Многофункциональная автоматизированная комплексная учебно-исследовательская лаборатория

Изобретение относится к области средств обучения (учебного процесса, обучающим устройствам), в частности к изучению техники и технологии автоматизированных систем водоснабжения, автоматического управления системой водоснабжения в учебном процессе, к техническим средствам новых информационных технологий обучения. Многофункциональная автоматизированная комплексная учебно-исследовательская лаборатория состоит из последовательно и/или параллельно соединенных через промежуточные резервуары блоков и аппаратов водоперекачки и водоочистки. Лаборатория содержит насосную станцию первого подъема, соединенную напорными водоводами с камерами переключения с промежуточным резервуаром исходной воды, который посредством насосной станции второго подъема взаимосвязан с технологическими аппаратами и блоками автоматизированной станции очистки воды, включающей блок осветления воды отстаиванием, состоящей из камеры хлопьеобразования, горизонтального отстойника, блока реагентного хозяйства, блок осветления воды во взвешенном слое, содержащий воздухоотделитель, связанный с осветлителем со слоем взвешенного осадка, блок осветления воды фильтрованием, включающий безнапорный скорый и напорный скорый или сверхскоростной фильтр с промежуточным резервуаром осветленной воды, который через насосную станцию второго подъема связан с аппаратом обеззараживания воды и соединен с промежуточным резервуаром чистой воды. Лаборатория снабжена автоматизированной системой управления технологическими процессами с центральным диспетчерским пультом управления с использованием ПЭВМ и мнемосхемой. Технический результат: создание и внедрение в учебно-исследовательский процесс многофункциональной автоматизированной комплексной учебно-исследовательской лаборатории, работающей в условиях моделирования реальных систем водоснабжения. 17 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Изобретение относится к области средств обучения (учебного процесса, обучающим устройствам), в частности к изучению техники и технологии автоматизированных систем водоснабжения, автоматического управления системой водоснабжения в учебном процессе, к техническим средствам новых информационных технологий обучения.

Многофункциональная автоматизированная комплексная учебно-исследовательская лаборатория (далее сокращенно - МАКУИЛ) предназначена для углубленного обучения студентов, интенсификации учебно-познавательного процесса изучения, расширения дидактических возможностей при освоении специальных инженерно-технических дисциплин, например “Водоснабжение”, “Водоотведение и очистка сточных вод”, “Насосы и воздуходувные станции”, “Автоматизация систем водоснабжения и водоотведения путем создания оптимальных условий для реализации государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования. МАКУИЛ может быть использована для обучения управлению сложными технологическими процессами, объектами систем водоснабжения, а также для решения задач распознавания и анализа данных объектов, ситуаций, процессов, обуславливаемых наборами факторов.

Известны автоматизированные классы для контроля знаний, содержащие пульты обучения, подключенные к коммутатору пультов с узлом индикации, контрольным табло ответов и узлом оценки. Пульты выполнены на электромагнитных реле с контактными группами, подключенными к лампам ответов с тумблером [1, А.с. 467395, СССР, БИ №19, 1975. Автоматизированный класс для контроля занятий учащихся].

Это устройство не позволяет достаточно полно и эффективно обучить специальным инженерно-техническим дисциплинам, в частности техники и технологии систем водоснабжения и автоматизации, т.к. предназначено лишь для контроля знаний.

Известно устройство для ситуационного управления, содержащее блоки регистров на элементах И, блоки сравнения, блоки памяти, счетчики адресатов, генератор импульсов, элемент ИЛИ, блок управления [2, Пат. 2102788 РФ, 20.01.98. Устройство для ситуационного управления]. Недостатком устройства является ограниченная область применения.

Известны лабораторные установки различных сооружений систем водоотведения и очистки сточных вод, для студентов вузов, обучающихся по специальности, 290800, “Водоснабжение, канализация, рациональное использование и охрана водных ресурсов [3, В.И.Калициун, Ю.М.Ласков. Лабораторный практикум по водоотведению и очистке сточных вод. М.: Стройиздат, 1995. - 267 с.].

Недостатком лабораторных установок по [3] является ограниченность их применения, обусловленная автономностью их использования при обучении и исследовании только определенных отдельных установок, процессов очистки; все установки гидравлически, гидродинамически и технологически не взаимосвязаны; установки не могут быть отнесены к автоматизированным системам и не снабжены системами автоматического управления и не могут быть использованы при изучении, обучении, управлении и оптимизации сложных комплексных объектов полномасштабного технологического цикла систем водоснабжения и водоотведения.

Технические решения, более близкие к предлагаемому изобретению, не выявлены ни в научно-технической, ни в патентной литературе.

Изобретение направлено на создание и внедрение в учебно-исследовательский процесс многофункциональной автоматизированной комплексной учебно-исследовательской лаборатории, например, “Водоснабжение”, работающей в условиях моделирования реальных систем водоснабжения и отвечающей современному уровню развития науки и техники, требованиям госстандартов высшего образования.

Поставленная цель достигается тем, что многофункциональная автоматизированная комплексная учебно-исследовательская лаборатория “Водоснабжение” (МАКУИЛ) выполнена в виде последовательно и/или параллельно соединенных технологически, гидравлически и гидродинамически связанных через промежуточные резервуары блоков и аппаратов водоперекачки и водоочистки и содержит: насосную станцию первого подъема, соединенную посредством напорных водоводов с камерами переключения с промежуточным резервуаром исходной воды, который посредством насосной станции второго подъема взаимосвязан с технологическими аппаратами и блоками автоматизированной станции очистки воды, включающими: блок осветления воды отстаиванием, состоящий из камеры хлопьеобразования и горизонтального отстойника; блок реагентного хозяйства для приготовления и дозирования реагентов при обработке

воды; блок осветления воды во взвешенном слое, содержащий воздухоотделитель, связанный с осветлителем со слоем взвешенного осадка; блок осветления воды фильтрованием, включающий безнапорный скорый и напорный скорый или сверхскоростной фильтр с промежуточным резервуаром осветленной воды, который в свою очередь посредством насосной станции второго подъема связан с аппаратом обеззараживания воды и соединен с промежуточным резервуаром чистой воды, при этом лаборатория снабжена автоматизированной системой управления технологическими процессами с центральным диспетчерским пунктом управления с использованием ПЭВМ и мнемосхемой.

Результат достигается также тем, что в МАКУИЛ напорные водоводы снабжены узлами моделирования аварийных ситуаций, расположенными за камерами переключения, считая по ходу направления потока, каждый из которых снабжен трубопроводом сброса давления воды, соединенным с промежуточным резервуаром исходной воды или приемным резервуаром.

Результат достигается также тем, что промежуточные резервуары исходной и осветленной воды снабжены расположенными внутри них погружными насосами и уложенными по дну распределителями в виде дренажа большого сопротивления, который соединен с напорным патрубком насоса, а всасывающие патрубки насосов снабжены плавающими затопленными водозаборными устройствами.

Результат достигается также тем, что длина трубопроводов дозирования реагентов принята из условия достижения потерь напора в них не менее 0,3 м.

Результат достигается также тем, что:

- модель горизонтального отстойника выполнена в виде гидравлического лотка с возможностью изменения размеров модели, в соответствии с выбранным масштабом моделирования реальных горизонтальных отстойников различной конструкции и геометрии и снабжена подвижными съемными: отражателем, дырчатой перегородкой, дырчатым дном, комплектом сеточных прозрачных кассет, верхними и боковыми блоками подсветки, продольными направляющими П-образной формы;

- кассеты комплекта выполнены прямоугольной формы с соотношением размеров сторон к размерам модели отстойника по вертикали 1:1, по горизонтали 1:3-1:5;

- кассеты комплекта покрыты прямоугольной координатной сеткой с переменным или равномерным шагом с применением соотношения масштабов по вертикали и горизонтали 1:10, при этом размер шага сетки не менее 2 мм;

- подвижное дырчатое днище модели горизонтального отстойника выполнено с возможностью изменять и фиксировать уклон в продольном направлении и высотное положение его над системой сбора осадка.

Результат достигается также тем, что:

- модель осветлителя со взвешенным осадком выполнена с прозрачной передней стенкой с охватом всей площади рабочих зон и снабжена съемной сетчатой кассетой в масштабе 1:1 к размерам стенки, шагом сетки не менее 5×5 мм;

- задняя стенка всех трех коридоров модели осветлителя снабжена на всю рабочую высоту световыми окнами и подвижными блоками подсветки.

