COMPARATIVE HYDRAULIC TESTS OF DRAINAGE CAPS IN WATER PURIFYING FILTERS WASHING REGIME

Abstract

According to researchers, the coefficient of discharge μ fails to reflect the efficiency of brand new makes of drainage caps with their state-of-the-art materials. Further research is required to work out new criteria of comparison of different types of drainage caps.

Full Text

Основным звеном в составе очистных сооружений, как известно, являются фильтры с зернистой загрузкой, обеспечивающие как самостоятельно, так и на финишной стадии требуемое качество очищенной воды. Опыт работы водоочистных сооружений показывает, что эффективная и надежная работа фильтров в значительной степени зависит от правильного выбора и расчета дренажных водораспределительных устройств. Помимо обычных условий прочности и возможной дешевизны, конструкция дренажа должна [1, 4]: предупреждать вынос фильтрующего материала из фильтра, но не засоряться в процессе работы; обеспечивать равномерную фильтрацию воды по всей площади фильтра; осуществлять равномерность промывки фильтра, не допуская пробивания промывочной воды струями в отдельных местах, когда другие части фильтра остаются не промытыми. В зависимости от назначения и конструкции фильтра (открытые скорые фильтры и контактные осветлители, напорные скорые и сверхскоростные фильтры и др.), применяются следующие типы дренажных систем: According to researchers, the coefficient of discharge μ fails to reflect the efficiency of brand new makes of drainage caps with their state-of-the-art materials. Further research is required to work out new criteria of comparison of different types of drainage caps. Key words: efficiency and reliability, drainage caps, pipe and crevice drainage, with or without supporting gravel layers. трубчатые дренажи большого сопротивления с круглыми отверстиями с поддерживающими (подстилающими) гравийными слоями и с щелями без поддерживающих слоев; колпачковые дренажи безнапорных и напорных фильтров различных конструкций без поддерживающих слоев и др. Колпачковый дренаж выполняется в виде щелевых колпачков, которые навинчиваются на штуцера распределительной системы или закрепляются в «ложном» (промежуточном) дне фильтра. Колпачковым дренажам свойственен недостаток – при большом количестве колпачков (35-50 штук на 1 м2 рабочей площади фильтра [5]) возможны случаи, когда хотя бы один колпачок может быть недостаточно прочным или плохо закрепленным. В процессе монтажа или при промывке фильтра такой колпачок может быть поврежден (частично разрушен), сорван потоком промывной воды, что повлечет попадание загрузки в распределительную систему и, как следствие, вызовет перегрузку фильтрующего материала, чистку распределительной системы и установку нового колпачка. Поэтому к дренажным колпачкам должны предъявляться соответствующие требования, обеспечивающие эффективность, надежность и долговечность их работы. В общем случае щелевые дренажные колпачки различных конструкций было принято характеризовать коэффициентом расхода μ, определяемым по формуле [2, 3]: 1/2 циента расхода может производиться при отношении площади щелей колпачка Sщ к площади штуцера колпачка Sшт: К = Sщ/Sшт >2. (3) μ= 1/(1 + ζк) , (1) В табл. 1 представлены исследованные дрегде ζк – коэффициент сопротивления колпачка. к ч щ ζ = 2g∆h /V 2, (2) где g – ускорение силы тяжести; ∆hч – потери напора в колпачке (фильтр не загружен зернистым материалом), м; Vщ – скорость движения воды в щелях колпачка, м/с. Для дренажных колпачков, фильтрующая поверхность которых выполнена в виде пористой перегородки, например, из волокнисто-пористого полиэтилена, расчетная площадь пор определяется в соответствии с техническими условиями (колпачки № 6, 7). Идентификация дренажных колпачков различных конструкций при определении коэффинажные колпачки и приведены