Как найти площадь сечения фильтра

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #

  14.08.2019540.67 Кб0L1.doc

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

  20.02.201616.77 Mб1519Murphy (for students).pdf

• #

1. Основные положения о фильтрации воды в грунте

Изучение вопросов движения грунтовых вод или, как говорят, фильтрации воды, представляет весьма большой практический интерес, так как этот раздел гидравлики находит обширное применение при решении различных инженерных задач.

Обращаясь, например, к водоснабжению населенных пунктов и промышленных предприятий, мы встречаем целый ряд вопросов, которые могут быть решены лишь на основе изучения общих законов движения грунтовых вод. Сюда относятся такие вопросы, как определение количества воды, притекающей к колодцам или к водосборным галереям, определение числа колодцев и протяженности водосборных галерей, определение размеров фильтров и пр.

Важное значение вопросы движения грунтовых вод приобретают в мелиорации. Например, при осушении почвы открытыми канавами или земным дренажем нужно знать положение уровня грунтовых вод после осушения; при орошении почвы практический интерес представляет определение потерь воды на фильтрацию из канала, а также решение вопроса об устойчивости дамб и откосов каналов.

Исключительно важную роль вопросы движения грунтовых вод играют при возведении гидротехнических сооружений. Назначение размеров узлов и элементов этих сооружений быть осуществлено лишь в результате изучения явления фильтрации через тело плотины.

Вопросы движения грунтовых вод также актуальны при производстве строительных работ, когда нужно производить водопонижение для возможности проведения работ в котловане.

Теория фильтрации — раздел гидродинамики, посвященный исследованию движения жидкостей через пористые среды, то есть тела, пронизанные системой сообщающихся между собой пустот (пор). Пористыми являются многие природные тела: грунты, горные породы, древесина, кожа, кость, мягкие ткани животных, а также искусственные материалы: строительные (бетон, кирпич), пищевые (хлеб), искусственная кожа, керамика, металлические детали, полученные методом порошковой металлургии, и т.д. Пористой является почва, верхний слой грунта, служащий основой земледелия. Уже это простое перечисление показывает ту огромную роль, которую играют пористые среды в жизни людей. Характерная особенность всех этих материалов — способность накапливать в себе жидкость и позволять ей двигаться под действием внешних сил.

По крайней мере, три важнейших аспекта нашей жизни напрямую зависят от движения жидкостей через пористые среды. Прежде всего, это движение жидкостей через пористые биоматериалы в живых организмах — обмен жидкостью в клетках и тканях, движение соков в деревьях и злаках и другие незаметные внешне движения управляют процессами транспорта питательных веществ к клеткам и вывода вредных продуктов жизнедеятельности из организмов. Хотя эти процессы идут под контролем и при участии ферментов и других белков, сам транспорт жидкостей играет огромную роль в жизни всех клеток и всех существ.

Ту же роль играет движение влаги в почве. В конечном счете именно фильтрующаяся или просачивающаяся в почве вода приносит растениям питательные вещества и служит основой питания всего живого. Движение почвенной влаги, правильная организация орошения и ирригации — одна из важнейших задач теории фильтрации. В последнее время к этой вечной задаче человечества добавилась новая и часто не менее трудная проблема охраны грунтовых вод от загрязнения отходами производства, удобрениями и прочими продуктами жизнедеятельности человечества.

Рекомендуемые материалы

Фильтрация, движение жидкости (воды, нефти) или газа (воздуха, природного газа) сквозь пористую среду в естественных пластах грунта под поверхностью земли. Фильтрацией также является просачивание воды сквозь грунты и даже бетон (например, через тела земляных и бетонных плотин). Для аналогичных процессов, проводимых в промышленных и лабораторных условиях, часто также применяется термин «Фильтрация» наряду с термином фильтрование.

Классификация грунтовых вод. В горных породах наблюдаются различные виды воды. Впервые основные виды воды в горных породах были выделены и обстоятельно изучены А. Ф. Лебедевым еще в 1928 году. В последующем классификация А. Ф. Лебедева получила дальнейшее развитие, но принципиальных изменений не претерпела.

Основные виды воды в горных породах следующие:

1) парообразная;

2) гигроскопическая;

3) пленочная;

4) гравитационная;

5) капиллярная;

6) химически связанная;

7) вода в твердом состоянии.

Некоторые исследователи гигроскопическую и пленочную воду объединяют под термином «связанная вода», а гравитационную и капиллярную – под термином «свободная вода»

Рассмотрим подробнее данные определения.

Парообразная вода в виде водяного пара заполняет вместе с воздухом не занятые водой поры и трещины в горных породах. Пары воды, заключенные в воздухе зоны аэрации, находятся в состоянии, близком к насыщению, за исключением верхних слоев, подверженных периодическому иссушению. Количество паров в горных породах обычно не превышает нескольких тысячных долей процента от массы пород. В определенных условиях пары воды могут конденсироваться и переходить в жидкое состояние.

Гигроскопическая вода образуется на поверхности частиц горных пород за счет конденсации и адсорбции парообразной почвенной воды. Эта вода прочно удерживается на поверхности частиц молекулярными и электрическими силами (до 10 Па) и может быть удалена при нагревании до 110°С. Гигроскопическую воду называют также прочносв-занной (в отличие от пленочной рыхлосвязанной).

Рис. 1. Классификация воды в горных породах :

1 – частицы породы, 2 – молекулы воды в виде пара, а – частица с неполной гигроскопичностью, б – частица о максимальной гигроскопичностью, в и г – частицы с пленочной водой – вода движется от частицы г к частице в, окруженной более тонкой пленкой, д – частица с гравитационной водой

Если высушенную горную породу поместить во влажный воздух, то ее минеральные частицы будут адсорбировать пары воды, вследствие чего масса ее будет увеличиваться, пока не достигнет некоторой величины, соответствующей максимальной гигроскопичности, при которой вся поверхность частиц горной породы имеет адсорбированный слой влаги (рис. 1, б). Если относительная влажность воздуха будет ниже 100%, гигроскопическая вода не покроет всей поверхности частиц (Рис. 1,а). Это состояние соответствует неполной гигроскопичности.

Наличие гигроскопической воды в породе незаметно для глаз. Вместе с тем максимальная гигроскопичность тонкозернистых и глинистых пород может достигать 15 – 18%, в более крупнозернистых породах она падает до 1 % от массы сухого вещества. Она может перемещаться в грунте, только находясь в парообразном состояние.

Пленочная вода образуется на частицах горных пород при влажности, превышающей максимальную гигроскопичность. При этом поверхность частицы как бы обволакивается пленкой воды толщиной в несколько молекулярных слоев, покрывающей гигроскопическую влагу (Рис. 1, в, г). Пленочная вода также удерживается на частицах пород силами молекулярного сцепления, причем наиболее прочно связывается самый тонкий слой воды, непосредственно прилегающий к частице. По мере увеличения толщины пленки действие удерживающих сил заметно уменьшается, на поверхности пленки оно уже незначительно. Влажность пород, отвечающая максимальной толщине пленки, соответствует максимальной молекулярной влагоемкости. Наличие пленочной воды в породах заметно для глаз, так как они приобретают более темную окраску.

Пленочная вода способна передвигаться как жидкость от белее толстых пленок к более тонким (Рис. 1). Она не подчиняется действию силы тяжести и не передает гидростатического давления, обладает пониженной способностью к растворению солей и малой подвижностью. Пленочная вода может передвигаться в грунте под действием молекулярных сил, но не может передавать давления. Максимальное содержание пленочной воды (максимальная молекулярная влагоемкость ω_макс) составляет для песков 1–7%, для супесей 9 – 13%, для суглинков 15 – 23% и для глин 25 – 45%.

При увеличении толщины пленки до размеров, не обеспечивающих удерживание внешних ее слоев, пленочная вода может переходить в свободную (Рис. 1,д). Такой переход возможен также под воздействием динамических и статических нагрузок (отжатие воды из глин при давлениях 300 – 500 МПа).

Капиллярная вода заполняет капиллярные поры, стыки и тонкие трещины в горных породах и удерживается силами поверхностного натяжения. В зависимости от расположения и связи капиллярных вод с гравитационными водами зоны насыщения выделяются следующие три их вида: подвешенные, стыковые и капиллярной каймы.

Рис. 2.  Подвешенная капиллярная вода

Подвешенные капиллярные воды — это воды, удерживаемые в капиллярных породах и трещинах силами поверхностного натяжения и не имеющие связи с уровнем грунтовых вод зоны насыщения. Они могут, например, образоваться в условиях, неоднородного строения зоны аэрации, когда мелкозернистые породы подстилаются крупнозернистыми (Рис. 2), под реками и бассейнами.

Стыковые капиллярные воды образуются в углах пор и стыках минеральных частиц под влиянием капиллярных сил (Рис. 3).

Рис. 3. Стыковая вода

Воды капиллярной каймы образуются в условиях непосредственной связи с грунтовыми водами зоны насыщения за счет капиллярного поднятия подземных вод. При этом верхняя поверхность капиллярных вод (бахрома) подвержена колебаниям в соответствии с изменениями уровня грунтовых вод.

Капиллярная вода может передвигаться в грунте и может передавать давление. Зона капиллярной воды расположена выше уровня гравитационной воды, причем высота капиллярного поднятия зависит от крупности частиц грунта – так, например, для песков с диаметром зерен около 0,6 мм она составляет 0,4 м, а для гравия с диаметром зерен более 2,5 мм она равна нулю.

Гравитационная или грунтовая вода свободная, не подверженная действию сил притяжения к поверхности частиц горных пород. Она подчиняется действию силы тяжести и способна передавать гидростатическое давление. Гравитационная вода находится под действием силы тяжести и под действием этой именно силы происходит ее движение. Передвижение свободной гравитационной воды происходит через пористое пространство и трещины горных пород как в ненасыщенных горных породах (в зоне аэрации), так и в зоне насыщения. Гравитационная грунтовая вода, находясь в состоянии движения, образует поток грунтовой воды, или, как говорят, фильтрационный поток, В зоне аэрации гравитационная вода образуется за счет проникновения атмосферных осадков, поверхностных вод, а также за счет перехода в капельно-жидкое состояние других видов воды (парообразной, пленочной, капиллярной, твердой). В зоне насыщения гравитационные воды образуют водоносные горизонты, характеризующиеся определенными гидродинамическими особенностями.