Результат достигается также тем, что:

- модель скорого безнапорного фильтра выполнена с прозрачной передней стенкой на все живое сечение и снабженной прямоугольной координатной сеткой с начальными осями, совпадающими с гранями фильтра и размером ячеек не менее 5×5 мм;

- модель безнапорного скорого фильтра снабжена источником света в прозрачном цилиндрическом корпусе, расположенном вертикально в надзагрузочном пространстве корпуса фильтра с возможностью горизонтального перемещения в пределах живого сечения фильтра;

- модель напорного скорого или сверхскоростного фильтра снабжена прозрачным окном, нанесенной на него прямоугольной координатной сеткой размером ячеек не менее 5×5 мм и осями координат, совпадающими по высоте - с вертикальной образующей, по ширине - наружной окружностью фильтра и на уровне верхней поверхности дырчатого дна;

- модель напорного скорого или сверхскоростного фильтра снабжена съемным вертикальным чашечным устройством, прикрепленным к крышке фильтра.

Результат достигается также тем, что:

- система автоматического контроля и управления смонтирована на реально действующих моделях технологических аппаратов и блоков системы водоснабжения;

- система автоматического контроля и управления от ПЭВМ выполнена по радиально-последовательному принципу, с размещением блоков сопряжения непосредственно около удаленных объектов;

- МАКУИЛ снабжена комплектом лабораторных стендов по изучению интегральных микросхем и цифровых автоматов, используемых в системе автоматического контроля и управления процессами системы водоснабжения;

- система автоматического контроля и управления выполнена с возможностью ручного и автоматического режимов управления технологическими процессами водоснабжения, при этом каждый режим управления выполнен в двух вариантах: с применением релейно-контактных элементов и интегральных микросхем и микропроцессорной цифровой техники;

- система автоматического контроля и управления снабжена мнемосхемой, работающей в режиме реального времени с отображением состояния оборудования всей системы.

Многофункциональная автоматизированная комплексная учебно-исследовательская лаборатория рассмотрена на примере лаборатории по водоснабжению и схематично представлена на чертежах:

фиг.1 - общая технологическая схема лаборатории;

фиг.2 - технологическая схема промежуточного резервуара исходной воды;

фиг.3 - технологическая схема модели горизонтального отстойника;

фиг.4 - технологическая схема блока осветления воды в слое взвешенного осадка;

фиг.5 - технологическая схема модели скорого безнапорного фильтра;

фиг.6 - технологическая схема модели напорного скорого (сверскоростного) фильтра;

фиг.7 - технологическая схема перекачки воды по водоводам.

МАКУИЛ состоит из (фиг.1):

- насосной станции первого подъема (HC-I) с регулируемыми электроприводами (РЭП) с частотным преобразователем напряжения;

- водоводов с автоматизированными камерами переключения (КП-I, КП-II);

- автоматизированной станции очистки воды;

- насосной станции второго подъема (НС-II) с РЭП;

- пяти промежуточных резервуаров;

- компрессорной станции;

- комплекта лабораторных стендов по изучению интегральных микрохем и цифровых автоматов систем автоматического управления работой технологических аппаратов;

- пульта местного и дистанционного ручного и автоматического управления комплексом с ПЭВМ, мнемосхемой и центральным диспетчерским пультом управления системой.

Насосная станция первого подъема (фиг.1) включает в себя приемную емкость-резервуар для исходной воды 1, центробежные насосы 2, автоматизированные камеры переключения 3 и 4 на водоводах 5 и 6, узлов моделирования аварийных ситуаций, выполненных в виде перемычек 7 и 8 между трубопроводами 5 и 6 с задвижками с электроприводами 9, 10 и 11, 12 и трубопроводов 13 и 14 и оканчивающихся или в приемной емкости 1, или промежуточном резервуаре исходной воды 15 автоматизированной станции очистки воды.

Насосная станция первого подъема оборудована как минимум двумя центробежными насосами 2 с регулируемыми электроприводами и запорной арматурой, электроконтактными манометрами и вакуумметрами, а также амперметрами, водомерами и соединительными трубопроводами. Вакуумметры установлены на всасывающих трубопроводах, на концах которых в приемной емкости 1 также установлены обратные клапаны. На напорных трубопроводах 5, 6 установлены электроконтактные манометры и расходомеры 16, например типа ДВВ-22 “Сапфир”.

Показания всех приборов контроля (водомеров, манометров, вакуумметров, амперметров и т.д.) выведены на мнемосхему диспетчерского щита управления.

Камера переключения 3 состоит из пяти задвижек с управляемыми электроприводами. В пределах НС-I после камеры переключения 3 располагается первый узел моделирования аварийных ситуаций на водоводах, состоящий из трубопровода перемычки 7 между напорными трубопроводами 5 и 6 и двух задвижек 9 и 10, а также трубопровода сброса давления 13, соединенного с приемным резервуаром 1.

Камера переключения 4 аналогична камере 3.

Автоматизированная насосная станция первого подъема и автоматизированная станция очистки воды соединены двумя напорными водоводами 5 и 6 (фиг.1, 7), оборудованными двумя камерами переключении 3 (КП-I) и 4 (КП-II) и двумя узлами моделирования аварийных ситуаций 7 и 8. Работа камер 3 и 4 автоматизирована.

На водоводах 5 и 6, в камерах переключении 3 и 4 установлены датчики давления и расхода для контроля за состоянием всех участков трубопроводов.

Узел моделирования аварийных ситуаций 8 на водоводах 5, 6 расположен за камерой переключения 4, считая по ходу движения потока жидкости, и состоит из перемычки 8 между трубопроводами 5 и 6, двух задвижек с электроприводами 11 и 12 и трубопровода сброса давления воды 14, соединенного с промежуточным резервуаром исходной воды 15. Узлы моделирования аварийных ситуаций позволяют создать как минимум 12 вариантов аварийных ситуаций на различных участках водоводов. При этом также возможно создание различных ситуаций при обучении, путем внесения качественных и количественных изменений величины сбрасываемого расхода (давления) путем изменения степени открытия задвижек 9, 10, 11 и 12 с помощью электропривода. Такие ситуации имеют место в реальных условиях эксплуатации систем водоснабжения при перекачке воды по водоводам.

Автоматизированная станция очистки воды (АСОВ) выполнена в виде последовательно и параллельно соединенных технологически, гидравлически и гидродинамически взаимосвязанных автоматизированных технологических блоков и аппаратов, с автономным управлением технологическими процессами.

Блоки и аппараты подключены к централизованной системе диспетчерского управления.

АСОВ включает в себя следующие автоматизированные технологические блоки и аппараты:

1. Блок реагентного хозяйства, состоящий из растворного бака 17, расходного 18, бака-дозатора коагулянта 19 и бака-дозатора флокулянта и извести, совмещенных в одной емкости 20.

2. Блок осветления воды отстаиванием, состоящий из камеры хлопьеобразования 21 и горизонтального отстойника 22.

3. Насосную станцию 11 подъема 23 с насосами (как минимум 2 насоса), один из которых оборудован регулируемым электроприводом (РЭП).

4. Блок осветления воды в слое взвешенного осадка, состоящий из воздухоотделителя 24 и осветлителя со слоем взвешенного осадка 25.

5. Блок очистки воды фильтрованием, состоящий из скорого безнапорного фильтра 26 и напорного скорого или сверхскоростного фильтра 27.

6. Блок обеззараживания воды методом прямого электролиза, например, аппарат заводского изготовления типа “Поток” 28.

7. Промежуточный резервуар исходной воды 15.

8. Промежуточный резервуар осветленной воды 29.

9. Промежуточный резервуар (емкость) для осадка 30.

10. Промежуточный резервуар чистой воды 31.

11. Промежуточный резервуар сточной воды 32.

12. Компрессорную станцию 33.

При этом каждый технологический блок и аппарат (21-28) соединен через насосы 23 с промежуточным резервуаром исходной воды 15 (фиг.2) с возможностью работы их автономно, последовательно, параллельно, с возможностью отключения и переключения отдельных аппаратов и/или технологических блоков в целом, с возможностью оптимизации технологических процессов и технологических схем.

