Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
Патент на изобретение №2468998

(19)

RU

(11)

2468998

(13)

C2

(51) МПК C02F1/52 (2006.01)

C02F9/02 (2006.01)

B03D3/06 (2006.01)

B01F13/00 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Статус: по данным на 07.12.2012 - нет данных Пошлина:

(21), (22) Заявка: 2010153058/05, 23.12.2010

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

23.12.2010

Приоритет(ы):

(22) Дата подачи заявки: 23.12.2010

(43) Дата публикации заявки: 27.06.2012

(45) Опубликовано: 10.12.2012

(56) Список документов, цитированных в отчете о

поиске: RU 2142431 C1, 10.12.1999. SU 858923 A1, 30.08.1981. RU 75959 U1, 10.09.2008. RU 2324530 C2, 20.05.2008. WO 94/16804 A1, 04.08.1994. БОЛЬШОЙ ЭНЦИКЛОПЕДИЧЕСКИЙ СЛОВАРЬ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ // Гл. ред. Ишлинский А.Ю. - М.: Научное издательство «Большая Российская энциклопедия», 2000, с.553.

Адрес для переписки:

630060, г.Новосибирск, ул. Экваторная, 1, кв.47, В.П. Смирнову

(72) Автор(ы):

Смирнов Василий Павлович (RU),

Похил Юрий Николаевич (RU),

Багаев Юрий Георгиевич (RU),

Жагин Виктор Александрович (RU),

Болдырев Вячеслав Викторович (RU),

Смирнова Вера Викторовна (RU),

Мамаев Владимир Васильевич (RU),

Новошинцев Владимир Николаевич (RU),

Валуйских Игорь Васильевич (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Общество с ограниченной ответственностью "Полимеры" (RU),

Муниципальное унитарное предприятие г. Новосибирска "ГОРВОДОКАНАЛ" (RU)

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФЛОКУЛИРОВАНИЯ (ВАРИАНТЫ)

(57) Реферат:

Группа изобретений относится к обработке воды. В поток воды подают дозированное количество флокулянта. Обработанная реагентами вода поступает в корпус 1 устройства, где попадает между крыльями 2 и корпусом 1. При схождении струй потока воды с выпуклой и плоской поверхности крыла 2 возникает вращательное движение воды и флокулянта. Направляющие угловые вставки 5, установленные на выходы из устройства, успокаивают поток. Группа изобретений позволяет повысить скорость хлопьеобразования и увеличить массу образуемых хлопьев. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к устройствам для обработки воды, в частности к устройствам для флокулирования при очистке природных поверхностных вод для хозяйственных и питьевых целей, промышленных, сточных вод и для других аналогичных технологических процессов.

Известно устройство для смешивания жидкости, которое может использоваться и в системах водоподготовки, и очистки сточных вод, содержащее трубчатый корпус и смеситель в виде гофрированной полосы, участки которой расположены под углом друг к другу. Смесительный элемент имеет вырезы - сквозные окна для прохода потока. Полезная модель RU 75959, опубл. 10.09.2008 г.

Вставки устройства перекрывают значительную часть потока, что приводит к увеличению гидравлического сопротивления устройства. Направление отклонения потока неоднократно меняется и возникают разнонаправленные вихри, что приводит к разрушению образовавшихся хлопьев.

Известно устройство для хлопьеобразования, содержащее цилиндрический корпус (трубу) с расположенными внутри корпуса неподвижными турбулизирующими вставками, выполненными в виде идентичных плоских восьмилопастных элементов, установленных на стержне соосно с корпусом, на равномерно возрастающем расстоянии друг от друга. Восьмилопастные элементы выполнены с перемычками между лопастями так, что перемычки делят пополам площадь свободного сечения трубы между лопастями. Авторское свидетельство СССР 858923, опубликовано 30.08.81, М.кл. C02F 1/52.

Это устройство имеет сложную геометрическую форму восьмилопаточных вставок, которые выполнены с перемычками между лопастями. Вставки перекрывают значительную часть потока, что приводит к увеличению гидравлического сопротивления в местах их установки. Это приводит к снижению эффективности работы устройства и его надежности, так как вставки могут забиваться хлопьями. Кроме того, при прохождении обрабатываемых веществ через вставки образуются отдельные потоки с повышенными значениями локальных скоростей движения, и направления потоков могут пересекаться. Такой режим работы, как правило, приводит, наряду с укрупнением мелких хлопьев, к разрушению крупных.

Наиболее близким по выполняемой задаче является устройство, которое содержит соединенные друг с другом однотипные секции, каждая из которых включает диффузор, цилиндрический участок и конфузор. В цилиндрических участках и в конфузорах установлены неподвижные винтовые вставки. В цилиндрических участках - в виде цилиндрического двухзаходного винта, в конфузорах - в виде конического однозаходного винта. Размеры секций выбирают таким образом, чтобы обеспечить необходимые гидродинамические условия хлопьеобразования. При переходе обрабатываемой суспензии от одной секции к другой происходит рост хлопьев за счет слипания мелких частиц как друг с другом, так и с более крупными ранее образовавшимися флокулами. Патент RU 2142431, МПК 6 C02F 1/52.

