаков позволяет создать новый крупногабаритный радиальный отстойник сточных вод с механическим удалением осадка посредством спирально размещенных скребков, в котором бетонная конструкция сооружения способна воспринимать изгибающий момент, обусловленный размещением скребков указанным способом, при этом абсолютное значение упомянутого изгибающего момента получается минимальным.Such a new technical solution, with all its essential features, makes it possible to create a new large-sized radial sewage sump with mechanical removal of sludge by means of spirally placed scrapers, in which the concrete structure of the structure is able to perceive the bending moment due to the placement of the scrapers in this way, while the absolute value of the mentioned bending moment is obtained minimal.

Это достоинство достигнуто путем образования вокруг водоотбойного перекрытия двустороннего металлического каркаса из двух групп радиально расположенных балок и установкой вертикальных опор на торце центральной подводящей трубы, а также смещением центра масс подводной части механического оборудования относительно моста на расстояние, при котором момент опрокидывания от сил веса подводной части в два раза меньше момента опрокидывания от сил, противодействующих движению скребков.This advantage is achieved by the formation of a double-sided metal frame around the baffle plate from two groups of radially arranged beams and the installation of vertical supports at the end of the central supply pipe, as well as by displacing the center of mass of the underwater part of the mechanical equipment relative to the bridge by a distance at which the tipping moment from the weight forces of the underwater part two times less than the moment of capsizing from the forces opposing the movement of the scrapers.

По сравнению с прототипом настоящее изобретение имеет существенные отличия, обладает новыми техническими свойствами, отсутствующими в известных ранее радиальных отстойниках.Compared with the prototype, the present invention has significant differences, has new technical properties that are absent in previously known radial sedimentation tanks.

Анализ существующей научно-технической и патентной информации, проведенный заявителем, показал неизвестность предлагаемой совокупности существенных отличительных признаков. Неизвестными оказались и отдельные существенные признаки, а именно: образование двустороннего каркаса вокруг бетонного водоотбойного перекрытия, а также смещение центра масс подводной части механического оборудования с целью минимизации опрокидывающего момента сил, противодействующих движению скребков в воде по дну резервуара.The analysis of the existing scientific, technical and patent information, conducted by the applicant, showed the uncertainty of the proposed combination of essential distinguishing features. Some significant features were also unknown, namely: the formation of a two-sided frame around a concrete water-blocking floor, as well as the displacement of the center of mass of the underwater part of the mechanical equipment in order to minimize the overturning moment of the forces that counteract the movement of scrapers in the water along the bottom of the tank.

Таким образом настоящее изобретение можно считать отвечающим критерию патентоспособности "новизна".Thus, the present invention can be considered as meeting the patentability criterion of "novelty."

Настоящее изобретение имеет изобретательский уровень, так как оно для специалиста логически не следует из известного технического уровня развития радиальных отстойников. При известном из существующего уровня техники подходе увеличение несущей способности бетонных конструкций достигают путем размещения металлической арматуры внутри бетонного массива. В предлагаемом радиальном отстойнике имеет место нетрадиционное решение проблемы, а именно: создается наружный металлический каркас совместимый с существующей бетонной конструкцией, обе системы соответствующим образом скрепляются между собой в единую конструкцию, воспринимающую новый спектр нагрузок, обусловленный размещением скребков по линиям логарифмической спирали. Неожиданным для специалистов является также уравновешивание не полного момента, приложенного к центральной опоре со стороны сил, противодействующих движению скребков, а только половины этого момента, позволяющее минимизировать внешнюю изгибающую нагрузку на центральную опору.The present invention has an inventive step, because for a specialist it does not logically follow from the known technical level of development of radial sedimentation tanks. With the approach known from the prior art, an increase in the carrying capacity of concrete structures is achieved by placing metal reinforcement inside the concrete mass. In the proposed radial sump, an unconventional solution to the problem takes place, namely: an external metal frame is created that is compatible with the existing concrete structure, both systems are appropriately fastened to each other in a single structure that accepts a new range of loads due to the placement of scrapers along the logarithmic spiral lines. Unexpected for specialists is also balancing not the full moment applied to the central support from the forces opposing the movement of the scrapers, but only half of this moment, which allows minimizing the external bending load on the central support.

