Устройство для автоматического регулирования процесса обеззараживания жидкостей

 

Изобретение относится к области обеззараживания жидкости хлорным газом, а именно к средствам дозирования и регулирования смешения текучих сред, и может быть использовано на предприятиях водоочистки и водоподготовки, а также на предприятиях химической промышленности. Устройство для автоматического регулирования процесса обеззараживания жидкостей содержит последовательно установленные в хлорной магистрали хлоратор, фильтр, управляющий клапан, исполнительный механизм, эжектор, выход которого соединен с каналом обрабатываемой воды, а также блок управления, датчик расхода обрабатываемой воды и датчик остаточного хлора, соединенные с блоком управления, и привод, соединенный с блоком управления, при этом оно дополнительно содержит регулятор давления газа, расположенный между фильтром и управляющим клапаном, индикаторный элемент, расположенный в хлорной магистрали, и несколько чувствительных элементов, каждый из которых образует пару с индикаторным элементом при его перемещении и соединен с блоком управления, исполнительный механизм выполнен в виде соединенных между собой посредством перепускной трубки ведущего и ведомого сильфонов, при этом последний расположен в хлорной магистрали и связан с управляющим клапаном, а ведущий сильфон через винтовую передачу связан с приводом. Изобретение позволяет повысить точность дозирования хлора и надежность работы устройства 3 з.п.ф-лы, 2 ил.

Устройство относится к области обеззараживания воды, в частности к средствам дозирования и регулирования смешения текучих сред в процессе обеззараживания жидкостей хлорным газом, и может быть использовано на предприятиях водоочистки и водоподготовки, а также на предприятиях химической промышленности.

Известно устройство для автоматического обеззараживания жидкостей, содержащее хлоратор, расположенный в магистрали подачи хлорного газа в эжектор, установленный в магистрали подачи рабочей (активной) жидкости, датчик остаточного хлора, установленный в резервуаре и связанный с входом блока управления, датчик расхода обрабатываемой жидкости, установленный в соответствующей магистрали и также связанный с входом блока управления, выход которого соединен с исполнительным механизмом регулирующего клапана, при этом исполнительный механизм и регулирующий клапан расположены в магистрали хлорного газа (см. свидетельство РФ на полезную модель 0005180, МПК6 C 02 F 1/76, "Устройство для обеззараживания жидкостей", опубликованное 16.10.1997 г.).

Недостатком известного устройства является ненадежность его работы, так как в нем не предусмотрена стабилизация уровня разрежения хлорного газа в заданных пределах в магистрали хлоратор - эжектор, что при малых расходах хлора может вызвать повышение давления хлора выше атмосферного на участке хлоратор - регулирующий клапан и, как следствие, утечку хлора.

Кроме того, расположение исполнительного механизма в магистрали хлорного газа может привести к возникновению в нем коррозии и больших моментов трения, что также снижает надежность и точность работы.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для автоматического регулирования процесса обеззараживания жидкостей, содержащее последовательно установленные хлоратор, обратный (управляющий) клапан, эжектор, последовательно соединенный со стороны активной воды с регулирующим вентилем, соединенным с выходом блока управления, вход которого соединен с датчиком остаточного хлора, установленным в контактном резервуаре, выход эжектора соединен с каналом обрабатываемой воды, при этом хлоратор соединен с эжектором через фильтр, а эжектор выполнен совместно с обратным клапаном, соединенным с одной стороны через рамку-направляющую с толкателем (т.е. приводом с исполнительным механизмом) и рабочими мембранами, а с другой - через герметизирующие мембраны и чашку с регулируемой пружиной возврата с винтом корректирования усилия пружины (см. патент РФ 2085514, МПК6 C 02 F 1/76, "Устройство для автоматического регулирования процесса обеззараживания жидкостей", опубликованное 27.07.1997 г.).

Недостатком известного устройства является ненадежность работы устройства ввиду отсутствия стабилизации уровня разрежения газа в хлорной магистрали в заданных пределах при изменении давления и расхода газа.

