PL220825B1 - Układ samopłuczącego zestawu hydroforowo-filtrującego - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ samopłuczącego zestawu hydroforowo filtrującego. Zestaw służy do uzdatniania wody, zwłaszcza do odżelaziania i ma zastosowanie w hydroforniach, czerpiących wodę z lokalnych ujęć.

Układ zestawu według wynalazku jest nowszą wersją opatentowanego wcześniej, „Układu zestawu hydroforowego uzdatniającego wodę, zwłaszcza odżelaziającego” - Patent 167812.

W obecnie zgłaszanym nowym rozwiązaniu, wykonano szereg zmian w schemacie układu. Zrezygnowano z zastosowania zbiornika napowietrzającego, którego rolę w nowym rozwiązaniu przejmują górne fragmenty przestrzeni filtrów. Zrezygnowano też z zaworu dwudrogowego i z siłownika blokującego. Doświadczenie zdobyte podczas eksploatacji wykonanych konstrukcji wykazało, że elementy te są mało przydatne i jedynie komplikują układ i konstrukcję, oraz przysparzają dodatkowej pracy podczas serwisowania. Ponadto, w miejsce zaworu odpowietrzającego, który współpracował z obecnym w starej wersji zbiornikiem napowietrzającym, w nowym rozwiązaniu, każdy z filtrów został wyposażony we własny zawór odpowietrzający. Jednocześnie doposażono układ w elementy sterujące, regulacyjne i pomiarowe, usprawniające regulację i pracę całego urządzenia. Wprowadzone zmiany spowodowały znaczące uproszczenie konstrukcji zestawu, a w konsekwencji obniżenie kosztów wykonania i uproszczenie w serwisowaniu. Zwłaszcza wyeliminowano potrzebę okresowego czyszczenia zbiornika napowietrzającego. W efekcie powstał nowy, odmienny od poprzedniego układ połączeń elementów zestawu. Zestaw w nowej wersji posiada wszystkie zalety, które posiadała wersja poprzednia, zapewniając optymalne parametry technologiczne uzdatniania wody i płukania filtrów.

Budowa i działanie

Zestaw składa się z zespołu filtrów (najkorzystniej czterech), ze zbiornika hydroforowego oraz z zaworów i elementów automatyki, sterujących pracą zestawu. Podczas pracy zestawu, woda przepływa przez równolegle połączone filtry do zbiornika hydroforowego skąd pobierana jest do zasilanego odbiornika. Dostarczane jednocześnie powietrze (niewielki dodatek) gromadzi się w górnych obszarach zbiorników filtrów gdzie następuje napowietrzanie wody, a jego nadmiar przekazywany jest do zbiornika hydroforowego, gdzie jest magazynowane. Co jakiś czas włącza się automatycznie płukanie jednego z filtrów. Do płukania wykorzystane jest zmagazynowane w zbiorniku hydroforowym powietrze, a po jego wyczerpaniu płukanie jest kontynuowane przy użyciu wody przefiltrowanej przez pozostałe filtry. Po zakończeniu płukania następuje cykl normalnej pracy (filtracji), a po nim, po przefiltrowaniu określonej ilości wody, płukanie kolejnego filtra.

Podstawowe zalety zestawu

Po wstępnym wyregulowaniu, układ działa bezobsługowo, realizując okresowo samoczynne płukania filtrów pospiesznych, a częstotliwość płukania uzależniona jest od wielkości poboru wody. Także poziom poduszek powietrznych w zbiornikach reguluje się samoczynnie.

Podczas filtracji, praca zespołu filtrów jest niezwykle wyrównana. Jeden z równolegle połączonych filtrów jest zawsze świeżo wypłukany, następny lekko zanieczyszczony, kolejny bardziej zanieczyszczony i ostatni najbardziej zanieczyszczony oczekuje na płukanie.

Układ nadzwyczaj oszczędnie gospodaruje dostarczanym sprężonym powietrzem. Niewielka ilość powietrza, którym zasilany jest zestaw, wykorzystana jest dwukrotnie; najpierw do napowietrzenia wody (utlenienia żelaza), a następnie to samo sprężone powietrze, po zmagazynowaniu w zbiorniku hydroforowym, służy do płukania filtrów.

