АВТОМАТИЗАЦИЯ ФИЛЬТРОВАНИЯ ВОДЫ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ СКОРЫХ ФИЛЬТРОВ

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО И ВОДНОГО ХОЗЯЙСТВА

РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

ТАШКЕНТСКИЙ ИНСТИТУТ ИРРИГАЦИИ И МЕЛИОРАЦИИ

УДК: 62-531: 631. 674 На правах рукописи

ФАЙЗИЕВ ФИРДАВС

АВТОМАТИЗАЦИЯ ФИЛЬТРОВАНИЯ ВОДЫ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ СКОРЫХ ФИЛЬТРОВ

МАГИСТЕРСКАЯ ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание степени магистра по специальности

5А521802 – «Автоматизация технологических процессов и

производств»

Научный руководитель:

к.т.н., доцент Усманов А.М.

Ташкент – 2009 г.

Реферат

Настоящая работа посвящена автоматизации процесса фильтрования воды

водопроводных очистных станций. Это определяется совершенствованием

средств контроля скорости фильтрации воды.

Непрерывное регулирование скорости фильтрования является основой для

достижения оптимального технологического режима работы фильтров , а также

контактных осветлителей. Поддержание постоянной заданной скорости

фильтрования может быть достигнуто лишь с помощью автоматического

регулирования. Для чего в схему контроля скорости вводится

преобразователь давления дифференциальный индуктивный манометр.

Работа изложена на 85 стр. Имеет 21 рис. 4 таблицы и списка литературы 16

наименований.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ ………………………………………………………………………

ГЛАВА I. Технологические основы автоматизации фильтрования воды

1.1. Устройство и принцип работы фильтров. …………………………………

1.2. Зернистые фильтры. …………………………………………………….

1.3. Физические основы скорых фильтров…………………………………….

1.4. Общие сведения о медленных фильтрах…………………………..

1.5. Технологические основы автоматизации скорых фильтров.

управление фильтрацией…………………………………………………..

1.6. Оборудование скорых фильтров и управление их работой ………….

1.7. Отвод и подача промывной воды……………………………………

1.8. Условия и средства автоматизации

Выводы……………………………………………………………………..

ГЛАВА II.Теоретические основы автоматизации фильтрования

воды на скорых фильтрах…………………………………………………

2.1.Потери напора в чистом фильтре……………………………………………..

2.2.Интенсивность нарастания потерь напора в фильтре при фильтровании

2.3.Автоматическое регулирование скорости фильтрования…………….

Выводы……………………………………………………………………….

ГЛАВА III. Средства контроля быстрых фильтров и автоматизация

фильтрования воды…………………………………………………………

3.1. Методы и средства автоматизации контроля перепадов давлений.

3.2. Дифференциальные расходомеры переменного перепада давлений..

3.3. Автоматизация управления скорыми фильтрами……………………

Выводы……………………………………………………………………….

ГЛАВА IV. Прогнозируемые технико-экономические показатели…

4.1. Пути и меры преодоления мирового финансового кризиса в условиях

Узбекистана............................................................................................................

Выводы…………………………………………………………………………….

Техника безопасности при эксплуатации устройств и систем автоматики..

Заключение…………………………………………………………………………..

Литература……………………………………………………………………………

Приложения…………………………………………………………………………..

ВВЕДЕНИЕ

Автоматизация процесса фильтрования воды — важнейший вопрос

автоматизации водопроводных очистных станций. Это определяется

технологическим значением процесса фильтрования воды.

Автоматизация фильтров позволяет достигнуть безаварийной работы,

увеличить на 8...10% производительность фильтров и улучшить качество

фильтруемой воды, снизить расход промывной воды и электроэнергии.

Эти экономические вопросы «самая актуальная проблема сегодняшнего дня в

виду разразившегося в 2008 году мирового финансового кризиса, его

воздействие и негативные последствия, поиск путей выхода из

складывающейся ситуации. Исходя из этого, само собой разумеется, что

важнейшим приоритетом в социально-экономическом развитии Узбекистана

на 2009 год продолжит оставаться реализация принятой в стране антикризисной

программы на 2009-2012 годы», говорится в книге Президента Республики

Узбекистан И.А.Каримова «Мировой финансово-экономический кризис, пути

и меры по его преодолению в условиях Узбекистана»

Непрерывное регулирование скорости фильтрования является основой для

достижения оптимального технологического режима работы фильтров и

контактных осветлителей. Поддержание постоянной заданной скорости

фильтрования может быть достигнуто лишь с помощью автоматического

регулирования.

Постоянная скорость фильтрования достигается путем увеличения

открытия задвижки на трубопроводе фильтрата по мере увеличения

сопротивления загрузки фильтра из-за накопления в ней загрязнений.

Когда задвижка оказывается открытой полностью, фильтр выключается из

работы для промывки. Импульсом для увеличения открытия задвижки на

трубе фильтрата служит изменение одного из двух следующих параметров:

уровня воды на фильтре, который контролируется поплавковым
6

устройством, или расхода воды в трубопроводе отвода фильтрата, который

контролируется с помощью дросселирующего устройства.

Актуальность темы характеризуется необходимостью повышения качества

питьевой воды, безаварийной работой, увеличением производительности

фильтров, снижением расхода промывной воды и электроэнергии.

Цель работы. Исследование и совершенствование методов, средств

автоматизации фильтрования воды, повышения скорости фильтрации на

основе использования преобразователей давления.

Методы исследований. В работе использованы аналитические методы

исследования объектов автоматизации, контроля давления воды с

привлечением принципов математического моделирования элементов

автоматики.

Научная новизна. В работе исследованы элементы САУ и предложены

средства автоматизации фильтрования на основе дифференциального

манометра с индуктивным преобразователем.

Практическая ценность. Результаты работы могут быть использованы при

построении автоматизированной системы управления технологическими

процессами (АСУТП) на водопроводных насосных станциях. Внедрение в

практику результатов работы позволит обеспечивать качество питьевой воды

и экономию энергоресурсов.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликованы 2

научные статьи.

ГЛАВА I. Состояние исследуемого вопроса и технологические основы

автоматизации фильтрования воды.

Фильтрованием называется процесс прохождения осветляемой воды

через слой фильтрующего материала. Фильтрование, так же как и отстаивание,

применяют для осветления воды, т. е. для задержания находящихся в воде

взвешенных веществ. Фильтрующий материал должен представлять собой

пористую среду с весьма малыми порами. В водопроводной практике в

качестве основного фильтрующего материала применяют песок.

1.1. Устройство и принцип работы фильтров

Фильтр представляет собой резервуар, в нижней части которого рас-

положено дренажное устройство той или иной конструкции для отвода

профильтрованной воды. На дренаж укладывают слой поддерживающего

материала и затем слой собственно фильтрующего материала. При песчаных

фильтрах поддерживающим материалом является гравий, уложенный слоями

с возрастающей книзу крупностью зерен. В процессе фильтрования фильтр

постоянно заполнен водой до уровня, расположенного не менее чем на 2 м

выше поверхности фильтрующего материала. В обычных фильтрах вода

подается сверху и отводится снизу — через дренажное устройство.

Пропускная способность фильтра определяется скоростью фильтро-

вания. Под скоростью фильтрования следует понимать не скорость движения

воды в порах, а скорость вертикального движения воды над фильтрующим

слоем. Скорость фильтрования определяют по соотношению

=Q/,

где Q — количество воды, проходящей через фильтр в единицу

времени; — площадь фильтра.

В большинстве случаев фильтрование применяют в сочетании с другими

методами очистки воды. Так, на станциях городских водопроводов фильтры

обычно используют для обработки воды, прошедшей (после коагулирования)
8

отстойники или осветлители. Фильтры применяют также для осветления воды

при ее реагентном умягчении и обезжелезивании. В некоторых случаях

фильтры используют для осветления природной некоагулированной воды, а

также коагулированной воды без предварительного отстаивания.

Фильтры по виду фильтрующей среды делят на зернистые (песок,

антрацит, керамзит); сетчатые (сетки с различной крупностью ячеек);

тканевые (хлопчатобумажные, льняные и др.); каркасные или намывные

(диатомитовые).

1.2. Зернистые фильтры.

Зернистые фильтры разделяют по скорости фильтрования на мед-

ленные — со скоростью фильтрования до 0,3 м/ч, открытые; скорые — со

скоростью фильтрования 2—15 м/ч, открытые и напорные; сверхскорые— со

скоростью фильтрования более 25 м/ч, напорные.

По крупности зерен фильтрующего слоя различают фильтры мелко-

зернистые — размер зерен менее 0,4 мм, среднезернистые — 0,4—0,8 мм,

крупнозернистые — более 0,8 мм.

Фильтрующий слой может быть однородным и неоднородным. К

фильтрам с неоднородным фильтрующим слоем относятся двухслойные

(песок, антрацит) и многослойные.

Движение воды в фильтрах может происходить сверху вниз — мед-

ленные, обычные скорые, напорные; снизу вверх — контактные осветлители;

снизу вверх и сверху вниз — двухпоточные, фильтры АКХ.

Фильтры могут работать с постоянной или переменной скоростью, в

напорном или безнапорном режиме (открытые фильтры).

По характеру механизма задержания взвешенных частиц можно различать

два основных вида фильтрования:

а) через фильтрующую пленку, образующуюся в процессе фильтрования

частицами взвеси, оседающими на поверхность загрузки;

б) без образования на поверхности загрузки фильтрующей пленки.
9

При фильтровании первого вида на фильтре задерживаются первоначально

только такие частицы взвеси, размер которых больше размера пор

фильтрующего материала. Слой осадка (пленка), образующийся из задержанных

частиц взвеси, сам по себе является фильтрующим материалом и играет

основную роль в очистке воды, а песчаная загрузка фильтра служит

поддерживающей опорой для отлагающихся на ее поверхности загрязнений.

Эффект осветления воды фильтрами при их работе по мере образования пленки

над песком постепенно увеличивается. Фильтрование через поверхностную

пленку, при котором осветляют воду без предварительной химической

обработки ее коагулянтами, наиболее характерен для так называемых

медленных фильтров. Они загружаются мелким песком, работают при малых

скоростях фильтрования и способны обеспечить высокую степень осветления

воды, задерживая мельчайшие частицы взвеси.

1.3. Физические основы скорых фильтров.

При фильтровании без образования поверхностной пленки задержание

частиц, загрязняющих воду, происходит в толще слоя фильтрующей песчаной

загрузки, где эти частицы извлекаются из воды и удерживаются на зернах песка.

Не всякие частицы способны прилипать к зернам песка при фильтровании.

Частицы, загрязняющие воду, обладают в естественном состоянии так называемой

агрегативной устойчивостью, препятствующей как их взаимному слипанию —

коагуляции, так и прилипанию к какой-либо поверхности. Однако после

обработки воды коагулянтами агрегативная устойчивость взвешенных и

коллоидных частиц падает, вследствие чего их способность к взаимному

слипанию и прилипанию к зернам песка возрастает.

Фильтрование без образования поверхностной пленки является нор-

мальным рабочим процессом скорых фильтров, осветляющих воду после

химической обработки ее коагулянтами. В этом случае на фильтры поступает

вода, содержащая агрегативно неустойчивые частицы — мельчайшие хлопья,

величина которых значительно меньше размера пор фильтрующей загрузки. Эти
10

частицы свободно проникают с водой по поровым каналам в толщу песка и

задерживаются там под действием сил прилипания.

В фильтровании агрегативно неустойчивой, способной к прилипанию

взвеси и состоит принцип скорого фильтрования. Только после пред-

варительной химической обработки воды, в результате которой взвесь теряет

агрегативную устойчивость, можно получить на скорых фильтрах весьма

высокий эффект осветления воды при высоких скоростях фильтрования.

1.4. Общие сведения о медленных фильтрах.

Медленные фильтры могут применяться для фильтрования не

коагулированной воды, содержащей относительно мелкую взвесь.

Скорость фильтрования на медленных фильтрах при содержании

взвешенных веществ в исходной воде до 25 мг/л принимается равной 0,2

м/ч (до 0,3 м/ч — при выключении одного из фильтров на ремонт или

промывку). При содержании взвешенных веществ в исходной воде от 25 до

50 мг/л скорость фильтрования соответственно принимают в пределах 0,2—

0,1 м/ч. При столь малой скорости фильтрования медленные фильтры должны

иметь весьма большую площадь. Это обусловливает их высокую

строительную стоимость.

Медленные фильтры представляют собой бетонные или кирпичные

резервуары. В фильтрах площадью до 15 м2 специального дренажа не

устраивают. Сбор профильтрованной воды осуществляется через лоток в

днище фильтра. При большей площади фильтра устраивают дренаж из перфо-

рированных труб, кирпича или бетонных плит, укладываемых с зазорами.

Крупность зерен и высоту гравийных (поддерживающих) и песчаных

(фильтрующих) слоев для медленных фильтров рекомендуется принимать в

соответствии с табл. 1

Таблица 1.

Малая скорость фильтрования и малые размеры частиц взвеси спо-

собствуют созреванию фильтрующей пленки в течение 1—2 сут. Работа

медленного фильтра от момента окончания созревания пленки до момента

очистки его продолжается 1—2 мес.

При очистке фильтра с него снимают загрязненный верхний слой

песка толщиной 1—2 см, что является трудоемкой и дорогой операцией. Для

механизации этого процесса применяют специальные транспортеры,

гидроэлеваторы, пескомойные сепараторы и другое оборудование.

В последнее время разработаны более совершенные способы очистки

медленных фильтров (рис. 1.) с применением гидравлических рыхлителей

фильтрующей загрузки. Под действием струй воды, бьющих из отверстий

подвижной трубы, размывается пленка и отмывается песок в верхнем слое.