Кроме того, известное устройство не позволяет фиксировать и быстро реагировать на изменения внешних условий (давления хлора, разряжения на эжекторе) до тех пор, пока хлорный газ не поступил в воду и не изменил показатель остаточного хлора в сторону отклонения от нормы. Только после этого происходит процесс регулирования расхода хлорного газа через блок управления и вентиль.

Поскольку стабилизация показателя остаточного хлора является длительным процессом (из-за больших объемов расхода обрабатываемой воды и хлора), то регулирование расхода хлора по этому показателю не отображает фактической потребности в хлоре в режиме реального времени и, следовательно, снижает точность дозирования.

Косвенная регулировка расхода хлора через вентиль, расположенный в линии активной воды, и применение сальниковых уплотнительных переходов между атмосферой и хлорной средой значительно усложняет привод обратного (управляющего) клапана, требует использования привода большой мощности, что в свою очередь повышает энергоемкость устройства в целом.

Технический результат заявляемого изобретения предусматривает повышение точности дозирования хлора и повышение надежности работы устройства.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство для автоматического регулирования процесса обеззараживания жидкостей, содержащее последовательно установленные в хлорной магистрали хлоратор, фильтр, управляющий клапан, исполнительный механизм, эжектор, выход которого соединен с каналом обрабатываемой воды, а также блок управления, датчик расхода обрабатываемой воды и датчик остаточного хлора, соединенные с блоком управления, и привод, соединенный с блоком управления, согласно изобретению дополнительно содержит регулятор давления газа, расположенный между фильтром и управляющим клапаном, индикаторный элемент, расположенный в хлорной магистрали, и несколько чувствительных элементов, каждый из которых образует пару с индикаторным элементом при его перемещении и связан с блоком управления, исполнительный механизм выполнен в виде соединенных между собой посредством перепускной трубки ведущего и ведомого сильфонов, при этом последний расположен в хлорной магистрали и связан с управляющим клапаном, а ведущий сильфон через винтовую передачу связан с приводом.

Индикаторный элемент выполнен в виде поплавка, содержащего вмонтированный в него постоянный магнит, а чувствительные элементы выполнены в виде магниторезистивных датчиков определения положения поплавка.

Привод выполнен в виде шагового двигателя.

Блок управления выполнен двухуровневым, при этом блок управления второго уровня соединен с датчиком расхода обрабатываемой воды и датчиком остаточного хлора.

Введение регулятора давления газа позволяет стабилизировать уровень разрежения газа в хлорной магистрали в заданных пределах при изменении выходного давления хлоратора или расхода хлора, что позволяет повысить надежность работы устройства путем исключения утечки хлорного газа.

Выполнение чувствительного органа в виде поплавка, расположенного в хлорной магистрали, связанного с магниторезистивными датчиками определения его положения, позволяет измерять и отражать на индикаторной панели блока управления фактический расход хлорного газа, необходимую дозу хлорного газа и проводить регулирование процесса обеззараживания воды путем стабильного поддержания необходимой дозы хлорного газа, устраняя рассогласование, вместо регулирования по остаточному хлору, что значительно увеличивает быстроту реагирования устройства на фактическое изменение внешних условий (давление хлора и разрежение эжектора), а также параметров активной и хлорируемой воды, что повышает точность дозирования за счет исключения пар трения и быстро изнашиваемых в условиях постоянного движения уплотнений, неизбежных в известных устройствах.

Выполнение исполнительного механизма в виде соединенных между собой посредством перепускной трубки ведущего и ведомого сильфонов, когда последний расположен в хлорной магистрали и связан с управляющим клапаном, а ведущий сильфон связан через винтовую передачу с приводом, позволяет расположить привод вне хлорной магистрали, что значительно упрощает его конструкцию, снижает его инерционность и повышает точность дозирования.