Химически связанная вода принимает участие в строении кристаллической решетки минералов. Она обстоятельно изучается в курсах минералогии и гидрогеохимии (конституционная и кристаллизационная вода).

Вода в твердом состоянии в виде кристаллов, прослоек и линз льда имеет широкое распространение в области развития многолетних мерзлых горных пород.

Наличие в горных породах тех или иных видов воды во многом предопределяет как основные водные свойства горных пород (влажность, влагоемкость, водопроницаемость и водоотдачу), так и условия движения подземных вод.

Движение грунтовых вод. Способность грунтов пропускать через себя воду называется водопроницаемостью.

Движение воды в порах грунта называется фильтрацией. В процессе фильтрации грунтовая вода движется в водопроницаемом слое по поверхности водонепроницаемого слоя грунта (водоупора), которая образует как бы русло фильтрационного потока (Рис.4).

Так же как и движение наземных вод, движение грунтовых вод быть безнапорным и напорным.

При безнапорном движении фильтрационный поток ограничивается сверху свободной поверхностью, в которой давление является постоянным (обычно оно равно атмосферному). Наличие в грунтовом потоке свободной поверхности и составляет особенность безнапорного движения грунтовых вод.

На рисунке 4 представлено безнапорное движение грунтовых вод, которое характеризуется наличием свободной поверхности, во всех точках которой давление равно атмосферному.

Рис. 4. Безнапорное движение грунтовых вод

На рисунке 5 представлены, напорные потоки грунтовых вод. Это происходит когда водоносный пласт располагается между двумя водонепроницаемыми слоями грунта. Если пробурить верхний водонепроницаемый слой грунта и соединить напорный фильтрационный поток с атмосферой, вода в скважине поднимется (как в пьезометрической трубке) на определенную высоту. Вода, добытая при помощи такой скважины или колодца из напорного водоносного слоя называется артезианской водой, а колодец – артезианским колодцем.

Рис. 5. Напорное движение грунтовых вод

Свободная поверхность грунтового потока называется депрессионной поверхностью, а линия пересечения этой поверхности с вертикальной плоскостью – депрессионной кривой или кривой депрессии; в частных случаях кривая депрессии может быть прямой линией.

Из самого определения грунтовой (гравитационной) воды следует, что термин движение грунтовых вод (или фильтрация воды) соответствует движению, при котором вода заполняет собою все поры грунта в области, где наблюдается это движение. Наряду с этим можно указать, однако, такие случаи, когда грунтовая вода при своем движении не заполняет всех пор грунта. Это явление называется просачиванием или инфильтрацией воды. В качестве примера такого движения грунтовых вод можно указать явление просачивания воды с поверхности земли в грунт, который подстилается сильно проницаемой прослойкой (например, крупным гравием).

Всякий естественный грунт является продуктом разрушения горных пород деятельностью воды, льда, ветра и температуры. Благодаря различному воздействию указанных факторов, естественные грунты обладают различными фильтрационными свойствами. В этом отношении их можно подразделить на однородные и неоднородные. В однородных фильтрационные свойства грунта для всех его точек одинаковы; в грунтах неоднородных эти свойства зависят от положения точки.

Естественные однородные грунты могут быть изотропными и  анизотропными. В изотропных грунтах фильтрационные свойства не зависят от направления движения, тогда как в грунтах анизотропных эти свойства существенным образом зависят от направления движения грунтовых вод. Так, например, грунт, образованный из шаров одного и того же диаметра, является однородным изотропным грунтом; если бы грунт был образован из параллелепипедов одного и того же размера и одинаково ориентированных, то такой грунт был бы однородным, но анизотропным.

В природе часто встречаются слоистые грунты; эти грунты образованы из целого ряда отдельных слоев, в каждом из которых фильтрационные свойства могут быть различными.

Наряду с перечисленными здесь грунтами можно указать скальные породы, которые являются водонепроницаемыми или, как говорят, водоупорными. Однако при нарушении монолитности скальных пород они становятся водопроницаемыми. В последнем случае движение грунтовых  вод происходит по отдельным трещинам и подчиняется особым законам.

В дальнейшем изложении мы будем иметь в виду простейший случай фильтрации, а именно, будем предполагать, что фильтрация происходит в однородном изотропном грунте, который расположен на водонепроницаемом подстилающем слое или, как говорят, на водоупоре. Поверхность водоупора, вообще говоря, может быть какой угодно. Часто, однако, будем предполагать, что она является плоскостью.

При теоретическом рассмотрении вопросов фильтрации можно идти двумя путями: один путь – это гидравлическое решение задач, а другой путь – это гидромеханическое решение задач, основанное на применении методов точного математического анализа.

Как увидим ниже, некоторые вопросы фильтрации решаются достаточно просто именно гидравлическим путем, на котором мы и остановимся, причем  получающиеся при этом решения являются вполне точными, другие же вопросы фильтрации могут быть удовлетворительно решены только лишь на основе гидромеханического их рассмотрения.

Приступая к изучению вопросов движения грунтовых вод, необходимо, прежде всего, выяснить некоторые особенности этого движения. Так как частицы естественного грунта весьма резко отличаются друг от друга, как по форме, так и по величине, то и промежутки между частицами грунта, по которым движется вода, имеют весьма разнообразную форму. Если  проследим движение какой-либо определенной частицы воды и далее нарисуем ее траекторию, то эта траектория будет иметь весьма сложный вид. Не имея возможности изучить движение каждой частицы фильтрационного потока, мы принимаем при изучении вопросов фильтрации некоторую упрощенную схему этого явления, некоторую модель фильтрации, подразумевая под этим, что вместо действительного сложного движения грунтовых вод мы рассматриваем некоторое фиктивное движение, более простое.

Поясним сказанное здесь на простом примере фильтрации, которую можно наблюдать в приборе, схематически представленном на рисунке 6.

Рис. 6 Прибор для определения фильтрации

Как видно из чертежа, этот прибор состоит из вертикального открытого сверху цилиндра А, снабженного целым рядом отверстий, к которым подсоединены пьезометры П. По трубке а в цилиндр поступает вода, причем уровень в цилиндре поддерживается на постоянной отметке, что осуществляется с помощью сливной трубки 1. На некотором расстоянии от дна в цилиндре укреплена сетка С, поддерживающая грунт, которым на известную высоту заполнен цилиндр. Между сеткой и дном цилиндра расположена трубка с с краном К для выпуска фильтрующейся через грунт воды. Вода, вытекающая из трубки с, может быть собрана в сосуд В.

Подавая по трубке а какое-то количество воды, можно добиться такого состояния, при котором при постоянном уровне воды в цилиндре количество воды, подаваемое трубкой а, и количество воды, отводимое трубкой с, будет одинаково. Очевидно, этому состоянию соответствует установившееся движение воды через колонку грунта, находящегося в цилиндре. Если мы теперь обратимся к пьезометрам, которыми снабжен цилиндр, то заметим, что уровни воды в них расположены на разных отметках, причем, чем ниже находится пьезометр, тем на более низкой отметке расположен уровень воды в нем. Это обстоятельство свидетельствует о том, что при движении воды в порах грунта имеют место потери напора.

Наблюдая явление фильтрации в указанном приборе, мы можем отметить, что наряду с крайне сложными формами течения воды по извилистым каналам, образованными порами грунта, имеется главное направление течения, а именно, вертикальное направление.

Поэтому мы можем предположить, что в цилиндре прибора жидкость движется сплошным потоком, заполняя собою все поперечное сечение фильтра (в рассматриваемом случае поперечное сечение цилиндра), иначе говоря, мы как бы исключаем из смотрения грунт, которым заполнен цилиндр.

Принимая подобную схему фильтрационного потока, мы приходим, таким образом, к изучению движения некоторой сплошной среды, а следовательно, установлению законов, управляющих этим движением, но с тем, однако, чтобы решения, полученные на основе этих законов, приводили  к действительным характеристикам фильтрационного потока, т. е. действительному фильтрационному расходу, к действительным скоростям течения и к действительным потерям напора.

Совершенно понятно, что, вводя в рассмотрение подобную модель фильтрации, мы можем при решении конкретных фильтрационных задач воспользоваться всеми теми средствами, которыми располагает гидромеханика при изучении движения сплошной среды.

Скорость фильтрации. Установим теперь понятие скорости фильтрации, которое является одним из важнейших понятий в теории фильтрации.

Движение грунтовых вод, как и потоков жидкости, может быть установившимся и неустановившимся.

Установившееся движение грунтовых вод может быть:

— равномерным и неравномерным;

— ламинарным и турбулентным.

Мы будем рассматривать установившееся ламинарное движение грунтовых вод. Турбулентное движение грунтовых вод может иметь место в крупнозернистых грунтах (щебне, гальке) и в каменной наброске и встречается значительно реже ламинарного.

Рассмотрим понятие скорости фильтрации. Пусть труба с внутренним диаметром D заполнена грунтом (Рис. 7), в порах которого движется вода с расходом Q. Наметим плоское поперечное сечение трубы А – А, в котором можно выделить:

Рис. 7. Схема движения воды через песчаную трубу

а) площадь сечения пор грунта w; эта площадь является площадью действительного живого сечения потока;

б) площадь сечения частиц грунта w_част; через эту площадь вода в действительности не проходит;

в) площадь сечения всей трубы , включающая в себя площади пор и частиц:                           w = w_пор + w_част.

Обозначим площадь поперечного сечения фильтрационной струйки, нормального к направлению скорости течения, иначе говоря, площадь живого сечения струйки, через , а фильтрационный  расход через нее dQ. 

Скоростью фильтрации называют скорость, отнесенную к сечению всей трубы w:

Скорость течения, определяемая этим равенством, и называется скоростью фильтрации.

Рассматривая величину  как бесконечно малую, мы можем трактовать величину u как местную скорость фильтрации, т. е. как скорость фильтрации в данной точке потока.

