Смеситель
Владельцы патента RU 2459656:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет архитектуры и строительства" (RU)
Изобретение относится к смесителям, применяемым при очистке природных и сточных вод, и может быть использовано для смешения реагентов и/или воздуха с водой. Смеситель выполнен в виде трубчатого ствола, к которому соосно присоединена входная камера с патрубком для подачи воды и реагентов. В створе соединения входной камеры и ствола расположена диафрагма. На расчетном расстоянии за диафрагмой установлено цилиндрическое тело обтекания, соединенное со стволом радиальными перегородками. Рекомендуемое соотношение внутренних диаметров входной камеры, диафрагмы, ствола, а также диаметра и длины тела обтекания обеспечивает максимальное использование кинетической энергии потока для более полного смешения с реагентами и/или воздухом. Технический результат состоит в снижении материалоемкости конструкции при одновременном обеспечении быстрого и равномерного смешения реагентов с водой по всей площади поперечного сечения ствола. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл.
Изобретение относится к очистке природных и сточных вод, более конкретно - к смешению реагентов и/или воздуха с водой.
Известен смеситель, содержащий трубчатый корпус, внутри которого установлена диафрагма. Непосредственно за диафрагмой по ходу движения потока установлено плоское цилиндрическое тело обтекания в виде шайбы, а перед диафрагмой расположен патрубок для подачи реагентов в обрабатываемую воду [1].
Такой смеситель работает недостаточно эффективно вследствие малого времени перемешивания воды с реагентами в диафрагме и щелевом зазоре между трубчатым корпусом и телом обтекания.
Известен смеситель, содержащий трубчатый ствол, соосно соединенную с ним входную камеру, имеющую тангенциальный патрубок для подачи воды с реагентами, а также цилиндрическое тело обтекания, расположенное внутри корпуса соосно стволу [2].
Это устройство обеспечивает хорошее качество смешения реагентов с водой, но только при значительной длине трубчатого корпуса и тела обтекания (l≥80dk, где dk - внутренний диаметр корпуса), что делает его недостаточно компактным и требует повышенных затрат материалов при изготовлении.
Задачей настоящего изобретения является обеспечение высокой степени смешения реагентов с водой при малых габаритах устройства за счет более полного использования энергии турбулентных пульсаций потока в корпусе смесителя. Для достижения этого технического результата в смесителе, содержащем трубчатый ствол с соосно соединенной входной камерой, патрубки для подачи обрабатываемой воды и подвода реагентов, диафрагму и расположенное за ней цилиндрическое тело обтекания. Указанная диафрагма расположена в створе соединения входной камеры и ствола, тело обтекания соединяется со стволом радиальными перегородками, а расстояние вдоль оси ствола от диафрагмы до тела обтекания определяется по формуле
Δ=(0,5-0,7)·dд,
где dд - диаметр диафрагмы.
Для обеспечения высокой турбулентности потока и более полного использования его энергии для перемешивания с реагентами при выборе габаритов смесителя отношение внутренних диаметров входной камеры диафрагмы, ствола и диаметра тела обтекания определяется как dвх.к:dд:dс:dо=(8-10):1:(2,5-3):(1,5-2), а длина тела обтекания вдоль оси ствола определяется по формуле
l=(3-5)·dо,
при этом длина каждой радиальной перегородки равна длине тела обтекания.
На чертеже приведен продольный (фиг.1) и поперечный (фиг.2) разрезы предлагаемого смесителя, а также узел А (фиг.3), на котором показаны характерные размеры основных элементов предложенного устройства.
Смеситель (фиг.1) содержит трубчатый ствол 1 и соосно расположенную с ним входную камеру 2, имеющую патрубок 4 для подвода реагентов и/или воздуха. В створе соединения входной камеры и ствола установлена диафрагма 5. Для подачи обрабатываемой воды во входную камеру 2 тангенциально к ней присоединен входной патрубок 3 (фиг.2). В стволе 1 на расстоянии Δ (фиг.3) от диафрагмы соосно устраивается тело обтекания 6 длиной l, соединенное с трубчатым стволом несколькими радиальными перегородками 7.
Смеситель работает следующим образом.