Из уровня техники известен принцип взаимодействия поплавка с магнитной следящей системой (см. расходомер серии Н 250, опубликованный в рекламном проспекте фирмы KROHNE, "Variable area flowmeter" Techikal Data H 250, 03/98).

Однако он предназначен для измерения скорости потока текучей среды, которая индуцируется на шкале, и не может быть использован для автоматического регулирования и дозирования расхода газа, так как не содержит блока управления, связанного с управляющим клапаном.

Из уровня техники известна также система регулирования и дозирования текучей среды в виде газа-озона с использованием гибкой диафрагмы, разделяющей две полости, каждая из которых выполнена с каналом для сообщения с источником текучей среды, и исполнительного органа, выполненного с возможностью регулирования параметра дозируемой текучей среды при изменении разности давлений в указанных полостях и включающего в себя две детали, установленные с возможностью перемещения одной относительно другой, образуя чувствительные пары, причем одна из них расположена на гибкой диафрагме (см. патент РФ 2117257, МПК6 G 01 F 11/08, "Регулятор параметров смеси текучих сред, устройство для озонирования и дозатор текучей среды", опубликованный 10.08.1998 г.).

Известная система предназначена для дозирования текучей среды в виде озона, в которой чувствительные пары использованы для определения величины параметров: давления, удельной массы, скорости.

Данную систему невозможно применить для дозирования хлора, так как один чувствительный элемент пары находится на подвижном штоке, связанном с мембраной, расположенной в проточной части, и в случае дозирования хлорного газа с помощью данной системы невозможно обеспечить герметичность камеры, соблюдая подвижность штока.

Следовательно, для дозирования такого агрессивного газа, как хлор, известная система неприемлема, в то время как расположение в заявляемом устройстве чувствительного элемента в виде постоянного магнита на поплавке позволяет обеспечить герметичность устройства при регулировании расхода агрессивных газов.

На основании вышеизложенного следует, что заявляемая совокупность существенных признаков заявляемого устройства соответствует условию охраноспособности "изобретательский уровень".

На фиг.1 изображена принципиальная схема устройства для автоматического регулирования процесса обеззараживания жидкостей, на фиг.2 - исполнительный механизм с управляющим клапаном и индикаторным элементом.

Устройство содержит последовательно установленные в хлорной магистрали хлоратор 1, фильтр 2, регулятор давления газа 3, управляющий клапан 4, соединенный с исполнительным механизмом 5, ротаметр 6 с индикаторным элементом 7, выполненным в виде поплавка, эжектор 8.

Регулятор давления газа 3 расположен между фильтром 2 и управляющим клапаном 4. Поплавок 7 расположен в хлорной магистрали и содержит вмонтированный в него постоянный магнит (на чертеже не показан), взаимодействующий с магниторезистивными датчиками 9 для определения положения индикаторного элемента 7, каждый из которых составляет с ним пару при его перемещении.

Исполнительный механизм 5 выполнен в виде соединенных между собой посредством перепускной трубки 10 ведущего 11 и ведомого 12 сильфонов, при этом последний расположен в хлорной магистрали и связан с управляющим клапаном 4, а ведущий сильфон 11 через винтовую передачу 13 связан с приводом 14, выполненным в виде шагового двигателя.

Система управления устройством включает блок управления 15, вход которого связан с магниторезистивными датчиками 9 для определения положения поплавка 7 и выходом блока управления второго уровня 16, вход которого связан с датчиком расхода обрабатываемой воды 17 и датчиком остаточного хлора 18, расположенного в контактном резервуаре 19. Выход блока управления 15 связан с приводом 14, выполненным в виде шагового двигателя малой мощности. Выход эжектора 8 соединен с каналом обрабатываемой воды 20.

На панели блока управления 15 размещены органы управления работой устройства и панель индикации (на чертеже не показаны). Органы управления предназначены для выбора требуемого режима работы, а именно "калибровка датчика положения поплавка", "ввод требуемой дозы хлорного газа", "работа устройства".