Если введем в рассмотрение фильтрационный расход Q всего потока (имеем в виду действительный расход) и площадь живого сечения всего потока  (площадь фильтра), то получим выражение средней скорости фильтрации:

Вводя в нашем изложении понятие о скорости фильтрации, необходимо сейчас же подчеркнуть, что скорость фильтрации является фиктивной скоростью течения, отличной от той действительной скорости, с которой вода перемещается в порах грунта.

Важнейшей количественной характеристикой пористых тел является их пористость m, определяемая как доля объема тела, приходящаяся на поры, или объем пор в единице объема материала. Обычно при этом игнорируются замкнутые изолированные поры и учитываются только соединенные между собой проточные поры. Они образуют поровое пространство — сложную разветвленную и нерегулярную сеть пор. Некоторое представление о структуре порового пространства дает рисунок 8, где схематически показан срез пористого материала (зеленым цветом закрашены срезы зерен, белым — внутрипорового пространства).

Рис. 8 Структура порового пространства

Пористость большинства материалов находится в пределах 0,1-0,4. Взяв для оценки типичное для многих горных пород значение m = 0,25, находим, что в 1 м³ породы объем пор ~ 0,25 м³ = 250 л. Когда речь идет о породах — коллекторах нефти и газа или пластах, насыщенных пресной водой в пустынных районах, пористость является главным параметром, поскольку она определяет запасы месторождения, то есть количество жидкости в данном пласте.

Пористость — безразмерная величина, она не зависит от размера частиц, составляющих пористую среду. Более точно, если представить себе два пористых тела, которые геометрически подобны друг другу на микроуровне и отличаются только размером частиц, то их пористость будет одинаковой (Пористость слоя песчинок, слоя горошин и слоя пушечных ядер одинакова). Суть в том, что в крупнозернистом материале поры крупнее, однако их число в единице объема среды меньше и эти эффекты как раз компенсируют друг друга.

Для большинства приложений важна пропускная способность пористой среды, то есть характеристика того, насколько легко может двигаться в ней жидкость. При одной и той же пористости пропускная способность различных сред может оказаться совершенно разной. Всем известно, как быстро исчезают лужи после дождя в местах с песчаной почвой и как долго стоят они на глинистых грунтах.

Способность пористой среды пропускать жидкость характеризуется проницаемостью.

Отношение объема пор V_пор к объему образца грунта V = V_пор + V_част  называется объемной пористостью грунта (ее принято выражать в %) и обозначается n:

Поверхностной пористостью грунта n’ называют отношение:

В случае однородного грунта n’ = n, т.е.:

или                                                

Обычно n = 35…45%, т.е. действительная скорость движения воды в фильтрационном потоке примерно в 2…3 раза больше скорости фильтрации.

Основной закон ламинарной фильтрации. Способность пористой среды пропускать жидкость характеризуется проницаемостью. Ее определение тесно связано с основным законом движения жидкости в пористой среде, называемом законом Дарси в честь французского инженера Анри Дарси, экспериментально установившего этот закон в 1856 году. Схема опыта Дарси показана на рисунке 9.

Рис. 9 Экспериментальная установка

Дарси пропускал воду через набитые песком трубки под действием разности уровней и измерял расход жидкости Q, то есть ее количество, протекающее через трубку в единицу времени.

Таким образом, в результате большого числа опытов с песчаными грунтами был установлен основной закон фильтрации (обычно называемый законом Дарси). Он выражается формулой, которая носит имя ученого проводившего эти опыты, то есть формулой Дарси

     или   

Коэффициент k называется коэффициентом фильтрации. Он зависит от свойств грунта (а также свойств жидкости и ее температуры) и приводится в справочниках. Он имеет размерность скорости и его величина изменяется от 0,01 см/c для крупнозернистого песка до 0,000001 см/c для глины.

При этом, оказывается, что расход пропорционален разности уровней ΔH и площади сечения трубки S и обратно пропорционален ее длине L:

Если повторить опыт Дарси с жидкостями различной плотности ρ и вязкости μ, то можно убедиться, что расход пропорционален плотности жидкости и обратно пропорционален ее вязкости. Поэтому формулу можно переписать в виде:

где:    g — ускорение силы тяжести,

k — коэффициент проницаемости, являющийся характеристикой пористой среды и не зависящий от размеров образца и свойств жидкости.

Это характеристика и называется проницаемостью пористой среды, а данная формула представляет собой современную запись закона Дарси в простейшей форме.

Сравнивая размерности обеих частей уравнения, находим, что проницаемость k имеет размерность площади, то есть измеряется в м². В таких единицах проницаемость большинства природных пористых сред весьма мала. Так, проницаемость «хорошо» проницаемого песчаника порядка 10-12 м².

Размерность проницаемости показывает, что это чисто геометрическое свойство среды, косвенно определяющее размер ее структуры. Для сред геометрически подобной структуры проницаемость пропорциональна квадрату характерного размера структуры (например, размера зерна). Поэтому в отличие от пористости проницаемость является переменной характеристикой: проницаемости различных сред могут различаться в тысячи и более раз.

Соотношение (2) показывает, что интенсивность течения в пористой среде характеризуется отношением , то есть расходом на единицу площади сечения образца или скоростью фильтрации. Эта величина с размерностью скорости представляет собой плотность потока, рассчитанного на всю площадь сечения образца (а не только на площадь пор). Истинная скорость в среднем в 1/ m раз больше.

В опыте, показанном на рисунке 9, величина ρgΔH представляет собой перепад давления Δp на длине образца, поэтому закон Дарси можно переписать в виде

Скорость фильтрации направлена в сторону убывания давления, пропорциональна градиенту давления, обратно пропорциональна вязкости жидкости и прямо пропорциональна проницаемости среды.

Последнее соотношение используется для определения употребительной внесистемной единицы проницаемости 1 Дарси (1 Д): эта такая проницаемость, при которой градиент давления в 1 физическую атмосферу (760 мм ртутного столба) создает скорость фильтрации 1 см/с при вязкости жидкости 1 мПа ^.с. Легко подсчитать, что 1 Д = 1,02 ^. 10^{-12 м2}.

В теории движения грунтовых вод имеют дело только с водой, вязкость которой μ = 10^{— 3} Па ^. с и плотность ρ = 10³ кг/м³. Поэтому вместо давления чаще пользуются пропорциональным ему напором , измеряемым в метрах, а проводимость среды для фильтрационного потока характеризуют коэффициентом фильтрации , имеющим размерность скорости. Это скорость, с которой вода вытекает из вертикального насыщенного водой образца под действием силы тяжести. Коэффициент фильтрации меняется от величин порядка 0,001 м/сут для почти непроницаемых глин до 1^-10 м/сут для хорошо проницаемых пород (особенно трещиноватых, то есть содержащих систему трещин).

Коэффициентом фильтрации называют скорость фильтрации воды при градиенте напора, равном единице, и линейном законе фильтрации.

Методы определения коэффициента фильтрации:

— с помощью прибора КФ-ООМ (определение коэффициента фильтрации песчаных грунтов)

— с помощью компрессионно-фильтрационного прибора (определение коэффициента фильтрации пылеватых и глинистых грунтов).

В первом случае для определения коэффициента фильтрации песчаных грунтов используется прибора КФ-ООМ (Рис. 10)

Рис. 10 Прибор КФ-ООМ

1 – цилиндр; 2 – муфта; 3 – перфорированное дно; 4 – латунная сетка:

5 – подставка; 6 – корпус; 7 – крышка; 8 – подъемный винт; 9 – стеклянный баллон со шкалой объема фильтрующейся жидкости; 10 – планка со шкалой градиентов напора; 11 – испытуемый образец грунта

Коэффициент фильтрации грунта определяют в следующем порядке:

— вращением подъемного винта устанавливают цилиндр с грунтом до совмещения отметки необходимого градиента напора на планке с верхним краем крышки корпуса и доливают воду в корпус до верхнего его края. Испытания проводят при поэтапном увеличении значений градиента напора;

— замеряют температуру воды;

— заполняют мерный стеклянный баллон водой и, закрывая пальцем его отверстие, опрокидывают отверстием вниз, подносят возможно ближе к цилиндру с грунтом и, отнимая палец, быстро вставляют в муфту фильтрационной трубки так, чтобы его горлышко соприкасалось с латунной сеткой, а в баллон равномерно поднимались мелкие пузырьки воздуха. Если в мерный баллон прорываются крупные пузырьки воздуха, то его необходимо опустить ниже, добившись появления мелких пузырьков;

— отмечают время, когда уровень воды достигнет деления шкалы мерного баллона, отмеченного цифрой 10 (или 20) см³ принимая это время за начало фильтрации воды. В дальнейшем фиксируют время, когда уровень воды достигнет соответственно делений 20, 30, 40, 50 (или 20, 40, 60, 80) см³ или других кратных значений. Производят четыре отсчета.

— обрабатывают результаты, при этом коэффициент фильтрации К₁₀ , м/сут, приведенный к условиям фильтрации при температуре 10°С, вычисляют по формуле:

где:   V_ω – объем профильтровавшейся воды при одном замере, см³ ;

t_m – средняя продолжительность фильтрации (по замерам при одинаковых расходах воды), с;

A – площадь поперечного сечения цилиндра фильтрационной трубки, см² ,

J –  градиент напора;

Т = (0,7+0,03 Т_ф) – поправка для приведения значения коэффициента фильтрации к условиям фильтрации воды при температуре 10°С, Т_ф – фактическая температура воды при испытании, °С;

864 – переводной коэффициент (из см/с в м/сут).

При проведении расчетов коэффициент фильтрации вычисляют до второй значащей цифры.

При определении коэффициента фильтрации пылеватых и глинистых грунтов с помощью компрессионно-фильтрационного прибора последовательность проведения испытания следующая:

— наливают воду в пьезометр и устанавливают начальный напор, соответствующий заданному градиенту напора. При этом, начальный напор равен высоте столба воды от постоянного ее уровня над образцом грунта до уровня в пьезометре;

— открывают кран (краны), соединяющий (соединяющие) пьезометр (пьезометры) с прибором, и отмечают время начала фильтрации воды;

— замеряют числа делений, на которые опустился (поднялся) уровень воды в пьезометре, через одинаковые промежутки времени и температуру воды с точностью до 0,5 °С.

