Устройство для аэрационной очистки сточных вод
Предлагается устройство для аэрационной очистки сточных вод, содержащее один и более аэротенков, внутреннюю линию воздуховодов с соответствующими регуляторами на напорном трубопроводе и воздуходувную станцию, оснащенную одним и более воздуходувками, имеющими всасывающие трубопроводы. При этом выходные напорные трубопроводы, оснащены регуляторами и соединены с внутренней линией воздуховодов. Каждая воздуходувка во всасывающем трубопроводе перед ее воздуходувкой имеет регулятор, в качестве которого применена дроссельная заслонка, выполненная с возможностью полного перекрытия внутреннего диаметра всасывающего трубопровода и установленная в нем с возможностью плавного разворота от 0° до 90° с помощью системы тяг и рычагов, приводимых в движение с помощью электропривода, имеющего концевой и подвижный кулачек, между которыми расположена одна из тяг, имеющая на этом расстоянии мерные риски, соответствующие той или иной степени открытия и закрытия дроссельной заслонки.
Технический результат: добиться плавного регулирования положения дроссельной заслонки в нагнетательном трубопроводе, обеспечивая управление производительностью воздуходувки и работой аэротенков, в частности, за счет управления режимом работы нагнетательного насоса. При этом для каждого нагнетателя (воздуходувки) можно индивидуально выбрать требуемое положение дроссельной заслонки, а о степени ее открытия или закрытия судить по рискам, нанесенным на соответствующую тягу в соответствующем ее месте, относительно которых и выставляется требуемое положение заслонки.
Полезная модель относится к городским водоочистным техническим системам. Она предназначена для повышения управляемости работы аэротенков путем регулирования нагнетания воздуха при обработке сточных вод, подаваемых на городскую центральную станцию аэрации (ЦСА) от зданий и/или промышленных предприятий мегаполиса.
Известно, что на ЦСА эксплуатируются нагнетательные насосы, например, марки Н-750-23-6 производительностью 45000 м3/час. Обычно они встроены в устройство для аэрационной очистки сточных вод, и в них регулирование расхода воздуха достигаю путем изменения количества работающих нагнетателей. В отдельных случаях используют регуляторы в виде заслонок, расположенных на напорной магистрали (см. Г.С.Попкович, М.А.Гордеев «автоматизация систем водоснабжения и водоотведения» Москва, Высшая школа. 1986 г. Стр.251). Но эти известные технические решения при их реализации требуют высоких энергозатрат, необходимых для регулирования производительности насосов, а также им требуются большие энергозатраты и на устранение неточностей управления производительностью насосов, особенно в воздуходувных станциях, обслуживающих системы аэротенков на ЦСА. Эти недостатки вызваны с наличием ограниченного диапазона управления производительностью насосов, который определяется либо увеличением числа насосов, работающих на нагнетание, либо перекрытием нагнетательных каналов у этих насосов. Таким образом, усложняется управление работой аэротенков.
Известно, что в устройстве для аэрационной очистки сточных вод имеется насосная станция, которая используется для перекачивания жидкостей. В ней имеется всасывающий насос, напорная магистраль с задвижкой, расположенной в ней, а также всасывающая магистраль, имеющая обводную линию с задвижкой, при этом эта линия соединяет напорную и всасывающую магистрали (см. свидетельство РФ на полезную модель 
10429, F04B 23/04, опубл. 16.07.1999).
Недостатком является отсутствие плавного регулирования производительности насоса в насосной станции, что обусловлено наличием соединения напорной и всасывающей магистрали через дополнительную линию, снабженную своей заслонкой и обходящей нагнетательный насос. Кроме того, диапазон управления производительностью насосов так же ограничен. В результате не удается эффективно управлять работой аэротенков.
Известно устройство для аэрационной очистки сточных вод в виде системы аэротенков (см. свидетельство РФ на полезную модель 36656, C02F 1/74, опубл. 20.06.2003). Она содержит один и более аэротенков, внутреннюю линию воздуховодов с соответствующими регуляторами на напорном трубопроводе и воздуходувную станцию, оснащенную одним и более воздуходувками, имеющими всасывающие трубопроводы. Есть также выходные напорные трубопроводы, оснащенные регуляторами и соединенные с внутренней линией воздуховодов. Причем каждая воздуходувка на всасывающем трубопроводе имеет регулятор.
