Бактерицидный аппарат для обеззараживания воды на подводных обитаемых объектах



Бактерицидный аппарат для обеззараживания воды на подводных обитаемых объектах
Бактерицидный аппарат для обеззараживания воды на подводных обитаемых объектах
Бактерицидный аппарат для обеззараживания воды на подводных обитаемых объектах
Бактерицидный аппарат для обеззараживания воды на подводных обитаемых объектах
Бактерицидный аппарат для обеззараживания воды на подводных обитаемых объектах
Бактерицидный аппарат для обеззараживания воды на подводных обитаемых объектах

Владельцы патента RU 2346893:

Закрытое акционерное общество "Центральный научно-исследовательский институт судового машиностроения" (ЗАО "ЦНИИ СМ") (RU)
В/ч 31270 (RU)

Бактерицидный аппарат предназначен для обеззараживания воды на подводных обитаемых объектах. Бактерицидный аппарат состоит из U-образного корпуса, разделенного на секции и содержащего фильтрующий элемент, УФ-лампу, соединительный коллектор, перегородку с наклонными сквозными отверстиями, и автономного щита управления, соединенного электрокабелем с УФ-лампой, причем УФ-лампа и фильтрующий элемент размещены в боковых секциях U-образного корпуса. Соединительный коллектор выполнен в виде состыкованных под углом 30°-120° двух труб, к одной из которых соосно с УФ-лампой присоединен глухой карман, снабженный амортизирующей вставкой. В полости соединительного коллектора расположена перегородка со сквозными отверстиями, выполненными в виде каналов некруглого сечения со светоотражающими поверхностями. Щит управления укомплектован блоком питания, индикатором в виде символьного табло, электронным пускорегулирующим аппаратом для зажигания УФ-лампы и платой управления, построенной на базе микроконтроллера с обеспечением гальванической развязки по питанию, входным и выходным сигналам. Изобретение позволяет повысить качество очистки воды и надежность устройства при обеспечении удобства эксплуатации и уменьшении габаритов и массы устройства. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к автономным системам водоочистки и может быть использовано на подводных и глубоководных обитаемых аппаратах (ПГА), где предъявляются повышенные требования к компактности, надежности, удобству в обслуживании и акустическим характеристикам оборудования, а также к обеспечению скрытности объекта.

Известны бактерицидные аппараты для обеззараживания воды типа БАКТ, серийно выпускаемые по техническим условиям ЦАКИ.066754.001ТУ и предназначенные для использования на надводных судах и в береговых условиях. Аппарат БАКТ представляет собой цилиндрический корпус, в полости которого размещена бактерицидная лампа ультрафиолетового излучения (УФ-лампа), и отдельно расположенный щит управления со стартерно-дроссельной схемой зажигания УФ-лампы.

Недостатками таких аппаратов БАКТ являются громоздкость конструкции, невозможность предварительного осветления воды, ненадежное (сопровождающееся мерцанием) зажигание УФ-лампы, низкий кпд по бактерицидному потоку и, как следствие, недостаточное качество обеззараживания воды, особенно в моменты пуска и остановки аппарата. По указанным причинам аппараты типа БАКТ на ПГА не используются.

Известен также бактерицидный аппарат для обеззараживания воды на подводных обитаемых объектах (патент №2233798, C02F1/32, 2004 г.). Данный аппарат состоит из U-образного корпуса, разделенного на секции и содержащего фильтрующий элемент, УФ-лампу, соединительный коллектор, перегородку с наклонными сквозными отверстиями и щит управления, соединенный электрокабелем с УФ-лампой. Этот бактерицидный аппарат был выбран в качестве прототипа заявляемого технического решения.

Прототипу присущи следующие недостатки.

1. Аппарат может выдавать некондиционную воду по причинам

- наличия в корпусе застойных зон, недоступных для УФ-лучей,

- мерцания УФ-ламп в момент зажигания и горения, что характерно для стартерно-дроссельных схем,

- неполного использования УФ-излучения,

- замедленного выхода УФ-ламп на стабильный режим горения - особенно при низкой температуре окружающего воздуха и чувствительности схемы зажигания УФ-ламп к колебаниям напряжения сети, что отрицательно влияет на надежность системы жизнеобеспечения ПГА,

- чувствительности схемы зажигания УФ-ламп к колебаниям напряжения сети, что отрицательно влияет на надежность системы жизнеобеспечения ПГА.