Отсчеты по пьезометру производят в зависимости от скорости фильтрации. Промежутки времени отсчетов могут быть 5, 10, 15, 30 мин 1 ч, при медленной фильтрации – два раза, в начале и в конце рабочего дня. Производят не менее шести отсчетов.

Если уровень воды в пьезометре понижается на одно деление за время, превышающее 40 с, то следует заменить пьезометры на более тонкие трубки.

После испытания определяют влажность и плотность грунта по соответствующему ГОСТ 5180.

Обрабатывают результаты, при этом коэффициент фильтрации грунта (К₁₀ ), м/сут, приведенный к условиям фильтрации при температуре 10°С, вычисляют по формуле

где:   S – наблюдаемое падение уровня воды в пьезометре, отсчитанное от первоначального уровня, см;

H₀ – начальный напор, см;

 – безразмерный коэффициент, определяемый по приложению к ГОСТ;

t – время падения уровня воды, с;

A_п – площадь сечения пьезометра, см² ;

A_К – площадь кольца, см² ;

h – высота образца грунта, равная высоте кольца, см;

T= (0,7+0,03 T _ф ) – поправка для приведения значения коэффициента фильтрации к условиям фильтрации воды при температуре 10°С, где T _ф — фактическая температура воды при опыте, °С;

864 — переводной коэффициент (из см/с в м/сут).

Коэффициент фильтрации вычисляют для каждого отсчета по пьезометру.

За коэффициент фильтрации образца грунта принимают среднее арифметическое отдельных вычисленных значений.

Коэффициент фильтрации выражают с точностью до второй значащей цифры.

Определение полного напора в сечении при ламинарном движении грунтовых вод. При определении полного напора в сечении в случае ламинарного движения грунтовых вод величиной скоростного напора  пренебрегают, т.е. полный напор равен пьезометрическому напору:

где:    z – высота рассматриваемой точки относительно плоскости сравнения (удельная потенциальная энергия положения);

Бесплатная лекция: «29 Мероприятия по рекультивации почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами» также доступна.

 – высота давления (удельная потенциальная энергия давления).

Пьезометрический напор во всех точках данного живого сечения постоянен.

I – гидравлический (в данном случае пьезометрический) уклон – потеря напора на единицу длины линии тока:

где:  H₁ и H₂ – пьезометрические напоры в первом и втором живых сечениях;

       ds – расстояние между сечениями.

Каталог страниц / Это интересно / Основы фильтрации. Научно-техническая статья. Часть 2

4. Система оценки эффективности фильтров с помощью коэффициента фильтрации Бета (β) 

Несмотря на то, что абсолютная тонкость фильтрации намного понятней и полезней номинальной, более новой системой для оценки эффективности фильтров является определение коэффициента фильтрации – Бета (β). Коэффициент фильтрации Бета определяется с помощью «теста OSU F-2 для определения характеристик фильтра», разработанного Оклахомским государственным университетом. Разработанный изначально для тестирования фильтров масел гидравлических и смазочных систем, тест был приспособлен корпорацией Pall для быстрого полуавтоматического тестирования фильтров для различных жидкостей, в т. ч. на водной основе и масел.

Система оценки эффективности фильтров по коэффициенту фильтрации проста по идее и подходит для измерения и прогнозирования характеристик самых разных фильтрующих элементов в определенных условиях тестирования.

Если в потоке до фильтра и за ним посчитать все частицы тестового загрязнения для нескольких различных размеров частиц, то для любого фильтрующего элемента можно построить профиль эффективности фильтрации. На рис. 9 показана установка для однопроходного теста определения коэффициента фильтрации Бета.

Рисунок 9. Схема установки для однопроходного теста коэффициента фильтрации бета (β). 

 Коэффициент эффективности фильтрации определяется следующим образом:

 β = количество частиц определенного размера перед фильтром / количество частиц определенного размера после фильтра.

 Эффективность фильтрации частиц определенного размера в процентах может быть получена непосредственно из коэффициента β:

Эффективность фильтрации % = (β-1)/β × 100.

Соответствие между β и эффективностью фильтрации в процентах приведена в таблице ниже.

β	Эффективность фильтрации %
1	0
2	50
10	90
100	99
1.000	99,9
10.000	99,99
100.000	99,999

Обычно β = 5.000 – 10.000 можно использовать в качестве действующего определения абсолютной эффективности фильтрации.

Коэффициент β позволяет сравнивать эффективность различных фильтрующих элементов по частицам разных размеров с помощью значимой информации. На рис. 10 приведены типичные графики β для трех различных фильтроэлементов.

Рисунок 10. Графики зависимости коэффициента β от размера частиц тестового загрязнения

Правильный выбор фильтра

Наиболее важными факторами, которые необходимо принять во внимание при выборе фильтра для конкретного применения являются: размер, форма и твердость подлежащих удалению частиц, количество этих частиц, тип и объем фильтруемой жидкости, рабочий расход, характер расхода (постоянный, переменный и/или неравномерный), давление в системе, а также химическая совместимость фильтрующего материала с жидкостью, температура жидкости, свойства самой жидкости, доступное пространство для размещения частиц загрязнения (пористость) и требуемая эффективность фильтрации. Рассмотрим, как некоторые из этих факторов влияют на выбор фильтра.

1. Тип фильтруемой жидкости

Материалы, из которых изготовлен фильтрующая среда, каркас фильтроэлемента и корпус фильтра должны быть совместимыми с фильтруемой жидкостью. Жидкости могут вызвать коррозию металлического сердечника сменного фильтроэлемента или корпуса фильтра, а продукты коррозии, в свою очередь, загрязнить фильтруемую жидкость. Поэтому важно знать, что входит в состав фильтруемой жидкости: кислота, щелочь, водная или масляная основа, присутствуют ли растворители и т. д.

2. Расход

Расход представляет собой движение объема жидкости в единицу времени (единицы измерения – мл/мин, л/мин, галлон/мин и т. д.) и зависит от двух основных параметров – давления [P] и сопротивления [R]. Расход прямо пропорционален давлению и обратно пропорционален сопротивлению. Следовательно, при постоянном R расход растет с увеличением P. При постоянном P расход растет с уменьшением R.

Давление в системе может создаваться несколькими разными источниками. Измеряется давление в барах, килопаскалях (кПа) или фунтах на квадратный дюйм (psi). Если давление увеличивается, то при прочих равных условиях расход жидкости будет также расти.

Вязкость – это сопротивление жидкости перемещению молекул жидкости между собой. Другими словами – это мера густоты жидкости или сопротивления жидкости потоку. Вода, эфиры и спирты обладают низкой вязкостью; тяжелые масла и сиропы – высокой. Вязкость непосредственно влияет на сопротивление. Если все остальные параметры неизменны, то двукратное увеличение вязкости фильтруемой жидкости приведет к двукратному увеличению гидравлического сопротивления фильтра. Следовательно, если вязкость жидкости растет, то для поддержания постоянного расхода необходимо увеличение давления. Динамическая вязкость измеряется в сантипуазах. 1 сПз (сантипуаз) — это вязкость воды при температуре 21°C.

 3. Температура

Температура, при которой происходит фильтрация, может одновременно влиять на вязкость жидкости, на скорость коррозии корпуса фильтра и на совместимость фильтрующего материала с фильтруемой жидкостью. Обычно с ростом температуры вязкость жидкостей уменьшается. Если вязкость жидкости очень высока, то для улучшения фильтрации может оказаться полезным предварительный подогрев жидкости нагревателями, устанавливаемыми в системе фильтрации. При выборе фильтра важно учитывать вязкость жидкости именно при ее предполагаемой рабочей температуре.

Высокая температура способствует ускорению коррозии, а также ослабляет уплотнения корпусов фильтров. Довольно часто фильтрующие материалы фильтроэлементов не способны выдерживать высокие температуры, особенно, в течение длительного времени. Это является одной из причин, по которой во многих случаях следует применять пористые металлические фильтроэлементы.

4. Падение давления (гидравлическое сопротивление)

Все, через что протекает жидкость вносит свой вклад в общее сопротивление потоку жидкости. Общее падение давления складывается из падений давления на трубопроводах, соединениях трубопроводов, а также на фильтре.

Гидравлическое сопротивление чистого фильтра складывается из сопротивлений его корпуса, каркаса фильтроэлемента и фильтрующего материала. Для жидкости определенной вязкости фильтрующий материал с меньшими размерами пор или каналов будет создавать больше сопротивление потоку. При протекании жидкости через фильтр, результатом является падение давления и давление в линии за фильтром становится меньше. Падение давления на фильтре называется дифференциальным давлением или ΔP. Таким образом, на практике можно использовать любой из терминов: перепад давления, падение давления, дифференциальное давление или ΔP. Все эти термины являются синонимами.

При одинаковом расходе дифференциальное давление на фильтре будет выше, если выше гидравлическое сопротивление фильтрующего материала. Так как поток направлен всегда в сторону более низкого давления, дифференциальное давление будет способствовать течению жидкости. Это то самое дифференциальное давление, которое, преодолевая сопротивление фильтра, заставляет жидкость проходить через него.

В предыдущих рассуждениях мы считали, что в жидкости совершенно нет твердых примесей. В реальности же в гидравлических системах всегда присутствуют посторонние частицы. Работа фильтра заключается в задержании частиц загрязнения, поэтому задержанные частицы частично или полностью перекрывают поры или ячейки фильтрующего материала, увеличивая гидравлическое сопротивление фильтра и перепад давления ΔP.

Следовательно, выбирая фильтр, нужно позаботиться и об источнике, способном создать достаточное давление не только для преодоления начального сопротивления фильтра, но и для поддержания требуемого расхода жидкости вплоть до полного использования эффективной грязеемкости фильтра, означающей максимально допустимое перекрытие пор фильтрующего материала.

Если соотношение перепада давлений на чистом фильтре к максимальному доступному давлению чрезмерно велико, расход быстро упадет до неприемлемо низкого значения, даже при неполном использовании ресурса (грязеемкости) фильтрующего материала. В этом случае обычно нелбходимо увеличить максимальное рабочее давление насоса или гравитационный напор. Можно также уменьшить начальное падение давления на чистом фильтре, выбрав фильтр большего размера.