Органы индикации отображают информацию о выбранном режиме работы, информацию о полностью открытом управляющем клапане, величину требуемой дозы хлорного газа, величину фактически расходуемой дозы хлорного газа в делениях шкалы ротаметра.

На случай отключения электроэнергии исполнительный механизм 4 снабжен маховиком ручной регулировки 21, расположенным на валу шагового двигателя 14.

Устройство для автоматического регулирования процесса обеззараживания воды работает следующим образом.

Устанавливают на эжекторе 8 необходимый режим разрежения, включают электропитание блока управления 15 и блока управления второго уровня 16. На пульт управления блока 15 с блока управления второго уровня 16 автоматически вводят требуемую дозу хлорного газа, которая высвечивается на панели индикации.

Требуемая доза хлорного газа формируется в блоке управления второго уровня 16 по информации датчика расхода обрабатываемой воды 17, датчика остаточного хлора 18, расположенного в контактном резервуаре 19, и информации с блока управления 15.

Затем включают режим "Работа". При работе газ поступает через фильтр 2, регулятор давления газа 3, далее через клапан 4, ротаметр 6 в эжектор 8, соединенный с каналом обрабатываемой воды 20.

Произвольное положение поплавка 7 в начале работы отражает дозу расхода хлорного газа на этот момент, информация о которой поступает от датчиков 9 на блок управления 15 и отражается на панели индикации.

В результате сравнения информации датчика положения поплавка 9 с требуемой дозой хлорного газа в блоке управления 15 формируется сигнал, который подается на привод 14 и далее через исполнительный механизм 5 на управляющий клапан 4 для устранения имеющегося рассогласования показателей доз хлорного газа.

Вращательное движение вала шагового двигателя 14 через винтовую передачу 13 преобразуется в поступательное движение ведущего сильфона 11, объем которого увеличивается или уменьшается, изменяя через перепускную трубку 10 объем жидкости в ведомом сильфоне 12, который приводит в движение управляющий клапан 4, изменяя и регулируя проходное сечение для потока хлора.

На случай отключения электроэнергии предусмотрен ручной режим работы при помощи маховика 21. После восстановления электропитания устройство начинает отрабатывать ранее введенную в него требуемую дозу.

Испытание устройства для автоматического регулирования процесса обеззараживания жидкостей при изменении в широких диапазонах давления хлорного газа, глубины разрежения, создаваемого эжектором, и величины дозирования расхода хлорного газа показало высокую надежность его работы при обеспечении точности и стабильности дозирования.

Введение гидравлической передачи механического перемещения на управляющий клапан позволяет расположить привод вне хлорной магистрали, что значительно упрощает его конструкцию, снижает его инерционность и повышает точность дозирования.

Формула изобретения

1. Устройство для автоматического регулирования процесса обеззараживания жидкостей, содержащее последовательно установленные в хлорной магистрали хлоратор, фильтр, управляющий клапан, исполнительный механизм, эжектор, выход которого соединен с каналом обрабатываемой воды, а также блок управления, датчик расхода обрабатываемой воды и датчик остаточного хлора, соединенные с блоком управления, и привод, соединенный с блоком управления, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит регулятор давления газа, расположенный между фильтром и управляющим клапаном, индикаторный элемент, расположенный в хлорной магистрали, и несколько чувствительных элементов, каждый из которых образует пару с индикаторным элементом при его перемещении и соединен с блоком управления, исполнительный механизм выполнен в виде соединенных между собой посредством перепускной трубки ведущего и ведомого сильфонов, при этом последний расположен в хлорной магистрали и связан с управляющим клапаном, а ведущий сильфон через винтовую передачу связан с приводом.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что индикаторный элемент выполнен в виде поплавка, содержащего вмонтированный в него постоянный магнит, а чувствительные элементы выполнены в виде магниторезистивных датчиков определения положения поплавка.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что привод выполнен в виде шагового двигателя.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок управления выполнен двухуровневым, при этом блок управления второго уровня соединен с датчиком расхода обрабатываемой воды и датчиком остаточного хлора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2