С целью поддержания усредненного заданного состава качества исходной воды (мутности - содержания взвешенных веществ, в мг/л) промежуточный резервуар исходной воды 15 (фиг.2) снабжен расположенным внутри резервуара погружным насосом 34 и трубчатым распределительным устройством, соединенным с напорным патрубком насоса 34. Распределительное устройство выполнено в виде трубчатого дренажа большого сопротивления, уложенного по дну резервуара 15, и состоит из магистральной трубы 35 с присоединенными к ней ответвлениями 36, которые имеют отверстия, направленные вниз под углом 45° к вертикали. Всасывающий патрубок погружного насоса 34 снабжен плавающим заборным устройством, состоящим из гибкого (например, гофрированного) соединительного шланга 37 с жестким трубчатым наконечником 38, прикрепленным снизу к легкому плавающему диску 39 (например, из спрессованного пенополистирола или полого плавающего диска из любого материала). При этом жесткий наконечник 38 плавающего заборного устройства находится в затопленном в воде состоянии на глубине от поверхности воды не менее двойной высоты конструкции заборного устройства, что предотвращает подсос воздуха при работе насоса 34. Промежуточный резервуар исходной воды 15 оборудован стеклянным трубчатым указателем уровня воды 40, а также переливным трубопроводом 41, датчиком уровня воды 42 и прибором контроля физико-химических показателей 43. Резервуар осветленной воды 29 оборудован аналогично резервуару исходной воды 15. Оба резервуара 15 и 29 соединены между собой трубчатой перемычкой с установленной на ней задвижкой с электроприводом 44, что позволяет перепускать воду из одного резервуара (например, резервуара 29) в другой резервуар при подготовке исходной воды с заданной концентрацией взвешенных веществ, экономить подпиточную воду и способствует оперативности процесса подготовки работ.

При изучении процесса осветления воды отстаиванием задействуются модели камеры хлопьеобразования 21 и горизонтального отстойника 22.

В МАКУИЛ применена камера хлопьеобразования вихревого типа, рассчитанная на пребывание воды в ней не менее 20 минут.

Модель горизонтального отстойника 22 (фиг.3) выполнена в виде гидравлического лотка, дно которого выполнено из металла, две боковые стенки из прозрачного материала (например, из стекла или оргстекла).

Модель горизонтального отстойника 22 снабжена подвижным дырчатым ложным днищем 45, позволяющим изменять и фиксировать его угол наклона (уклон) в продольном направлении и высотное положение над системой сбора осадка 46. Прозрачные боковые стенки модели 22 с обеих сторон снабжены комплектом подвижных съемных сетчатых кассет 47. Кассеты выполнены прямоугольной формы из прозрачного материала, например из оргстекла, с применением соотношения размеров сторон кассеты к размерам модели отстойника по вертикали 1:1, по горизонтали 1:3-1:5. Верхние и нижние продольные грани модели отстойника 22 снабжены продольными горизонтальными направляющими П-образной формы 48. В эти направляющие установлены кассеты 47 с возможностью их продольного перемещения в любом направлении. Часть комплекта кассет 47 покрыта прямоугольной координатной сеткой с переменным шагом, другая часть кассет покрыта прямоугольной сеткой с равномерным шагом с применением соотношения масштабов по вертикали и горизонтали 1:10. При исследованиях режима работы отстойника в тех областях, где гидродинамика потока имеет сложный характер, пользуются сеткой с мелким шагом 1-2 мм. При экспериментальных исследованиях выбирается кассета с таким масштабом сетки, чтобы точность отсчета по сетке была как можно выше, в сравнении с точностью фиксируемых опытных данных (чисел), например, при визуальном наблюдении за движением подкрашенного потока воды в модели и фиксировании его формы, размеров на сетке кассеты, для построения кинематической схемы течения.

Модель отстойника 22 на всю длину и высоту гидравлической рабочей зоны течения с двух сторон снабжена подвижными блоками подсветки 49, позволяющими добиться необходимой освещенности любой области (зоны) течения со всех сторон одновременно и/или по частям: сверху, справа, слева.

Приемная камера 50 служит для наиболее полного смешения воды, поступающей из трубопровода 51, снабженного подвижным съемным отражателем 52. Для более равномерного распределения поступающей воды по живому сечению отстойника предусмотрена дырчатая перегородка 53, выполненная подвижной в горизонтальном и съемной в вертикальном направлениях.

Подвижность (съемность) отражателя 52, дырчатой перегородки 53 и днища 45 позволяет изменять размеры модели отстойника 22, приводя их к размерам, соответствующим выбранному масштабу моделирования реальных горизонтальных отстойников различных конструкций и геометрии.

Модель горизонтального отстойника 22 оборудована: системой поверхностного рассредоточенного сбора осветленной воды 54, выполненного в виде телескопической трубы; донного рассредоточенного гидравлического сбора и сброса осадка 46, выполненного в виде дырчатого трубопровода; дырчатой распределительной перегородки 53. Модель также снабжена камерой осветленной воды 55, из которой осветленная вода по трубопроводу 56 сливается в резервуар 29, а также электронными датчиками уровней воды и фотоэлектрическими датчиками уровня осадка.

Из резервуара 29 возможна подача осветленной воды в скорый фильтр 26 по трубопроводу 57 (фиг.1) через насосы 23 HC-II.

Модель горизонтального отстойника 22 практически приспособлена к гидравлическим, гидродинамическим и технологическим режимам, имеющим место в реальных условиях эксплуатации сооружений водоочистки, в которых находятся горизонтальные отстойники и позволяет учитывать влияние различных факторов (мутность, температура, вид и дозы реагентов и т.д.) на процесс очистки воды.

При проведении, например, исследований (экспериментов) и/или лабораторных занятий при обучении студентов, возможно для заданных условий (расход, реагенты, мутность и т.д.) рассчитать горизонтальный отстойник и путем изменения конструктивного вида, геометрии, положений отражателя 52, распределительной перегородки 53, днища 45 - привести конструкцию и геометрию модели в соответствие с расчетным в выбранном масштабе моделирования.

Блок осветления воды во взвешенном слое включает воздухоотделитель 24 и осветлитель со слоем взвешенного осадка 25. Воздухоотделитель 24 используется для удаления из воды растворенных газов, ухудшающих работу осветлителя 25.

Модель осветлителя со слоем взвешенного осадка 25 (фиг.4) состоит из двух коридоров 58, центрального осадкоуплотнителя 59, на стенках которого расположены осадкоотводящие окна 60, снабженные защитными козырьками 61. При работе в коридорах 58 осветлителя со слоем взвешенного осадка 24 формируется слой взвешенного осадка 62. В верхней части коридоров 58 расположены водосборные желобы 63, оканчивающиеся в боковом кармане 64.

Модель осветителя со слоем взвешенного осадка 25 выполнена: две боковые и задняя стенки из металла, передняя стенка из прозрачного материала (например, из оргстекла), с полным охватом всей площади (на всю высоту и ширину) рабочих (гидравлической и технологической) зон (всех трех коридоров) 58, 59. Прозрачная стенка снабжена съемной сетчатой кассетой 65 в масштабе 1:1, мелким шагом сетки, например, не более (как максимум) 50 мм.

Задние стенки всех трех зон осветлителя 58, 59 снабжены на всю рабочую высоту световыми окнами 66 шириной, например, не менее 5 см, которые снабжены подвижными блоками подсветки, позволяющими осветить любую область течения всех зон одновременно или по отдельности. Для контроля и управления работой осветлителя он снабжен фотоэлектрическими датчиками уровня осадка (ФЭД) 67, 68, 69, 70, запорно-регулирующей арматурой 71 на трубопроводе отвода осветленной воды 72 из осадкоуплотнителя 59 и с регулируемым вентилем 73 на трубопроводе сброса осадка 74.

Блок осветления воды в слое взвешенного осадка 25 оборудован также трубопроводами: подачи воды в воздухоотделитель 75, общей подачи воды на осветлитель в целом 76, подачи воды в коридоры осветлителя 77, отвода воды на скорый фильтр 78 или в промежуточный резервуар осветленной воды 79.

Модель безнапорного скорого фильтра 26 (фиг.5) прямоугольная в плане. Скорый фильтр снабжен боковым карманом 80, пристроенным к фильтру 26. Фильтр имеет дренаж большего сопротивления 81, выполненный в виде распределительной системы из перфорированных труб. Фильтр 26 загружен зернистым материалом 82 (например, песком); загрузка расположена на поддерживающем слое 83 из крупнозернистого материала (например, щебня, речной гальки). Модель фильтра 26 оборудована трубопроводами: 57 - подачи исходной воды от насосов 23 насосной станции II подъема, 84 - подачи исходной воды от напорного фильтра 27, 85 - отвода фильтрата, 86 - подачи промывной воды, 87 - сброса промывной воды.