Таким образом, предлагаемое техническое решение обладает изобретательным уровнем. Практическая применимость настоящего изобретения доказывается ниже.Thus, the proposed technical solution has an inventive level. The practical applicability of the present invention is proved below.

Сущность предлагаемого крупногабаритного радиального отстойника сточных вод поясняется чертежами, где:The essence of the proposed large radial sewage sump is illustrated by drawings, where:

фиг.1 - общий вид крупногабаритного радиального отстойника;figure 1 is a General view of a large radial sump;

фиг.2 - общий вид центральной подводящей трубы с распределительным устройством;figure 2 - General view of the Central supply pipe with a switchgear;

фиг.3 - общий вид устройства механического удаления осадка.figure 3 - General view of the device for mechanical removal of sediment.

Предлагаемый крупногабаритный радиальный отстойник сточных вод содержит цилиндрический резервуар 1 с кольцевым каналом 2 в дне 3, разделяющим дно 3 на два концентрических участка 4 и 5. Подвод воды осуществляется снизу по трубопроводу 6, откуда сточная вода через центральную трубу 7 и через центральное распределительное устройство 8 поступает в отстойник. Центральное распределительное устройство 8 выполнено в виде круглой колоннады 9 на торце центральной подводящей трубы 7, поддерживающей водоотбойное перекрытие 10. Осветленная вода собирается в круговой периферийный желоб 11. Осадок сгребается в кольцевой канал 2 скребками 12, которые разбиты на две группы скребков, выстроенных на концентрических участках 4 и 5 дна 3 в два ряда по линиям соответственно правой 13 и левой 14 логарифмической спирали и закреплены на двух стрелах соответствующей формы 15 и 16 в виде рабочих лопастей 17 и 18. Указанные рабочие лопасти 17 и 18 являются рабочим органом устройства механического удаления осадка, которое содержит надводную часть, выполненную в виде моста 19, который одним концом установлен в центре отстойника на поворотной опоре 20, другим опирается на колесную ходовую тележку 21. Эта тележка передвигается по кольцевой дорожке или рельсу, уложенному на стене 22 отстойника. Подводная часть устройства механического удаления осадка содержит подвес 23, выполненный в виде пространственной фермы, которая верхним концом присоединена жестко к средней части моста 19, а также содержит упомянутые стрелы 15 и 16 с рабочими лопастями 17 и 18, которые соединены с нижним концом подвеса 23. Поворотная опора 20 установлена и закреплена на верхней группе металлических балок 24, которые расположены радиально на водоотбойном перекрытии 10. Имеется аналогичная нижняя группа металлических балок 25, которые расположены под водоотбойным перекрытием 10 и скреплены попарно с соответствующими балками верхней группы 24 посредством шпилек 26. На торце центральной подводящей трубы 7 рядом с колоннами круглой колоннады 9 установлены вертикальные металлические опоры 27, каждая из которых соединена с соответствующей колонной круглой колоннады 9 и соответствующей балкой нижней группы балок 25. Верхняя и нижняя группы металлических балок 24 и 25, скрепленные между собой и прижатые с двух сторон к водоотбойному перекрытию 10, образуют двусторонний каркас 28, который с помощью опор 27 передает прикладываемую к ним внешнюю нагрузку на массивную центральную подводящую трубу 7. Внешняя нагрузка на двусторонний каркас 28 возникает в результате преодоления рабочими лопастями 17 и 18 сил сопротивления их движению в уплотненном придонном слое воды и сил трения этих лопастей по дну 3. Указанные силы, противодействующие движению лопастей 17 и 18, создают приложенный к водоотбойному перекрытию 10 и двустороннему каркасу 28 соответствующий изгибающий момент М. Чтобы минимизировать этот момент центр масс подводной части устройства механического удаления осадка смещен относительно вертикальной оси симметрии Z моста 19 на расстояние L, определяемое формулой