2. Невозможность быстрого и полного осушения аппарата.

3. Неудовлетворительные акустические характеристики аппарата, обусловленные мерцанием УФ-ламп и гудением дросселя.

4. Значительные габариты и масса.

Технической задачей заявляемого технического решения является

- повышение качества обеззараживания воды;

- повышение надежности системы жизнеобеспечения ПГА,

- уменьшение трудоемкости обслуживания оборудования;

- улучшение акустических характеристик ПГА;

- уменьшение габаритов и массы аппарата.

Технический результат обеспечивается тем, что УФ-лампа и фильтрующий элемент размещены в боковых секциях U-образного корпуса, а соединительный коллектор выполнен в виде состыкованных под углом 30-120° двух труб, к одной из которых соосно с УФ-лампой присоединен глухой карман, снабженный амортизирующей вставкой, при этом перегородка расположена в полости соединительного коллектора, а ее сквозные отверстия выполнены в виде каналов некруглого, например прямоугольного сечения, со светоотражающими поверхностями, например полированными, кроме того, щит управления выполнен автономным и укомплектован электронным пускорегулирующим аппаратом (ЭПРА) для зажигания УФ-лампы, содержащим электрически связанные между собой элементы, обеспечивающие питание УФ-лампы напряжением высокой частоты и плавное снижение частоты электрического тока в УФ-лампе в процессе зажигания от стартовой надрезонансной величины до рабочей подрезонансной величины, блоком питания, платой управления, построенной на базе микроконтроллера с обеспечением гальванической развязки по питанию, входным и выходным сигналам, и индикатором в виде символьного табло. Кроме того, схема ЭПРА выполнена на отдельной печатной плате и включает в себя преобразователь постоянного тока, полумостовой инвертор, резонансный контур, микросхему-драйвер, а также цепи: частотозадающую, сигнала о работе УФ-лампы, внешние и защитные.

Предлагаемое техническое решение иллюстрируется чертежами,

где на фиг.1 - корпус бактерицидного аппарата;

на фиг.2 - вид Б корпуса;

на фиг.3 - вид В корпуса;

на фиг.4 - разрез А-А;

на фиг.5 - принципиальная электрическая схема щита управления;

на фиг.6 - принципиальная электрическая схема ЭПРА.

Бактерицидный аппарат (фиг.1) состоит из U-образного корпуса и автономного щита управления, соединенных между собой электрическим кабелем.

Корпус бактерицидного аппарата (фиг.1) состоит из прямых секций 1 и 2 (отрезки трубы) и соединительного коллектора, образованного отрезками труб 3 и 4, соединенных между собой под углом 30-120°. При угле менее 30° затрудняется компоновка секций 1 и 2 и возрастает габарит аппарата по высоте. При угле более 120° ухудшается эффект самоосушения аппарата и возрастает его габарит по ширине. Прямые секции и соединительный коллектор состыкованы между собой, например, сваркой и образуют единую полость U-образной формы. В полости прямой секции 1 размещен патронный фильтрующий элемент 5, опирающийся на опору 6. Сверху секция 1 закрыта крышкой 7, которая прижимает фильтрующий элемент 5 к опоре 6.

В полости прямой секции 2 размещена бактерицидная УФ-лампа 8, помещенная в защитный кварцевый чехол 9. Нижний конец кварцевого чехла размещен в глухом кармане 10, пристыкованном к трубе 4 соединительного колена соосно с секцией 2, и опирается на амортизирующую вставку 11 (фиг.2), которая защищает кварцевый чехол от разрушения при воздействии внешних механических нагрузок. Секция 2 сверху закрыта крышкой 12, в которой размещены детали уплотнения кварцевого чехла и электроразъем 13 с кабелем 14 для подвода электропитания к УФ-лампе. В полости соединительного коллектора установлена перегородка 15, а ее наклонные сквозные отверстия 16 выполнены в виде каналов некруглого, например прямоугольного сечения, со светоотражающими поверхностями (фиг.3), например полированными. В самой нижней точке соединительного коллектора (в месте стыковки под углом труб 3 и 4) предусмотрен осушительный штуцер 17. Корпус аппарата снабжен штуцерами для подвода воды 18 и отвода воды 19, присоединенными тангенциально к прямым секциям 1 и 2, что обеспечивает закрутку потока воды (фиг.4).