Для визуального изучения и фиксации параметров процессов фильтрования и промывки передняя стенка 88 скорого фильтра 26, на все живое сечение (высоту и ширину) выполнена из прозрачного материала (например, из оргстекла). Передняя стенка 88 снабжена нанесенной на нее прямоугольной координатной сеткой 89 размером ячеек не более 5х5 мм. При этом начальные оси координатной сетки 89 совпадают с гранями фильтра 26 по высоте 90 и по ширине 91. С целью повышения наглядности демонстрационных возможностей и точности фиксации параметров промывки (например, степени расширения загрузки, возможного выноса загрузочного фильтрующего материала - песка промывным потоком воды) в надзагрузочном пространстве (над песком) внутри корпуса фильтра размещен источник света 92 в виде, например, люминесцентной лампы дневного света, размещенной внутри цилиндрической прозрачной (стеклянной) емкости-корпуса 93, при этом корпус 93 расположен (подвешен) вертикально с возможностью горизонтального перемещения в пределах живого сечения фильтра.

Фильтр 26 также оборудован: пьезодатчиками 94, служащими для измерения потерь напора по слоям фильтрующей загрузки 82; пробоотборниками 95 для отбора проб воды по слоям загрузки, пробоотборниками 96 для обора проб фильтрующего материала по слоям загрузки, устройством 97 для определения степени расширения загрузки при промывке фильтра; переливным трубопроводом 98; датчиками контроля уровня воды 99 и запорно-регулируемой арматурой 100 на трубопроводе фильтрата 85.

Модель скорого (сверхскоростного) напорного фильтра 27 (фиг.6) состоит из двух частей. Нижняя поддренажная часть 101 оборудована трубопроводом 102, отводящим фильтрат и подводящим промывную воду. На днище поддренажной части 101 вмонтирован дренажный щелевой колпачок 103 и устроен люк 104 для наблюдения за колпачком 103. Между нижней 101 и верхней 105 частями фильтра 27 имеется дырчатое дно 106. Верхняя часть 105 и дренажное дно 106 предназначены для размещения фильтрующей загрузки 107 (например, из кварцевого песка крупностью 1-2 мм) и поддерживающего слоя 108 (например, из гравия крупностью 3-16 мм). Над дырчатым дном 106 имеется трубчатая воздухораспределительная система 109, расположенная в поддерживающем слое 108. Потери напора в фильтрующей загрузке 107 и на установке в целом определяются путем фиксации перепада давления на патрубках отбора давления 110 дифманометром 111, например, типа “Сапфир”. На фильтре 27 предусмотрен воздухоотводчик 112. Фильтр оборудован системой трубопроводов подачи воды 113 из промежуточного резервуара исходной воды 15 и отвода фильтрата 114 в резервуар 29, подачи 115 и отвода 116 промывной воды в резервуар 32, подачи 117 сжатого воздуха, а также запорно-регулирующей арматурой. Подача исходной и промывной воды на фильтр осуществляется насосами 23 насосной станции 11 подъема. Блок очистки воды фильтрованием включает напорный фильтр 27, который может работать в режиме скорого фильтрования (с постоянной скоростью фильтрования), или в режиме сверхскоростного фильтрования (с переменной скоростью фильтрования). Для визуального изучения и фиксации параметров процессов фильтрования и промывки на корпусе фильтра 27 на всю высоту верхней части вмонтировано окно 118 из прозрачного материала (например, из оргстекла). При этом прозрачное окно 118 снабжено нанесенной на него прямоугольной координатной сеткой 119 размером ячеек не менее 5×5 мм, а начальные оси координатной сетки 119 совпадают по высоте с вертикальной образующей фильтра 27, по ширине с диаметром корпуса фильтра 27 на уровне верхней поверхности дырчатого дна 106.

Предусмотрена возможность применения однофазной, двухфазной и трехфазной водовоздушной промывки: например, первая фаза - продувка сжатым воздухом, вторая фаза - вода и воздух одновременно, третья - промывка водой. При этом сокращается расход воды на промывку, повышается качество промывки. Для подачи сжатого воздуха в фильтр 27 установлен компрессор 33. Измерение расхода воздуха производится ротаметром 120. Модель совмещенного напорного скорого или сверхскоростного фильтра также оборудована: пробоотборниками 121 для отбора проб воды по слоям загрузки; пробоотборниками 122 для отбора проб фильтрующего материала по слоям загрузки; съемным вертикальным чашечным устройством 123 для определения степени расширения загрузки при промывке фильтра. При необходимости повышения эффекта очистки (для глубокой очистки) обвязкой предусмотрено введение реагентов (коагулянта, флокулянта) в обрабатываемую воду через эжектор 124 на напорной линии насоса 23.

Растворы реагентов приготавливаются в блоке реагентного хозяйства (фиг.1, 4).

В МАКУИЛ предусмотрено автоматическое пропорциональное и/или пропорционально-качественное дозирование растворов реагентов.

Для проведения исследований по обеззараживанию воды используются известные методы, например метод прямого электролиза воды на аппарате заводского изготовления “Поток” 28. Аппарат “Поток” состоит из блока обеззараживания и блока электропитания.

МАКУИЛ может работать по различным технологическим схемам перекачки и очистки воды с применением или без применения реагентов, в безнапорном и напорном режимах, в ручном и автоматическом режимах управления.

Автоматизированные насосные станции, водоводы и станция очистки воды объединены гидравлическими и технологическими процессами и образуют автоматизированную систему управления технологическим процессом водоснабжения (АСУ-ТПВ).

Система управления МАКУИЛ позволяет исследовать работу как отдельных технологических аппаратов, так и технологических блоков.

Управление работой МАКУИЛ осуществляют с центрального диспетчерского пункта в ручном или автоматическом режимах.

В ручном режиме управления используют клавиатуру ПЭВМ и “мышь” для выбора из меню нужной схемы управления и соответствующего ей изображения на экране монитора в режиме реального времени.

Автоматическое управление МАКУИЛ осуществляется от ПЭВМ по программе, которая предусматривает автоматическое управление процессами заливки и запуска насосов 2 и 23, выбор оптимальной технологической схемы обработки воды в зависимости от количества и качества воды, поступающей на очистку, а также контроль и управление работой водоводов 5 и 6, включая и аварийные ситуации в аппаратах и сооружениях водоочистной станции.

Выбор оптимальной технологической схемы обработки воды производится на основе анализа данных о качестве воды, поступающей на очистку, которые определяются информационными преобразователями, установленными в резервуаре исходной воды 1, а также требуемого качества и количества очищенной воды. Исходная информация от датчиков-анализаторов качества воды поступает на вход ПЭВМ, где путем сравнения с нормативными рекомендациями программа выбирает оптимальную одну из не менее шести реализованных на данной установке технологическую схему обработки воды, далее происходит автоматическая коммутация выбранной схемы, ее включение и контроль основных технологических параметров работы сооружений и оборудования, состояния запорно-регулирующей арматуры и показаний приборов.

Опрос состояния системы осуществляется с диспетчерского пульта выборочно - в ручном режиме или автоматически. В последнем случае, опрос дискретных и аналоговых информационных преобразователей и их нормирование производятся по программе от ПЭВМ. Обмен информацией между объектом и ПЭВМ в режиме контроля и управления производится на базе интерфейсов R 232/485 по двухпроводной линии телефонной связи (витая пара) на расстоянии как минимум до 1200 метров без применения дополнительных усилителей. Эта система построена на радиально-последовательном принципе управления от ПЭВМ с размещением модулей сопряжения (УСО) непосредственно около объектов управления. Применение этою метода не привязывает жестко управление только к одной схеме линии водоочистки и позволяет сравнительно просто перенастроить систему управления, не изменяя технических средств, а изменяя только программу.

В целом работа МАКУИЛ происходит в следующей последовательности (фиг.1). Исходная вода из резервуара 1 насосами 2 насосной станции первого подъема, по водоводам 5 и 6 перекачивается в промежуточный резервуар 15. Из резервуара 15 вода посредством насосов 23 насосной станции второго подъема подается на обработку в сооружения предварительной очистки - камеру хлопьеобразования 21 и затем в горизонтальный отстойник 22, или воздухоотделитель 24 и осветлитель со взвешенным осадком 25, или на скорый (сверхскоростной) напорный фильтр 27. Осветленная вода из этих сооружений направляется в промежуточный резервуар 29 или непосредственно на окончательную очистку в скорый безнапорный фильтр 26 и обеззараживание, например в аппарате “Поток” 28, и далее в резервуар чистой воды 31.