Недостатки такого устройства: снижение эффективности хлопьеобразования из-за разрушения ранее образовавшихся хлопьев вследствие недостаточной равномерности интенсивности перемешивания потока в поперечном сечении (хлопья, находящиеся на разном расстоянии от оси устройства, получают различную энергию), существенная потеря напора из-за последовательного расположения секции, а также значительная металлоемкость устройств.

Задачей изобретения является разработка конструкции, позволяющей обеспечивать эффективное хлопьеобразование коагулируемых примесей с низкой потерей напора, поступающей на очистку воды.

Техническим результатом изобретения является повышение скорости хлопьеобразования и увеличение массы образуемых хлопьев.

Технический результат достигается двумя вариантами. По первому варианту устройство для флокулирования содержит корпус и установленные в нем вставки, при этом в корпусе размещены, по меньшей мере, две вставки, выполненные в форме профиля крыла и установленные под углом к корпусу и направлению движения потока, угол наклона профиля крыла составляет 5-21°, на выходе корпус снабжен направляющими угловыми вставками.

По второму варианту устройство для флокулирования содержит корпус и установленные в нем вставки, при этом в корпусе размещены, по меньшей мере, две вставки, выполненные в форме профиля крыла и установленные под углом к корпусу и направлению движения потока, при этом начало профиля крыла выполнено в форме предкрылка, обращенного к центру потока, а между корпусом и профилем крыла по обе стороны вставок установлены, по меньшей мере, две направляющие, расположенные под углом к корпусу, угол наклона профиля крыла составляет 5-21°, на выходе корпус снабжен направляющими угловыми вставками.

Отличительными признаками устройства являются: вставки в форме профиля крыла и их расположение, угол наклона, угловые вставки, а по второму варианту: вставки в форме профиля крыла, наличие предкрылка, их расположение, угол наклона, угловые вставки.

Известно, что при обтекании твердого тела поток подвергается деформации, что приводит к изменению скорости, давления, температуры и плотности в струйках потока (Фабрикант Н.Я., Аэродинамика, ч., - Л, 1962; Прандтль Л. Гидроаэродинамика, пер. с нем., 2 изд., М., 1951; Мартынов А.К. Экспериментальная аэродинамика, 2 изд., М., 1958). Таким образом, около поверхности обтекаемого тела создается область переменных скоростей и давлений. На нижней образующей профиля имеется избыточное давление, на верхней - разряжение. Величина разряжения на верхней поверхности в несколько раз превышает подпор на нижней. Векторная сумма всех этих составляющих создает силу R, с которой поток действует на крыло. Кроме того, в аэродинамике при рассматривании сил рассматривают и другие факторы, влияющие на характер распределения давления по профилю крыла. Гидродинамические коэффициенты крыла определяют экспериментально, которые потом приводятся в виде диаграмм зависимостей коэффициентов Су (подъемной силы крыла), и Сх (лобовое сопротивление крыла) от угла атаки. Эта зависимость является полярой профиля крыла, которая позволяет оценить аэродинамические качества профиля крыла и другие параметры. Коэффициенты Су, Сх являются основными характеристиками крыла, не зависящими от среды, в которой движется крыло (воздух или вода). Поляра профиля крыла - основной график, характеризующий свойства крыла. Поляра - это один из самых наглядных способов оценки свойств профиля для конкретных применений. Форму профиля крыла можно определить по поляре, по этой кривой легко оценить и изменение лобового сопротивления при изменении угла атаки и их соотношение, что позволяет выбирать углы атаки крыла для получения оптимальных скоростей завихрения потока при минимальной потере напора.

На основе этих зависимостей, коэффициентов и поляры на экспериментальной установке определены оптимальные углы атаки для скорости потока от 0,7 до 1,5 м/сек, а на основе программы Profili с большой базой данных по геометрии известных профилей была выбрана наиболее эффективная форма крыла для создания зон вращательного движения воды внутри потока - прямоугольная в плане с несимметричным плосковыпуклым профилем. На основе выбранной формы крыла разработан ряд моделей устройств для флокулирования с фиксированными углами атаки к направлению движения потока воды для разных скоростей потока, обеспечивающих наилучшие гидродинамические условия хлопьеобразования и увеличение массы хлопьев с минимальной величиной потери напора.

Для решения технической задачи - повышение скорости хлопьеобразования и увеличение массы образуемых хлопьев, использован принцип работы устройства на создании зон вращательного движения воды в корпусе, которые возникают при схождении струй с задней кромки от выпуклой и плоской поверхностей элементов, выполненных по типу крыла с несимметричным плосковыпуклым профилем и размещенных под определенным углом к направлению движения потока воды.