Щит управления (фиг.5) содержит блок питания (БП); плату управления (ПУ); символьное табло (СТ); электронный пускорегулирующий аппарат (ЭПРА).

На лицевой панели щита управления имеются тумблер подачи питания; кнопки «Включение», «Отключение», «Проверка ламп»; лампы «Питание», «Работа», «Неисправность»; дисплей индикатора за светофильтром.

Блок питания представляет собой преобразователь переменного напряжения 220 В, 50 Гц в постоянное напряжение +24 В для питания органов индикации и системы управления.

Плата управления является основным ядром системы управления и построена на базе, например, 8-разрядного RISC микроконтроллера фирмы Atmel типа ATmega 8535. На ПУ обеспечена гальваническая развязка по питанию, входным и выходным сигналам.

Символьное табло представляет собой плату с восьмизнаковым символьным индикатором, выведенным на лицевую панель щита, и служит для отображения времени наработки лампы. Символьное табло позволяет отображать любую текстовую информацию.

Электронный пускорегулирующий аппарат (ЭПРА) представляет собой малогабаритную плату с электронными элементами и служит для быстрого и надежного зажигания и эффективной работы УФ-лампы.

Электрическая схема ЭПРА (фиг.6) построена следующим образом.

Сетевое напряжение 220 В, 50 Гц преобразуется в постоянное напряжение, подаваемое на полумостовой инвертор (полупроводниковый преобразователь частоты). Инвертор управляется микросхемой-драйвером. Частота работы инвертора определяется задающей цепочкой. Инвертор коммутирует цепь с резонансным контуром, состоящим из дросселя, ограничивающего рабочий ток лампы, и конденсатора, шунтируемого лампой после зажигания (на схеме не показаны). Защитные цепи отключают инвертор в случае незажигания лампы или ее отсоединения. Цепь сигнала дает сигнал о работе УФ-лампы. Входной сигнал на запуск и выходной о работе лампы гальванически развязаны с внешними цепями.

Бактерицидный аппарат работает следующим образом.

При включении на щите управления тумблера подачи питания сетевое напряжение подается на ЭПРА и на БП, обеспечивающий внутренние цепи напряжением 24 В. ПУ выводит на СТ текущее время наработки лампы в часах и ожидает сигналов от кнопок. При нажатии на кнопку «Пуск» на ЭПРА устанавливается сигнал на включение лампы. Если в течение нескольких секунд от ЭПРА приходит сигнал о работе УФ-лампы, зажигается лампа «Работа», начинается отсчет времени наработки с выводом на СТ, иначе сигнал на включение снимается и через паузу подается вновь (повторное зажигание). Если сигнал от ЭПРА не приходит снова или пропадает во время работы УФ-лампы, сигнал включения снимается и зажигается лампа «Неисправность». При нажатии на кнопку «Стоп» сигнал включения УФ-лампы снимается, отсчет времени останавливается, лампы «Работа» и «Неисправность» гасятся.

При получении сигнала «Включение» частотозадающая цепь в ЭПРА устанавливает начальную (надрезонансную) частоту работы инвертора около 300 кГц и плавно снижает ее до рабочей (подрезонансной) частоты 30 кГц. При этом происходит прогрев электродных нитей лампы. Приблизительно через 0,3 с (время запуска задается частотозадающей цепью) частота падает до 40-50 кГц, при этом резонансный контур обеспечивает подачу на электроды УФ-лампы высокого напряжения, зажигающего лампу. При работающей УФ-лампе параметры резонансного контура меняются и на УФ-лампе устанавливаются рабочее напряжение и ток. С дополнительной обмотки дросселя напряжение подается на цепь выходного сигнала о работе лампы. В случае незажигания УФ-лампы сохраняется высокое напряжение. Защитные цепи фиксируют длительное перенапряжение и отсоединение лампы и отключают инвертор. При этом УФ-лампа гаснет и снимается выходной сигнал о работе лампы. Пропажа сигнала на включение лампы также приводит к остановке инвертора.