их характеристики. В табл. 2 приведены значения К и μ для исследуемых дренажных колпачков. Коэффициент μ рассчитан для промывного расхода 0,5 л/с (1,8 м3/ч). Для испытаний колпачков была смонтирована установка (рис. 1). Вода из ёмкости 4 насосом 5 через ручной дроссельный клапан 6 и расходомер 7 по трубопроводам подавалась к коллектору 3 и колпачку 2, установленному на коллекторе в емкости 1, из которой через перелив вода возвращалась в ёмкость 4. Характеристика дренажных колпачков Таблица 1 Вид Тип Страна Изготовитель Высота, мм Диаметр наиб., мм Площадь щелей, мм2 Вес, г Резьба Особенности конструкции К-500(Д-45461-СБ) Россия,«ВИКС» 80 62 402 48 ½″ внутр. Состоит из двух литых полимерных деталей – щелевой части и крышкис отверстием с резьбой G½. Детали соединяются с помощью резьбы. Щели находятся между витками спирали. Для повышения износостойкости и прочности спираль выполнена в виде резьбы с треугольным зубом. Шаг спирали равен 3 мм, при 16 витках диаметром 40 мм и размером щели 200 мкм ФЭЛ исп. 4П Россия,«ТЭКОФИЛЬТР» 85 62 470 44 ½″ внутр. Состоит из двух литых полимерных деталей – щелевой части и крышки с отверстием с резьбой G½. Детали соединяются с помощью байонета. Имеет2 яруса по 45 щелей длиной по 25 мм и 8 щелей по 12 мм на верхнем торце. Межщелевые пластины треугольной формы с вершинами внутрь полости колпачка. При расходах промывной воды свыше 12-15 л/мин в нижней части образуется разрежение (эжекторный эффект), что может привести к образованию локальных турбулентных потоков снаружи колпачка Продолжение табл. 1 Вид Тип Страна Изготовитель Высота, мм Диаметр наиб., мм Площадь щелей, мм2 Вес, г Резьба Особенности конструкции ВТИ-К Россия, «ВИКС» 80 48 270 24 ½″ внутр. Состоит из двух литых полимерных деталей – щелевой части и крышкис отверстием с резьбой G½. Детали соединяются с помощью резьбы. Имеется 24 щели по 25 мм шириной 450 мкм. Межщелевые пластины треугольной формы с вершинами внутрь полости колпачка Тип GDU Германия, KSH 86 63 1500 62 ½″ внутр. Состоит из двух литых полимерных деталей – щелевой части и внутреннегоколлектора с отверстием с резьбой G1. Детали склеены между собой. Имеются 3 яруса по 44 щели, длиною 56 мм и 8 щелей по 12 мм на верхнем торце. Для предотвращения эжекторного эффекта (см. колпачок №2), есть внутренний коллектор. Испытываемый образец оборудован переходом G1xG1/2. Размер щелей 200 мкм Тип C2 Германия, KSH 100 65 432 62 М30х2,наруж. Состоит из четырех литых полимерных деталей – внутреннего коллектора, двух деталей, щелевой части и крышки. Коллектор имеет наружную резьбу М26х2 для крепления к распределительному устройству. В коллекторе есть6 отверстий для подачи воды к каждой детали щелевой части (2 и 4 отверстия на деталь). Площадь отверстий в коллекторе около 450 мм2. Детали щелевой части одеваются на коллектор и фиксируются с помощью крышки, которая крепится к коллектору с помощью резьбы. Всего имеется 4 яруса по 36 щелей длиной 10 мм. Щели равны 300 мкм ФЭЛ исп.1 Россия, «ТЭКОФИЛЬТР» 40 78 Зазорв металл. спирали площадью 340 мм2 140 ½″ внутр. Цельносварное изделие из нержавеющей стали. Фильтрующая поверхность представляет собой спираль из стальной полосы, которой придана коническая форма. Исходя из пористости, равной 20 %, площадь щелей составляет 340 мм2. Определена примерно Окончание табл. 1 Вид Тип Страна Изготовитель Высота, мм Диаметр наиб., мм Площадь щелей, мм2 Вес, г Резьба Особенности конструкции ДКЗС-40/60-70-1/2Н Россия,«РУМ» 100 54 Пористая поверхность площадью 3000 мм2 55 ½″ наружная Изделие состоит из двух частей: каркаса из нержавеющей стали типа «беличье колесо» с приваренным штуцером с наружной резьбой G½ и «тубуса»из волокнисто – пористого полиэтилена. Исходя из пористости, равной 30%, площадь проходного сечения составляет более 3000 мм2 Характеристика колпачков Таблица 2 