Таким образом, удается снизить потребление электроэнергии у двух и более воздуходувок, работающих на общий напорный трубопровод, т.к. имеется регулировка режима работы аэротенков.
Это известное техническое решение выбирается в качестве прототипа, так как имеет наибольшее число существенных признаков, совпадающих с существенными признаками полезной модели заявляемого технического решения.
Однако и прототип имеет существенный недостаток. При его эксплуатации сложно обеспечить плавное регулирование расходов воздуха. Это обусловлено тем, что режимы работы воздуходувок на общий напорный трубопровод, связанный с трубопроводами каждого аэротенка, зависят от многочисленных внешних и внутренних факторов. Последние связаны с сезонными колебаниями атмосферных условий. Но из-за невозможности индивидуальных регулировок потоков воздуха по внутренней линии воздуховодов аэротенков снижается эффективность очистки сточных вод в аэротенках и увеличивается энергопотребление всей системы аэротенков. При этом в прототипе индивидуальной и плавной регулировки достигнуть сложно из-за трудностей в выборе соответствующего регулятора для нагнетательного трубопровода и в задании этому регулятору требуемого положения в нагнетательном трубопроводе. Кроме того, часто положение нагнетательного трубопровода с регулятором площади его проходного сечения расположены на одном этаже насосной станции, а привод регулятора - на другом. При этом изменение скорости вращения привода или его мощности не всегда соответствует значению раскрытия площади сечения нагнетательного трубопровода, что приводит к перерасходу электроэнергии, а иногда к изменению режима работы аэротенков.
Задачей настоящей полезной модели является усовершенствование устройства для аэрационной очистки сточных вод путем достижения следующего технического результата: плавного регулирования расхода воздуха при одновременном снижении производительности воздуходувок (нагнетателей воздуха или соответствующих насосов), расположенных во всасывающих трубопроводах и повышения управляемости работы аэротенков.
Поставленная задача тешена следующим образом. В известном устройстве для аэрационной очистки сточных вод, содержащем один и более аэротенков, внутреннюю линию воздуховодов с соответствующими регуляторами на напорном трубопроводе и воздуходувную станцию, оснащенную одним и более воздуходувками, имеющими всасывающие трубопроводы, при этом есть выходные напорные трубопроводы, оснащенные регуляторами и соединенные с внутренней линией воздуховодов, и каждая воздуходувка во всасывающем трубопроводе имеет регулятор, согласно настоящей полезной модели, в качестве регулятора во всасывающем трубопроводе перед ее воздуходувкой применена дроссельная заслонка, выполненная с возможностью полного перекрытия внутреннего диаметра всасывающего трубопровода и установленная в нем с возможностью плавного разворота от 0° до 90° с помощью системы тяг и рычагов, приводимых в движение с помощью электропривода, имеющего концевой и подвижный кулачек, между которыми расположена одна из тяг, имеющая на этом расстоянии мерные риски, соответствующие той или оной степени открытия или закрытия дроссельной заслонки.
Такое новое техническое решение всей своей совокупностью существенных признаков позволяет с помощью системы тяг и рычагов добиться плавного регулирования положения дроссельной заслонки в нагнетательном трубопроводе, обеспечивая управление производительностью воздуходувки и работой аэротенков, в частности, за счет управления режимом работы нагнетательного насоса. При этом для каждого нагнетателя (воздуходувки) можно индивидуально выбрать требуемое положение дроссельной заслонки, а о степени ее открытия или закрытия судить по рискам, нанесенным на соответствующую тягу в соответствующем ее месте, относительно которых и выставляется требуемое положение заслонки.
Заявителем был проведен патентно-информационный поиск, который показал, что предлагаемая совокупность существенных признаков не обнаружена. Поэтому данную полезную модель можно считать новой.
Техническая сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежом, где:
Фиг.1 - Схема подачи воздуха на аэротенк.
Фиг.2 - Схема расположения дроссельной заслонки во всасывающем трубопроводе и система тяг и рычагов, связанных с заслонкой.
Фиг.3 - Фрагмент тяги с рисками.
Практическая применимость предлагаемой полезной модели поясняется ниже следующим описанием.