После того как УФ-лампа зажглась, исходная вода под напором подается в корпус аппарата через штуцер 18. При этом благодаря тангенциальному положению штуцера 18 крупные взвешенные частицы центробежными силами отбрасываются к периферии секции 1, концентрируются в пристеночной области и, сползая книзу, накапливаются в зазоре между элементом 5 и стенкой секции 1 (как в отстойнике). Таким образом происходит предварительное осветление воды от грубых примесей. Окончательное (тонкое) осветление происходит при фильтровании воды через тонкопористый элемент 5 в направлении снаружи внутрь. Осветленная вода по дренажному каналу 20 поступает в полость соединительного коллектора, где она подвергается интенсивному облучению УФ-лучами, как показано на фиг.3. Процессу облучения способствует то, что прямые и отраженные от полированной поверхности УФ-лучи воздействуют на поток воды, подвергающийся одновременной «закрутке» на перегородке 15. Причем УФ-лучи отражаются не только от наружной поверхности перегородки 15, но и от внутренних поверхностей каналов 16 (фиг.2), обеспечивая тем самым надежный бактерицидный эффект в зоне соединительного коллектора, т.е. в застойной зоне. При этом выполненные в перегородке каналы некруглого (например, прямоугольного) сечения по сравнению с каналами круглого сечения обеспечивают заведомо турбулентный режим течения воды, что способствует наиболее полному контакту всех молекул воды с УФ-лучами. «Закрученный» поток далее поступает в секцию 2, где завершается процесс обеззараживания воды при движении воды вдоль поверхности кварцевого чехла 9. Тангенциальное расположение штуцера 19 обеспечивает движение воды внутри секции 2 по спиральной траектории до самого выхода из аппарата, так что в итоге каждая молекула воды оказывается под воздействием УФ-лучей и подвергается обеззараживанию. В периоды бездействия системы (когда нет протока воды через аппарат) в соединительном коллекторе образуется, по существу, застойная зона, в которой потенциально возможно накопление и рост микрофлоры. Именно в эти периоды устройство аппарата обеспечивает высокую бактерицидную надежность и безопасность. Быстрое и полное осушение аппарата обеспечивается через соединительный коллектор и штуцер 17, чему способствует предлагаемая геометрическая форма коллектора.

Таким образом, предлагаемый бактерицидный аппарат, как совокупность известных и новых существенных признаков, обеспечивает достижение поставленной технической задачи, а именно:

- повышено качество очистки воды и, как следствие, повышена надежность аппарата за счет эффективной предочистки воды центробежными силами; обеззараживающего действия ближних и дальних (отраженных) УФ-лучей, быстрого (практически мгновенного) зажигания УФ-лампы даже при низких температурах;

- повышена эксплуатационная надежность системы за счет выдачи информации о состоянии УФ-лампы и обеспечения возможности, в случае необходимости, произвести ее перезажигание, а также проинформировать персонал о неисправности;

- обеспечена возможность диагностики УФ-лампы и отладки алгоритма работы устройства непосредственно в системе, не нарушая механических и электрических связей;

- обеспечено быстрое и полное осушение аппарата за счет оптимальной геометрии соединительного коллектора;

- улучшены акустические характеристики ПГА благодаря возможности пуска и длительной работы бактерицидного аппарата без мерцания УФ-лампы и гудения дросселя;

- улучшены массогабаритные характеристики аппарата за счет исключения внешних коллекторов (трубопроводов), соединяющих секции аппарата.

Так, при разработке рабочей конструкторской документации (РКД) заявляемого аппарата специального назначения производительностью 1 м3/ч установлено, что только за счет указанных факторов удалось снизить габаритный объем аппарата на 15% и его массу на 20% по сравнению с аппаратом известной конструкции такой же производительности. Кроме того, за счет построения системы управления на базе современной электроники значительно (примерно на 30%) уменьшены габариты щита управления.