Типичная экспоненциальная зависимость падения давления на фильтроэлементе от количества накопленных загрязнений показана на рис. 11.

Обычно большая часть грязеемкости фильтроэлемента расходуется до резкого увеличения падения давленя. Следовательно, для максимального использования ресурса фильтрующего элемента (грязеемкости) источник давления в системе должен обеспечивать давление не меньше перепада ΔP в районе резкого изгиба показанной на рис. 11 зависимости.

Рисунок 11. Типичная зависимость падения давления на фильтроэлементе от грязеемкости

Максимально допустимый перепад давления на фильтроэлементе – значение, превышение которого ради поддержания требуемого расхода жидкости может привести к разрушению фильтрующего элемента. Предельное значение перепада давления всегда указывается производителем фильтра.

При выборе источника давления следует учитывать, что гидравлическое сопротивление фильтра складывается из постоянного сопротивления таких компонентов, как корпус фильтра и каркас фильтрующего элемента и из переменного сопротивления фильтрующего материала и фильтрующего намывного слоя (фильтрующего пирога). Так как фильтрация протекает при постоянном расходе, перепад давления на фильтре, складывающийся из постоянной и увеличивающейся переменной составляющей, будет увеличиваться. Переменная составляющая постепенно растет – до тех пор, пока фильтрующий материал не заблокируется полностью и перестанет пропускать жидкость или пока он не разрушится механически. Возможный перепад давлений, обеспечиваемый насосом, должен перевешивать обе составляющие как минимум до полного блокирования фильтра.

Если в линии за фильтром присутствует гидростатический напор, как, например, в случае приподнятой относительно фильтра приемной емкости, он должен быть преодолен, но не за счет ограничения преодолеваемого перепада давлений на фильтре. В таких случаях за фильтром необходимо устанавливать обратный клапан, исключающий возможность повреждения фильтроэлемента обратным давлением.

Как уже замечено выше, перепад давления на фильтре можно снизить, используя фильтр большего размера. Такой подход обычно более выгоден экономически для непрерывных технологических процессов, т. к. эффект от увеличения пропускной способности такого фильтра часто растет быстрее расходов на большее количество фильтроэлементов в больших корпусах (см. далее).

5. Площадь поверхности фильтрации

Из предыдущего раздела о перепаде давления должно быть понятно, что ресурс фильтра напрямую связан с грязеемкостью, которую NFPA определяет как «массу определенного искусственного загрязнителя, который должен быть добавлен в поток перед фильтром для создания заданного дифференциального давления на фильтре при определеных условиях». Хотя грязеемкость можно определять, используя любой загрязнитель с определенными свойствами, для этой цели чаще всего используют мелкодисперсную тестовую пыль (ACFTD).⁵

5 Полный перепад давления на фильтре со сменным фильтроэлементом определяется суммой перепадов давлений на корпусе, фильтрующем материале и сердечнике фильтрующего элемента. Для упрощения в этом примере рассматривается перепад давления только на компонентах с переменным гидравлическим сопротивлением, но не учитываются перепады давлений на корпусе фильтра и сердечнике фильтроэлемента (компоненты с постоянным гидравлическим сопротивлением). Вклад в общий перепад давления компонентов с постоянным гидравлическим сопротивлением уменьшается с увеличением размеров фильтра, но это в данном случае не очень важно.

Ресурс большинства сетчатых фильтров и фильтров с фиксированными порами существенно увеличивается при увеличении площади поверхности фильтрации. В действительности это соотношение может быть пропорционально квадрату соотношения площадей. Чтобы понять, почему это так, рассмотрим два фильтра из одинакового фильтрующего материала (соответственно, с одинаковым предельным перепадом давления), фильтрующих одну и ту же жидкость при одинаковых расходах (рис.12).

Площадь первого фильтра (рис. 12а) равна 1 м², и за определенное время на фильтрующем материале образуется фильтрующий слой из загрязнений толщиной «t». Предположим, что перепад давлений на фильтрующем элементе увеличился до установленного предельного значения 2 бара, т. е. ресурс фильтра исчерпан.

Теперь давайте сравним этот фильтр с фильтром вдвое большей площади (рис. 12б) и определим ресурс второго фильтра. При идентичном расходе жидкости этот фильтр накопит вдвое больше загрязнений при той же толщине фильтрующего слоя из загрязнений.

Но при этом его ресурс не будет исчерпан, т. к. перепад давлений составит только 1 бар. Максимально допустимый перепад давлений 2 бара будет достигнут только при толщине фильтрационной корки 2t, т. е. при количестве накопленных загрязнений в 4 раза больше, чем в случае фильтра с вдвое меньшей площадью. Следовательно, увеличение площади поверхности фильтрации в два раза влечет четырехкратное увеличение ресурса фильтра.

Рисунок 12. Эффект фильтрующего слоя. Преимущество при большей площади фильтрации

Преимущество выбора фильтра с большей площадью поверхности фильтрации можно показать следующей формулой:

Пусть T = максимальная пропускная способность жидкости для фильтра с площадью фильтрации А,

тогда:

Т₁ = T₂(A₁/A₂)n,

где n больше или равно 1 и меньше или равно 2.

Эта зависимость показана графически на рис. 13. Из графика видно, что при снижении плотности потока (л/мин/м²), максимальная пропускная способность жидкости увеличивается. При условии постоянства расхода (л/мин) кратность плотностей потоков будет просто равна кратности площадей в степени n в точном соответствии с зависимостью, показанной выше.

Рисунок 13. Зависимость ресурса фильтра от плотности потока

Показатель увеличения ресурса (n) будет приближаться к 2 при следующих условиях:

а) Фильтрующий слой не может уплотняться. Если фильтрационный слой может уплотняться, параметр n будет стремиться к 1.

б) Сформированная фильтрующий слой не становится более тонким фильтром по сравнению с самим фильтрующим материалом (т. е. по мере роста фильтрующий слой не задерживает более мелкие частицы примесей). Если фильтрующй слой работает как фильтр более тонкий по сравнению с самим фильтроматериалом, n будет стремиться к 1.

с) Задержанные частицы имеют примерно одинаковые размеры.

Из вышеизложенного очевидно, что увеличение площади фильтрации даст как минимум пропорциональное увеличение ресурса фильтра. При удачном стечении обстоятельств кратность увеличения ресурса может достигнуть квадрата кратности увеличения площади фильтрации. Во многих, если не в большинстве случаев, пользователь фильтра может со временем получать экономию средства при высокой начальной стоимости большего фильтра!

Увеличение площади фильтрующего материала требует увеличения корпуса фильтра (резервуара или сосуда под давлением). Конечно же, существуют практические ограничения размеров корпуса фильтра.

Именно поэтому корпорация Pall в некоторых типах фильтров для размещения фильтрующего материала большей площади в небольшом объеме использует веерообразное и серповидное гофрирование фильтрующего материала, сохраняя таким образом небольшие размеры корпусов и минимизируя стоимость фильтров. На рис. 14 схематически показан фильтроэлемент с гофрированным фильтрующим материалом. Из схемы видно, что при одинаковых габаритах фильтроэлемента (70 мм х 254 мм) площадь поверхности гофрированного фильтрующего материала более, чем в 13 раз больше, чем обычного.

Рисунок 14. Схема сменного фильтроэлемента с гофрированным фильтрующим материалом

Если использовать гофрированный фильтрующий материал невозможно, требуемый ресурс фильтра можно обеспечить за счет применения встроенных или отдельных предварительных фильтров.

6. Объем пустот

Объем пор или пустое пространство фильтрующего материала, является его важнейшей характеристикой. Фильтрующий материал с наибольшим объемом пор при прочих равных условиях будет наилучшим выбором с точки зрения наибольшего ресурса и наименьшего начального удельного перепада давления на чистом материале на единицу толщины материала. На рис. 15 показана связь между объемом пор материала и диаметром волокон.

Рисунок 15. Зависимость объема пор от диаметра волокон при одинаковом размере пор

Для одинакового размера пор объем пор больше при меньшем диаметре волокон. При разработке каждого конкретного фильтра должны учитываться и другие факторы, такие как его прочность, сжимаемость фильтрующего материала, влияющая на уменьшение объема пор под действием давления, стоимость фильтрующего материала и конструкции фильтроэлемента, и т. д.

7. Эффективность фильтрации

Естественно, что фильтр должен обладать способностью удалять из жидкости загрязнения с такой эффективностью, которая предусмотрена конкретным технологическим процессом. После определения размеров частиц примесей, которые должны быть удалены, можно уже выбирать фильтр с требуемыми для конкретной задачи характеристиками. Выбор фильтра с размерами пор меньше необходимого может быть неправильным экономически. Нужно помнить, что более тонкий фильтр потребует более частой замены, и, следовательно, больших затрат!

Нужно также помнить, что выбранный фильтр должен не только задерживать частицы из жидкости, но и удерживать их. Как было замечено выше, фильтрующие материалы, поры которых могут увеличиваться под действием увеличивающегося перепада давления, могут выпускать накопленные загрязнения. Элемент с фиксированными порами означает выбор материала, структура которого не нарушается при резких изменениях условий фильтрации. Например, нити плетеной проволочной сетки должны быть скреплены, чтобы не допустить расширения ячеек при увеличении перепада давления, которое необходимо в системе для поддержания требуемого расхода при нарастании фильтрующего слоя из загрязнений. Недопустимы разрывы сетки под действием повышенного перепада давления, возможного в рассматриваемой системе.

⁶ Объем пор часто путают с пористостью. Так как «пористость» давно используется в промышленности как для обозначения объема пор в процентах, так и для размера пор, мы стараемся не использовать этот термин.

Если в фильтрах с тонкими мембранами требуется слой для увеличения прочности мембран, следует обратить внимание на характеристики выбранного материала этого слоя. Несовместимые с фильтруемой жидкостью материалы могут вступать в реакции с ней, существенно увеличивая гидравлическое сопротивление и снижая ресурс фильтрующего элемента.