Тип колпачка Площадь штуцера2 Площадь щелей2 Отношение К = Sщ/Sшт Коэффициент μ К-500 (Д-45461-СБ) 113 402 3,56 0,27 ФЭЛ исп. 4П 113 470 4,16 0,22 ВТИ-К 113 270 2,39 0,43 Тип GDU 113 1500 13,27 0,12 Тип C2 169 450 2,66 0,32 ФЭЛ исп.1 113 340 3,01 0,40 ДКЗС-40/60-70-½Н 113 3000 26,55 0,04 Sшт, мм Sщ, мм Для измерений были применены пьезометры (прозрачные трубки из ПВХ), соединенные с коллектором, полостью колпачка и ёмкостью 1. Свободные концы трубок закреплены на панели в вертикальном положении. К панели приклеена линейка длиной 1 м с ценой деления 1 мм. После установки очередного колпачка запускался насос при полностью открытом дросселе. Измерялись величины динамического уровня (мм вод. ст.), давления в колпачке (мм вод. ст.) и в коллекторе (мм вод. ст.). По расходомеру и секундомеру определялся расход воды. Далее дросселем уменьшался расход и проводилась новая серия измерений. Результаты измерений сводились в таблицы. За сопротивление колпачка принималась разность между давлением в коллекторе и динамическим уровнем (рис. 1). По таблицам построен общий график роста сопротивления колпачка в зависимости от расхода (рис. 2). На основе полученных данных, можно сделать следующие выводы: Европейский лидер в производстве колпачков – фирма KSH – создает весьма сложные их ккооннструкции (№ 4 и 5) с внутренними коллекторами для надёжного водораспределения и исключения турбулентных потоков у колпачков. Гидродинамические сопротивления колпачков существенно отличаются друг от друга, особенно при расходах режима промывки. Так, сопротивление колпачка № 5 (тип С2 фирмы KSH, Германия) при расходе 2 м3/ч превышает сопротивление колпачка № 2 (ФЭЛ исп. 4П «ТЭКО ФИЛЬТР», Россия) практически вдвое. Динамика роста сопротивления колпачка ДКЗС-40/60-70-½Н фирмы «РУМ» существенно отличается от всех щелевых колпачков. Его сопротивление на малых расходах наибольшее. С ростом же расхода сопротивление растёт менее интенсивно. Это объясняется разным вкладом сил поверхностРис. 1. Схема установки измерения сопротивления дренажных колпачков Рис. 2. Рост сопротивления колпачков в зависимости от расхода воды ного натяжения в общее сопротивление пористой структуры на различных расходах. Наиболее близки к характеристикам колпачков KSH колпачки № 1 (К-500 Д-45461-СБ) и № 7 (ДКЗС-40/60-70-½Н фирмы «РУМ»). Весьма распространенный колпачок № 3 (ВТИ-К), видимо, мало применим в осветлительных фильтрах из-за широких щелей (400-450 мкм) и слабой конструкции. Колпачки № 4 и 6 создают устойчивые восходящие потоки, и их работа в фильтрах требует дополнительного изучения. Стоимость колпачков № 7 (250 рублей) и возможность замены их защитного слоя (40 рублей) делает их весьма привлекательными с учетом высокой прочности и неподверженности кальматации. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК Гениев, Н.Н. Водоснабжение городов и промышленных предприятий [Текст] / Н.Н. Гениев. – М.Л.: Государственное научно-техническое издательство, 1931.–788 с. Жулин, А.Г. Гидравлические исследования щелевых дренажных колпачков [Текст]: автореф. дис. … канд. техн. наук / А.Г. Жулин. – Л.: ЛИСИ, 1972.21 с. Справочник по гидравлике [Текст] / под ред. В.А. Большакова. – Киев: Вища школа, 1977.280 с. Николадзе, Г.И. Подготовка воды для питьевого и промышленного водоснабжения [Текст] / Г.И. Николадзе, Д.М. Минц, А.А. Кастальский. М.: Высшая школа, 1984.368 с. СНиП 2.04.02-84* Водоснабжение. Наружные сети и сооружения / [Текст]. – М.: Стройиздат, 1985. – 136 с. © Ким А.Н., Утин А.В., 2011 8. Результаты проведенных исследований показывают, что современные дренажные колпачки новых конструкций с новыми материалами недостаточно корректно характеризовать коэффициентом расхода μ. Требуется проведение дополнительных исследований для выработки более подходящих критериев для сравнения колпачков разных типов.