При изучении и анализе известных технических решений не выявлены другие объекты, порочащие новизну заявляемого изобретения.

1. Бактерицидный аппарат для обеззараживания воды на подводных обитаемых объектах, состоящий из U-образного корпуса, разделенного на секции и содержащего фильтрующий элемент, УФ-лампу, соединительный коллектор, перегородку с наклонными сквозными отверстиями, и щита управления, соединенного электрокабелем с УФ-лампой, отличающийся тем, что УФ-лампа и фильтрующий элемент размещены в боковых секциях U-образного корпуса, а соединительный коллектор выполнен в виде состыкованных под углом 30...120° двух труб, к одной из которых соосно с УФ-лампой присоединен глухой карман, снабженный амортизирующей вставкой, при этом перегородка расположена в полости соединительного коллектора, а ее сквозные отверстия выполнены в виде каналов некруглого сечения со светоотражающими поверхностями, кроме того, щит управления выполнен автономным и укомплектован электронным пускорегулирующим аппаратом (ЭПРА) для зажигания УФ-лампы, содержащим электрически связанные между собой элементы, обеспечивающие питание УФ-лампы напряжением высокой частоты и плавное снижение частоты электрического тока в УФ-лампе в процессе зажигания от стартовой надрезонансной величины до рабочей подрезонансной величины, блоком питания, платой управления, построенной на базе микроконтроллера с обеспечением гальванической развязки по питанию, входным и выходным сигналам, и индикатором в виде символьного табло.

2. Бактерицидный аппарат по п.1, отличающийся тем, что схема ЭПРА выполнена на отдельной печатной плате и включает в себя преобразователь постоянного тока, полумостовой инвертор, резонансный контур, микросхему-драйвер, а также цепи: частотозадающую, сигнала о работе УФ-лампы, внешние и защитные.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам распределения холодной и горячей воды. .

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрохимии, и может быть использовано при получении экологически чистых растворов. .

Изобретение относится к технологии очистки сточных и промышленных вод от углеводородных и микробиологических фракций, а также металлов и может быть использовано на очистных сооружениях, а также для проведения быстрой очистки воды в условиях экологических и природных бедствий и в экстремальных условиях.

Изобретение относится к устройствам для доочистки водопроводной, артезианской, колодезной и другой условно питьевой воды. .

Деаэратор // 2345953
Изобретение относится к области термической деаэрации жидкости и может быть использовано в термических и вакуумных деаэрационных установках. .

Изобретение относится к способу утилизации оборотной воды в установках ректификации и устройству для его осуществления и может быть использовано на нефтехимических предприятиях при ректификации реакционной массы.
Изобретение относится к области охраны окружающей среды и предназначено для очистки водных и твердых поверхностей от нефти и нефтепродуктов при ликвидации аварий или катастроф.

Изобретение относится к области очистки водной среды, в частности к способам очистки загрязненной водной среды с использованием адсорбента, и может быть использовано при очистке водной среды, загрязненной ионами свинца.

Изобретение относится к области очистки водной среды, в частности к способам очистки загрязненной водной среды с использованием адсорбента, и может быть использовано при очистке водной среды, загрязненной ионами свинца.

Изобретение относится к исследованию накипеобразования в приближенных к производственным условиях при контролируемых значениях таких параметров как давление и концентрации солей в рабочей жидкости.

Изобретение относится к устройствам опреснения морской воды, в частности к компактным и малогабаритным судовым опреснительным установкам. .

Изобретение относится к плавучим опреснителям морской воды и понтонам для них. .

Изобретение относится к технологии водоподготовки и может быть использовано на подводных обитаемых объектах, а также в береговых условиях. .

Изобретение относится к концентрированию водных растворов солей, а именно к технологии выделения концентрированного кубового остатка путем выпаривания из них воды, которое может быть использовано для переработки жидких радиоактивных остатков (ЖРО).

Изобретение относится к судостроению, в частности к судовым опреснительным установкам. .

Изобретение относится к техническим средствам полевой фармации и может быть использовано как в военной медицине, медицине катастроф, так и в экстремальных ситуациях для оказания помощи пострадавшему населению.
Наверх