Zastosowanie zespołu równolegle pracujących filtrów umożliwia realizację optymalnych parametrów ich płukania. Filtry płukane są najpierw emulsją wodno-powietrzną, a następnie uzdatnioną, przefiItrowaną w pozostałych filtrach wodą, przy czym prędkość płukania jest kilkakrotnie większa od prędkości filtracji, co powoduje znaczną ekspansję złoża, dzięki czemu możliwe jest zastosowanie dowolnego, ciężkiego i zarazem pospolitego, taniego złoża filtracyjnego (selekcjonowany piasek kwarcowy, ewentualnie dodatkowo, alkalizujące dolomity i katalityczne rudy manganu), jak również wszelkich dostępnych, wysokowydajnych złóż o właściwościach katalitycznego utleniania związków żelaza i manganu. Ponadto zastosowanie konstrukcji zaworu przeciążeniowego (który jest zbudowany i działa podobnie jak zawór bezpieczeństwa) z elastycznym, membranowym elementem zamykającym, powoduje jego wzbudzenie umożliwiając intensywne, pulsacyjne (przerywane) płukanie wodą.

Wymienione parametry płukania podnoszą jego skuteczność, skracają czas płukania i zmniejszają zużycie wody do płukania, zmniejszając także obciążenie kanalizacji,

PL 220 825 B1

Do automatycznego, pneumatycznego sterowania układem, wykorzystana jest energia sprężonego powietrza zmagazynowanego w zbiorniku hydroforowym. Cały zestaw hydroforowo filtrujący, wraz z jego automatycznym sterowaniem, nie ma żadnych elementów związanych z elektrotechniką, czy elektroniką, co upraszcza konstrukcję i eliminuje problemy związane z ochroną przeciwporażeniową itp.

Zestaw może być wykonany jako zwarta, kompaktowa konstrukcja.

Dzięki swoim zaletom zestaw może być dedykowany dla wody o zwiększonym stopniu trudności uzdatniania.

Istota konstrukcji zestawu (opisana na podstawie zastrzeżeń)

1. Układ samopłuczącego zestawu hydroforowo filtrującego, zasilany wodą 1 powietrzem pod ciśnieniem, zaopatrzony w filtry pośpieszne 3, zbiornik hydroforowy 1, zawór pływakowy 2, rozdzielacz 4 sterowany silnikiem krokowym, zawory trójdrogowe 5 sterowane siłownikami, zawory odpowietrzające 12 i zawór przeciążeniowy 6, charakteryzuje się tym, że wodne (fig. 2), lub opcjonalnie powietrzno-wodne (fig. 1) zasilanie zestawu połączone jest z równolegle włączonymi zaworami trójdrogowymi 5, z których każdy posiada drugie połączenie z filtrem 3, oraz trzecie połączenie z zaworem przeciążeniowym 6 odprowadzającym popłuczyny, natomiast drenaże każdego z filtrów 3 połączone są równolegle ze zbiornikiem hydroforowym 1, przewodami doprowadzonymi w okolice jego środka wysokości, z kolei zbiornik hydroforowy 1 ma połączenie z odbiornikiem przefiItrowanej wody.

2. Ponadto układ według punktu 1, charakteryzuje się tym, że opcjonalnie powietrzne zasilenie zestawu (fig. 2) połączone jest przez rozgałęzienie z filtrami 3.

3. Dodatkowo układ według punktu 2 charakteryzuje się tym, że na zasileniu powietrznym (fig. 2), przed filtrami 3, zastosowano zwężki dławiące 8.

4. Układ według punktu 1, charakteryzuje się także tym, że zastosowano możliwość pomiaru i regulacji ilości dostarczanego powietrza.

5. Ponadto układ według punktu 1, charakteryzuje się tym, że filtry 3 zaopatrzone są w zawory odpowietrzające 12, połączone ze zbiornikiem hydroforowym 1.

6. Dodatkowo układ według punktu 5, charakteryzuje się tym, że wejścia do zaworów odpowietrzających 12 znajdują się na określonym poziomie, co powoduje częściowe wypełnienie filtrów powietrzem.

7. Układ według punktu 1, charakteryzuje się także tym, że zastosowany zawór przeciążeniowy 6 wyposażony jest w membranowy element zamykający.

8. Ponadto układ według punktu 1, charakteryzuje się tym, że zastosowano możliwość pomiaru i regulacji ilości powietrza wypuszczanego do atmosfery poprzez zawór dławiący 7 podczas płukania.

9. Dodatkowo układ według punktu 1, charakteryzuje się tym, że siłowniki zaworów trójdrogowych 5 wyposażone są w upustowe zwężki dławiące 8.

10. Układ według punktu 1, charakteryzuje się także tym, że na zbiorniku hydroforowym 1 zainstalowano wodowskaz 11 ze wskaźnikami do zaznaczania poziomów wody.

