Расчет вращающихся устройств для верхней промывки фильтра

Промывка скорых фильтров в восходящем потоке воды не ис­ключает накопления в загрузке остаточных загрязнений в виде комьев, неотделимых от зерен песка, особенно у поверхности фильтрующего материала. Устранить это явление можно, подавая часть промывной воды сверху по специальному устройству, раз­мещаемому над поверхностью фильтрующей загрузки. Такое устройство называют системой для верхней промывки фильтра.

Устройства для верхней промывки фильтров применяют при умягчении и обезжелезивании воды.

Вращающаяся система для верхней промывки пред­ставляет собой горизонтальную вращающуюся трубу диаметром 38—75 мм, которая расположена на высоте 60 мм от поверхности загрузки фильтра. Боковые насадки диаметром 3—10 мм приварены к вращающейся трубе только по одной стороне каждого ее плеча на взаимных расстояниях 100 мм.

В данном курсовом проекте применяются прямоугольные фильтры.

 

 

Боковые насадки привариваются к вращающейся трубе толь­ко с одной стороны каждого ее плеча на расстоянии 80—100мм друг от друга. Насадки на одном плече трубы устанавливают так, чтобы они приходились в промежутке между двумя насадками на другом плече трубы. Это обеспечивает равномерное распределение по поверхности фильтра струй воды, выходящей из насадок. Чтобы обеспечить проникание этих струй в загрузку фильтра (на глубину 10—15см), выходная скорость струй долж­на достигать 25—30 м/сек. Такая скорость может быть получена созданием необходимого напора Н во вращающейся дырчатой трубе:

 , м вод. ст.                                  (72)

При коэффициенте скорости ψ =0,92

мвод. ст.=4,53 aтu

 

Наклон насадок к поверхности фильтра принимается несколь­ко меньше угла естественного откоса насыщенно-влажного песка, т. е. менее 25°. Это способствует перемещению песчинок, а следо­вательно, и лучшей их промывке, так как зерна песка очищаются не только благодаря смывающему действию струй, но также и по­тому, что приходя в движение, они трутся одна о другую.

Суммарная площадь всех отверстий на каждой вращающейся трубе определяется по формуле:

                  л/сек                        (73)

 

где q _пр — расход воды на промывку в м³/сек;

f₀— площадь одного отверстия в м²;

т — количество отверстий;

μ—коэффициент расхода, равный для круглого отверстия 0,62, а при истечении через насадки 0,82;

H - напор во вращающейся трубе в м.

При площади фильтра, обслуживаемого одной трубой, F = 19:2=9,5 м² и интенсивности промывки 0,75 л/сек на 1 м² общий расход на промывку:

л/сек.

  Следовательно, суммарная площадь отверстий:

                                      , м²                                      (74)

 м²

 

Принимаем количество насадок m=19. Тогда расстояния меж­ду насадками при вращении трубы составят3800/2:19=100 мм, a f_o = 0,0003: 19 = 0,000016 м².

                                                                        ^, м                                               (75)

м

 

Принимаем диаметр насадок d ₀ =45 мм.

Величина реакции струи выражается формулой:

                                              , кгс                                              (76)

где ω = πd₀²:4=(3,14-0,45²):4=0,16 см²

Следовательно,

 кгс

а горизонтальная составляющая силы R_с

                                   , кгс                                         (77)

кгс

При этом момент кручения составит:

                                   , кгс*м                                         (78)

где r — расстояние насадок от оси вращения трубы в м.

При той разбивке насадок, которая принята на, получим

М_кр = 0,66 (1,9 + 1,8 + 1,7 + 1,6 + 1,5 + 1.4 + 1,3 + 1,2 + 1,1 + 1 + 0,9 + 0,8 + 0,7 + 0,6 +0,5 + 0,4 + 0,3 + 0,2 + 0,1) = 12,54 кгс*м

Учитывая трение в подшипнике, работа на преодоление сопро­тивления среды составит:

                                         кгс*м                                             (79)

 кгс*м                                     

Сопротивление, оказываемое водой при вращении трубы, появ­ляется вследствие передачи скорости, а следовательно, и живой силы частицам воды, вытесняемой вращающейся трубой, и, кроме того, вследствие трения ее лобовой поверхности о частицы среды.

Сопротивление среды при вращении горизонтальной трубы с насадками выразится величиной

                                  кгс * м/сек                                 (80)

Откуда

                                             ,м/сек                                           (81)

                                                                                                         (82)

где f—площадь плеч (вертикальной проекции) в м ²;

ψ— коэффициент для учета свойства реальной жидкости;

 γ — объемный вес воды, равный 1000 кг/м³;

g = 9,81 м/сек².

  Следовательно,

Минимальный диаметр d_мин вращающейся трубы при длине ее плеча l может быть найден по формуле проф. Д. М. Минца:

                                        , мм                                      (83)

В данном случае при длине плеча l=1,9 м=1900 мм

мм

Принимаем ближайший диаметр по сортаменту, т. е. d _мин=32 мм. Средний диаметр вращающейся трубы принят: внутренний d =50 мм, внешний D = 57 мм.

При радиусе вращения трубы r = 1,9 м

                                           f=2rD, м²                                                       (84)

f=2*1,9*0,057=0,217 м²

Скорость вращения на конце плеча горизонтальной трубы па формуле (81)

 м/сек                                         

Число оборотов вращающейся трубы

                                       ,об/мин                                        (85)

 об/мин                   

Необходимый напор для верхней промывки с вращающимися устройствами подсчитывают исходя из потерь напора во вращающейся трубе и в подводящих трубопроводах с учетом местных сопротивлении. Эти сопротивления принимаются в размере 20% потери напора в подводящих трубопроводах и во вращающейся трубе. В рассматриваемом примере необходимый напор во вра­щающейся трубе, определенный выше, составляет 45,3 м; потери в подводящих трубопроводах с учетом 20% на местные сопротив­ления равны 2,47 м. Кроме того, превышение горизонтальной вращающейся трубы над полом I этажа здания фильтров составля­ет 2,2 м.

Таким образом, манометрический напор над уровнем пола  I этажа должен быть

Н = 45,3 + 2,47 + 2,2 = 49,97 м ~ 5 ати.