Загрязнения транспортируются той же водой по поверхности фильтра и

отводятся в сток.

Медленные фильтры были первым типом фильтров, примененным в

водопроводной практике. Достоинство их — весьма высокая степень освет-

№ слоя

сверху

Загрузочный материал

Крупность

зерен,

мм

Высота слоя,

мм

Песок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

» . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . .. . . . .

Гравий или щебень . . .. . . . . . . . .

То же . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

0,3—1

1—2

2—5

5—10

10—20

20—40

800

100

150
12

Рис. 1. Медленные фильтры.

1 — медленные фильтры; 2 — камеры переключения; 3 — насосная

станция II подъема; 4—13 — служебные и бытовые помещения;

14 — рыхлители

ления воды и высокий процент задержания бактерий (в современных

установках обеззараживание воды проще и с меньшими затратами

достигается ее хлорированием). Недостатками медленных фильтров являются

большие размеры требуемой для их устройства площади и сложность очистки.

Строительные нормы рекомендуют применение медленных фильтров при

относительно малой мутности исходной воды (до 50 мг/л), цветности до 50

град и отсутствии обработки коагулированием. Медленные фильтры

преимущественно применяют в сельскохозяйственных водопроводах.

Отсутствие реагентного хозяйства значительно упрощает обслуживание

фильтров.

1.5. Технологические основы автоматизации скорых фильтров.

Фильтры, работающие по принципу скорого фильтрования, или «скорые

фильтры», весьма широко применяются при очистке воды. В практике работы

очистных станций скорость фильтрования для этих фильтров чаще всего

принимается от 5,5 до 15 м/ч в зависимости от типа фильтров и крупности

загрузки.

Скорые фильтры используют для осветления мутных и цветных вод

после коагулирования (и отстаивания), при реагентном умягчении, обез-

железивании и в некоторых других случаях.

При скором фильтровании значительно быстрее, чем при медленном,

происходит загрязнение фильтра, требующее его очистки. Опыт работы

скорых фильтров указывает на необходимость их очистки 1—2 раза в сутки,

а в паводки и чаще. При столь частой очистке фильтра весьма 1 важно

сократить до минимума требуемое для этого время и упростить самый

процесс очистки.

Очистку скорых фильтров производят путем промывки фильтрующего

материала обратным током чистой воды, подаваемой снизу через дренаж и

проходящей через слои гравия и песка. В некоторых установках для
14

интенсификации процесса промывки песка применяют его механическое

перемешивание граблями, сжатым воздухом, дополнительную подачу воды

на верхние слои фильтра (поверхностная промывка) и т. п.

Вода в процессе фильтрования может проходить через скорые фильтры:

а) самотеком — благодаря превышению уровня воды в фильтре над уровнем

воды в резервуаре чистой воды, в который вода отводится; б) под напором,

обычно создаваемым насосами; фильтры в этом случае должны быть устроены

в виде закрытых напорных резервуаров. В соот-ветствии с этими принципами

работы различают фильтры самотечные и напорные.

Обычные самотечные скорые фильтры устраивают чаще всего в виде

прямоугольных в плане железобетонных резервуаров.

На рис. 2 а и б показаны схематически устройство и принцип работы

скорого фильтра. Вода поступает на фильтр через карман 3 и желоба 2,

проходит через слои песка 1 и гравия 4 и отводится с помощью дренажных

устройств 5, расположенных в нижней части фильтра.

При промывке (рис.2 б) фильтр выключается из работы, промывная

вода подается снизу через дренажные устройства и проходит слои гравия и

песка в обратном направлении. Скорость прохождения через фильтр

промывной воды в несколько раз больше скорости фильтрования. Вода

взмучивает песок и интенсивно отмывает его от поступивших в процессе

фильтрования загрязнений. Промывная вода отводится через желоба 2. Борт

желобов должен быть расположен на такой высоте над поверхностью песка,

чтобы при данной интенсивности промывки в желоб вместе с промывной

водой не мог быть вынесен песок той крупности, которую имеет загрузка

фильтра. Промывка длится 5-7 мин.

Рис. 2. Схематическое устройство и принцип работы скоро фильтра.

Рис. 3.

1.6. Оборудование скорых фильтров и управление их работой

Для подачи и отвода воды, а также для управления работой фильтра он

оборудован коммуникациями, трубами и арматурой.

В обычном скором фильтре (рис. 3) вода, прошедшая предварительно

отстойники или осветлители, подается к фильтрам по магистральной трубе

или каналу I. От этой магистрали к каж-

дому фильтру подводится ответвление 3 с

задвижкой 2. Ответвление 3 примыкает к

боковому карману 1 фильтра. Из кармана

вода через желоба 4 поступает на фильтр.

Вода, прошедшая фильтр, отводится через

дренажные трубы 13 и поступает по трубе

12 к магистральной линии II, отводящей

чистую воду. Труба 12 обычно

непосредственно присоединяется к

магистрали дренажной системы 13. На этой трубе устанавливаются регулятор

скорости фильтрования 8 и задвижка 9. Для сброса первого фильтрата и

опорожнения фильтра служит труба 10 с установленной на ней задвижкой

11. Эта труба присоединяется к трубе 12, отводящей чистую воду. По трубе

10 вода сбрасывается в канал III. Промывная вода подается от насосов или

от бака по напорной трубе IV через ответвление 6 с установленной на нем

задвижкой 7. На фильтр она поступает через систему дренажных труб 13.

Промывная вода, прошедшая через фильтр, удаляется по желобам 4 в

сборный карман 1 и из него по вертикальной трубе 5 через донный клапан

спускается в канал III, отводящий загрязненную воду в водосток.

На плане условно с левой стороны приведен вид фильтра на уровне

желобов, с правой стороны — на уровне дренажных труб.

Диаметры труб и сечения каналов, подающих воду на фильтр от от-

стойников, определяются по скорости, равной 1 —1,5 м/с.
17

Работа фильтра происходит при открытых задвижках 2 и 9 и закрытых

задвижках 7 и 11. Осветляемая вода поступает на фильтр подуровень воды

по тем же желобам, по которым отводится промывная вода. Перед промывкой

фильтра закрывают задвижку 2 и срабатывают слой воды над фильтром до

уровня кромок желобов. Затем закрывают задвижку 9 и пускают промывную

воду, открывая задвижку 7. Закончив промывку, открывают задвижку 2 и

пропускают воду на фильтр, а затем открывают задвижку 9, после чего

начинается нормальная работа фильтра, или же предварительно в течение

некоторого времени сбрасывают первый фильтрат по трубе 10 при открытой

задвижке 11.

В современных станциях осветления воды управление работой фильтров

полностью механизировано. Наблюдение за работой фильтров и управление

задвижками централизовано. Управление всеми операциями по открыванию и

закрыванию задвижек, пуску насосов производится с пультов. Управление

задвижками производится с помощью гидравлической или электрической

системы передачи энергии. Схемы управления электрифицированными

задвижками значительно проще, чем задвижками с гидравлическим приводом.

Регулирование скорости фильтрования также может производиться с пультов

управления.

Приборы, измеряющие расход воды и потери напора в фильтрах,

снабжаются самопишущими аппаратами.

С помощью вакуум-аппаратов или специальных небольших насосов на

стол управления и в лабораторию может непрерывно подаваться фильтрат,

проходящий через мутномер, что дает возможность непосредственно

контролировать качество воды, прошедшей фильтр.

Научно-исследовательскими институтами и проектными организациями

разработаны методы полной автоматизации работы станций или отдельных ее

процессов и, в частности, процесса промывки. Такая автоматизация внедрена

на ряде станций.
18

Выключение фильтра на промывку производится от измерителя потерь

напора в фильтре. Одновременно включается реле пуска промывного насоса

и соответствующим образом переключаются задвижки (см. рис. 3). После

истечения заданного времени промывки происходят автоматическое

переключение задвижек, остановка промывных насосов и пуск фильтра в

работу. Схема автоматизации промывки фильтров при их большом числе

дополняется устройством для автоматического выбора очередности промывки.

Автоматизация процесса промывки фильтров позволяет сократить расходы

воды на промывку и значительно облегчить работу обслуживающего

персонала.

Промывка фильтров обратным током воды. При промывке фильтра необходимо

удалить из толщи фильтрующего материала, особенно из его верхних слоев,

загрязнения, задержанные в процессе фильтрования. При этом зерна

фильтрующего материала должны быть тщательно отмыты и занимать после

промывки то положение, которое они занимали при нормальной работе

фильтра.

В процессе промывки восходящие токи промывной воды взмучивают песок

и объем его увеличивается; это увеличение объема называют расширением песка.

Опыты показали, что эффективность промывки зависит от степени расширения

песка.

Степень расширения песка е может быть выражена через толщину слоя

фильтрующего материала L0 и толщину этого слоя, «расширившегося» при

промывке, L:

Отсюда

Если поверхность песка во время фильтрования до промывки занимала

положение аа (рис. 4), то при промывке песок поднимется, и поверхность

взмученной массы песка, поддерживаемого восходящими токами воды, займет
19

некоторое положение бб. Высота подъема песка будет тем больше, чем больше

скорость подъема промывной воды, т. е. чем больше интенсивность промывки.

Кроме того, высота подъема частиц песка зависит от температуры воды. Чем ниже

температура воды, а следовательно, чем больше ее вязкость, тем выше будут

подниматься при той же скорости промывки

частицы промываемого песка.

Расширение песка происходит лишь

при условии, если интенсивность промывки

превышает некоторое критическое для

данного случая значение.

Весьма интересные теоретические исследования и эксперименты по про-

мывке скорых фильтров были проведены Д. М. Минцем и С. А. Шубертом.

При взвешивании песка промывной водой сила тяжести песка (в

воде) уравновешивается разностью сил давления у нижней и верхней

поверхностей взвешенного слоя. Если отнести названные силы к 1 м2

площади фильтра, то можем написать G= P.

Вес взвешенного в воде слоя песка на 1 м2 площади фильтра

где рп и р — плотность соответственно песка и воды; т0 — пористость

загрузки до расширения.

Перепад сил давления

Подставляя в основное уравнение динамического равновесия полученные

выражения для G и Р, определим из него потери напора во взвешенном слое

Из этой формулы следует, что потери напора (и перепад сил давления)

в слое взвешенного песка постоянны. Они не зависят от скорости восходящего

движения воды. Таким образом, с изменением интенсивности промывки

(сверх критических значений) изменяются степень расширения и толщина

взвешенного слоя, но потери напора во взвешенном слое остаются

неизменными.

Движение воды через слой песка, взвешенного в восходящем потоке,

можно рассматривать как частный случай движения жидкости в пористой

среде. Таким образом, устанавливается определенная аналогия между

движением воды во взвешенном слое и движением ее через фильтрующий

материал. Разница заключается в том, что при изменении скорости в первом

случае меняется толщина слоя, но потери напора остаются постоянными, во

втором случае толщина слоя остается той же, а потери напора изменяются.

Для изучения законов движения воды через слой песка, взвешенного в

восходящем потоке, Д. М. Минц и С. А. Шуберт использовали теорию подобия

и в результате обработки опытных данных предложили формулы,

позволяющие определять при этом виде движения коэффициенты

сопротивления, скорости и интенсивности промывки. В соответствии с

результатами этих исследований скорость движения промывной воды , см/с,

может быть выражена следующей формулой:

где d — диаметр зерен песка (для однородной загрузки); µ —

коэффициент вязкости воды, зависящий от ее, температуры.

Если принять для кварцевого песка п=2,62 и для воды —1, а также

использовать полученные из опыта значения параметра А и коэффициента

формы зерен песка , то формула примет такой вид:

Для практических расчетов удобно вместо скорости ввести в формулу

«интенсивность промывки» q, л/с, т. е. количество воды, подаваемой для

промывки фильтров на 1 м2 его площади:

Эта формула устанавливает зависимость между интенсивностью про-

мывки и степенью расширения песка для различной крупности (и пористости)

загрузки и различной температуры, а следовательно, и вязкости воды.

Полученная для q формула в представленном виде справедлива для

однородной загрузки, т. е. песка с одинаковой крупностью зерен. Так как в

практике песчаная загрузка фильтра всегда состоит из зерен различного

диаметра, в приведенной формуле под d следует понимать эквивалентный

диаметр песка. В табл. 2 приведены значения относительного расширения

песка и соответствующие им интенсивности и длительности промывки для раз-

личных загрузок. Большие значения интенсивности промывки соответствуют

меньшим значениям ее длительности.

Применение антрацитовой загрузки позволяет значительно (на 70%) снизить

интенсивность промывки при том же эффекте очистки фильтрующего

материала.

Как видно из приведенных формул, при более высоких температурах воды, т.

е. при меньшей ее вязкости, требуемая интенсивность промывки при прочих

равных условиях возрастает.

Рис. 5

Таблица 2.

Скорые фильтры

Относи-

тельное

расширение

загрузки, %

Интенсив-

ность

промывки

при тем-

пературе

воды 20°С,

л/(с-мг)

Дли-

тельность

промывки,

мин

Однослойные с песчаной загрузкой

крупностью зерен, мм:

0,7—0,8

0,9—1

1—1,2

12—14

14—16

16—18

6—5

С двухслойной загрузкой 50 13—15 7—6

Двухпоточные:

взрыхление наддренажного слоя песка

основная нижняя промывка

промывка дренажа

—

6—8

13—15

10—12

2—1

6—5

2—1

Таким образом, расход промывной воды летом больше, чем зимой.