Устройство для аэрационной очистки сточных вод содержит один и более аэротенков (на чертеже не показаны). Каждый из них имеет внутреннюю линию воздуховодов 1 с соответствующими регуляторами 2 на напорном трубопроводе 3. Есть воздуходувная станции 4, которая оснащена одной и более воздуходувками 5, имеющими всасывающие трубопроводы 6. При этом имеются выходные напорные трубопроводы (на чертеже не показаны), оснащенные другими регуляторами (на чертеже не показаны) и соединенные с внутренней линией воздуховодов 1. Каждая воздуходувка 5 (в качестве которой может быть нагнетательный насос) на всасывающем трубопроводе 6 имеет регулятор 7. В качестве этого регулятора 7 во всасывающем трубопроводе 6 перед ее воздуходувкой 5 применена дроссельная заслонка 7 (Фиг.1, 2), выполненная с возможностью полного перекрытия внутреннего диаметра всасывающего трубопровода и установленная в нем с возможностью плавного разворота от 0° до 90° и оснащенная приводом 8, образованным из системы тяг 10 и рычагов 11.
О степени открытия и закрытия дроссельной заслонки судят по рискам 12, нанесенным на тягу 10 (Фиг.3) между ее положением от концевого 13 к подвижному 14 кулачку 15, расположенным в районе управления электропривода 16. Причем, нагнетательный трубопровод с регулируемой заслонкой на его входе расположены на одном этаже, а этажом выше, а иногда и в два - расположен привод перемещения регулируемой заслонки, с которой он связан с помощью тяг и рычагов, проходящих через межэтажное перекрытие (на чертеже изображены условно).
Данная полезная модель прошла экспериментальную проверку в условиях ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» на ЦСА, на которой эксплуатировали нагнетатели марки Н-750-23-6 производительностью 45000 м3/час каждый. В нем отсутствует плавное регулирование выхода воздуха на аэротенки. Для осуществления плавного регулирования расходов воздуха предложена данная полезная модель. Ее экспериментальная проверка показала, что снижена производительность нагнетателей путем прикрытия дроссельных заслонок на всасывающих трубопроводах. Диапазон регулирования заслонок составлял от 0° (полное открытие) до 45° (закрытие заслонки на 50%). Регулирование осуществляется вручную. Это обеспечивает точность и удобство управления перемещением заслонкой во всасывающем трубопроводе.
Дроссельная заслонка установлена во всасывающем трубопроводе нагнетателя. Привод дроссельной заслонки представляет собой систему тяг и рычагов, подсоединенную к МЭО.
Рабочий ход заслонки составляет 90°. Степень открытия и закрытия дроссельной заслонки можно оценить путем измерения расстояния между концевым и подвижным кулачками электропривода по рискам на тяге, которые служат мерными метками рабочего хода заслонки во всасывающем трубопроводе.
За 0° приняли полностью открытую заслонку. 90° - полностью закрытая заслонка. Расстояние на штанге от открытого положения до закрытого положения измерили в миллиметрах и перевели в градусы. После чего на штангу были нанесены риски отображающие степень открытия дроссельной заслонки. Каждая риска соответствует 5° открытия задвижки. Пример приведен в таблице 1.
| Таблица 1 | |||||||||
| возду ходувки | Расстояние междурискам и на штанге 0°-90° | Расстояние между рисками на штанге в мм, соответствующие градусам закрытия дроссельной заслонки | |||||||
| 5° | 10° | 15° | 20° | 25° | 30° | 45° |  | ||
| 601 | 123 | 7 | 13,6 | 20,5 | 27 | 34 | 41 | 63 | |
| 603 | 123 | 7 | 13,6 | 20,5 | 27 | 34 | 41 | 63 | |
| 605 | 123 | 7 | 13,6 | 20,5 | 27 | 34 | 41 | 63 | |
| 607 | 100 | 5,5 | 11,1 | 16,6 | 22,2 | 27,8 | 33,3 | 50 | |
| 609 | 105 | 5,8 | 11,6 | 17,5 | 23,3 | 29,1 | 35 | 53 | |
| 611 | 114 | 6,3 | 12,6 | 19 | 25,3 | 31,6 | 38 | 57 | |
В процессе эксперимента на работающих нагнетателях производилось прикрытие заслонок на всасывающих трубопроводах с одновременным снятием технологических показателей работы нагнетателя. Также были зафиксированы показания текущего потребления электроэнергии нагнетателями до прикрытия заслонок и после. Результаты приведены в таблице 2.