На МАКУИЛ возможно проведение исследований по различным технологическим схемам.

Технологическая схема №1. Исследование параметров совместной работы одного насоса на один водовод.

По данной схеме производится перекачка воды одним из насосов 2 по одному из двух водоводов 5 или 6 из резервуара 1 в промежуточный резервуар исходной воды 15 (фиг.7). Определяют параметры работы насоса (подача (производительность) - Q и развиваемый напор - Н) и потери напора в водоводах при различных величинах расхода перекачиваемой воды. По полученным данным строят Q-Н характеристику водовода.

Технологическая схема №2. Исследование параметров совместной работы одного насоса на два водовода.

Работает по аналогии с технологической схемой №1, но при этом работают обе нитки 5 и 6 водоводов. Изучаются параметры работы насоса (подача и развиваемый напор) и потери напора в водоводах при различной величине перекачиваемого расхода воды (Q-Н характеристика двух водоводов).

Технологическая схема №3. Исследование параметров совместной параллельной работы двух насосов на один водовод

Работу осуществляют по аналогии с технологической схемой №1, но при этом параллельно работают два насоса насосной станции 2. Изучают параметры работы насосов (производительность одного насоса при параллельной работе и общая подача двух насосов и развиваемый напор) и потери напора в водоводе при различной величине перекачиваемого расхода воды (Q-Н характеристика одного водовода).

Технологическая схема №4. Исследование параметров совместной параллельной работы двух насосов на два водовода

Работу проводят по аналогии с технологической схемой №1, но при этом параллельно работают два насоса 2. Изучаются параметры работы насосов (производительность одного насоса при параллельной работе и общая подача двух насосов и развиваемый напор) и потери напора в водоводах при различной величине перекачиваемого расхода воды (Q-Н характеристика двух водоводов).

Технологическая схема №5. Исследование параметров совместной последовательной работы двух насосов на один водовод

Работу проводят по аналогии с технологическая схемой №1, но при этом два насоса включаются последовательно. Определяют параметры работы насосов (производительность и развиваемые напоры насосов первой и второй ступеней) и потери напора в водоводах при различной величине перекачиваемого расхода воды (Q-Н характеристика одного водовода).

Технологическая схема №6. Исследование параметров совместной последовательной работы двух насосов на два водовода

Работу проводят по аналогии с технологической схемой №5, но при этом два последовательно работающих насоса перекачивают воду по двум водоводам. Изучают параметры работы насосов (производительность и развиваемые напоры насоса первой и второй ступеней) и потери напора в водоводах при различной величине перекачиваемого расхода воды (Q - Н характеристика двух водоводов).

Технологическая схема №7. Исследование параметров аварийной работы водоводов и насосов

Работу проводят по аналогии с предыдущими технологическими схемами, но при этом из работы выключается один из аварийных участков одной из ниток водоводов 5 или 6. Выключение “аварийного” участка водовода из работы осуществляют при помощи запорно-регулирующей арматуры камер переключения 3 и 4, при этом можно исследовать характеристики водоводов с выключением начальных или конечных участков одной из ниток водоводов. Исследования могут проводиться при работе одного или двух насосов, причем два насоса могут работать как параллельно, так и последовательно. Изучают параметры работы насосов (производительность и развиваемые напоры и потери напора в водоводах - общие и отдельно на аварийном участке при различной величине расхода воды (Q-Н характеристика водоводов). При работе насосов на два водовода возможно смоделировать следующие шесть различных аварийных ситуаций по следующим схемам (фиг.7):

а) от насосов 2 насосной станции I подъема до камеры переключения 4 по параллельно работающим водоводам 5 и 6 и далее по водоводу 6;

б) от насосов 2 станции I подъема до камеры переключения 4 по параллельно работающим водоводам 5 и 6 и далее по водоводу 5;

в) от насосов 2 станции I подъема до камеры переключения 4 по водоводу 5 и далее по параллельно работающим водоводам 5 и 6;

г) от насосов 2 станции I подъема до камеры переключения 4 по водоводу 6 и далее по параллельно работающим водоводам 5 и 6;

д) от насосов 2 станции I подъема до камеры переключения 4 по водоводу 5 и далее по водоводу 6;

е) от насосов 2 станции I подъема до камеры переключения 4 по водоводу 6 и далее по водоводу 5.

Перечисленные шесть аварийных ситуаций могут повторяться (реализоваться) при работе, например, одного или двух насосов. При исследовании аварийных ситуаций могут быть реализовано практически бесконечное множество вариантов путем внесения качественных и количественных изменений величины сбрасываемого расхода (давления) путем изменения степени открытия и закрытия задвижек 7, 8, 12, 13. Такие ситуации могут иметь место в реальных условиях производства при перекачке воды по водоводам.

Технологические схемы №8-14. Исследование параметров совместной работы насосов и водоводов с регулированием частоты вращения рабочего колеса насоса

Работы проводятся аналогично исследованиям по технологическим схемам №1-7. Отличие состоит в том, что подача воды насосной станцией регулируется путем изменения частоты вращения рабочего колеса насоса с частотным преобразователем напряжения.

Технологическая схема №15. Исследования по стабилизации давления в системе подачи и распределения воды и сравнительный анализ энергозатрат при различных режимах работы НС

Работа направлена на изучение энергосбережения в системах подачи и распределения воды путем стабилизации давления в диктующей точке методом регулирования величины подачи воды насосной станции насосами с применением частотного преобразователя напряжения. По первому варианту стабилизация напора воды в диктующей точке производится по ступенчатому режиму работы насосной станции и определяются энергозатраты на перекачку 1 м³ воды при этом методе. По второму варианту увеличение подачи насосной станции производится плавно с применением насоса с регулируемым электроприводом с использованием частотного преобразователя напряжения, например тиристорного преобразователя частоты напряжения типа ТПРТ 10-400 и также производится определение затрат электроэнергии на перекачку единицы объема воды. В заключение проводится сравнительный анализ энергозатрат при различных вариантах управления работой насосной станции.

Технологическая схема №16. Реагентное осветление воды отстаиванием.

Технологическая схема работает в следующей последовательности. Исходная вода из промежуточного резервуара исходной воды 15 забирается насосом 23 и подается в камеру хлопьеобразования со слоем взвешенного осадка 21 и далее в горизонтальный отстойник 22. Во всасывающую линию насоса вводят растворы реагентов - коагулянта, флокулянта, извести - в отдельности или в различных комбинациях в зависимости от качества исходной воды. Растворы реагентов дозируются во всасывающую линию насоса 23 (фиг.4). При этом расстояние от точки (места) подачи растворов реагентов до камеры хлопьеобразования 21 определены из условия, что сумма линейных и местных потерь напора составляет не менее 0,3 м, для обеспечения полного смешения реагентов с исходной водой без специальных смесителей.

Подачу растворов реагентов осуществляют пропорционально количеству и качеству воды с помощью микровентиля, управляемого по программе от ПЭВМ.

Из камеры хлопьеобразования 21 вода по трубопроводу 51 поступает в приемную камеру 50 горизонтального отстойника 22. Для гашения энергии потока воды, на конце подающего трубопровода 51 установлен подвижный, съемный отражатель 52. Распределение исходной воды по живому сечению отстойника 22 происходит через дырчатую перегородку 53. Осветленную воду собирают системой поверхностного рассредоточенного сбора 54 и отводят в камеру осветленной воды 55 и далее по трубопроводу 56 сливают в промежуточный резервуар осветленной воды 29. Отвод осадка осуществляют под гидростатическим давлением через донный дырчатый трубопровод 46 в емкость осадка 30.

Приготовление раствора коагулянта производят методом последовательного понижения концентрации раствора в следующем порядке. В растворную емкость 17 (фиг.4) засыпается навеска сухого коагулянта. Открывается вентиль на трубопроводе подачи водопроводной воды для заполнения растворной емкости. Уровни воды и раствора реагента в растворной емкости контролируют тремя гальванически развязанными электродными датчиками. При достижении заданного уровня максимального заполнения емкости происходит закрытие вентиля на трубопроводе подачи воды и открывается вентиль на трубопроводе сжатого воздуха - для растворения коагулянта и перемешивания полученного раствора. Концентрация готового раствора коагулянта в растворной емкости составляет 20-24%, в зависимости от качества исходного реагента.