Верхняя промывка скорых фильтров. В качестве мероприятия, по-

вышающего качество промывки

фильтров и предотвращающего

накопление остаточных загрязнений на

фильтре, применяют так называемую

верхнюю (или поверхностную) промывку

фильтров, при которой промывная вода

подается на фильтр сверху. Верхнюю

промывку применяют как дополнение к основной промывке фильтра снизу

обратным током воды и производят в сочетании с последней.
23

Водовоздушная промывка. В качестве мероприятия, повышающего

качество промывки фильтров и экономию промывной воды, применяют

водовоздушную промывку. Схема фильтра с водовоздушной промывкой и

колпачковым дренажем показана на рис. 5. Хвостовые части колпачков,

выходящие под дренажное днище, имеют продольные вертикальные щели

шириной 0,8—1,5 мм и длиной 50—100 мм. Воздух, подаваемый в

междудонное пространство по трубе, имеющей вертикальные отростки,

скапливается под дренажным днищем фильтра, которое должно быть строго

горизонтальным. Получающаяся таким образом воздушная подушка

вытесняет воду из междудонного пространства через нижние отверстия

колпачков, прогоняя ее через толщу песка. Это продолжается до тех пор,

пока уровень воды в междудонном пространстве не опустится ниже верха

щелей в хвостовой части колпачков. Тогда воздух начинает поступать в

щели и через головки колпачков в толщу песка.

При устройстве фильтров без междудонного пространства продувка

песка воздухом осуществляется через распределительную трубчатую

систему, уложенную на дне фильтра под песком параллельно с трубчатой

системой, подающей промывную воду.

Рекомендуется следующий порядок промывки грубозернистых фильт-

ров: взрыхление песка в продолжение 1 мин водой, подаваемой с интен-

сивностью 6—8 л/(с-м2); затем подача в междудонное пространство в течение

5 мин одновременно воды в количестве 3—4 л/(с-м2) и воздуха 20—25 л/(с-

м2); наконец, отмывка фильтра в течение 2 мин водой, подаваемой с

интенсивностью 6—8 л/(с-м2).

1.7. Отвод и подача промывной воды.

Промывная вода отводится с фильтра системой желобов или дырчатых

труб, расположенных над поверхностью фильтрующего материала. Кромка

желоба должна быть расположена на такой высоте над «статическим»
24

Рис. 6

уровнем песка аа (см. рис. 4), чтобы вертикальные токи промывной воды

могли выносить в желоб лишь частицы загрязнений, вымытых из фильтра, не

увлекая за собой частицы взмученного и поднятого водой песка.

Следовательно, кромка желоба должна быть расположена выше уровня

подъема песка при промывке.

Высота подъема песка зависит от толщины его слоя и степени его

расширения, зависящей в свою очередь от интенсивности промывки.

Обычно, учитывая увеличение скорости

движения воды при ее проходе между

желобами, кромку желоба располагают на

25 см выше поверхности бб песка после

его расширения. Таким образом, при

толщине слоя песка в фильтре L0 и расчетном проценте степени расширения

песка е высота расположения кромки желоба над статическим уровнем песка

hж, м, будет

Для обеспечения разномерного удаления промывной воды с фильтра и

выноса частиц загрязнений необходимо, чтобы длина горизонтального пути

воды при изливе ее в желоба была по возможности небольшой. В

соответствии с указаниями СНиП расстояние между осями соседних желобов

не должно превышать 2,2 м.

Площадь поперечного сечения желоба определяется по расчетному

расходу отводимой им воды Qж. Очевидно, что

где q — расчетная интенсивность промывки фильтра, л/(см2); —

площадь фильтра, м2; п — число желобов на фильтре.
25

Желоба устраивают из железобетона или листовой стали. Днищам

желобов придают продольный уклон 0,01 по ходу воды. В поперечном сечении

днища имеют треугольную или полукруглую форму (рис. 6). Размеры желобов

типовых профилей выражают обычно через их шири ну В. Высота

прямоугольной части сечения H принимается от 0,75 до 0,5 В.

Приближенно площадь поперечного сечения желоба определяют

обычно из условий получения в его конечном сечении расчетной скорости

=0,6 м/с, т.е. ж=Qж/0,6. Однако более правильно использовать для

определения ж расчетные формулы, учитывающие действительный характер

движения жидкости в желобе, когда расход воды непрерывно возрастает по

длине желоба.

Применяя к расчету желобов законы движения жидкости с переменной

массой, проф. Д. М. Минц получил расчетную формулу для определения

площади живого сечения в конце желоба (в сопряжении со сборным

каналом):

Определяя отсюда ширину В для желобов различных форм (см. рис. 6)

и соотношений H/В, можно получить формулу

где коэффициент К зависит от формы днища желобов и принимается

равным 2,1 при треугольных и 2 при полукруглых днищах.

Эта формула рекомендуется строительными нормами и дает более

экономичное решение (меньшие размеры желобов), чем приближенный расчет

по условной скорости =0,6 м/с.
26

Желоба присоединяются к сборному карману или каналу, из которого

промывная вода удаляется по вертикальной трубе и шахте в водосток.

Как указывалось, фильтры промывают фильтрованной водой. Про-

мывную воду подают на фильтры либо с помощью промывных насосов,

забирающих воду из резервуаров чистой воды, либо от специальных

напорных баков, наполняемых от водоводов станции II подъема.

Объем бака промывной воды следует принимать, как правило, исходя из

условий хранения в нем запаса воды, требуемого для двух промывок фильтра

при одновременной промывке одного фильтра или для трех промывок при

одновременной промывке двух фильтров.

Полная высота подъема, которую должны создавать насосы, подающие

промывную воду, слагается из следующих величин:

расчетной геометрической высоты подъема воды, равной разности

отметок кромки желобов, отводящих с фильтра промывную воду, и ми-

нимального уровня в резервуаре чистой воды, откуда насос забирает воду;

потерь напора в трубах, фасонных частях и арматуре на пути от ре-

зервуара до фильтров, определяемых по скорости 2—2,5 м/с;

потерь напора в дренаже;

потерь напора в песке и гравии, принимаемых равными высоте их

слоя.

При подаче промывной воды от напорного бака дно его должно быть

расположено выше уровня кромок желобов фильтра на высоту, равную

сумме перечисленных потерь напора.

Недостатками промывки фильтров водой, поступающей от напорного

бака, являются промежутки между промывками отдельных фильтров,

лимитируемые вместимостью бака и временем его наполнения, а также

увеличение стоимости здания станции, связанное с устройством бака.

Достоинство этого метода заключается в том, что при нем не требуется

установки промывного насоса большой подачи, который из-за периодичности

пуска вызывает неравномерную нагрузку на электросеть, питающую насосы.
27

Достоинством промывки с применением насоса являются небольшая

стоимость установки и возможность промывки фильтров в любом порядке и с

любой продолжительностью, так как промывные насосы берут воду из

резервуара чистой воды большой вместимости.

Выбор метода подачи промывной воды производится на основании

технико-экономических показателей.

Опыт проектирования фильтровальных станций показывает, что для

станций большой производительности обычно целесообразно устройство

промывных баков, а для станций средней и малой производительности—

промывных насосов.

1.8 Устройства и средства автоматизации фильтрования.

Автоматизация процесса фильтрования воды — важнейший вопрос

автоматизации водопроводных очистных станций. Это определяется

технологическим значением процесса фильтрования воды.

Автоматизация фильтров позволяет достигнуть безаварийной работы,

увеличить на 8...10% производительность фильтров и улучшить качество

фильтруемой воды, снизить расход промывной воды и, электроэнергии.

Автоматизация фильтрования воды состоит из двух процессов:

автоматического регулирования скорости фильтрования и автоматической

промывки фильтров.

Непрерывное регулирование скорости фильтрования является основой

для достижения оптимального технологического режима работы фильтров и

контактных осветлителей. Поддержание постоянной заданной скорости

фильтрования может быть достигнуто лишь с помощью автоматического

регулирования.

Постоянная скорость фильтрования достигается путем увеличения

открытия задвижки на трубопроводе фильтрата по мере увеличения

сопротивления загрузки фильтра из-за накопления в ней загрязнений.

Когда задвижка оказывается открытой полностью, фильтр выключается из
28

работы для промывки. Импульсом для увеличения открытия задвижки на

трубе фильтрата служит изменение одного из двух следующих параметров:

уровня воды на фильтре, который контролируется поплавковым

устройством, или расхода воды в трубопроводе отвода фильтрата, который

контролируется с помощью дросселирующего устройства и дифманометра.

Известно много схем автоматического регулирования скорости

фильтрования. Простейшие представляют собой индивидуальные для каждого

отдельного фильтра поплавковые регуляторы прямого действия,

использующие в качестве импульса увеличение уровня воды на фильтре.

В последующем были разработаны и внедрены схемы гидравлического и

электрогидравлического регулирования скорости фильтрования. Электро-

гидравлические схемы имеют, электрическую воспринимающую и

гидравлическую исполнительную части. В электрической воспринимающей

части отклонение скорости фильтрования от заданной в ту или другую сторону

воспринимается нуль-органом, который замыкает контакты на открытие

или закрытие задвижки на трубе отвода фильтра. В качестве нуль-органа

регуляторов скорости фильтрации получили применение схемы: с электрон-

ным регулятором ЭР-Ш-79.

Для полной автоматизации фильтра кроме автоматического

регулирования скорости фильтрования осуществляется автоматизация

промывки фильтра. Впервые автоматическая работа фильтров была

осуществлена в 1937 г. в Германии. В последующие годы было

разработано и внедрено несколько схем автоматической промывки

фильтров. В этих схемах в качестве импульса для автоматического

перевода фильтра на промывку используют предельное открытие фильтратной

задвижки, увеличение сопротивления фильтрующего слоя до заданного зна-

чения, достижение предельной мутности фильтрата. Продолжительность

промывки выдерживается в заданных пределах с помощью реле времени или

определяется автоматически по снижению мутности промывной воды с

помощью фотоэлектронного устройства. Интенсивность промывки и расход
29

промывной воды контролируются с помощью показывающего и

интегрирующего расходомера, устанавливаемого на трубопроводе

промывной воды.

Наибольшее распространение получают схемы, в которых фильтр

включается на промывку по сигналу о полном открытии фильтратной

задвижки и сигналу о достижении предельной потери напора и

выключается с помощью реле времени.

В основе автоматического управления промывкой фильтра лежит

открытие или закрытие в определенной последовательности четырех задвижек

на трубопроводах: подачи исходной воды, отвода с фильтра промывной

воды и первого фильтрата в канализацию. В зависимости от принятого

типа привода задвижек схемы бывают электрические или гидравлические.

Во всех случаях в схемы вводится блокировка, исключающая одновременный

выход на промывку более одного или двух фильтров, осуществляется

необходимая сигнализация о работе фильтров на пульт управления.

Рассмотрим несколько схем автоматизации фильтров.

В простейшем случае регулирование скорости фильтрования может

осуществляться с помощью поплавково-дроссельного регулятора

прямого действия (рис. 7). Поплавок, плавающий на поверхности воды

в. фильтре, механически связан с дроссельной заслонкой, установленной на

трубопроводе фильтрата. В начале работы фильтра заслонка устанавливается

в частично прикрытом положении, соответствующем нормальному уровню

воды на фильтре при расчетной скорости фильтрования через чистый

песок. По мере загрязнения фильтра скорость фильтрования снижается

и возрастает уровень воды на фильтре. Всплывание поплавка при повышении

уровня воды вызывает увеличение открытия заслонки. При этом

восстанавливается заданная скорость фильтрования для данного

неизменного притока воды на фильтр.
30

При изменении притока воды на фильтр вследствие увеличения подачи

насосами или из-за отключения одного или нескольких фильтров для промывки

поплавковый регулятор автоматически устанавливает большую скорость

фильтрования. Поплавково-дроссельные регуляторы скорости фильтрования с

гидродросселями d = 700 см и соленоидно-механическими держателями

поплавков успешно применяют на водопроводных станциях.

Часто бывает необходимо наряду с поддержанием постоянной скорости

фильтрации изменять ее в заданных пределах в зависимости от поступления

воды на очистную станцию. Для этой цели разработана схема

автоматического регулирования режима работы станции (рис. 8). В канале,

подающем воду на фильтры, устанавливают уровнемер с электрическим

датчиком. На трубопроводах отвода фильтрата каждого фильтра

устанавливают сужающее устройство как измеритель скорости фильтрации с

электрическим датчиком и регулятор открытия фильтратной задвижки. Датчик

уровнемера служит задатчиком для регуляторов скорости фильтрации всех

фильтров. При нарушении равновесия между подачей воды от насосов I

подъема и отводом фильтрованной воды, например при отключении

одного фильтра на промывку, уровень воды в канале начнет

увеличиваться. При этом датчик уровнемера задает новую увеличенную

скорость фильтрации всем остальным фильтрам. По истечении некоторого

времени нарушенное равновесие восстановится при каком-то новом

уровне воды в канале. Таким путем автоматически устанавливается

скорость фильтрации, соответствующая колебаниям притока воды от

насосов I подъема.

Рис 7. Поплавковый регулятор скорости фильтрования прямого действия

1- поплавок, 2- дроссельная заслонка, 3-тяга.

Электрическая схема регулирования показана на рис. 8, б.

Для измерения скорости фильтрации приняты дифманометры ДМ-6 в

комплекте со вторичными приборами ЭПВ-2, имеющими реостатные

задатчики со 100%-ной зоной пропорциональности. Уровень воды в

канале измеряется таким же комплектом приборов с 20%-ной зоной

пропорциональности. В качестве регуляторов были приняты приборы

ЭР-III-59. Цепи питания регуляторов и управления задвижками на

электрической схеме не показаны. Реостатные задатчики вторичных

приборов питаются от сети переменного тока через трансформатор и

добавочное сопротивление СД. Пределы допустимого изменения уровня

в канале устанавливаются задатчиком измерителя уровня ИУ.