Szczegółowy opis schematu połączeń elementów konstrukcji zestawu i jego działanie

Możliwe są dwa podstawowe sposoby zasilenia zestawu. W pierwszym przypadku strumień wody zasilającej zestaw z niewielka domieszka powietrza rozdzielany jest na zespół równolegle połączonych zaworów trójdrogowych 5, przez które przedostaje się do filtrów pośpiesznych 3. Opcjonalnie, w drugim wariancie, zestaw zasilany jest wodą, kierowaną do zaworów trójdrogowych 5, a sprężone powietrze po rozdzieleniu, dostarczane jest bezpośrednio do zbiorników filtrów 3. Równomierne rozdzielenie strumienia powietrza do wszystkich filtrów 3 realizowane jest w tym przypadku, poprzez zastosowanie zwężek dławiących 8 zamontowanych przed każdym z filtrów 3. W obu przypadkach woda i powietrze dostarczane są jednocześnie.

Po przefiltrowaniu woda przepływa przewodami, które łączą drenaże filtrów 3 ze zbiornikiem hydroforowym 1, przy czym przewody te wyprowadzone są w okolice poziomej osi zbiornika hydroforowego 1. Ze zbiornika hydroforowego 1 woda pobierana jest do odbiornika, czyli do dalszego uzdatniania lub do zasilanej instalacji.

Dostarczone do filtrów 3 powietrze gromadzi się w górnym obszarze zbiorników pozostawiając przestrzeń wypełnioną powietrzem, którego zadaniem jest napowietrzenie wody (utlenienie żelaza) a jego nadmiar pobierany jest na określonej wysokości przez zawory odpowietrzające 12 i kierowany do zbiornika hydroforowego 1. Ilość dostarczanego powietrza może być na zasileniu regulowana zaworem dławiącym 7 i mierzona przepływomierzem (rotametrem) 9. W efekcie zasilania zestawu powietrzem, poziom wody w zbiorniku hydroforowym 1 systematycznie, z określoną prędkością się obniża. Regulacja ilości dostarczanego powietrza jest jednocześnie regulacją częstotliwości płukania filtrów 3.

PL 220 825 B1

Powietrze zgromadzone w filtrach 3 i w zbiorniku hydroforowym 1 stanowi zespół sprężystych poduszek, które współpracują ze sobą podczas realizacji cyklów włączania i wyłączania pompy zasil ającej zestaw, sterowanej wyłącznikiem ciśnieniowym.

Zbiornik hydroforowy 1 wyposażony jest w zawór pływakowy 2, w którym element zamykający, przesuwa się skokowo, otwierając zawór 2 w pozycji pływaka znajdującego sie na poziomie, poniżej końcówek przewodów łączących zbiornik hydroforowy 1 z drenażem filtrów 3 i zamykając ten zawór 2 na poziomie, powyżej tych końcówek. Po obniżeniu lustra wody w zbiorniku hydroforowym 1 do określonego poziomu następuje otwarcie zaworu pływakowego 2 i sprężone powietrze kierowane jest przez przepływomierz 9 do rozdzielacza 4 i do zaworu dławiącego 7, który wypuszcza powietrze do atmosfery.

Rozdzielacz 4 stanowi zespół zaworów otwieranych kolejno przez zasilany pneumatycznie silnik krokowy. Z rozdzielacza 4 powietrze kierowane jest do jednego, za każdym razem innego, kolejnego siłownika zaworu trójdrogowego 5. Przesterowanie zaworu trójdrogowego 5 powoduje zamknięcie połączenia filtra 3 z zasileniem zestawu i otwarcie połączenia filtra 3 z zaworem przeciążeniowym 6 odprowadzającym popłuczyny i w efekcie rozpoczyna się płukanie jednego z filtrów 3.

Siłowniki zaworów trójdrogowych 5 wyposażone są w upustowe zwężki dławiące 8 (małe otworki, z których w czasie płukania filtra dmucha drobny strumyk powietrza), co umożliwia identyfikację aktualnie płukanego filtra 3 i kontrolę prawidłowości działania rozdzielacza 4.

Po obniżeniu ciśnienia w zbiorniku filtra 3, przewodem łączącym drenaż tego filtra ze zbiornikiem hydroforowym 1, początkowo przedostaje się sprężone powietrze, które wraz z wodą zawartą w filtrze 3 tworzy wodno-powietrzną emulsję, która skutecznie wzrusza złoże i złuszcza z powierzchni ziaren zatrzymany osad. Po wyczerpaniu zapasu powietrza w zbiorniku hydroforowym 1, przy załączonej pompie, poziom lustra wody podnosi się pokrywając wystające wyloty przewodów łączących zbiornik 1 z drenażem filtra 3, i do filtra zaczyna przedostawać się woda przefiltrowana w pozostałych filtrach 3, rozpoczynając płukanie wodą.