Быстрое хлопьеобразование и увеличение массы хлопьев идет за счет того, что вставки в форме профиля крыла обеспечивают вращательное движение воды и дают возможность увеличить скорость движения самого потока за счет снижения сопротивления движущегося потока воды. Угол наклона плоской поверхности профиля крыла к корпусу также способствует увеличению скорости завихрения потока, а с другой стороны уменьшению «возмущения» потока на входе, что создает благоприятные гидродинамические условия, обеспечивающие вращательное движение воды для быстрого хлопьеобразования и увеличения массы хлопьев. Вращательное движение воды возникает при схождении струй воды от выпуклой и плоской поверхности крыла.

При этом и оптимальный угол наклона крыла также способствует увеличению скорости хлопьеобразования. Проведенные на экспериментальной установке испытания для различных интервалов скоростей (от 0,7 до 1,5 м/сек) потока воды, которые, как правило, используют в процессах водоподготовки, показали, что оптимальный угол наклона плоской поверхности профиля крыла к корпусу составляет 5-21° (приведен на рис.1, Вид А), и определяется скоростью поступающей воды.

Форма предкрылка также определяется задачами изобретения.

Предкрылки являются отклоняющими поверхностями на носке крыла и служат для увеличения кривизны выпуклой поверхности профиля крыла, поэтому для поставленной задачи выбраны нещелевыми, фиксированными. Наличие нещелевого фиксированного предкрылка приводит к увеличению кривизны выпуклой поверхности профиля, уменьшению угла атаки за счет скоса потока к плоской поверхности крыла при минимальной потери напора, что позволяет повысить скорость в зонах вращательного движения воды при низких значениях скорости потока, поступающего в корпус устройства.

Направляющие, расположенные под углом к корпусу, образуют дополнительные сопла, что позволяет создать ламинарное движение и увеличить скорость потока, не разбивая образовавшиеся перед устройством хлопья.

Направляющие в виде угловых вставок успокаивают поток и препятствуют дроблению массы образовавшихся в устройстве хлопьев.

На рис.1 и 2 показаны схемы вариантов устройства. Устройство содержит корпус 1, размещенные в нем вставки в виде профиля крыла 2, предкрылки крыла 3 (рис.2), направляющие 4, направляющие угловые вставки 5.

Устройство работает следующим образом.

В поток воды перед устройством подают дозированное количество флокулянта, обработанная реагентами вода поступает в корпус 1 устройства, где попадает между крыльями 2 и корпусом, при этом скорость потока возрастает и за счет формы крыла, и его расположения под углом. В зависимости от скорости поступающей в устройство воды принимается угол наклона профиля крыла к корпусу. При схождении струй потока воды с выпуклой и плоской поверхности крыла возникает вращательное движение воды и флокулянта, при этом поверхность флокул активируется, и вращательное движение ведет к увеличению скорости коагуляции и росту хлопьев. Возрастание скорости образования хлопьев способствует быстрому увеличению их массы. На выходе из устройства установлены направляющие угловые вставки 5, которые успокаивают поток и не дают разбиваться массе образовавшихся хлопьев.

По второму варианту поток попадает в предкрылки 3, являющиеся отклоняющими поверхностями на носке крыла. Наличие нещелевого фиксированного предкрылка приводит к увеличению кривизны выпуклой поверхности профиля, уменьшению угла атаки за счет скоса потока к плоской поверхности крыла и направляющим. Затем поток распределяется между крыльями 2, направляющими 4 и корпусом 1, образующими сопла, что позволяет добиться оптимальной скорости движения воды в устройстве при низких значениях скорости потока, поступающего в его корпус.

Устройство обеспечивает наилучшие гидродинамические условия увеличения скорости хлопьеобразования с минимальной потерей напора.

Формула изобретения

1. Устройство для флокулирования, содержащее корпус и установленные в нем вставки, отличающееся тем, что в корпусе размещены, по меньшей мере, две вставки, выполненные в форме профиля крыла и установленные под углом к корпусу и направлению движения потока.

2. Устройство для флокулирования по п.1, отличающееся тем, что угол наклона профиля крыла составляет 5-21°.

3. Устройство для флокулирования по п.1, отличающееся тем, что на выходе корпус снабжен направляющими угловыми вставками.

4. Устройство для флокулирования, содержащее корпус и установленные в нем вставки, отличающееся тем, что в корпусе размещены, по меньшей мере, две вставки, выполненные в форме профиля крыла и установленные под углом к корпусу и направлению движения потока, при этом начало профиля крыла выполнено в форме предкрылка, обращенного к центру потока, а между корпусом и профилем крыла по обе стороны вставок установлены, по меньшей мере, две направляющие, расположенные под углом к корпусу.

5. Устройство для флокулирования по п.4, отличающееся тем, что угол наклона профиля крыла составляет 5-21°.

6. Устройство для флокулирования по п.4, отличающееся тем, что на выходе корпус снабжен направляющими угловыми вставками.

РИСУНКИ