Максимально допустимая скорость фильтрации устанавливается

реостатом R1 при верхнем уровне воды в канале, минимальная —

реостатом R2 при низшем.

Может возникать необходимость создания для отдельных фильтров

пониженной и повышенной скорости фильтрации. Для этой цели в схеме

предусмотрены переключатели ПУ1, и ПУ2. При переводе переключателя

какого-либо фильтра в положение местного управления регулятор этого

фильтра переключается с автоматического задатчика ИУ на реостат

задатчика УСФ. Тогда скорость фильтрации этого фильтра будет за-

даваться передвижением направляющей стрелки по шкале УСФ.

В схеме предусматривается аварийная сигнализация, когда скорость

фильтрации или уровень в канале выходит за установленные пределы.

В схеме показаны только два фильтра, другие присоединяются к

автоматическому устройству аналогично.

Рис. 8. Схема aвтоматического регулирования режима работы

фильтровальной станции:

а — принципиальная схема регулирования; б — электрическая схема; 1—

канал; 2 — трубопровод подачи воды на фильтр; 5 — уровнемер; 4 — тру-

бопровод отвода промывной воды; 5 — трубопровод фильтра; 6 — задвижка на

трубопроводе фильтрата; 7 — сужающее устройство; 8 — трубопровод подачи

промывной воды; 9 — измеритель скорости фильтрования; 10 — регулятор

скорости фильтрования

ВЫВОДЫ

Анализ работы фильтрования воды на водопроводных насосных

станциях обеспечивающих необходимую скорость фильтрации позволил

сделать выводы:

1. В основе автоматического управления промывкой фильтра лежит открытие

или закрытие в определенной последовательности четырех задвижек на

трубопроводах: подачи исходной воды, отвода с фильтра промывной воды

и первого фильтрата в канализацию. В зависимости от принятого типа

привода задвижек схемы бывают электрические или гидравлические.

2.Во всех случаях в схемы вводится блокировка, исключающая

одновременный выход на промывку более одного или двух фильтров,

осуществляется необходимая сигнализация о работе фильтров на пульт

управления.

3. В простейшем случае регулирование скорости фильтрования осуществляется

с помощью поплавково-дроссельного регулятора прямого действия.

Поплавок, плавающий на поверхности воды фильтре, механически связан

с дроссельной заслонкой, установленной на трубопроводе фильтрата, что в

целом говорит о низком уровне информативности существующей методики

автоматизации.

Глава 2. Теоретические основы автоматизации фильтрования воды

на скорых фильтрах

При проектировании фильтровальных установок заданными являются

количество осветляемой воды, качество воды, поступающей на фильтры (в

частности, содержание в ней взвешенных веществ, их физико-химические

свойства, крупность частиц взвеси), и требуемая степень осветления.

Располагаемый напор, обусловливающий движение воды через открытые

фильтры, обычно задается при расчете фильтров с учетом компоновки всей

станции.

При проектировании и расчете фильтров должны быть определены

толщина фильтрующего слоя (при определенном фильтрующем материале),

скорость фильтрования и оптимальная длительность периода работы фильтра

между промывками. Поэтому весьма важно установить зависимость между

всеми основными параметрами работы фильтра и заданными расчетными

величинами. Правильный выбор этих параметров, находящихся во

взаимосвязи, имеет большое экономическое значение, так как он должен

обеспечить оптимальное соотношение затрат на строительство и эксплуатацию

станции.

Период работы фильтра между промывками (длительность

фильтроцикла) определяется из двух условий. Во-первых, загрязнение

фильтрующего материала в процессе работы приводит к увеличению в нем

потерь напора. Эти потери могут возрастать до тех пор, пока через

определенный промежуток времени Тн (Рис. 9) они не превысят

располагаемого напора. Во-вторых, при увеличении загрязнения частиц

фильтрующего материала происходит увеличение скоростей движения воды в

порах, что ведет к частичному выносу осевших в порах частиц взвеси,

содержащейся в фильтруемой воде. В результате этого качество

фильтрата начинает ухудшаться.

Рис. 9. Потери напора в фильтре.

В результате этого качество фильтрата начинает ухудшаться. Таким

образом, вторым критерием назначения длительности фильтроцикла

является период времени Т3, в течение которого гарантируется требуемое

качество фильтрата (продолжительность «защитного действия» загрузки

фильтра). Рис. 9.

Как значение Тн, так и значение Т3 зависит от качества воды,

характеристик взвеси, загрузки фильтра и скорости фильтрования.

Для наиболее экономично запроектированного фильтра должно со-

блюдаться равенство Т3=Тн. Однако в целях обеспечения определенных

санитарных качеств фильтрата целесообразно, чтобы Т3 было несколько

больше Тн. Рекомендуется принимать Т3/Тн=1,2ч1,5.

Рассмотрим некоторые теоретические соображения о зависимости

значений Т3 и Тн от основных параметров процесса фильтрования воды и о

взаимной связи этих параметров.

Количество воды, проходящей через фильтр (а следовательно, и ско-

рость фильтрования), в открытых скорых фильтрах поддерживается, как

правило, постоянным во все время работы фильтра с помощью специальных

регулирующих устройств. Поэтому потери напора в самом фильтре зависят

всецело от его гидравлического сопротивления. В процессе работы фильтра

происходит отложение в его порах загрязнений, и следовательно,

гидравлическое сопротивление и потери напора в фильтре h возрастают во

времени. Предельно-допустимые потери напора в фильтре H лимитируются

разностью уровней воды над фильтром и в резервуаре чистой воды.

Значение Н равно разности указанных уровней за вычетом потерь напора в

трубопроводах и арматуре, через которые отводится вода с фильтра.

Обозначим переменное значение потерь напора в фильтре через h (рис.

9). По оси абсцисс будем откладывать время и примем, согласно опытным

данным, что значение h возрастает во времени по линейному закону.

Начальное значение h=h0 будет соответствовать потерям напора в чистом

фильтре. В любой промежуточный момент работы фильтра
38

где h — прирост потерь напора в единицу времени; t — время,

прошедшее с начала фильтроцикла.

Очевидно, что когда значение h достигает своего предела Н – h'p,

необходима промывка фильтра. Время Тн, прошедшее до этого момента от

начала работы фильтра, составит длительность полезной работы фильтра.

Величины Н0 и hр на рис. 9 — потери напора в регуляторе скорости

фильтрования в разные периоды фильтроцикла ; h'p -потери напора в

полностью открытом регуляторе.

Чем скорее идет нарастание потерь напора в фильтре, тем короче будет

период Tн. При возрастании потерь напора в единицу времени на h,

длительность периода Тн может быть определена по формуле

В выражение для Tн входят две подлежащие исследованию величины:

потери напора в чистом фильтре h0 и интенсивность нарастания потерь напора в

фильтре при отложении в нем загрязнений h. Рассмотрим отдельно обе эти

величины.

2. 1. Потери напора в чистом фильтре.

Потери напора в чистом фильтрующем слое зависят от толщины слоя L,

крупности и формы зерен фильтрующего материала, его пористости m0, а также

от скорости и движения воды в порах и вязкости воды µ. Формула для

определения потерь напора в чистом фильтрующем слое была выведена Д. М.

Минцем с использованием методов теории подобия и размерностей на

основании обработки большого числа опытных данных.

Из теории размерностей следует, что коэффициент сопротивления при

движении воды через чистый фильтрующий слой

(1)
39

зависит от числа Рейнольдса

(2)

где P— перепад давления в слое фильтрующего материала; —

плотность воды; l — характерный линейный размер пористой среды.

Скорость и связана со скоростью фильтрования соотношением u= /ln0.

В качестве характерного линейного размера пористой среды может быть

принят гидравлический радиус, равный отношению площади живого сечения

Потока к смоченному периметру. Площадь живого сечения потока определяется

суммарной площадью сечений поровых каналов, а смоченный периметр —

суммой периметров поперечных сечений зерен материала. Суммарная площадь

поперечных сечений поровых каналов пропорциональна пористости m0. Сумма

периметров поперечных сечений зерен пропорциональна площади удельной

поверхности зерен, т. е. площади поверхности зерен 0 в единице объема

фильтрующего материала. Тогда l=m0/0. Для загрузки, состоящей из зерен с

эквивалентным dэ:

(3)

где — коэффициент формы, учитывающий отличие формы зерен песка от

шарообразной.

Подставив полученные выражения для и, l и 0 в формулы (1) и (2),

получим:

(4)
40

Величина P/L представляет собой перепад давления в фильтрую-щем

слое на единицу его толщины. Потери напора на единицу толщины

фильтрующего слоя будут, очевидно, равны:

и, следовательно,

(5)

где — удельный вес воды.

Если введем в формулу (4) вместо P/L, выражение его через i0 по

формуле (5), получим

(6)

Используя обширный экспериментальный материал, Д. М. Минц нашел,

что при Rе<2 коэффициент сопротивления ц может быть описан (в системе

СГС) формулой

(7)

Эта зависимость выражает собой линейный закон фильтрации воды на

скорых фильтрах. Заменяя в формуле (7) выражение для Rе по формуле (4),

подставляя получаемое выражение в формулу (6) для i0 принимая =1000

кг/м3, получим

(8)

Если объединить все

величины, характеризующие пористость загрузки фильтра и вязкость воды, в

коэффициент
41

то получим

(9)

и потери напора в чистом фильтрующем слое

(10)

Если принимать в формуле (9) в м/ч и dэ в мм, то

Значения коэффициента формы можно принимать:

для окатанного речного песка ………………………………. 1,17

остроугольного кварцевого песка………………………… 1,5—1,67

антрацита…………………………………………………….. 1,5—2,52

Анализ выражения (9) для 10 показывает, что единичные потери напора

в чистом фильтрующем слое увеличиваются пропорционально скорости

фильтрования и значительно возрастают при уменьшении величины зерен и

пористости фильтрующего материала. Кроме того, единичные потери напора

возрастают с увеличением вязкости воды, т. е. с уменьшением её температуры.

Наконец, полученные формулы можно представить в таком виде:

где so — удельное сопротивление чистой загрузки, равное

s — полное сопротивление чистого слоя, равное soL.

2.2. Интенсивность нарастания потерь напора в фильтре при

фильтровании.

При прохождении через слой фильтрующего материала воды,

содержащей взвешенные вещества, последние будут отлагаться на зернах

загрузки, изменяя ее пористость т и суммарную поверхность , омываемую

потоком воды.

Как следует из законов фильтрации, для потери напора i и площади

суммарной поверхности справедливы формулы, аналогичные выражениям

для i0 (8) и 0 (3):

(11)

(12)

Анализируя формулы для i и , можем получить следующее соот-

ношение единичных потерь напора i0 и i для начального и любого про-

межуточного момента работы фильтра:

где 0 и — площадь суммарной поверхности зерен фильтрующего

материала соответственно в начальный и промежуточный моменты работы

фильтра при фильтровании суспензий.

По мере накопления отложений в толще зернистой загрузки ее по-

ристость уменьшается. Что касается поверхности, омываемой потоком, то

можно предположить, что она изменяется сравнительно мало. Действительно,

с одной стороны, прилипающие к зернам песка частицы взвеси увеличивают
43

омываемую потоком воды поверхность, с другой стороны, отложения на

отдельных зернах, разрастаясь, соединяются между собой, и целые участки

пространства, в которых ранее происходило движение воды, попадают в

«мертвую» зону, где движение воды не происходит, и в результате

поверхность, омываемая потоком воды, уменьшается. Учитывая этот процесс,

Д. М. Минц предложил принимать (/0)2 = 1 и получил формулу

или

где m — удельный объем осадка, накопившегося в фильтрующем

слое к данному моменту. Из этой формулы видно, что гидравлический уклон

при заилении фильтра пропорционален начальной величине

гидравлического уклона i0.. Так как загрязнения распределяются

неравномерно по толще загрузки, то и гидравлический уклон будет

различным для различных слоев фильтрующего материала.

Потери напора по всей толщине L загрузки могут быть выражены интегралом

Значение полученного интеграла зависит от количества задержанного

вещества и характера его распределения по толще загрузки, что может быть

определено экспериментальным путем.

На основании многочисленных экспериментов установлено, что от-

носительный прирост потерь напора в фильтре за расчетный период равен:

где hTн=Н – h0 – hp’: ’ — параметр, учитывающий влияние свойств

воды и взвеси (включая ее концентрацию); определяется пробным

фильтрованием; — параметр, характеризующий загрузку фильтра; находится

в зависимости от коэффициента неоднородности загрузки.

Определяя отсюда время Тн работы фильтра до полного исчерпания

располагаемого напора H и подставляя вместо h0 его значение по формуле (10),

будем иметь

Анализ этой формулы показывает, что длительность периода работы

фильтра между промывками уменьшается с увеличением скорости фильтрования,

уменьшением крупности загрузки и увеличением толщины слоя загрузки.

Кроме того, длительность цикла тем меньше, чем больше концентрация

взвешенных веществ в поступающей на фильтр воде. Отношение концентрации

взвеси в воде в данный момент процесса фильтрования С к начальной

концентрации С0, т. е. С/С0, может быть выражено, как показывают исследования,

проведенные в Академии коммунального хозяйства проф. Д. М. Минцем, в

функции некоторых параметров

где L — толщина слоя; — скорость фильтрования; t — время

фильтрования.