8. Предварительная фильтрация

Предварительная фильтрация применяется для снижения общих эксплуатационных расходов за счет увеличения срока эксплуатации фининишного фильтра. Само по себе увеличение ресурса не может быть достаточным оправданием использования предварительной фильтрации. Как правило, основной целью является именно общее снижение затрат.

Наш многолетний опыт работы с заказчиками, желающими использовать предварительные фильтры, показывает, что во многих случаях более выгодным оказывается не использование предварительного фильтра, а увеличение площади основного фильтра. Объяснение этого было приведено выше: увеличение площади фильтрации всегда увеличивает ресурс фильтра и снижает расходы на эксплуатацию. Основной фильтр с удвоенной площадью поверхности фильтрации обладает ресурсом большим в 2 – 4 раза. Так как использование предварительного фильтра увеличивает ресурс основного фильтра лишь в полтора – два раза и очень редко в четыре раза, очевидно, что увеличение площади основного фильтра дает обычно больший эффект. Кроме того, такой подход снижает стоимость эксплуатации за счет сокращения трудозатрат, снижается расход энергии и перепад давления на фильтре. Цена снижается за счет использования одного корпуса вместо двух, а также за счет того, что больший по размеру фильтр имеет более длительный срок службы, возрастающий пропорционально увеличению площади фильтрации. Фильтр с большей площадью фильтрации  обеспечивает также меньший перепад давления, в то время как предварительный фильтр увеличивает его. Потребляемая мощность снижается за счет меньшего перепада давления в течение большей части срока эксплуатации фильтра.

Кроме того, увеличение площади поверхности фильтрации финального фильтра влечет как минимум пропорциональный, а часто экспоненциальный рост ресурса, в то время как предварительная фильтрация, показывая хорошие результаты во время тестов, не всегда обеспечивает их на практике. Результаты удачного тестирования предварительного фильтра могут оказаться бесполезными из-за изменения с течением времени природы загрязнения.

Однако, так как по некоторым причинам увеличить площадь основного фильтра не возможно, могут быть опробованы различные фильтрующие элементы Pall, рассчитанные на применение в качестве предварительных. Рекомендуемые характеристики предварительного фильтра приводятся в справочной литературе Pall. Возможно, что более эффективным окажется использование ступенчатой фильтрации, реализуемой в предварительном фильтре за счет его многослойности, как, например, в случае HDC, Profile и стекловолоконных предварительных фильтров, производимых корпорацией Pall.

Не следует заблуждаться в том, что перед основным фильтром должен быть всегда установлен один предварительный фильтр с одним фильтроэлементом. Часто использование большего числа фильтроэлементов для предварительного фильтра существенно снижает общие затраты. Например, если режим работы системы предусматривает использование предварительных фильтров до полного их блокирования, то два фильтроэлемента обеспечат увеличение ресурса более, чем в два раза, а, возможно, в четыре-пять раз. Это, в свою очередь, уменьшит эксплуатационные расходы, т. к. на каждый фильтроэлемент придется большее количество очищенной жидкости.

Выводы

Данная статья посвящена объяснению основ фильтрации. Мы рассмотрели три механизма задержания из взвешенных частиц фильтруемой среды и показали, что наилучшим механизмом в случае фильтрации жидкостей является непосредственное задержание, в то время как инерционное соударение и диффузионное задержание более эффективны при фильтрации газов. За счет выбора определенных качеств системы «загрязнение-жидкость-фильтрующий материал» возможно повышение эффективности фильтрации. Рассмотрены три возможности повышения эффективности фильтров. В связи с несовершенством применяемой классификации фильтрующих материалов в статье рассмотрено разделение фильтрующих материалов на материалы с фиксированными и нефиксированными порами и объяснено почему такая классификация более понятна по сравнению с простым разделением фильтрующих материалов на глубинные и поверхностные. После описания различных типов, применяемых в настоящее время фильтров, было необходимо рассмотреть вопрос эффективности. В статье проанализированы три системы определения эффективности фильтрации: номинальная тонкость фильтрации, абсолютная тонкость фильтрации и коэффициент фильтрации Бета. Статья завершается рассмотрением наиболее важных факторов, которые должны приниматься во внимание при выборе фильтра.

pallekb.ru

Площадь фильтрования стандартных фильтров [9]

ти рассчитывается по уравнению (2.6) и выделения магния из воды не требуется. Тогда доза извести составит

Ди = 21/22 + 3,5 – 0,7 + 0,7 = 4,5 мг-экв/дм3,

где 22 – эквивалент СО2.

4. Определяется остаточная концентрация кальция в обработанной воде в соответствии с выражением (см. раздел 1.1.2, пункт «в», случай

первый):

(ЖСа)о.в = ЖСа – [Жк – (Жк)ост] + Дк = 2,5 – (3,5 – 0,7) + 0,7 = 0,4 мг-экв/дм3.

5.Жесткость общая Жо = ЖСа + ЖMg = 0,4 + 3 = 3,4 мг-экв/дм3.

6.Содержание катионов Na+ и Mg2+ в обработанной воде не меня-

ется.

7.Концентрация железа и кремниевой кислоты при коагуляции с известкованием снижается примерно на 50 %.

8.Содержание хлоридов в обработанной воде не изменяется.

9.Содержание сульфатов в известкованной воде увеличивается на дозу коагулянта и составляет:

(SO42¯)о.в = (SO42¯)исх + ДК = 3,9 + 0,7 = 4,6 мг-экв/дм3.

10.Сумма катионов равна Σ Кат = Ca 2++ Mg2+ + Na+ + Fe2+ =

=0,4 + 3,0 + 4,9 + 0,015 = 8,3 мг-экв/дм3.

11.Сумма анионов равна Σ Ан = HCO3¯ + CI¯ + SO42¯ + SiO22¯ =

=0,7 + 3,0 + 4,6 + 0,02 = 8,3 мг-экв/дм3.

12.Сухой остаток обработанной воды в соответствии с выражением для сухого остатка (раздел 1.1.2, пункт «в», случай первый) составляет

Sо.в = 610 – 20,04 (2,5 – 0,7) – 61,02 (3,5 – 0,7)/2 + 68,07 0,7 = 530 мг/дм3.

Таким образом, в процессе коагуляции с известкованием получены следующие результаты:

1.Снижение щелочности с 3,5 до 0,7 мг-экв/дм3.

2.Частичное снижение общей жесткости с 5,5 до 3,4 мг-экв/дм3.

3.Частичное снижение сухого остатка с 610 до 530 мг/дм3.

4.Частичное (на 50 %) обезжелезивание и обескремнивание.

5.Снижение окисляемости, удаление взвешенных веществ за счет коагуляции.

6.Удаление углекислоты за счет известкования.

2.7.Пример выбора схемы водоподготовки комбинированной котельной

Исходными данными для расчета являются нижеследующие.

1. В комбинированной котельной установлены три паровых котла типа ДКВр-20-13 и два водогрейных котла типа ТВГМ-30. Водоподго-

studfiles.net

площадь фильтрации — это… Что такое площадь фильтрации?



площадь фильтрации

площадь фильтрации

—
[А.С.Гольдберг. Англо-русский энергетический словарь. 2006 г.]

Тематики

• энергетика в целом

Справочник технического переводчика. – Интент.
2009-2013.

• площадь уплотнения
• площадь экрана

Смотреть что такое «площадь фильтрации» в других словарях:

• площадь входного сечения — 3.10 площадь входного сечения (face area): Внутреннее сечение воздуховода непосредственно перед контролируемым фильтром (например, площадь сечения 0,61 м × 0,61 м = 0,37 м2). Источник: ГОСТ Р ЕН 779 2007: Фильтры очистки воздуха общего назначения …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• скорость фильтрации — 3.13.42 скорость фильтрации: Условная скорость течения воды в поровом пространстве грунта, равная отношению расхода в данном, поперечном потоку, сечении к полной площади этого сечения. Источник: СО 34.21.308 2005: Гидротехника. Основные понятия.… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• ГОСТ Р ЕН 779-2007: Фильтры очистки воздуха общего назначения. Определение эффективности фильтрации — Терминология ГОСТ Р ЕН 779 2007: Фильтры очистки воздуха общего назначения. Определение эффективности фильтрации: 3.8 DEHS или диэтилгексилсебацинат (DEHS DiEthylHexylSebacate): Жидкость для получения контрольных аэрозолей. Определения термина из …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• эффективная площадь фильтрования — 3.25 эффективная площадь фильтрования (net effective filtering area): Площадь фильтрующего материала, удерживающего пыль, выраженная в м2. Источник: ГОСТ Р ЕН 779 2007: Фильтры очистки воздуха общего назначения. Определение эффективности… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• Септик — В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Эта отметка… …   Википедия

• Фильтр-пресс — Фильтр прессы мануфактуры Джонсона, 1884 г. Фильтр пресс (англ. filter press)  аппарат периодического действия для разделения под давлением жидких неоднородных систем (суспензий, пульп) на жидкую фазу (фильтрат) и твердую… …   Википедия

• Проницаемость — способность горных пород фильтровать сквозь себя флюиды при наличи перепада давления. Содержание 1 Абсолютная проницаемость 2 Проницаемость по воздуху …   Википедия

• Проницаемость горной породы — Проницаемость способность горных пород фильтровать сквозь себя флюиды при наличии перепада давления. Содержание 1 Абсолютная проницаемость …   Википедия

• Буффало (рыба) — У этого термина существуют и другие значения, см. Буффало (значения). ? Чукучаны Ictiobus cyprinellus …   Википедия

• Дарнит — Рулон дорнита перед укладкой Дарнит (Дорнит) синтетический нетканый материал, название свое получил от института ДорНИИ. Изготавливается иглопробивным методом из бесконечных полимерных волокон. Не горит. Рабочий температурный диапазон: −60 °C до… …   Википедия

technical_translator_dictionary.academic.ru

Расчет и подбор фильтров

Задача №1
Определение плотности и массовой доли твердой фазы в суспензии

Условие:

Суспензия с расходом Q_c = 10 м³/ч разделяется на фильтре, причем расход фильтрата составляет Q_ф = 9,5 м³/ч. Плотность твердой и жидкой фаз равны соответственно ρ_т = 1700 кг/м³ ρ_ж = 1000 кг/м³. Измерения показали, что плотность фильтрата и осадка составляют соответственно ρ_ф = 1020 кг/м³ и ρ_о = 2100 кг/м³. Необходимо определить плотность и и массовую долю твердой фазы в суспензии.