После получения концентрированного раствора коагулянта в растворной емкости 17, открывают вентиль на трубопроводе перепуска реагента в расходный бак 18. При достижении уровня раствора реагента 1/4 объема расходного бака 18, что контролируется электродным датчиком уровня, подается команда на закрытие вентиля на трубопроводе перепуска коагулянта и открытие вентилей на трубопроводах подачи воды и сжатого воздуха для получения раствора рабочей концентрации 5-6%. Готовый раствор реагента перепускается в бак-дозатор 19 для дозирования. Уровень раствора реагента в баке-дозаторе 19 также контролируется датчиком уровня, который после достижения отметки максимального заполнения, по каналу приема дискретной информации, подает сигнал в ПЭВМ о готовности блока реагентного хозяйства к работе.

В бак-дозатор 20 заливаются готовые для дозирования растворы извести и флокулянта.

Перед дозированием, для усреднения концентраций растворов реагентов, включается подача сжатого воздуха.

Приготовление и дозирования растворов реагентов может осуществляться как в ручном (оператором с клавиатурой ПЭВМ), так и в автоматическом (по программе - без участия оператора) режимах.

Величина дозы реагента, подаваемой в обрабатываемую воду, зависит от ее количества и качества. Количество воды измеряется прибором переменного перепада давления, состоящего из сужающего устройства 16, например типа ДВВ22-5 (фиг.4), установленного на напорном трубопроводе насосной станции 22 и подключенного к нему дифманометра. Физико-химические параметры воды измеряются качественными анализаторами АМЦ 43, установленными в промежуточном резервуаре исходной воды 15. Сигналы о качестве и количестве воды, по каналу приема аналоговой информации, подаются на вход ПЭВМ, в которой формируется сигнал, и по каналу управления подаются на блок управления, например типа БУРД 110/2, который в свою очередь управляет микродвигателем, например типа РД-09, вентиля-дозатора. Вал электродвигателя РД-09 жестко связан со штоком микровентиля-дозатора реагента с линейной характеристикой расхода. Расход реагента пропорционален углу поворота штока дозирующего вентиля. На штоке вентиля закреплен потенциометр. Угол поворота штока преобразуется в линейное напряжение, по которому определяется расход реагента. Этот аналоговый сигнал является обратной связью, который также по каналу приема информации подается в ПЭВМ. Все три сигнала (расход, качество воды и положение штока дозирующего вентиля) образуют следящую систему регулирования расхода реагента.

Технологическая схема №17. Безреагентное осветление воды отстаиванием

В технологической схеме для осветления воды используется модель горизонтального отстойника.

Вода из промежуточного резервуара исходной воды 15 забирается одним из насосов 23 и подается в горизонтальный отстойник 22, минуя камеру хлопьеобразования 21. Осветленная вода из отстойника отводится в промежуточный резервуар осветленной воды 29. Для контроля эффективности работы данной технологической схемы проводятся лабораторные анализы качества исходной и осветленной воды.

Технологическая схема №18. Реагентное осветление воды в слое взвешенного осадка

Технологическая схема работает следующим образом. Вода из промежуточного резервуара исходной воды 15 насосом 23 по трубопроводу 75 подается в воздухоотделитель 24 для выделения воздуха и далее в осветлитель 25, в нижнюю призматическую часть двух коридоров 58 по дырчатым телескопическим трубам 77. При этом исходная вода обрабатывается, по технологическим соображениям, реагентами (коагулянтом, флокулянтом, щелочью и др.), который дозируется автоматически, в зависимости от количества и качества обрабатываемой воды, через эжектор 124. Далее вода, поднимаясь снизу вверх, проходит слой взвешенного осадка 62, где задерживается большая часть взвеси, содержащейся в исходной воде. Осветленная вода из верхней части коридоров 58 собирается желобами 63 с затопленными отверстиями и отводится в боковой сборный канал 64, откуда по трубопроводу 78 отводится на скорый фильтр или, возможный вариант, по трубопроводу 79 в резервуар осветленной воды 29.

Избыточный осадок, по мере накопления, из коридоров 58 с частью воды отводится в центральный осадкоуплотнитель 59 через осадкоприемные окна 60, расположенные в верхней зоне взвешенного осадка 62 и снабженные козырьками 61. Поддержание верха взвешенного осадка 62 на уровне осадкоприемных окон 60 достигается путем автоматического регулирования отбора осветленной воды из осадкоуплотнителя 59 с помощью регулируемого вентиля 71, установленного на конце сборной дырчатой трубы 72. Управление вентилем 71 осуществляется фотоэлектрическими датчиками 67 и 68, установленными на уровне верха и низа осадкоприемных окон 60. Осадок из осадкоуплотнителя 58 удаляется в емкость осадка 30 под гидростатическим давлением через сборный дырчатый трубопровод 74 с регулируемым вентилем 73.

Удаление осадка производится автоматически, по сигналу фотоэлектрического датчика уровня осадка 69, установленного на уровне максимального накопления осадка в осадкоуплотнителе 59. При достижении максимально допустимого уровня осадка датчик 69 по каналу приема информации подает сигнал на ПЭВМ. ПЭВМ формирует сигнал, который по каналу управления включает реверсивный микродвигатель, например типа РД-09, вентиля 73 на трубопроводе 74 (фиг.4) на его открытие. Происходит сброс осадка. При достижении минимального уровня осадка датчик 70 закрывает вентиль 73 и сброс осадка прекращается до следующего повышения его уровня до максимального.

Приготовление и дозирование растворов реагентов аналогично технологической схеме №8.

Технологическая схема №19. Безреагентное осветление воды методом сверхскоростного фильтрования в напорном фильтре.

Осветление воды по данной технологической схеме производится в напорном фильтре 27 путем фильтрования в направлении сверху вниз. При этом вода забирается из промежуточного резервуара исходной воды 15, насосами 23 по трубопроводу 113 подается в фильтр 27. Проходя через фильтрующую загрузку 107, исходная вода освобождается от взвешенных примесей и по трубопроводу 114 направляется в резервуар для чистой воды 31.

Работа напорного фильтра автоматизирована. Управление работой фильтра осуществляется по программе от ПЭВМ.

Для нормальной работы фильтра перепад давления на аппарате (потери напора в фильтрующей загрузке и коммуникациях фильтра) должен быть постоянным и не превышать заданной величины, который контролируется дифманометром 111 (фиг.6). Для автоматического поддержания этой величины на трубопроводе фильтрата 114 установлена регулируемая задвижка с электроприводом. Управление задвижкой осуществляется дифманометром 111, например тира “Сапфир”, который при увеличении перепада давления больше заданного подает сигнал на электронный регулятор, например типа Р 25.1. При ручном управлении сигнал по каналу приема информации подается на ПЭВМ. ПЭВМ формирует управляющий сигнал и по каналу управления подает его на блок управления реверсивным магнитным пускателем, например типа БУМП 220/2, который начинает медленно закрывать задвижку на трубопроводе фильтрата воды 114. В результате закрывания задвижки, за счет уменьшения расхода воды, поступающей на фильтр, уменьшаются потери напора в фильтрующей загрузке и коммуникациях фильтра и в фильтре в целом, что ведет к уменьшению перепада давления на установке до заданной величины.

При следующих увеличениях перепада давления выше заданного процесс циклически повторяется до срабатывания ограничителя хода штока задвижки на трубопроводе 114, который своим контактом разомкнет цепь питания электрозадвижки и одновременно подает сигнал на включение программного электронного регулятора - при местном ручном управлении, или, по каналу приема информации - на ПЭВМ и мнемосхему. По программе, по команде от ПЭВМ происходит вывод фильтра в режим промывки загрузки.

В режиме промывки, чистая промывная вода забирается из резервуара 31 насосами 23 и по трубопроводу 115 подается снизу вверх на промывку загрузки фильтра 27. При этом загрузка 107 фильтра 27 переходит во взвешенное состояние (расширяется) и промывается (регенерируется). Грязная промывная вода по трубопроводу 116 отводится в резервуар для сточной воды 32.

При водовоздушной промывке сжатый воздух подается в фильтр 27 через воздухораспределительную систему 109 компрессором 33 по воздухопроводу 117. Измерение расхода воздуха производится ротаметром 120. Промывка фильтрующей загрузки осуществляется или по времени или по качеству промывной воды. Для контроля качества отработанной промывной воды, на трубопроводе сброса промывной воды 116 установлен гидропереключатель, через который вода подается на анализатор мутности и цветности воды.

Промывка прекращается по достижении установленной чистоты сбрасываемой промывной воды, после чего фильтр вновь переключается в рабочий режим - на фильтрование воды.

Для контроля эффективности очистки проводится лабораторный контроль качества исходной и осветленной воды.