Intensywność płukania można w pewnym zakresie regulować, ustawiając ciśnienie otwarcia zaworu przeciążeniowego 6. Zawór ten jest wyposażony w elastyczny, membranowy element zamykający, który w pewnym zakresie ciśnień wzbudza się, powodując pulsacyjną lub przy wyższych ciśnieniach, wibracyjną pracę. Intensywna wibracja może spowodować uszkodzenie elementów zestawu, jednak po obniżeniu ciśnienia (poluzowaniu sprężyny), wzbudzenie zaworu 6 przechodzi w korzystną, spokojną pulsację. Zawór ten ma przede wszystkim za zadanie nie dopuścić do nadmiernego, niepożądanego obniżenia ciśnienia w zestawie, przy którym przestałoby działać sterowanie układem.

W czasie płukania, zaworem dławiącym 7 stale wypływa powietrze, dzięki czemu poziom lustra wody w zbiorniku hydroforowym 1 stale, powoli się podnosi, aż do momentu zamknięcia się zaworu pływakowego 2, co powoduje przesterowanie zaworu trójdrogowego 5 i zakończenie płukania. Regulując wielkość wypływu zaworem dławiącym 7, reguluje się czas płukania filtra.

Dla ułatwienia regulacji szybkości upustu powierza i obserwacji poziomu lustra wody, na zbiorniku hydroforowym 1 zainstalowany jest wodowskaz 11 z przesuwnymi oznacznikami do zaznaczenia poziomów wody przy których następuje otwieranie i zamykanie zaworu pływakowego 2.

Ponadto zestaw wyposażony jest w 2 ciśnieniomierze (manometry) 10, na których można odczytać ciśnienie przed i za zestawem, a tym samym spadek ciśnienia na filtrach 3 i na przewodach doprowadzających wodę.

Claims (10)

1. Układ samopłuczącego zestawu hydroforowo filtrującego, zasilany wodą i powietrzem pod ciśnieniem, zaopatrzony w filtry pośpieszne (3), zbiornik hydroforowy (1), zawór pływakowy (2), rozdzielacz (4) sterowany silnikiem krokowym, zawory trójdrogowe (5) sterowane siłownikami, zawory odpowietrzające (12) i zawór przeciążeniowy (6), znamienny tym, że wodne lub opcjonalnie powietrznowodne zasilanie zestawu połączone jest z równolegle włączonymi zaworami trójdrogowymi (5), z których każdy posiada drugie połączenie z filtrem (3), oraz trzecie połączenie z zaworem przeciążeniowym (6) odprowadzającym popłuczyny, natomiast drenaże każdego z filtrów (3) połączone są równolegle ze zbiornikiem hydroforowym (1), przewodami doprowadzonymi w okolice jego środka wysokości, z kolei zbiornik hydroforowy (1) ma połączenie z odbiornikiem przefiltrowanej wody.

2. Układ według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że opcjonalnie powietrzne zasilenie zestawu (fig. 2) połączone jest przez rozgałęzienie z filtrami (3).

PL 220 825 B1

3. Układ według zastrzeżenia 2, znamienny tym, że na zasileniu powietrznym (fig. 2), przed filtrami (3), zastosowano zwężki dławiące (8).

4. Układ według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że zastosowano możliwość pomiaru i regulacji ilości dostarczanego powietrza.

5. Układ według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że filtry (3) zaopatrzone są w zawory odpowietrzające (12), połączone ze zbiornikiem hydroforowym (1).

6. Układ według zastrzeżenia 5, znamienny tym, że wejścia do zaworów odpowietrzających (12) znajdują się na określonym poziomie, co powoduje częściowe wypełnienie filtrów powietrzem.

7. Układ według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że zastosowany zawór przeciążeniowy (6) wyposażony jest w membranowy element zamykający.

8. Układ według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że zastosowano możliwość pomiaru i regulacji ilości powietrza wypuszczanego do atmosfery poprzez zawór dławiący (7) podczas płukania.

9. Układ według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że siłowniki zaworów trójdrogowych (5) wyposażone są w upustowe zwężki dławiące (8).

10. Układ według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że na zbiorniku hydroforowym (1) zainstalowano wodowskaz (11) ze wskaźnikami do zaznaczania poziomów wody.