Для заданного значения С/С0 может быть получена (экспериментальным

путем) следующая линейная связь между этими параметрами:

(13)

где k, — параметр, характеризующий результативные действия сил

прилипания и разрушения осадка, образующегося на зернах загрузки; Х0’ —

параметр, характеризующий интенсивность прилипания частиц взвеси к
45

зернам загрузки. Значения k и Х'0 находятся пробным фильтрованием для

данной воды и для заданной степени осветления.

Кроме того, параметры X' и Т' могут быть выражены через скорость ,

эквивалентный диаметр загрузки dэ и толщину фильтра L следующим образом:

Если подставить в уравнение (13) приведенные выражения для X' и Т',

то можно получить искомую величину времени t=Т3, т. е. длительность

защитного действия загрузки для обеспечения заданной степени осветления:

Отсюда видно, что Т3 возрастает с увеличением толщины фильтра L и

уменьшается с увеличением скорости фильтрования и крупности зерен

фильтрующего материала. Приведенные формулы для расчета Tн и Т3

одновременно устанавливают взаимосвязь между всеми основными

параметрами фильтрования t, L, и dэ зависимости от постановки задачи

позволяют задаваться одними из них и находить другие.

2.3. Автоматическое регулирование скорости фильтрования.

Совершенно очевидно, что по эксплуатационным соображениям же-

лательно обеспечить постоянную производительность фильтра, а следовательно, и

постоянную скорость фильтрования. Для этого на линии, отводящей

фильтрованную воду, вводят дополнительное сопротивление, которое

уменьшается по мере загрязнения фильтра и поглощает весь избыточный напор hp

от H0 при чистом фильтре до минимально возможной по конструктивным

соображениям величины hp’ (рис. 9). В качестве такого переменного

дополнительного сопротивления используют различного типа регуляторы

скорости фильтрования, работающие автоматически. На некоторых станциях
46

применяют еще ручное регулирование скорости фильтрования, постепенно

открывая задвижку, установленную на отводящей линии. При таком

регулировании скорость фильтрования в период между операциями с

задвижкой снижается. Как видно из изложенного, в любой момент работы

фильтра сумма величин h + hp постоянна. Необходимость промывки фильтра

наступает в тот момент, когда величина h достигает максимального значения,

равного H— hp . На рис. 10 приведена схема дроссельного регулятора. На

трубопроводе, отводящем профильтрованную воду, установлен дроссельный

клапан 1, связанный с помощью тяг и рычага с поплавком 4, находящимся

в подводящем кармане фильтра 3. При повышении уровня воды в фильтре 2

поплавок поднимается, дроссельный клапан открывается, создаваемое им

сопротивление уменьшается, вследствие чего увеличивается количество

проходящей через фильтр воды. Амплитуда колебаний уровня воды на

фильтре при установке дроссельного регулятора значительно уменьшается, а

скорость фильтрования меняется в зависимости от количества подаваемой на

фильтр воды. Для сохранения одинаковой скорости фильтрования на всех

фильтрах при применении дроссельных регуляторов необходимо обеспечивать

правильное распределение между фильтрами воды, поступающей на

фильтровальную станцию. Для этой цели можно применять распредели-

тельный желоб 5 с водосливами или отверстиями одинаковой величины

против каждого фильтра. Таким образом, в то время как при применении

регуляторов скорости фильтрования подача воды на фильтровальную станцию

должна точно увязываться с установленной на них скоростью фильтрования,

при применении дроссельных регуляторов подачу воды на станцию можно

изменять, однако с таким условием, чтобы скорость фильтрования не превы-

шала допустимых пределов. На рис. 11 показана схема устройства регулятора

скорости фильтрования системы АКХ. Регулятор 1 представляет собой

коробку, разделенную упругой мембраной 2 на две камеры. На трубе,

подающей воду па фильтр, установлена диафрагма 3, от которой идут

импульсные трубки 4 к верхней и нижней камерам регулятора. Регулятор
47

соединен штоком 9 с золотником 8. От последнего идут соединительные

трубки 7 к гидроприводу 6, управляющему задвижкой 5 на подающей трубе.

Перепад давления на диафрагме, соответствующий заданному расходу по-

даваемой воды, уравновешивается грузом 10. При изменении расхода

подаваемой воды, а следовательно, и скорости фильтрования изменяется

перепад давления, в зависимости от которого шток поднимается или

опускается. В результате золотник подает воду в верхнюю или нижнюю часть

гидропривода задвижки, увеличивая или уменьшая ее открытие в той

мере, в какой это требуется для подачи заданного расхода. На рис. 12

показано устройство пневматического регулятора скорости фильтрования,

позволяющего регулировать работу как одного фильтра, так и группы

фильтров. Вода из фильтра поступает в регулятор— вертикальную

герметичную колонну 1. Через водослив в регуляторе 2 вода отводится по

трубопроводу 3 в сборный коллектор 4. Регулирование скорости фильтрования

происходит в результате изменения давления воздуха над слоем воды в

регуляторе.

ВЫВОДЫ

Анализ работы фильтрования воды на водопроводных насосных

станциях обеспечивающих необходимую скорость фильтрации позволил

сделать выводы:

1. Потери напора в чистом фильтрующем слое зависят от толщины слоя L,

крупности и формы зерен фильтрующего материала, его пористости m0, а также

от скорости и движения воды в порах и вязкости воды µ.

2. Во время применения автоматических регуляторов скорости

фильтрования подача воды на фильтровальную станцию должна точно

увязываться с установленной на них скоростью фильтрования.
48

Рис. 10 Схема дроссельного

регулятора

Рис. 11 Регулятор

скорости фильтрования

Рис. 12 Пневматический регулятор

скорости фильтрования,

Глава III. Средства контроля быстрых фильтров и автоматизация

фильтрования воды

Под расходом обычно понимают количество вещества, массы или

объема, проходящие через определенное сечение в единицу времени. В

системе единиц СИ основными единицами расхода являются килограмм в

секунду и кубический метр в секунду. В технических измерениях часто

применяют внесистемные единицы расхода: килограмм в час и кубический

метр в час.

Расход измеряют расходомерами и счетчиками количества. Расходомеры

позволяют определить значение расхода в любой момент времени, а при

наличии интегратора — количество измеряемой среды за любой интервал

времени. По методам измерения расходомеры можно подразделить на

следующие основные разновидности: 1. пневматические (напорные),

измеряющие расход по скорости потока в одной или нескольких точках

поперечного сечения канала или трубопровода; 2. переменного перепада

давления, измеряющего расход по перепаду давления на местных сужениях

потока измеряемой среды; 3. постоянного перепада давления (обтекания),

измеряющие расход по сечению потока у подвижного сопротивления

(например, поплавка ротаметра), обтекаемого измеряемой средой; 3.

электромагнитные или индукционные, измеряющие расход по э. д. с.,

индуктируемой электропроводной жидкостью, пересекающей магнитное

поле; 4. ультразвуковые, измеряющие расход по смещению звуковых

колебаний движущейся средой; 5. тахометрические, измеряющие расход по

частоте вращения ротора, крыльчатки или диска, расположенных в потоке

измеряемой среды, в зависимости от расхода. Не все разновидности

расходомеров пригодны для каждого случая измерения расхода. Наиболее

универсальны расходомеры переменного перепада давления. Их используют

для измерения расхода жидких, газовых и паровых сред практически любых

давлений и температур. Расходомеры переменного перепада давления нельзя

применять только для измерения расхода сред, протекающих по тру-
52

бопроводам диаметром менее 50 мм и сред с большой вязкостью. Остальные

же разновидности расходомеров имеют значительно большие ограничения.

Как правило их не применяют для измерения расхода пара. Кроме того,

возникают часто значительные затруднения при их расчете и настройке.

Здесь рассматриваются поверка и наладка расходомеров, работающих на

принципе, указанном в пп. 2 и 3, так как они находят наиболее широкое при-

менение при технологических измерениях.

3.1. Методы и средства автоматизации контроля перепадов давлений.

Количество вещества вычисляют по формулам, выведенным в

соответствии с основными законами гидродинамики. В эти формулы входят

некоторые опытные коэффициенты, зависящие главным образом от степени

сужения сечения трубопровода и конструкции сужающего устройства.

Комплект приборов для измерения расхода по перепаду давления

состоит из сужающего устройства в трубопроводе и прибора, измеряющего

значение перепада давления, — дифференциального манометра,

градуированного в единицах расхода.

Сужение трубопровода достигается установкой в нем одного из

следующих устройств: стандартная диафрагма (рис. 13, a), сопло (рис. 13, б),

труба Вентури (рис. 13, в) и др.

Для измерения перепада давления применяют разнообразные

дифференциальные манометры, начиная от простейших U-образных и кончая

сложными поплавковыми и мембранными механизмами с электрической и

пневматической передачей показаний на расстояние.

А Б В

Рис. 13. Форма сужающих устройств.

Рис. 14. Принцип измерения расхода газа, жидкости и пара

методом сужения потока.

Рассмотрим кратко явления, которые наблюдаются при прохождении

потока через д и а ф р а г м у (рис. 15).

Перед диафрагмой поток, движущийся со скоростью , сужается от

полного сечения F1 трубопровода (сечение I—I) до сечения отверстия

диафрагмы F0. Под действием сил инерции и центробежных сил струя

продолжает сужаться еще больше и за диафрагмой, достигая наименьшего

сечения F2 (наибольшего сжатия) на некотором расстоянии от диафрагмы

(сечение II—II). Затем струя постепенно расширяется и снова заполняет все

сечение трубы. Соответственно изменению сечения струи изменяется скорость

и давление в струе. В сечении F0 скорость больше, чем скорость в

сечении F1, а давление Р0, наоборот, в сечении F0 меньше, чем давление Р'1 в

сечении F1. В наименьшем сечении F2, скорость наибольшая, а давление Р'2

соответственно наименьшее.

Разность давлений Р'1- Р'2 = Р' составляет перепад давлений, характе-

ризующий расход протекающей среды через сужение в трубопроводе.

По мере увеличения сечения струи за сужением до полного сечения

трубопровода скорость постепенно уменьшается и становится равной

первоначальной а давление соответственно повышается, но полного

восстановления давления не происходит, так как часть энергии теряется на

трение и образование завихрений. Поэтому давление Р3 в трубопроводе после

сужения и полного расширения струи меньше, чем давление Р'1 до сужения

(диафрагмы).

Разность этих давлений Р'1 – Р3 составляет так называемую

невозвратимую потерю давления, которую обозначают через РII.

Давление Р1 у стенки трубопровода непосредственно перед диафрагмой

за счет подпора несколько выше давления Р'1. Давление Р2 у стенки трубо-

провода непосредственно за диафрагмой выше давления Р'2 так как мак-

симальное сужение струи имеет место в сечении II-II за диафрагмой.

Практическое измерение перепада Р' затруднено, так как неизвестно

расположение сечения максимального сжатия струи. В связи с этим о расходе
55

(1)

(2)

(3)

(4)

принято судить по перепаду Р=Р1 – Р2, благодаря тому что измерение давления

среды у стенок трубопровода непосредственно перед и за диафрагмой, не пред-

ставляет особого труда.

Основные расчетные уравнения расхода имеют вид:

для объемного расхода, м3/ч,

для массового расхода, кг/ч,

где Р — перепад давления; — плотность вещества; — коэффициент

расхода; — поправка на расширение измеряемой среды; d20 — диаметр от-

верстия диафрагмы при температуре +200С; Кt= d2/ - поправочный

множитель на тепловое расширение диафрагмы при температурах, отличных от

+20° С.

Коэффициент расхода а вносит поправку на то, что вместо перепада

давления Р' в формулы (1) и (2) подставляется перепад Р (см. рис. 15), а

также учитывает степень сужения струи F2/F0.

Соотношение площадей проходного сечения диафрагмы F0 и

трубопровода F1 при температуре измерения принято называть модулем

сужающего устройства: m= F0/F1. Для трубопровода круглого, сечения

диаметром В модуль сужающего устройства m= d2/D2 . С учетом этого

выражения (11) и (12) примут вид:

для объемного расхода при рабочих условиях, м3/ч,

для массового расхода, кг/ч,

Рис. 15. Характер изменения потока и распределение давления при

установке в трубопроводе сужающего устройства.

(5)

(6)

Уравнения (1) – (2) являются основными расчетными уравнениями рас-

хода вещества, протекающего через сужающее устройство.

Согласно ГОСТ 3720-66 верхний продел измерения расходомера должен

выбираться из ряда:

А= а-10n,

где а — одно из чисел: 1; 1,25; 1,6; 2; 2,5; 3,2; 4; 5; 6,3; 8; n — полос

положительное или отрицательное число или нуль.

Верхнему пределу измерения расхода должен соответствовать предельный

перепад давления Р, который должен выбираться из рядов: 1; 1,6; 2,5; 4,0;

6,3; 10; 16; 25; 40; 63; 100; 160; 250; 400; 630; 1000; 1600; 2500 кгс/м2; 0,4;

0,63; 1,0; 1,6; 2,5; 4,0; 6,3 кгс/см2.

Расходомеры постоянного перепада. При измерении расхода описанными

выше сужающими устройствами переменной величиной, характеризующей

расход, является перепад давления. Однако если при измерении расхода

поддерживать постоянным перепад давления на сужающем устройстве, то

выражение, определяющее расход вещества, кг/с, запишется в виде

QM = СF0

где - коэффициент постоянный для данного прибора и

данной измеряемой среды.

Из выражения (6) следует, что при условии поддержания постоянного

значения перепада на сужающем устройстве расход характеризуется переменной

площадью отверстия сужающего устройства. Приборы, работающие по этому

принципу, называются р а с х о д о м е р а м и п о с т о я н н о г о перепада. В

таких приборах имеется подвижный элемент, который перемещается потоком

среды и открывает, большее или меньшее проходное сечение. Перепад давления

до подвижного элемента и после него остается при этом постоянным.