Технологическая схема №20. Реагентное осветление воды фильтрованием

В данном случае работа установки аналогична работе по технологической схеме №11. В этом варианте задействуются реагентные хозяйства по приготовлению и дозированию реагентов.

Технологическая схема №21. Очистка воды фильтрованием в контактном осветлителе

Для реализации данной технологической схемы скорый фильтр 26 переключается на работу в режим контактного осветлителя, это достигается следующим образом.

Исходная вода из резервуара 15 забирается насосом 23 и подается в нижнюю часть скорого фильтра 26. По данной схеме работы задействуются реагентные хозяйства по приготовлению и дозированию реагентов.

Технологическая cxема №22. Очистка воды методом медленного фильтрования.

По данной технологической cxеме скорый фильтр 26 подготавливается для работы в качестве медленного фильтра. Для этого фильтр загружается фильтрующей загрузкой соответствующего гранулометрического состава.

Вода из промежуточного резервуара исходной воды 15 насосом 23 подается в медленный фильтр 26. Очистка воды происходит при скоростях фильтрования в пределах 0,1-0,3 м/ч.

Технологическая схема №23. Очистка воды по двухступенчатой схеме в осветлителе со слоем взвешенного осадка и скором фильтре.

В данной технологической схеме задействованы осветлитель со слоем взвешенного осадка 25 и скорый фильтр 26.

Осветленная вода поступает на скорый фильтр 26 самотеком по трубопроводу 78 от осветлителя со слоем взвешенного осадка 25 (фиг.4, 5). Работа осветлителя со слоем взвешенного осадка описана в технологической схеме №10. Очистка воды на скором фильтре 26 происходит фильтрованием воды через загрузку 82 в нисходящем направлении (сверху вниз). В загрузке задерживаются взвешенные тонкодисперсные примеси, содержащиеся в поступающей воде. Очищенная вода - фильтрат, собирается дренажным устройством 81 и по трубопроводу 85 отводится в резервуар чистой воды 31.

Управление работой фильтра 26 может осуществляться вручную с местного или центрального шита управления. Автоматическое управление осуществляется по программе с применением ПЭВМ.

Заданная, постоянная скорость фильтрования исходной воды достигается поддержанием постоянной величины общего гидравлического сопротивления фильтра, которое складывается из сопротивления фильтрующей загрузки и сопротивления в коммуникациях фильтра. Регулирование общего сопротивления фильтра осуществляется путем изменения степени открытия регулируемого вентиля на трубопроводе отвода фильтрата 85. В начальный момент фильтрования открытие вентиля устанавливается на 60-70% величины живого сечения.

В процессе очистки воды фильтрующая загрузка 82 фильтра 26 заиливается, скорость фильтрации уменьшается, возрастает ее гидравлическое сопротивление и повышается уровень воды на фильтре. При достижении максимального уровня воды срабатывает датчик уровня 99, который по каналу приема информации подает сигнал на ПЭВМ. ПЭВМ формирует и по каналу управления передает сигнал на блок управления реверсивным двигателем, который увеличивает степень открытия регулируемого вентиля 100 на трубопроводе отвода фильтрата 85. По мере приоткрытия вентиля 100, его гидравлическое сопротивление и сопротивление установки в целом уменьшается, за счет чего скорость фильтрования увеличивается до начальной. Уровень воды на фильтре понижается до заданного минимального уровня, при этом срабатывает датчик уровня 99, сигнал от которого поступает на ПЭВМ, последняя по каналу управления подает сигнал на прекращение открытия вентиля 100. Процесс циклически повторяется до полного открытия регулируемого вентиля 100 и срабатывания его ограничителя хода, который своими контактами коммутирует цепь подачи сигнала на промывку фильтрующей загрузки. При локальном управлении применяется регулятор, например типа КЭП-2У, который по заданной программе осуществляет регенерацию (промывку) загрузки. В ручном или локальном автоматическом режиме управления используются электроконтактные программные устройства и регуляторы, например типа РП 25.1.

При автоматическом управлении всей системой водоподготовки, при срабатывании ограничителя хода запорно-регулирующей арматуры 100, сигнал по каналу приема информации поступает на ПЭВМ. По заданной временной программе ПВЭМ, по каналам управления, осуществляет промывку фильтрующей загрузки с коррекцией продолжительности промывки в зависимости от качества отработанной промывной воды, сведения о которой поступают от анализатора мутности и цветности (AM Ц).

Промывка загрузки 82 фильтра 26 производится фильтратом обратным током воды - снизу вверх. При этом фильтрат забирается из резервуара 31 одним из насосов 23 и по трубопроводу 86 подается в фильтр 26 через дренажную систему 81 для промывки загрузки 82. При этом загрузка 82 переходит во взвешенное состояние (расширяется до 40-50% от высоты загрузки) и в течение определенного времени промывается в восходящем потоке воды. Грязная промывная вода через боковой карман 80 и трубопровод 87 сбрасывается в резервуар сточных вод 32.

Для оптимизации процесса промывки на трубопроводе отвода промывной воды 87 установлен гидропереключатель, который подает небольшое количество воды в кювету анализатора мутности и цветности воды типа АМЦ, АМЦ контролирует процесс промывки фильтрующей загрузки по качеству сбрасываемой промывной воды и по его окончании дает команду на включение фильтра в работу - перевод установки из режима промывки в режим фильтрования.

Технологическая схема №24. Исследование осветления воды методом скорого фильтрования

По данной технологической схеме используются скорый фильтр с однослойной или двухслойной загрузкой 26.

Вода из промежуточного резервуара исходной воды 15 насосом 23 подается для осветления в скорый фильтр 26. Исследование процесса очистки воды по данной схеме может быть проведено как безреагентным методом, так и с добавлением реагентов. При реагентном методе осветления воды используются аппараты и оборудование по приготовлению и дозированию реагентов.

Технологическая схема №25. Очистка воды методом двойного фильтрования

В данной технологической схеме используются напорный фильтр 27 с крупнозернистой загрузкой и скорый фильтр с однослойной или двухслойной загрузкой 26.

Вода из промежуточного резервуара исходной воды 15 забирается насосом 23 и подается для предварительного осветления в напорный фильтр 27 и далее, для окончательной очистки в скорый фильтр 26. Исследование процесса очистки воды по данной схеме может быть проведено как безреагентным методом, так и с добавлением реагентов. При этом задействуются реагентные хозяйства по приготовлению и дозированию реагентов.

Технологическая схема №26. Очистка воды по двухступенчатой схеме в горизонтальном отстойнике и скором фильтре

Вода из промежуточного резервуара исходной воды 15 забирается насосом 23 и подается в камеру хлопьеобразования 21, откуда самотеком поступает в горизонтальный отстойник 22. Осветленная вода из отстойника отводится в промежуточный резервуар осветленной воды 29. Далее осветленная в горизонтальном отстойнике вода из промежуточного резервуара осветленной воды 29 насосом 23 подается на скорый фильтр 26.

Технологическая схема №27. Обеззараживание воды методом прямого электролиза на аппарате “Поток”

Для оценки возможности обеззараживания воды методом прямого электролиза на аппарате “Поток” очищенная по приведенным выше схемам вода подается на аппарат прямого электролиза воды “Поток” 28. Данная схема используется при концентрации хлоридов в воде не менее 20 мг/л. При недостатке хлоридов, для обеззараживания воды или изучении процессов очистки воды с использованием окислителя хлора, предусмотрено увеличение хлоридов в воде путем добавления раствора поваренной соли,

Обеззараживание воды происходит вследствие действия активного хлора, вырабатываемого в процессе электролиза из хлоридов, содержащихся в самой обрабатываемой воде. При проходе обрабатываемой воды снизу вверх в межэлектродном пространстве электролизера обеспечивается ее обеззараживание. Для обеспечения достаточной жесткости обеззараживания с полной гибелью патогенов и благоприятных органолептических свойств концентрация остаточного хлора в водопроводной воде поддерживается в пределах 0,3-0,5 мг/л.

Технологическая схема №28. Проведение технологических исследований различных видов фильтрующих материалов

По данной технологической схеме возможно проведение исследований на скором фильтре 26 в режиме скорого фильтрования или напорном фильтре 27 в режимах скорого и сверхскоростного фильтрования. В работе могут быть использованы различные виды фильтрующих материалов, а также схемы их загрузки.