| Таблица 2. | |||||||||||||||
| Таблица параметров ВД при закрытии заслонок. | |||||||||||||||
| ВД | 0° | 30° | 40° | 40° закрыт 1 эрлифт | 45° | 45° закрыт 2 эрлифт | Расход эл. энергии кВт*ч | ||||||||
| Рвоз | Р ос.сд | Р воз | Р ос.сд | Р воз | Р ос.сд | Р воз | Р ос.сд | Р воз | Р ос.сд | Р воз | Р ос.сд | В начале 13 ч | В конце 16 ч | Экономия | |
| 601 | 0,67 | 2,1 | 0,66 | 2,1 | 0,64 | 2,1 | 0,66 | 2,1 | 0,64 | 2,1 | 0,68 | 2,1 | 1034 | 964 | 70 |
| 603 | 0,7 | 2,5 | 0,69 | 2,5 | 0,64 | 2,5 | 0,67 | 2,5 | 0,65 | 2,5 | 0,69 | 2,5 | 1004 | 931 | 73 |
| 605 | 0,67 | 1,65 | 0,66 | 1,65 | 0,64 | 1,65 | 0,66 | 1,62 | 0,64 | 1,65 | 0,67 | 1,65 | 928 | 893 | 35 |
| 607 | 0,66 | 2,4 | 0,65 | 2,35 | 0,64 | 2,35 | 0,66 | 2,4 | 0,64 | 2,35 | 0,67 | 2,35 | 989 | 963 | 26 |
| 609 | 0,67 | 2,2 | 0,65 | 2,16 | 0,64 | 2,15 | 0,66 | 2,2 | 0,64 | 2,15 | 0,67 | 2,15 | 982 | 889 | 93 |
| 611 | 0,65 | 2,0 | 0,64 | 2,0 | 0,63 | 2,0 | 0,64 | 2,0 | 0,63 | 2,0 | 0,66 | 2,0 | 989 | 807 | 182 |
В результате применения метода регулирования среднее потребление электроэнергии нагнетателей за сутки снизилось на 10507 -13623 кВт.
Отчет по регулированию расхода воздуха на нагнетателях.
В ГМЗ были произведены работы по регулированию расхода воздуха на нагнетателях с помощью регулирования положением заслонки на всасывающем трубопроводе. Работы проводились с участием технологов и энергетиков.
Регулировка проводилась по этапам закрытия заслонок ВД одновременно на всех воздуходувках. Результаты приведены в таблице. На начало проведения работ излишки воздуха использовались для работы эрлифтов при перекачке возвратного ила. Затем эрлифты были отключены и давление и расход воздуха были отрегулированы путем закрытия дроссельных заслонок одновременно на всех воздуходувках.
Рвоз - давление воздуха на нагнетателях.
Рос.сд - давление масла на реле осевого сдвига.
Работы проводились с 13 до 16 часов на 10 эротенках..
Вывод:
Результаты показали, что при закрытии заслонки экономится электроэнергия и обеспечивается необходимый расход воздуха на аэротенки.
Устройство для аэрационной очистки сточных вод, содержащее один и более аэротенков, внутреннюю линию воздуховодов с соответствующими регуляторами на напорном трубопроводе и воздуходувную станцию, оснащенную одним и более воздуходувками, имеющими всасывающие трубопроводы, при этом есть выходные напорные трубопроводы, оснащенные регуляторами и соединенные с внутренней линией воздуховодов, и каждая воздуходувка во всасывающем трубопроводе имеет регулятор, отличающееся тем, что в качестве регулятора во всасывающем трубопроводе перед ее воздуходувкой применена дроссельная заслонка, выполненная с возможностью полного перекрытия внутреннего диаметра всасывающего трубопровода и установленная в нем с возможностью плавного разворота от 0° до 90° с помощью системы тяг и рычагов, приводимых в движение с помощью электропривода, имеющего концевой и подвижный кулачек, между которыми расположена одна из тяг, имеющая на этом расстоянии мерные риски, соответствующие той или иной степени открытия и закрытия дроссельной заслонки.