Перемещение подвижного элемента, пропорциональное расходу среды, тем или

иным способом отмечается на шкале, градуированной в единицах объема или

массы, отнесенных к единице времени.
58

(7)

(8)

Практическое применение получили расходомеры постоянного

перепада двух видов: поршневые и поплавковые (ротаметры).

3.2. Дифференциальные расходомеры переменного перепада давлений.

Для измерения перепада давления применяют жидкостные и

деформационные дифференциальные манометры. Жидкостные манометры

подразделяются на поплавковые, колокольные и кольцевые, а

деформационные — на мембранные и сильфонные. Класс точности

дифманометров может быть 0,0; 1,0; 1,6; 2,5; 4,0.

Поплавковые дифманометры являются модификацией однотруб-ного

жидкостного манометра. Принципиальная схема дифманометра представлена

на рис. 16. При подаче в широкий (плюсовый) сосуд 1 давления Р1 а в узкий

(минусовый) сосуд 2 давления Р2 (примем Р1 > Р2) уровень жидкости в

плюсовом сосуде понизится на L, а в минусовом повысится на l.

Условие равенства сил при этом запишется в виде

Р1 - Р2=(L+l) ( – 1),

где и 1 - соответственно удельные веса жидкости дифманометра и

рабочей среды в подводящих импульсных трубках.

Так как

то равновесия можно записать в виде

Р=L(1+ ) ( – 1)

или Р=К1К2L

где Р = Р1 - Р2 — разность давлений; d и D — соответственно

диаметры плюсового и минусового сосудов; К1 =1 + D2/d2 —

постоянный коэффициент для данного дифманометра и диаметра сменного

минусового сосуда; K2 = – 1 — постоянный коэффициент при постоянных

и 1.

Рис.16. Принципиальная схема поплавкового дифференциального

манометра.

Рис. 17. Принципиальная схема колокольного дифманометра.

Из уравнения (8) следует, что значение разности давлений определяется

значением снижения уровня жидкости в плюсовом сосуде, т. е. перемещением

поплавка 3 (рис. 16).

Поплавок механически связан рычагом 4 через сальниковый вывод 5

или магнитную муфту со стрелкой 6, показывающей давление на шкале 7,

пером или входным устройством телеметрического преобразователя. В

качестве заполняющей жидкости 8 в поплавковых дифманометрах применяют

ртуть и другие жидкости.

Предельные номинальные перепады давления дифманометров с

жидкостным заполнением составляют 63; 100; 160; 250; 400 кгс/м2, с

ртутным — от 630 до 1 кгс/см2 по ряду перепадов. Класс точности 1,6.

Колокольные дифманометры в качестве чувствительного элемента

имеют колокол 1 (рис. 17), подвешенный на пружине 2. Колокол погружен

в сосуд 3 с трансформаторным маслом 5. Плюсовое давление Р1 подводится в

пространство над колоколом, минусовое давление Р2 — под колоколом.

При настройке прибора степень натяжения пружины 2 регулируется

винтовым устройством 4. Перемещение колокола однозначно связано с

перепадом давления Р = Р1- Р2.

Колокольные дифманометры не имеют отсчетных устройств. С

колоколом жестко связан стальной плунжер 6, перемещающийся внутри

индукционной катушки 7 дифференциально-трансформаторного датчика для

дистанционной передачи показаний на вторичные приборы. Колокольные

дифманометры выпускаются на перепады давлений от 4 до 100 кгс/м2;

классы точности 1; 1,6; 2,5. Мембранные дифманометры — деформационные

приборы без отсчетных устройств — получили в последние годы большое

распространение. Чувствительные элементы мембранных манометров могут

быть двух разновидностей: с жесткими (рис. 18, а) и вялыми (рис. 18, б)

мембранами.

Жесткие (упругие) мембраны выполняют в форме двух мембранных

коробок 4 к 6, заполненных кремнийорганической жидкостью, глицерином
62

или дистиллированной водой 5 и соединенных между собой капилляром 3. С

мембранной коробкой 4 жестко связан стальной сердечник (плунжер) 7,

перемещающийся в индукционной катушке 8 дифференциально –

трансформаторного датчика. Плюсовое давление Р2 подводится к н и ждед1(

плюсовой) камере 1, а минусовое давление - кт верхней (минусовой) камере 2.

Камеры разделены жесткой перегородкой 11.

При повышения перепада давления Р = P1 – P2 сжимается

мембранная коробка 6 и жидкость из нее через капилляр 3 начинает вытес-

няться в мембранную коробку 4. Мембранная коробка 4 расширяется и

перемещает вверх сердечник 7 в индукционной катушке 8. Перепад давле-

ния уравновешивается упругими силами мембранных коробок.

При понижении перепада давления сжимается мембранная коробка 4,

вытесняя жидкость в мембранную коробку 6. При этом плунжер 7 опускается

вниз. Перемещение плунжера, а следовательно, и выходной сигнал

дифференциально – трансформаторного датчика однозначно связаны с

перепадом давления. Настройка прибора на нуль осуществляется винтовым

устройством 9 с пружиной 10.

В дифманометрах с в я л о й мембраной 12 (рис. 18, б) перепад давления

уравновешивается пружиной 13. Мембрана 12 жестко связана с плунжером

дифференциально-трансформаторного датчика 14.

Дифманометры с жесткими мембранами выпускаются на перепады от

160 кгс/м2 до 6,3 кгс/см2, с вялыми мембранами — от 1 кгс/м2 до 1 кгс/смг;

классы точности 0,6; 1,0; 1,6.

Сильфонные дифманометры являются деформационными приборами.

Они могут иметь отсчетные устройства и работать в комплекте со

вторичными приборами. В качестве чувствительного элемента у

сильфонного днфманометра применяются один или два снльфона

(гармониковые мембраны) (рис. 19);

Сильфоны 1 и 2 воспринимают давления Р1 и Р2. Сильфоны одним

концом закреплены на неподвижном корпусе, а другим соединены через
63

(9)

(10)

стаканы 3 и 4 к подвижный шток 5. Внутренние полости сильфонов

заполнены водоглицериновой смесью и соединены друг с другом. При

изменении перепада давлений один сильфон сжимается, перегоняя жидкость

в другой сильфон, и перемещает шток.

Условие равновесия сил сильфонного блока

PFэ=Рс + Рп + Рт.т ,

где Р — перепад давления; Fэ — эффективная площадь сильфоноз; Рс

— сила, приходящаяся на сильфоны, равная Рс = 2ССS; Сс — жесткость

сильфонов;S — ход сильфонов; Рп — сила, приходящаяся на пружины б и 7,

равная Рп — 2СПS; Сп — жесткость пружин; Рт.т — сила, приходящаяся на

торсионную трубку, равна

Здесь Мт.т — момент закручивания торсионной трубки; R— радиус

рычага 9; Ст.т — жесткость торсионной трубки. Из условия (9)

находим перепад давления

Р = КS,

где К = (2СС + 2СП + Ст. т) — постоянный коэффициент

Из выражения (10) следует, что разность давлений определяется

перемещением штока 5 сильфонного блока, которая через рычаг 9 и

торсионную трубку 8 преобразуется в перемещение пера, стрелки или

входной сигнал телеметрического преобразователя,

пропорциональный перепаду давления.

Сильфонные дифманометры могут изготавливаться для

предельного перепада от 40 до 6,3 кгс/см2 со всеми промежуточными

значениями по ряду перепадов. Классы точности сильфонных

дифманометров 0,6; 1,0; 1,6.

Рис. 18. Принципиальная схема мембранного дифманометра.

а — с жесткой мембранной коробкой; б — с вялой мембраной.

Рис. 19. Принципиальная схема сильфонного дифманометра.

3.3. Автоматизация управления скорыми фильтрами

Разработана гидроэлектрическая схема автоматического управления

скорыми фильтрами для типового проекта водопроводной станции (рис. 20).

При наполнении фильтра водой до заданного уровня поплавковый

регулятор ПР подает импульс на открытие задвижки на трубопроводе

фильтрата. По мере загрязнения фильтра уровень воды на нем стремится

к повышению из-за возрастающего сопротивления протоку воды в

загрузке фильтра. Для поддержания неизменным уровня воды на

фильтре, а следовательно, и скорости фильтрации поплавковый регулятор

подает импульсы на постепенное увеличение открытия этой задвижки,

конечный выключатель подает импульс в электрическую часть схемы

и фильтр переключается на промывку. Промывка производится

автоматически путем последовательного открытия и закрытия задвижек с

помощью гидропереключателей. Длительность промывки выдерживается

автоматически по времени, заданному на основании лабораторных анализов.

В схеме имеется блокировка, исключающая вывод фильтра на промывку

при недостаточном уровне воды в промывных резервуарах или при

неисправности промывных насосов. Для равномерного распределения воды

между фильтрами и контроля скорости фильтрации на трубопроводе

подачи воды на фильтр устанавливается острая диафрагма Наряду с

автоматическим управлением схема позволяет осуществлять ручное

управление с пульта управления ПУ с помощью четырехходовых кранов 1К

и 2К. Щиток измерений ШИ устанавливается у каждого фильтра для

местного периодического контроля. В России на базе отделении

Росводоканалпроекта и Водоканалинжениринг для оборудования городов,

жилых и общественных зданий разработаны электрические схемы

автоматического управления фильтрацией. В схемах используются

счетношаговое электронный прибор Е-526, регулятор РПИК, прибор КЭП

и задвижки с электроприводом.

Рис. 20. Гидравлическая схема гидроэлектрической системы

автоматического управления фильтрами: 1, 2, 3, 4 — гидроприводы

задвижек; 5 — мембранный гидропривод; 6 — колпак отбора проб воды; 7 —

конечные выключатели гидропривода задвижек; 1ГП...7ГП —

гидропереключатели; 1K...9K — проходные краны; 1B, 2B — вентили; КБ —

кран трехходовой; КР — кран четырехходовой; ОК — обратный клапан; КП

— клапан с противовесом.
67

В Институте коллоидной химии и химии воды АН Украины

разработана электрическая схема автоматизации скорого фильтра,

оборудованного задвижками с электромоторным приводом. В схеме

используется в качестве регулятора скорости фильтрации расходомер

типа ЭПИД, осуществляются автоматический контроль мутности фильтра

и определение продолжительности промывки песка фильтра по степени

осветления промывной воды. В последнее время в устройствах автоматики

находят все возрастающее применение бесконтактные элементы. Весьма

заманчиво применение для автоматизации водопроводно-канализационных

сооружений агрегатных унифицированных систем автоматики. В этом

отношении несомненный интерес представляет схема автоматического

управления фильтрами с использованием блоков ЭАУС-У (рис. 21). В схеме

использованы серийно выпускаемые измерительные приборы и

бесконтактные магнитные элементы электронной агрегатной унифицированной

системы (ЭАУС). В качестве датчика расхода ДР пригоден любой

дифманометр (индукционный, дифференциально-трансформаторный,

ферродинамический), имеющий на выходе переменное напряжение.

Измерительный блок ИБ сравнивает сигналы датчика ДР с сигналом

задатчика 3, устанавливающего скорость фильтрации. При отклонении ско-

рости фильтрации от заданной на выходе блока ИБ возникает сигнал,

поступающий в регулятор ИЭР, регулятор создает сигнал, который после

усиления в МУ воздействует на исполнительный механизм ИМ в виде

дроссельной заслонки. В схеме приняты следующие блоки ЭАУС:

измерительный блок И-ПД, задатчик ЭД-50/21, импульсный электронный

регулятор РП1-ПД. Обегающее устройство О и бесконтактные выключатели В

осуществляют периодическую последовательную связь регулятора ИЭР с

блоком ИБ, магнитным усилителем МУ серии ВУМ и исполнительным

механизмом ИМ соответствующего фильтра. Работу обегающего устройства

О контролирует блок контроля БК. Бесконтактными выключателями В

являются диоды-тиристоры, управляемые разделительными элементами РЭ.
68

Запоминающее устройство ЗУ выводит фильтры на промывку в заданной

последовательности, после чего общий блок управления БУ автоматически

управляет промывкой. Блок сигнализации БС информирует персонал о ходе

промывки и возникающих неисправностях. Основной блок управления

каждым фильтром ЯФ позволяет осуществлять переход на ручное

управление. Анализатор KB контролирует время промывки по изменению

мутности промывной воды. При отсутствии или неисправности анализатора

KB промывка идет по реле времени, имеющемуся в блоке БУ. Датчик

ДМ служит для контроля перепада давления в фильтре. Положение

заслонки, управляемой исполнительным механизмом ИМ, характеризует

значение скорости фильтрации. Пусковые аппараты ПА управляют

приводами задвижек и промывными насосами. В качестве конечных

выключателей задвижек и исполнительных механизмов приняты

бесконтактные устройства БКВ-24. Вывод фильтра на промывку осу-

ществляется после полного открытия поворотной заслонки, т.е. когда перепад

давления в фильтрующем слое достиг заданного значения. В

росводоканалпроекте разработана схема группового регулирования,

обеспечивающая поддержание заданной скорости фильтрования на шести

фильтрах с помощью одного комплекта регулирующей аппаратуры

(рис. 22). Эта схема может быть применена лишь в тех случаях, когда

водопроводные фильтры имеют «одинаковые» динамические

характеристики и обладают значительными инерционными и

самовыравнивающими способностями.
69

Рис. 21. Блочная схема автоматического управления фильтрами:

1 — трубопровод сырой воды; 2 — трубопровод промывной воды; 3 —

трубопровод фильтрата;

4 — трубопровод сброса в канализацию; РУ — датчик уровня; ИЭР импульсный

электронный регулятор.