Технологическая схема №29. Проведение технологических исследований по параллельным двухступенчатым схемам

Параллельные схемы реализуются следующим образом:

1) Исходная вода подается насосами 23 по схемам: камера хлопьеобразования 21, горизонтальный отстойник 22, фильтр 26.

2) Исходная вода подается насосом 23 по схеме: воздухоотделитель 24, осветлитель со взвешенным осадком 25, фильтр 26.

Исследование процессов очистки воды при этих параллельных схемах проводятся с добавлением в исходную воду реагентов. При этом задействуются реагентные хозяйства по приготовлению и дозированию реагентов по приведенному выше описанию.

Технологическая схема №30. Проведение технологических исследований при параллельной работе по одноступенчатым схемам

Вода из промежуточного резервуара исходной воды 15 забирается насосами 23 и подается параллельно работающим скорому фильтру 26 и напорному фильтру 27. При реагентном осветлении воды задействуется реагентное хозяйство по приготовлению и дозированию реагентов.

В МАКУИЛВ на стендах предусмотрена возможность изучения и проведения исследований интегральных микросхем и цифровых автоматов по следующим направлениям:

1. Изучение и исследование отдельных блоков и канала программного управления от ПЭВМ реверсивным микродвигателем вентиля дозирования реагентов.

2. Изучение и исследование отдельных блоков и канала передачи дискретной информации в ПЭВМ от блоков электронных уровнемеров, концевых выключателей (ограничителей хода) запорно-регулирующей арматуры, электроконтактных манометров и фотоэлектрических датчиков, используемых в технических и технологических установках.

3. Изучение и исследование отдельных блоков и канала передачи аналоговой информации в ПЭВМ от расходомеров, дифманометров, тахомеометрических преобразователей скорости вращения приводов, фотометрических и электронных преобразователей качественных показателей воды, используемых в технических и технологических установках.

4. Изучение и исследование отдельных блоков и канала дискретного управления реверсивными исполнительными механизмами приводов запорно-регулирующей арматуры технических и технологических установок по программе от ПЭВМ.

5. Изучение и исследование отдельных блоков и канала аналогового управления реверсивными микродвигателями приводов запорно-регулирующей арматуры технических и технологических установок по программе от ПЭВМ.

6. Изучение и исследование отдельных блоков и канала управления электроприводами насосных и воздуходувных агрегатов по программе от ПЭВМ.

7. Изучение и исследование отдельных блоков и канала управления производительностью насосных и воздуходувных агрегатов с регулируемыми электроприводами (РЭП) по программе от ПЭВМ.

1. Многофункциональная автоматизированная комплексная учебно-исследовательская лаборатория выполнена в виде последовательно и/или параллельно соединенных технологически, гидравлически и гидродинамически связанных через промежуточные резервуары блоков и аппаратов водоперекачки и водоочистки и содержит: насосную станцию первого подъема, соединенную посредством напорных водоводов с камерами переключения с промежуточным резервуаром исходной воды, который посредством насосной станции второго подъема взаимосвязан с технологическими аппаратами и блоками автоматизированной станции очистки воды, включающей блок осветления воды отстаиванием, состоящей из камеры хлопьеобразования, горизонтального отстойника, блока реагентного хозяйства для приготовления и дозирования реагентов при обработке воды, блок осветления воды во взвешенном слое, содержащий воздухоотделитель, связанный с осветлителем со слоем взвешенного осадка, блок осветления воды фильтрованием, включающий безнапорный скорый и напорный скорый или сверхскоростной фильтр с промежуточным резервуаром осветленной воды, который в свою очередь посредством насосной станции второго подъема связан с аппаратом обеззараживания воды и соединен с промежуточным резервуаром чистой воды, при этом лаборатория снабжена автоматизированной системой управления технологическими процессами с центральным диспетчерским пультом управления с использованием ПЭВМ и мнемосхемой.

2. Лаборатория по п.1, отличающаяся тем, что напорные водоводы снабжены узлами моделирования аварийных ситуаций, расположенными за камерами переключения считая по ходу направления потока, каждый из которых снабжен трубопроводом сброса давления воды, соединенный с промежуточным резервуаром исходной воды и/или приемным резервуаром.

3. Лаборатория по пп.1, 2, отличающаяся тем, что промежуточные резервуары исходной и осветленной воды соединены между собой трубчатой перемычкой с задвижкой и снабжены расположенными внутри них погружными насосами и уложенными по дну распределителями в виде дренажа большого сопротивления и соединенными с напорным патрубком насоса, а всасывающие патрубки насосов снабжены плавающими затопленными водозаборными устройствами, погруженными как минимум на двойную высоту конструкции заборного устройства, а также информационными преобразователями, установленными внутри резервуаров.

4. Лаборатория по п.1, отличающаяся тем, что длина трубопровода дозирования реагентов принята из условия потерь напора в нем не менее 0,3 м.

5. Лаборатория по пп.1-4, отличающаяся тем, что модель горизонтального отстойника выполнена в виде гидравлического лотка с прозрачными боковыми стенками; снабжена подвижными съемными: отражателем и дырчатой перегородкой, подвижным дырчатым днищем, выполненным с возможностью изменять и фиксировать угол наклона в продольном направлении и высотное положение его над системой сбора осадка, комплектом сеточных прозрачных кассет, верхними и боковыми блоками подсветки, продольными направляющими П-образной формы для установки кассет.

6. Лаборатория по п.5, отличающаяся тем, что кассеты комплекта выполнены прямоугольной формы с соотношением размеров сторон к размерам модели отстойника по вертикали 1:1, по горизонтали 1:3-1:5.

7. Лаборатория по пп.5, 6, отличающаяся тем, что кассеты комплекта покрыты прямоугольной координатной сеткой с переменным или равномерным шагом с применением соотношения масштабов по вертикали и горизонтали 1:10, при этом размер шага составляет не менее 2 мм.

8. Лаборатория по п.1, отличающаяся тем, что модель осветлителя с взвешенным осадком выполнена с прозрачной передней стенкой с охватом площади рабочих зон, снабженной съемной сетчатой кассетой в масштабе 1:1 к камерам стенки, шагом сетки не менее 50×50 мм.

9. Лаборатория по п.8, отличающаяся тем, что задняя стенка всех трех коридоров модели осветлителя снабжена на свою рабочую высоту световыми окнами и подвижными блоками подсветки.

10. Лаборатория по п.1, отличающаяся тем, что модель безнапорного скорого фильтра выполнена с прозрачной передней стенкой на все живое сечение и снабженной прямоугольной координатной сеткой с начальными осями, совпадающими с гранями фильтра и размером ячеек не менее 5×5 мм.

11. Лаборатория по п.10, отличающаяся тем, что модель безнапорного скорого фильтра снабжена источником света в прозрачном цилиндрическом корпусе, расположенном вертикально в надзагрузочном пространстве корпуса фильтра с возможностью горизонтального перемещения в пределах живого сечения фильтра.

12. Лаборатория по п.1, отличающаяся тем, что модель напорного скорого или сверхскоростного фильтра снабжена прозрачным окном с нанесенной на него прямоугольной координатной сеткой размером ячеек не менее 5×5 мм и осями координат, совпадающими по высоте - вертикальной образующей, по ширине - с наружной окружностью фильтра и на уровне верхней поверхности дырчатого дна.

13. Лаборатория по п.12, отличающаяся тем, что модель напорного скорого или сверхскоростного фильтра снабжена съемным вертикальным чашечным устройством, прикрепленным к крышке фильтра.

14. Лаборатория по пп.1-13, отличающаяся тем, что система автоматического контроля и управления смонтирована на реально действующих моделях технологических аппаратов и блоков системы водоснабжения.

15. Лаборатория по п.14, отличающаяся тем, что система автоматического контроля и управления от ПЭВМ выполнена по радиально-последовательному принципу, с размещением блоков сопряжения непосредственно около удаленных объектов.

16. Лаборатория по п.1, отличающаяся тем, что для более качественной подготовки обучаемого в состав лаборатории входит комплект лабораторных стендов по изучению интегральных микросхем и цифровых автоматов процессами системы водоснабжения.

17. Лаборатория по п.1, отличающаяся тем, что система автоматического контроля и управления выполнена с возможностью ручного и автоматического режимов управления технологическими процессами водоснабжения и выполнена в двух вариантах: с применением релейно-контактных элементов и интегральных микросхем и микропроцессорной цифровой техники.

18. Лаборатория по пп.1, 14-17, отличающаяся тем, что система автоматического контроля и управления снабжена мнемосхемой, работающей в режиме реального времени с отображением состояния оборудования всей системы.