, где m - масса подводной части.The proposed large-sized radial sewage sump contains a cylindrical tank 1 with an annular channel 2 in the bottom 3, dividing the bottom 3 into two concentric sections 4 and 5. The water is supplied from below through a pipe 6, from where the wastewater through a central pipe 7 and through a central distribution device 8 enters the sump. The central switchgear 8 is made in the form of a circular colonnade 9 at the end of the central supply pipe 7, which supports a water discharge 10. The clarified water is collected in a circular peripheral groove 11. The sediment is raked into the annular channel 2 by scrapers 12, which are divided into two groups of scrapers arranged on concentric sections 4 and 5 of the bottom 3 in two rows along the lines of the right 13 and left 14 of the logarithmic spiral, respectively, and are fixed on two arrows of the corresponding form 15 and 16 in the form of working

blades

17 and 18. These slaves the

blades

17 and 18 are the working body of the mechanical sediment removal device, which contains the surface part, made in the form of a bridge 19, which is installed at one end in the center of the sump on the rotary support 20, the other rests on a wheeled carriage 21. This carriage moves along the ring track or a rail laid on the wall 22 of the sump. The underwater part of the device for mechanical removal of sediment contains a suspension 23, made in the form of a spatial truss, which the upper end is attached rigidly to the middle part of the bridge 19, and also contains the mentioned arrows 15 and 16 with

working blades

17 and 18, which are connected to the lower end of the suspension 23. The pivot bearing 20 is mounted and secured to the upper group of metal beams 24, which are located radially on the water-proof ceiling 10. There is a similar lower group of metal beams 25, which are located under the water-discharge ceiling 10 and fastened in pairs with the corresponding beams of the upper group 24 by means of pins 26. At the end of the central supply pipe 7, vertical metal supports 27 are installed next to the columns of the round colonnade 9, each of which is connected to the corresponding column of the round colonnade 9 and the corresponding beam of the lower group of beams 25 The upper and lower groups of

metal beams

24 and 25, fastened together and pressed from both sides to the water-proof ceiling 10, form a two-sided frame 28, which with the help of supports 27 transmits the external load applied to them on the massive central supply pipe 7. The external load on the two-sided frame 28 arises as a result of the

working blades

17 and 18 overcoming the forces of resistance to their movement in the sealed bottom layer of water and the friction forces of these blades along the bottom 3. The indicated forces opposing the movement the

blades

17 and 18, create the corresponding bending moment M, applied to the baffle plate 10 and the two-sided frame 28. To minimize this moment, the center of mass of the underwater part of the mechanical about the removal of sediment is shifted relative to the vertical axis of symmetry Z of the bridge 19 by a distance L defined by the formula

where m is the mass of the underwater part.

Claims

A large-sized radial sewage sump containing a cylindrical tank with an annular channel in the bottom dividing the tank bottom into two concentric sections, a central supply pipe with a switchgear made in the form of a circular colonnade supporting a water baffle over the central supply pipe, and a device for mechanical sediment removal, including a surface part made in the form of a bridge with a rotary support and a running trolley at the respective ends of this bridge, and an underwater part an assembly comprising a suspension attached to the middle part of the bridge and two groups of scrapers that are arranged in concentric sections of the bottom of the tank in two rows along the lines of the right and left logarithmic spirals and are mounted on the corresponding load-bearing structures connected to the suspension, characterized in that the upper and lower groups of radially arranged metal beams placed respectively above and above the baffle plate, each pair of corresponding metal beams of the upper and lower groups is fastened between each other with studs passing through the water-proof ceiling, as a result of which a two-sided frame is formed, pressed against the water-safety ceiling, vertical metal supports are installed at the end of the central supply pipe, each of which is connected to the corresponding column of the said round colonnade and the corresponding metal beam of the lower group of radially arranged metal beams, and the said rotary support of the bridge is mounted and fixed on the upper group of radially arranged metal FIR beams, moreover, the center of mass of said underwater part is displaced relative to the vertical plane of symmetry of the bridge to a distance at which the weight of the underwater part creates attached to of baffle overlapping moment equal in absolute value, at least half of the time all the forces opposing the movement of the scraper.