Устройство группового регулирования скорости фильтрования включает

следующие элементы: сужающее устройство и дифманометр на каждом

фильтре; регулирующий орган (электрифицированная задвижка) на

каждом фильтре; общий регулятор со схемой автоматического поочерёдного

подключения фильтров к нему. Подключение фильтра (дифманометров и ре-

гулирующих органов — электрифицированных задвижек) к регулятору

предусматривается с помощью обегающего устройства, разработанного с

использованием серийной аппаратуры (счетно-шагового реле, двух реле

времени и промежуточных реле).

Продолжительность подключения фильтров к регулятору, одинаковая

для всех фильтров, устанавливается в процессе эксплуатации. Применение

описанной схемы обеспечивает экономию дефицитных приборов

регулирования.

ВЫВОДЫ

Анализ работы фильтрования воды на водопроводных насосных

станциях обеспечивающих необходимую скорость фильтрации позволил

сделать выводы:

1. Для поддержания неизменным уровня воды на фильтре, а

следовательно, и скорости фильтрации поплавковый регулятор подает

импульсы на постепенное увеличение открытия этой задвижки,

конечный выключатель подает импульс в электрическую часть схемы

и фильтр переключается на промывку.

2. Вывод фильтра на промывку осуществляется после полного

открытия поворотной заслонки, т.е. когда перепад давления в

фильтрующем слое достиг заданного значения, который (перепад

дпавления) и фиксируется дифференциальным манометром ДМ, введенным в

схему в настоящей работе.

Рис. 22. Схема группового регулирования скорости фильтрования на шести

фильтрах:

1РВ — реле времени, определяющее продолжительность паузы; 2РВ — реле

времени, определяющее продолжительность импульса для счетно-шагового реле

СШР; 1РП... 6РП — промежуточные реле, подключающие дифманометры и

исполнительные органы соответствующего фильтра к регулятору; 1РИ...6РИ —

контакты реле из схемы автоматики фильтра; Тр — трансформатор; R —

постоянное сопротивление; Д — обмотка двигателя; В — выпрямитель; С1, С2—

конденсаторы; П — промежуточное реле; К — контакт командного реле

времени; К1, К2, К3, К29 — контакты рабочего и вспомогательного коммутатора;

УП — универсальный переключатель; К'0 — контакт счетно-шагового реле.
72

Глава 4. Прогнозируемые технико-экономические показатели

автоматизации фильтрования.

Автоматизированная фильтрация воды, с применением технических средств

контроля давления в системе скорой фильтрации позволяет вести экономию

воды и за счет этого проводить высокотехнологичный, процесс фильтрования.

Это позволяет прогнозировать: повышение качества процесса фильтрации,

экономию воды на проведение промывки фильтров, ликвидацию труда

механиков, повышение производительности труда.

Расчет производился для одинаковых хозяйственных условий эксплуатации

фильтров.

При существующем механизированном способе управления фильтрами

трудозатраты составляют:

Выработка условного механика 1,25 фил./час; стоимость одного фил/час 4600

сум., бригада механиков/нас.ст. – 4 чел.,

Экономические показатели средств автоматизации управления фильтрации

приведены в таблице 4.1

Таблица 4.1

№№ Показатели Мех. Управл. Автоматизиро

ванное управл.

1 Годовой экономический эффект,

сум/га

- 2515

2 Стоимость отфильтрованной воды 4600 3250

3 Сумма капитальных вложений, сум - 2 800 000

4 Количество операторов, чел 4 1

5 Рост производительности, % - 30

6 Экономия фонда заработной платы.

Сум.

1 200 000

7 Срок окупаемости, год - 2

4.1. Пути и меры преодоления мирового финансового кризиса в условиях

Узбекистана

Самая актуальная проблема сегодняшнего дня – это разразившийся в 2008 году

мировой финансовый кризис, его воздействие и негативные последствия, поиск

путей выхода из складывающейся ситуации.

Исходя из этого, само собой разумеется, что важнейшим нашим приоритетом в

социально-экономическом развитии Узбекистана на 2009 год продолжит

оставаться реализация принятой в стране антикризисной программы на 2009-

2012 годы.

У нас есть сегодня все основания заявить о том, что принятая нами модель

перехода к социально ориентированной свободной рыночной экономике,

базирующейся на известных пяти принципах, с каждым годом нашего

продвижения вперед оправдывает свою правильность и состоятельность.

В первую очередь такие принципы, как деидеологизация, прагматичность

экономической политики, выраженной как приоритет экономики над политикой,

возложение роли главного реформатора на государство, обеспечение

верховенства закона, проведение сильной социальной политики, поэтапность и

постепенность в реализации реформ – все это, особенно в экстремальных

условиях разразившегося мирового финансового и экономического кризиса,

доказывает свою актуальность и жизненность.

Реализуемая сегодня взвешенная, всесторонне продуманная политика по

реформированию, либерализации и модернизации, в первую очередь экономики

страны, диверсификации ее структуры создали достаточно мощный заслон,

можно сказать, прочный и надежный буфер, предохраняющий нас от

негативных воздействий кризисов и других угроз.

Подчеркиваем в очередной раз: Узбекистан как часть интегрированного

глобального экономического пространства уже испытывает и будет далее

негативные, все более жесткие последствия мирового кризиса. Поэтому еще во
74

второй половине 2008 года мы приступили к разработке Антикризисной

программы мер с учетом конкретных условий и положения дел нашей

экономики.

В настоящее время Антикризисная программа мер по предотвращению и

нейтрализации последствий мирового экономического кризиса после

апробирования и своего утверждения доведена до конкретных исполнителей как

в отраслевом, так и в территориальном плане.

Говоря коротко, Антикризисная программа находится в действии, и итоги

января месяца 2009 года свидетельствуют о скромных, но достаточно

убедительных результатах ее реализации.

Коротко хотел бы остановиться на конкретных разделах- комплексах

мероприятий Антикризисной программы, направленных на решение следующих

ключевых задач.

В первую очередь, это дальнейшее ускоренное проведение модернизации,

технического и технологического перевооружения предприятий, широкое

внедрение современных гибких технологий. Это прежде всего касается базовых

отраслей экономики, экспорто-ориентированных и локализуемых производств.

Ставится задача ускорения реализации принятых отраслевых программа

модернизации, технологического и технического перевооружения производства,

перехода на международных стандарты качества, что позволит обеспечить

устойчивые позиции как на внешнем, так и на внутреннем рынках.

Во-вторых, реализация конкретных мер по поддержке предприятий-

экспортеров в обеспечении их конкурентоспособности на внешних рынках в

условиях резкого ухудшения текущей конъюнктуры, создание дополнительных

стимулов для экспорта, в частности:

- выделение им льготных кредитов на пополнение оборотных средств

сроком на 12 месяцев по ставке, не превышающей 70 процентов от ставки

рефинансирования Центрального банка;

-продление до2012 года освобождения от уплаты в бюджет всех видов

налогов и сборов, кроме налога на добавленную стоимость, предприятий с
75

иностранными инвестициями, специализирующихся на производстве готовой

продукции;

-реструктуризация суммы просроченной и текущей задолженности по

кредитам банков и списание пени по платежам в бюджет и предоставление

других не менее важных льгот и преференций..

В третьих, повышение конкурентоспособности предприятий за счет

введения жесткого режима экономии, стимулирования снижения

производственных затрат и себестоимости продукции. В 2008 году одобрены

предложения хозяйствующих субъектов по реализации мер, направленных на

снижение в текущем году себестоимости продукции не мене чем на 20

процентов в ведущих отраслях и сферах нашей экономики.

Предусмотрена разработка действенного механизма по стимулированию

руководителей и ответственных лиц за достижение намеченных параметров по

снижению себестоимости.

Наряду с этим в Антикризисной программе выработан механизм по

ограничению в 2009 году повышения цен на все виды энергоносителей и

основные виды коммунальных услуг не более чем на 6-8 процентов. С

безусловным обеспечением рентабельности их производства.

В четвертых, реализация мер по модернизации электроэнергетики,

сокращению энергоемкости и внедрению эффективной системы

энергосбережения. Дальнейшее повышение конкурентоспособности нашей

экономики, рост благосостояния населения во многом зависят и от того,

насколько бережно, экономно мы научимся использовать, имеющиеся ресурсы и

в первую очередь электро-и энергоресурсы.

В пятых, в условиях падающего спроса на мировом рынке ключевую

роль в сохранении высоких темпов экономического роста играет поддержка

отечественных производителей путем стимулирования спроса на внутреннем

рынке.
76

Большое место в реализации этой задачи играет расширение программы

локализации производства, объемы которой предусмотрено увеличить, в 3-4

раза.

В принятых программах по стимулированию расширения производства

продовольственных и непродовольственных потребительских товаров

предусмотрена широкая система стимулов для отечественных предприятий-

производителей. В частности, на период до 1 января 2012 года предоставлены

налоговые и таможенные льготы в виде:

- снижения ставки единого налогового платежа на 50 процентов

микрофирмам и малым предприятиях, специализирующимся на переработке

мяса и молока, с целевым направлением высвобождаемых средств на техни-

ческое перевооружение и модернизацию производства;

- освобождения предприятий, специализирующихся на выпуске отдельных

видов готовых непродовольственных товаров, от уплаты налога на прибыль и

налога на имущество, единого налогового платежа для микрофирм и малых

предприятий.

Говоря другими словами, мы должны думать о посткризисном периоде

нашего развития, выработке глубоко продуманного долгосрочной Программы

целевых проектов по модернизации и техническому обновлению базовых

отраслей нашей экономики, внедрению современных инновацион-ных

технологий, призванных дать мощный толчок по выходу Узбекистана на новые

рубежи, обеспечивающие конкурентоспособность нашей страны на мировом

рынке.

В Ы В О Д Ы

1.Рекомендованное автоматизированное управление, в составе

технических средств измерения давления в фильтре, позволяющих проводить

высокотехнологичный процесс контроля скорости фильтрации обеспечивает

экономические успехи по экономии воды, снижению стоимости фильтрации,

сокращению трудовых затрат, повышение производительности труда.
77

2. Количественные экономические показатели прогнозируют

положительную возможность реализации на практике метода и технических

средств автоматизации фильтрования воды.

Техника безопасности при эксплуатации устройств и

систем автоматики.

Для заземления электроустановок систем автоматизации, как правило,

используют заземляющую сеть (заземляющее устройство) системы

электроснабжения и солового электрооборудования автоматизируемого объекта.

Исключение составляют некоторые специальные системы автоматизации,

которые по специфическим условиям работы или требованиям заводов –

изготовителей не допускают объединение с общими заземляющими сетями. Для

таких систем предусматривают отдельное заземляющее устройство.

Заземляющие проводники в электроустановках систем автоматизации

разделяют на основные (магистральные) и ответвления от них к

электроприемникам (радиальные) (см.рис.). Магистральные проводники

предназначены для выполнения заземлений в питающей сети системы

электропитания КИПиА, а радиальные – в распределительной сети.

При помощи магистральных заземляющих проводников щиты и сборки

питания системы КИПиА соединяют с заземляющей сетью.

Радиальными проводниками заземляют (соединение с заземляющей

шиной или с болтами щитов и сборок питания КИПиА) отдельно стоящие и

сосредоточенно установленные на щитах и пультах электроприемники систем

автоматизации.

Электроустановок систем автоматизации необходимо заземлять в

помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных

установках при использовании приборов, аппаратов и других средств

автоматизации с напряжением в цепях питания, контроля, измерения,

управления, сигнализации и т.п. выше 36 переменного и 110 В постоянного

тока.
78

Заземлению подлежит металлические части электроустановок, обычно не

находящиеся под напряжением, но на которых может появиться опасное для

жизни напряжение при повреждении электрической изоляции токоведущих

частей (проводов, обмоток и т.д.).

Не требуется заземление:

приборов, аппаратов и других средств автоматизации, установленных на

заземленных щитах и пультах или вспомогательных конструкциях отдельными

проводниками, если обеспечивается надежный металлический контакт (без

краски, лака, ржавчины и т.п.) между корпусами электроприемников и

металлоконструкциями щитов и пультов;

корпусов электроприемников, изготовленных полностью из

неэлектропроводных материалов (пластмасса, карболит, стекло и др.);

отдельно стоящих щитов и пультов, предназначенных для установки

неэлектрических приборов и средств автоматизации (пневматических,

гидравлических, механических и т. п.). электрическую проводку

01921

VIV

III

3 3 3 3 3 3 3

Рис. Пример заземляющей сети системы автоматизации:

1 и 2 – магистральные и радиальные заземляющие проводники; 3 –

проводники дополнительного заземления; 4 – заземляющая сеть

автоматизируемого объекта; 5 – отдельно стоящий прибор; 6 – датчики,

первичные приборы и т.п.; 7 – электропривод задвижки (вентиля); 8 – аппарат

управления; 9 – места контактных металлических соединений отдельных

панелей щитов; 10 – рама щита; I – источник питания; II – питающие шины; III

– щит питания № 1; IV- щит КИПиА № 1; V – сборка питания задвижек; VI –

щит питания № 2.

стационарного освещения таких щитов нужно выполнять в заземленных

стальных трубах (вплоть до ввода в осветительную арматуру).

В качестве заземляющих проводников в сетях с глухозаземленной

нейтралью используют: нулевые проводники, стальные трубы электропроводок,

алюминиевые оболочки кабелей, отдельные жилы кабелей и проводов. При этом

запрещается применять нулевые проводники для заземления однофазных

электроприемников.