Обрабатываемая вода (жидкость) под некоторым напором подается по патрубку 3 во входную камеру 2 смесителя и за счет тангенциального подвода приобретает вращательное движение. Подача реагентов осуществляется непрерывно через патрубок 4. Далее поток совершает вращательно-поступательное движение по направлению к диафрагме 5, при этом окружная скорость потока uφ (см. фиг.3) при подходе к диафрагме постоянно увеличивается и достигает максимума (uφ, max) в сжатом сечении потока за диафрагмой на расстоянии Δ=(0,5-0,7)·dд. Величина uφ прямо пропорциональна величине продольной скорости потока u в диафрагме, умноженной на отношение диаметров входной камеры и диафрагмы dвх.к/dд. Суммарная относительная скорость потока определяется по соотношению . Далее закрученный поток жидкости попадает в кольцевое пространство между телом обтекания 6 и трубчатым стволом 1. За счет деления указанного кольцевого пространства на секторы с использованием радиальных перегородок 7 в каждом секторе происходит резкое гашение окружной скорости потока и образование зон интенсивного турбулентного перемешивания с высокой степенью диссипации энергии. Высокое качество перемешивания реагентов с водой в предлагаемом смесителе обеспечивает улучшение последующей очистки воды (например, в отстойниках).
Сравнительные лабораторные испытания прототипа [2] и предлагаемого смесителя производились на природной воде с содержанием взвеси 18 мг/л, которая обрабатывалась коагулянтом - раствором сернокислого алюминия (СА) с дозой 20 мг/л. После смешения с реагентом вода отстаивалась в стеклянных цилиндрах емкостью 1 л каждый в течение 2 часов. Пробы отстоянной (осветленной) воды отбирались из верхней части цилиндров и анализировались на содержание взвешенных веществ. Эффект осветления определялся по формуле
где С и Со - соответственно содержание взвешенных веществ в исходной (не обработанной) и отстоянной воде, мг/л.
Расход воды, подаваемой на смесители составлял до 2,5 м3/ч при входном давлении 4·105 Па.
Геометрические размеры прототипа [2]:
| Диаметр входной камеры | - 70 мм |
| диаметр ствола | - 25 мм |
| диаметр тела обтекания | - 15 мм |
| длина ствола и тела обтекания | - 2 м |
| потери давления при работе | - 2,8·105 Па |
Предлагаемое устройство было выполнено по геометрическим размерам в пяти вариантах (таблица 1).
Длина ствола по данным вариантам составляла lс=(1,2-1,5)·l, где l - длина тела обтекания, количество радиальных перегородок - 8. Потери давления при работе предлагаемого смесителя составляли от 1,2·105 Па до 2,8·105 Па в зависимости от варианта.
Данные по эффективности отстаивания воды, обработанной реагентом в смесителе-прототипе [2] (контроль) и различных вариантах предложенного смесителя приведены в таблице 2.
| Таблица 2 | ||||||
| Показатели качества отстоянной воды | Контроль | Варианты предлагаемого смесителя | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||
| Взвешенные вещества, мг/л | 8,2 | 8,1 | 7,5 | 6,9 | 7,2 | 7,7 |
| Эффект отстаивания, % | 54,4 | 55,0 | 58,3 | 61,7 | 60,0 | 57,2 |
Как следует из таблицы 2, применение смесителя, имеющего рекомендуемые соотношения геометрических размеров основных элементов (вариант 3), привело к существенному улучшению эффекта удаления взвешенных веществ отстаиванием. При вводе в данный смеситель совместно с коагулянтом сжатого воздуха в количестве до 20% от расхода обрабатываемой воды, эффект удаления взвешенных веществ отстаиванием увеличивался дополнительно на 6-8%.
Источники информации
1. Фрог Б.Н., Левченко А.П. Водоподготовка. - М.: Изд-во МГУ. - 2003.
2. Андреев С.Ю., Гришин Б.М. и др. Исследование вихревых смесительных устройств с эмалевыми покрытиями для интенсификации работы флотационных установок // Известия вузов. Строительство. - 2008. - №11-12.
1. Смеситель, содержащий трубчатый ствол с соосно соединенной входной камерой, патрубки для подачи обрабатываемой воды и подвода реагентов, диафрагму и расположенное за ней тело обтекания, отличающийся тем, что диафрагма расположена в створе соединения входной камеры и ствола, тело обтекания соединяется со стволом радиальными перегородками, а расстояние вдоль оси ствола от диафрагмы до тела обтекания определяется по формуле:
Δ=(0,5-0,7)·dд,
где dд - диаметр диафрагмы.
2. Смеситель по п.1, отличающийся тем, что отношение внутренних диаметров входной камеры, диафрагмы, ствола и диаметра тела обтекания определяется как dвх.к:dд:dс:dо=(8-10):1:(2,5-3):(1,5-2), а длина тела обтекания вдоль оси ствола определяется по формуле:
l=(3-5)·dо,
при этом длина каждой радиальной перегородки равна длине тела обтекания.