Решение:

Составим уравнения материального баланса процесса:

Q_с·ρ_с = Q_о·ρ_о+Q_ф·ρ_ф

Расход осадка Q_о может быть выражен через объемные расходы суспензии и фильтрата:

Q_о = Q_с-Q_ф = 10-9,5 = 0,5 м³/ч

Выразим из уравнения материального баланса плотность суспензии и определим ее:

ρ_с = (Q_о·ρ_о+Q_ф·ρ_ф)/Q_с = (0,5·2100+9,5·1020)/10 = 1074 кг/м³

Обозначим долю твердой фазы в суспензии как m и составим следующее уравнение для определения плотности суспензии:

1/ρ_c = (1-m)/ρ_ж +m/ρ_т

Подставим числовые значения и найдем неизвестную m:

1/1074 = (1-m)/1000+m/1700

Откуда получаем значение доли твердой фазы в суспензии:

m = 0,17

Ответ: плотность суспензии равна 1074 кг/м³, доля твердой фазы в ней составляет 0,17

Задача №2
Расчет площади фильтрования барабанного вакуум-фильтра

Условие:

Требуется рассчитать необходимую площадь фильтрования барабанного вакуум-фильтра, способного работать под нагрузкой суспензией Q = 32 м³/ч. Частота вращения барабана составляет n = 0,2 об/мин. На лабораторной модели было установлено, что отношение объема осадка к объему фильтрата составляет x = 0,07, а высота слоя осадка при пересчете на рабочую модель составит h = 0,02 м.

Решение:

Определим время полного цикла фильтрования барабанного вакуум-фильтра:

τ = 1/n = 60/0,2 = 300 сек.

Далее рассчитаем удельный объем фильтрата по формуле:

v_уд = h/x = 0,02/0,07 = 0,29

Наконец определим искомую величину, приняв поправочный коэффициент К_п равный 0,8:

F = (Q·τ)/(υ_уд·K_п) = (32·300)/(3600·0,29·0,8) = 11,5 м²

Ответ: 11,5 м²

Задача №3
Расчет объема фильтрата в нутч-фильтре

Условие:

Дан нутч-фильтр, способный отфильтровать V_С 3,2 м³ суспензии за одну загрузку. Фильтруемая суспензия содержит в себе x = 15% твердой фазы по массе и имеет плотность ρ_C = 1100 кг/м³. По завершении процесса фильтрации образуется осадок с влажностью w = 74% и плотностью ρ_ОС 1185 кг/м³. Необходимо найти объем образующегося фильтрата V_ф при условии, что y = 2% твердой фазы проходят сквозь фильтр не задерживаясь.

Решение:

Найдем количество твердой фазы, привносимой на фильтр вместе с очищаемой суспензией:

G_тф1 = V_c·ρ_c·x/100 = 3,2·1100·15/100 = 528 кг

Определим количество твердой фазы, не улавливаемой нутч-фильтром:

G_тф2 = G_тф1·y/100 = 528·2/100 = 10,56 кг

Количество твердой фазы, оставшейся на фильтре, будет равно:

G_тф3 = G_тф1-G_тф2 = 528-10,56 = 517,44 кг

Зная влажность образуемого осадка, найдем общий вес осадка:

G_ос = G_тф3/w·100 = 517,44/74·100 = 699,24 кг

Соответственно, объем образующегося осадка будет равен:

V_ос = G_ос/ρ_ос = 699,24/1185 = 0,59 м³

Отсюда объем образующегося фильтрата равен:

V_ф = V_с-V_ос = 3,2-0,59 = 2,61 м³

Ответ: 2,61 м³

Задача №4
Расчет длительности суточной работы фильтра

Условие:

При пробном запуске фильтра в работу было установлено, что V₁ = 1 м³ фильтрата образуется через t₁ = 4,5 мин, а V₂ = 2 м3 фильтрата – через t₂ = 12 мин. общая площадь фильтрования составляет F = 1,6 м². Необходимая суточная производительность фильтра по фильтрату составляет Q = 16 м³. Необходимо рассчитать длительность суточной работы фильтра.

Решение:

Определим относительные величины собранного фильтрата при пробном запуске фильтра:

V_1F = V₁/F = 1/1,6 = 0,625 м³/м²

V_2F = V₂/F = 2/1,6 = 1,25 м³/м²

Основываясь на данный пробного запуска, составим систему уравнений фильтрования и определим константы фильтрования:

Используя найденное уравнение фильтрации, определим искомую величину, подставив в него относительный объем необходимого фильтрата:

(16/1,6)²+2·16/1,6·0,62 = 0,26·t_об

Откуда получаем значение t_об = 7,2 часа. С учетом полной поверхности фильтрования

Ответ: 7,2 часа.

Задача №5
Расчет частоты вращения барабана для вакуум-фильтра

Условие:

Дан барабанный вакуум-фильтр со следующими характеристиками. Углы секторов фильтрации, промывки и сушки равны соответственно φ_ф = 110⁰, φ_п = 130⁰ и φ_с = 60⁰. Время этих операций составляет t_ф = 4 мин., t_п = 6 мин. и t_с = 2 мин. Необходимо рассчитать частоту вращения барабана.

Решение:

При имеющихся данных частоту вращения барабана фильтра целесообразно рассчитывать, применив два уравнения расчета частоты вращения с последующим выбором наименьшего из получившихся значений.

Первая частота вращения барабана рассчитывается по формуле:

n₁ = φ_ф/(360·τ_ф) = 110/(360·4·60) = 0,00127 с^(-1)

Первая частота вращения барабана рассчитывается по формуле:

n₂ = (φ_п+φ_с)/(360·(τ_п+τ_с)) = (130+60)/(360·(6+2)·60) = 0,0012 с^(-1)

Сравнивая два получившихся значения частоты вращения барабана получаем:

n₁>n₂

Следовательно искомая величина равна 0,0012 с^-1.

Ответ: 0,0012 с^-1

Задача №6
Вычисление максимального давления подачи суспензии в фильтр-прессе

Условие:

Запорный механизм фильтр-пресса способен развить усилие P = 2·10⁴ H. Размеры рабочей поверхности плиты составляют 300х300 мм, а ширина линии уплотнения равна 20 мм. Необходимо вычислить максимальное давление подачи суспензии.

Решение:

Предварительно рассчитаем площади фильтрации и уплотнения ячейки. Площадь фильтрации ячейки составит:

F_ф = 0,3·0,3 = 0,09 м²

Площадь уплотнения (имеющая вид рамки):

F_у = (0,3+2·0,02)·(0,3+2·0,02)-0,3·0,3 = 0,0256 м²

Далее рассмотрим уравнение для определения необходимого усилия герметизации:

P = Q_д+R_пр

где

Q_д = p·F_ф

R_пр = m·p·F_у

В общем виде получим уравнение усилия герметизации в виде:

P = p·F_ф+m·p·F_у

Принимая поправочный коэффициент m = 3, подставим известные величины и найдем основную рабочую нагрузку p:

40000 = p·0,09+3·p·0,0256

Откуда получим:

p = 0,24·[10]⁶ H

Далее остается определить максимально возможное давление суспензии на входе:

P_max = p/F_ф = (0,24·[10]⁶)/0,09 = 2,7 МПа

Ответ: 2,7 МПа

Задача №7
Расчет производительности песчаного фильтра

Условие:

Необходимо найти производительность закрытого песчаного фильтра с диаметром цилиндрической части D = 2 м (закупориванием пор пренебречь). Песок-наполнитель фильтра имеет следующие свойства. Диаметр песчинок d = 0,5 мм. Пористость слоя песка составляет x = 0,42. Толщина слоя песка составляет l = 1,6 м. Фильтрация происходит при температуре T = 20 °C. Установлено, что потеря напора в фильтре составляет h = 4,5 м.вод.ст.

Решение:

Рассчитаем скорость фильтрации (поправочный коэффициент с принять равным 40):

w = 3600·c·d²·h/l·(0,7+0,03·t) = 3600·40·[0,0005]²·4,5/1,6·(0,7+0,03·20) = 0,13 м/с

Далее найдем площадь проходного сечения фильтрующего слоя (где F – площадь поперечного сечения фильтра):

F_пр = F·x = (π·D²)/4·x = (3,14·2²)/4·0,42 = 1,32 м²

Исходя из найденных величин, становится возможным определение искомой величины:

Q = w·F_пр = 0,13·1,32 = 0,17 м³/с

Ответ: 0,17 м³/с

Задача №8
Расчет количества фильтров для очистки сточных вод

Условие:

Для очистки сточных вод в размере Q = 1000 м³/сут планируется применять песчаные фильтры со следующими характеристиками. Расчетная скорость фильтрования составляет v = 10 м/час. Фильтр требует промывки каждые семь часов, причем длительность промывки составляет t = 0,2 час. Для одной промывки используется q = 10 м³ воды. Работа осуществляется круглосуточно, то есть общее рабочее время t_об = 24 ч. Требуется рассчитать необходимое количество фильтров.

Решение:

Так как фильтр требует промывки каждые семь часов, то на одни сутки будет приходиться:

n = 24/7≈3

Рассчитаем необходимую площадь фильтрования:

F = Q/(t_об·v-n·q-n·t·v) = 1000/(24·10-3·10-3·0,2·10) = 4,9 м²

Необходимое количество фильтров определим по формуле:

N = 0,5·√F = 0,5·√4,9 = 1,1

Округлим до большего целого числа и получим искомое значение 2.

Ответ: 2 фильтра

Задача №9
Определение скорости осаждения частиц в фильтре-отстойнике

Условия: В воде при температуре t = 20 °C происходит осаждение частиц кварцевого песка, плотность которого составляет ρ_п = 2600 кг/м³. В рамках задачи считать, что форма песчинок сферическая диаметром d = 1,2 мм.