Проводимость заземляющих проводников должна составлять не менее 50

% проводимости фазных проводников и удовлетворять требованиям надежной

работы защитных аппаратов при однофазных коротких замыканиях. Сечения

заземляющих проводников в сетях постоянного тока обычно принимают

равными сечения питающих проводников. Минимально допустимые сечения

медных изолированных заземляющих проводников должны быть 1, а с

алюминиевой жилой 2,5 мм2. не допускается использовать в качестве

заземляющих проводников броню и свинцовые оболочки кабелей, а также

металлорукава, металлоконструкции коробов и лотков, так как эти элементы

сами подлежат заземлению.

Заземляющую сеть нужно выполнять в соответствии с требованиями ПУЭ

и СИ 102-76 «Инструкция по устройству сетей заземления и зануления в

электроустановках». Составные щиты и пульты, в которых обеспечен

надлежащий электрический контакт отдельных панелей (секций) между собой и

установочной рамой, разрешается заземлять только в одном месте.
80

Приборы, аппараты и средств автоматизации, подвергающиеся вибрациям,

частому демонтажу или установленные на движущихся частях, необходимо

заземлять при помощи гибких медных проводников. В местах соединений

должны быть приняты меры против ослабления контактов (пружинные шайбы,

контргайки и т. п.).

Короба с электропроводками систем автоматизации нужно присоединять к

сети заземления не менее чем в двух противоположных местах. Ответвления

коробов в конце следует заземлять дополнительно. В местах сопряжения

элементы коробов следует приваривать один к другому в двух – трех точках.

В пожароопасных помещениях электроустановки систем автоматизации

заземляют, как в обычных установках.

Электроустановки во взрывоопасных помещениях и наружных установках

заземляют при всех напряжениях переменного и постоянного тока.

Средства автоматизации, установленные на заземленных металлических

конструкциях (кроме щитов и пультов), нужно заземлять отдельными

проводниками независимо от наличия заземления конструкции, на которой они

размещены.

В качестве заземляющих проводников в одно – и двухфазных сетях

используют третьи жилы проводок и кабелей, а в трехфазных сетях – четвертые

жилы проводок и кабелей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Анализ работы фильтрования воды на водопроводных насосных

станциях обеспечивающих необходимую скорость фильтрации позволил

сделать выводы:

1. В основе автоматического управления промывкой фильтра лежит открытие

или закрытие в определенной последовательности четырех задвижек на

трубопроводах: подачи исходной воды, отвода с фильтра промывной воды и

первого фильтрата в канализацию. В зависимости от принятого типа

привода задвижек схемы бывают электрические или гидравлические.
81

2.Во всех случаях в схемы вводится блокировка, исключающая

одновременный выход на промывку более одного или двух фильтров,

осуществляется необходимая сигнализация о работе фильтров на пульт

управления.

3. В простейшем случае регулирование скорости фильтрования осуществляется

с помощью поплавково-дроссельного регулятора прямого действия.

Поплавок, плавающий на поверхности воды фильтре, механически связан с

дроссельной заслонкой, установленной на трубопроводе фильтрата, что в

целом говорит о низком уровне информативности существующей методики

автоматизации.

4. Потери напора в чистом фильтрующем слое зависят от толщины слоя L,

крупности и формы зерен фильтрующего материала, его пористости m0, а также

от скорости и движения воды в порах и вязкости воды µ.

5.Во время применения автоматических регуляторов скорости фильтрования

подача воды на фильтровальную станцию должна точно увязываться с

установленной на них скоростью фильтрования.

6. Для поддержания неизменным уровня воды на фильтре, а

следовательно, и скорости фильтрации регулятор подает импульсы на

постепенное увеличение открытия этой задвижки, конечный

выключатель подает импульс в электрическую часть схемы и фильтр

переключается на промывку.

7. Вывод фильтра на промывку осуществляется после полного открытия

поворотной заслонки, т.е. когда перепад давления в фильтрующем слое

достиг заданного значения, который (перепад дпавления) и фиксируется

дифференциальным манометром ДМ, введенным в схему в настоящей

работе.

8. Рекомендованное автоматизированное управление, в составе технических

средств измерения давления в фильтре, позволяющих проводить

высокотехнологичный процесс контроля скорости фильтрации обеспечивает
82

экономические успехи по экономии воды, снижению стоимости фильтрации,

сокращению трудовых затрат, повышение производительности труда.

9. Количественные экономические показатели прогнозируют положительную

возможность реализации на практике метода и технических средств

автоматизации фильтрования воды.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.

1. Бородин И.Ф., Судник Ю.А. Автоматизация технологических процессов.

Колос.,М. 2004. 304 с.

2. Мартынов И.В. Автоматизация управления процессами водоснабжения.

Питер., С-П. 2005. 241 с.

3. Гаврилов В.Н. Применение средств авторегулирования Колос.,М. 2004. 130 с.

4. Попкович А.Н. Автоматизация технологических процессов водоснабжения и

канализации. Энергоиздат М. 1997. 299 с.

5. Абрамов А.К. Водоснабжение М. Колос 1988. 327 с.

6. Фельдбаум А.А., Бутковский Г.Г. Методы теории автоматического

управления. Наука. М., 2001, 230 с.

7. Ф.Файзиев, И.Раупов.Гидростатическое устройство контроля давления

жидкости. Сбоник трудов НПК «Современные проблемы водного и сельского

хозяйства». Ташкент. ТИИМ. 2009. 285 с.

8. Усманов Т.А. Автоматизация полива – фактор сбережения водных и

земельных ресурсов. Сборник трудов НПК молодых ученных

«Современные ресурсосберегающие технологии в земледелии». Ташкент.

ТГАУ. 2008. 151.с.

9. Усманов А.М. Абдуллаева Д.А.Поливной участок как модульная структура

АСУТП. Сб. трудов НПК молодых ученных «Современные проблемы

использования земельно-водных ресурсов в условиях дефицита воды и

перехода к рыночной экономике». Ташкент. ТИИМ. 2008. 356 с.

10. Костяков А.Н. Основы мелиораций. Сельхозгиз. М. 1960. 662 с.

11. Рожнов В.А., Тюменев Р.М. Электрические системы стабилизации уровня

воды. Илим., Бишкек. 1985. 278 с.

12. Клюев А.С. Наладка приборов и устройств технологического контроля.

Энергия, М., 1996. 412 с.

13. Хамадов И.Б. Бутырин М.В. Эксплуатационная гидрометрия.
84

Колос, М., 1975, 206 с.

14. Fichbach P. Wittmuss H. Automatic surface irrigation. Irrigation Engineering

Maintenance. No 6, 2005.

15. New automatic channel flow regulator. Water and water engineering. June,

2006., London.

16. www. polimer.com

ПРИЛОЖЕНИЯ.

Микропроцессорные средства автоматизации фильтрования воды.

Устройство сопряжения с объектом (УСО), собственно, не является

принадлежностью микроконтроллера, но его конкретная техническая

реализация определяет, какими видами сигналов МК может обмениваться с ОУ.

Конечно, конструкция ОУ и цель управления им накладывают определенные

требования на конструкцию УСО. Поэтому конструкции УСО не поддаются

унификации и в каждом конкретном случае возможно то или иное техническое

решение. Для нашего случая необходимо техническое задание для условий

регулирования скорости фильтрации. На рис.П2. изображена структура УСО

применительно к гипотетическому объекту управления, который

характеризуется различными сигналами на выходе и входе. УСО обеспечивает

связь объекта управления с шиной данных МК с использованием интерфейсных

схем Ин.Вв. Технологические параметры объекта (температура, давление,

перемещение, влажность и пр.) в первичных преобразователях (ПП) -

термопарах, термометрах сопротивления, индуктивных датчиках -

преобразуются в электрические сигналы (постоянное напряжение или частоту).

Пройдя через блок нормирующих преобразователей БНП, обеспечивающий

стандартный уровень сигнала (обычно 0-И О В), контролируемые параметры

поступают на мультиплексор (МС), который коммутирует один из входных

сигналов на единственный выход. Коммутация обеспечивается подачей

цифрового кода через интерфейс вывода (Ин.Выв.) посредством программы.

Скоммутированный канал подается на схему выборки и хранения (УВХ) и далее

на аналого-цифровой преобразователь (АЦП), на выходе которого формируется

цифровой код, пропорциональный величине контролируемого параметра. Затем

цифровой код может быть считан в МП через интерфейс ввода (Ин.Вв.) и шину

данных системы. Считанный цифровой код подвергается дальнейшей цифровой

обработке в МП по определенному алгоритму. Если необходима индикация
86

результата измерений, то через Ин.Выв результирующая информация может

быть подана на цифровой индикатор. Если по результатам измерения

необходимо воздействовать на объект, то Ин.Выв может быть использован для

передачи через схему управления (Сх.У) и исполнительное устройство

(ИУ)управляющего воздействия на объект. Конструкция схемы управления

существенно зависит от типа исполнительного устройства. Если

исполнительное устройство представляет собой, например, бесконтактное

релейное устройство, обеспечивающее полное включение или выключение

управляющего воздействия, то для управления на его вход достаточно подать

сигнал, принимающий только два состояния: низкого или высокого уровня.

Схема управления в этом случае должна выполнять функции усилителя

мощности, работающего в ключевом режиме. Если же управляющее

воздействие должно изменяться непрерывно, то схема управления должна

преобразовать цифровой код, подступающий на ее вход из шины данных

микроконтроллера через интерфейс вывода, в непрерывный аналоговый сигнал

необходимой мощности. Такие схемы управления обычно строятся на базе

цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП).

В случае, когда контролируемый параметр преобразуется в частоту, процедура

его ввода в микропроцессор значительно упрощается и после формирования в

блоке формирования сигнала (БФС) и коммутирования в микропроцессоре

сводится к подаче на вход таймера. Все остальные преобразования, связанные с

расчетом величины контролируемого параметра, обеспечиваются за счет

управляющей программы. В этом случае таймер может быть использован и для

формирования в «Сх.У» управляющего воздействия, например, за счет

управления углом открывания тиристора.

Следует заметить, что такие звенья УСО, как мультиплексор, схема выборки и

хранения, АЦП и Сх.У, нуждаются в управляющих воздействиях всякий раз,

когда требуется обращение к ним. Управление этими устройствами

осуществляется программно-цифровым кодом, поступающим из ШД системы
87

через интерфейс вывода. Ниже приводятся технические устройства и

характеристики микропроцессора (ATMEL).

Рис. П2. Структура микропроцессора и УС с объектом управления.

Рис.П2' Внешний вид процессора УСО

Модуль цифровой обработки сигналов
88

Основные параметры и характеристики МЦОС ПУ:

Амплитуда входных сигналов <=5 В.

Коэффициент усиления - 1…1000.

Макс. частота АЦП/ЦАП 48 кГц.

Выборка сигналов - синхронная.

Тактовая частота процессора 33.3 Мгц.

Объем ОЗУ -160 КБ.

Интерфейс - шина ISA или PCI.

Технические требования к входным сигналам МЦОС ПУ:

Отношение сигнал/шум не менее30 дБ.

Отношение амплитуд любых различных сигналов ТС не более 6 дБ

Модули МЦОС КП могут применяться:

В телекоммуникациях как стандартный или специализированный модем;

Модули цифровой обработки сигналов выпускаются в двух

вариантах: для интеграции в аппаратуру пункта управления

(МЦОС ПУ) и для интеграции в аппаратуру контролируемых

пунктов (МЦОС КП).

Модули МЦОС ПУ могут выполнять в составе аппаратуры ПУ

следующие функции:

прием с физической аналоговой линии связи сигналов

телесигнализации;

выдачу команд телеуправления (ТУ) в протоколе

релейных систем;

контроль передаваемых команд ТУ.
89

Микроконтроллеры с интегрированным USB ATMEL

Микроконтроллеры фирмы Atmel

AVR, ATMega, AVR studio, stk500

Микрокотнтроллеры

AVR

Фирма Atmel Выпускает несколько семейств

микроконтроллеров:

-х разрядные

-ми разрядные: MCS-51, AVR

-х разрядные: ARM, AVR32

Полное описание

микроконтроллеров

AVR

В данном разделе приведены полные описания на

русском языке системы команд микроконтроллеров

AVR, а также архитектуры микроконтроллеров

ATMega128 и ATMega103 (не рекомендован в новых

разработках)

Примеры применения

микроконтроллеров

AVR

Примеры применения микроконтроллеров AVR

включают в себя как стандартные применения, так и

управления электродвигателями

Аппаратные

средства

Фирма Atmel предлагает большой выбор

инструментальных средств - наиболее популярны и

Тип

16-

разр.

таймер

SPI

10-

разр.

АЦП

UART

разр.

таймер

Производи-

тельность

AVR, MIPS

ОЗУ

(SRAM),

байт

Внешние

прерывания

Функцио-

нальные

точки

останова

Порты

вводы/

вывода

HUB

порты

Исполь-

зуемая

память

Память

программ,

Kб

Корпус

AT43301 4 24-pin SOIC or LQFP

AT43312A 4 32-pin SOIC or LQFP

AT43USB320A + + + + 12 512 2 3 32 4 RAM or ROM 64 100-pin LQFP

AT43USB326 - - - + 12 48-lead LQFP

AT43USB351M + + 12 + 1.5, 12, 24 1024 2 5 19 ROM 24 48-pin LQFP

AT43USB353M + 12 + 12, 24 48-lead LQFP

AT43USB355 + + 12 + 12 1024 2 4 27 2 RAM or ROM 24

64-pin LQFP

АВТОМАТИЗАЦИЯ ФИЛЬТРОВАНИЯ ВОДЫ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ СКОРЫХ ФИЛЬТРОВ