Задача: Определить скорость осаждения частиц v_ос.

Решение: Для решения этой задачи воспользуется критериальным уравнением для процесса осаждения:

Re²·ζ = 4/3·Ar

В первую очередь рассчитаем критерий Архимеда (Ar). Для воды при 20°C примем, что ее плотность ρ_в = 1000 кг/м³, а динамическая вязкость μ = 0,01 Па·с, и подставим известные значения в расчетную формулу (g = 9,81 м/с – ускорение свободного падения):   

Ar = [g·ρ_ж·d³·(ρ_т-ρ_ж)] / μ² = (9,81·1000·0,0012³·(2600-1000)) / 0,001² = 27123

Полученное значение критерия Архимеда попадает в промежуток 36<Ar<83000, соответствующий переходному режиму осаждения, для которого коэффициент сопротивления (ζ) должен рассчитываться по формуле:

ζ = 18,5/Re^0,6

Подставим полученную зависимость и значение Ar в изначальное критериальное уравнение и определим значение критерия Re:

Re² · (18,5/Re^0,6) = (4/3)·27123

Re^1,4 = 1955

Re = 224,3

Запишем уравнение для критерия Рейнольдса, затем выразим из нее искомую величину и рассчитаем ее:

Re = (ρ_в·v_ос·d) / μ

v_ос= (Re·μ) / (ρ_в·d) = (224,3·0,001) / (1000·0,0012) = 0,187 м/с

Ответ: 0,187 м/с

Задача №10
Определение необходимой площади осаждения фильтра-отстойника

Условия: Для очистки потока мутной воды требуется отстойник. Известно, что дисперсная фаза в воде представлена в основном твердыми частицами неизвестной формы массой m_ч = 2 мг и плотностью ρ_т = 1800 кг/м³. Расход подаваемой на очистку воды составляет Q = 0,6 м³/час. При расчетах для воды принять плотность равной ρ_в = 1000 кг/м³ и динамическую вязкость μ = 0,001 Па·с. Также установлено, что осаждение происходит в стесненных условиях при объемной доле дисперсной фазы ε = 0,5.

Задача: Определить необходимую площадь осаждения отстойника.

Решение: Расчетную величину площади осаждения можно определить по формуле:

F = Q/v_ст

Где v_ст – скорость стесненного осаждения частиц.

Для определения v_ст предварительно необходимо рассчитать критерий Архимеда (g = 9,81 м/с² – ускорение свободного падения):

Ar = [ρ_ж·g·d_ч³·(ρ_т-ρ_ж)] / μ²

В формуле расчета критерия Архимеда d_ч – диаметр осаждаемой частицы. Форма частиц твердой фазы неизвестна, поэтому для ее расчета необходимо воспользоваться следующей формулой:

d_ч = [(6·V_ч)/π]^1/3

V_ч – объем частицы, который может быть выражен через отношение известной массы частицы к ее плотности V_ч = m_ч/ρ_ч. Произведя эту замену, рассчитаем величину d_ч:

d_ч = [(6·m_ч) / (π·ρ_ч)]^1/3 = [(6·0,000002) / (3,14·1800)]^1/3 = 0,00128 м

Теперь становится возможным расчет критерия Архимеда:

Ar = [ρ_ж·g·d_ч³·(ρ_т-ρ_ж)] / μ² = (1000·9,81·0,00128³·(1800-1000)) / 0,001² = 16458

Воспользовавшись критериальным уравнением, связывающим критерий Архимеда и критерий Рейнольдса (Re_ст) для стесненного осаждения, рассчитаем Re_ст:

Re_ст = (Ar·ε^4,74) / (18+0,6·√(Ar·e^4,75)) = (16458·0,5^4,74) / (18+0,6·√16458·0,5^4,75) = 18,8

Теперь, когда известен критерий Рейнольдса для стесненного осаждения, можно воспользоваться другой формулой его расчета, где используется скорость стесненного осаждения частиц. Далее следует выразить и рассчитать v_ст:

Re_ст = (ρ_ж·v_ст·d_ч) / μ

v_ст = (Re_ст·μ) / (ρ_ж·d_ч) = (18,8·0,001) / (1000·0,00128) = 0,015 м/с

Зная все необходимые величины, определим искомую величину:

F = Q/v_ст = 0,6/0,015 = 40 м²

Ответ: Площадь осаждения составляет 40 м².

Задача №11
Подбор и расчет производительности центрифуги

Условия: В наличии имеется осадительная центрифуга, в рабочем режиме способная развивать угловую скорость ω = 600 об/мин. Барабан имеет следующие параметры: внутренний радиус R = 300 мм, длина L = 500 мм. Центрифуга используется для осветления воды от взвешенных твердых частиц диаметром d_ч = 0,5 мм и плотностью ρ_т = 2100 кг/м³. При решении задачи динамическую вязкость принять равной μ = 0,001 Па·с, а плотность ρ_ж = 1000 кг/м³.

Задача: Необходимо рассчитать производительность центрифуги Q.

Решение: Искомую величину можно рассчитать по формуле:

Q = (F·v_ст·Fr) / g

Величина v_ст – скорость осаждения частицы в поле сил тяжести, которая может быть определена следующим образом (g = 9,81 м/с – ускорение свободного падения):

v_ст = [d_ч²·(ρ_т-ρ_ж)·g] / [18·μ] = [0,0005²·9,81·(2100-1000)] / [18·0,001] = 0,15 м/с

Осадительную площадь барабана F можно определить из его геометрических характеристик по формуле:

F = 2·π·R·L = 2·3,14·0,3·0,5 = 0,942 м2

Fr – критерий Фруда, характеризующий связь скоростей осаждения частицы в поле центробежных сил и в поле сил тяжести:

Fr = (ω²·R) / g = ((600/60)²·0,3) / 9,81 = 30,58

Откуда скорость осаждения частицы в поле центробежных сил будет равно:

v_ц = (v_ст/g)·Fr = (0,15/9,81)·30,58 = 0,47 м/с

Величину F·Fr обычно заменяют на Σ – индекс производительности, значение которого может быть уточнено в зависимости от режима осаждения частицы, который, в свою очередь, определяется величиной критерия Рейнольдса:

Re = (ρ_ж·v_ц·d_ч) / μ = (1000·0,47·0,0005) / 0,001 = 235

Полученное значение Re лежит в промежутке 2<Re<500, следовательно, режим осаждения переходных, для которого уточненная формула для индекса производительности выглядит следующим образом:

Σ = F·Fr^0,73 = 0,942·30,58^0,73 = 11,44

Подставим полученные данные в исходное уравнение и рассчитаем искомую величину:

Q = (F·v_ст·Fr)/g = (v_ст/g)·Σ = (0,15/9,81)·11,44 = 0,17 м³/с.

Ответ: производительность центрифуги равна 0,17 м³/с.

Задача №12
Подбор фильтров гидроциклонов для осветления мутной воды

Условия: В наличии имеется два гидроциклона с равными по диаметрам верхними патрубками d_в = 140 мм и нижними патрубками d_н = 80 мм, но различными диаметрами цилиндрической части корпуса, d₁ = 400 мм для первого, и d₂ = 500 мм для второго. Необходимо провести осветление мутной воды с концентрацией твердой фазы с = 0,5 % масс, плотность которой составляет ρ_т = 2500 кг/м³, до состояния, когда в ней не будет частиц диаметром более 5 мкм. Суспензия может быть направлена в гидроциклон под давлением p = 0,7 МПа. Плотность воды принять равной ρ_ж = 1000 кг/м³.

Задача: Определить, какой из гидроциклонов подходит для выполнения поставленной задачи.

Решение: Пригодность циклонов можно установить, определив их разделяющую способность по величине диаметра граничного зерна (d_гр) и сравнив его с условием задачи. Для этого необходимо воспользоваться уравнением для величины диаметра граничного зерна:

d_гр = 8,44·10³·√(d_в·d·c_вх) / (K_ф·d_н·√p·(ρ_т-ρ_ж))

где K_ф = 0,8 + 1,2/(1+100·d)– коэффициент формы гидроциклона.

Определим d_гр для первого циклона.

K_ф1 = 0,8 + 1,2/(1+100·0,4) = 0,829

d_гр1 = 8,44·10³·√(0,14·0,4·0,5) / (0,829·0,08·√700000·(2500-1000)) = 4,9 мкм

Определим d_гр для второго циклона.

K_ф2 = 0,8 + 1,2/(1+100·0,5) = 0,824

d_гр2 = 8,44·10³·√(0,14·0,5·0,5) / (0,824·0,08·√700000·(2500-1000)) = 5,49 мкм

В итоге получаем, что d_гр1<5 мкм, в то время как d_гр2>5 мкм, откуда делаем вывод, что для выполнения поставленной задачи подходит только первый гидроциклон.

Ответ: подходит первый гидроциклон.

Задача №13
Подбор фильтра, работающего в режиме постоянного перепада давления

Условия: На предприятие был доставлен фильтр, работающий в режиме постоянного перепада давления, без сопроводительной документации. После пробного его использования для фильтрации суспензии выяснилось, что через τ₁ = 5 мин фильтр позволяет получить V₁ = 7,8 л фильтрата, а через τ₂ = 10 мин образуется уже V₂ = 12,1 л фильтрата.

Задача: определить, сколько времени требуется для получения V₀ = 50 л фильтрата аналогичной суспензии.

Решение:

Воспользуемся уравнением фильтрации при постоянном перепаде давления (Δp = const):

V² + 2·[(R_фп·S)/(r_о·x_о)]·V = 2 [(∆p·S²)/(μ·r_о·x_о)]·τ

Обозначим a = (R_фп·S)/(r_о·x_о) и b = (∆p·S²)/(μ·r_о·x_о). Величины a и b являются постоянными, поэтому для их определения, на основании опытных данных, составим и решим систему уравнений

В итоге получим, что для данного случая и размерностей уравнение фильтрации можно записать в виде:

V²+7,06·V = 23,59·τ

Подставим в получившееся уравнение значение V₀ и найдем соответствующие ему значение τ:

τ = (50²+50·7,06) / 23,59 = 121 мин

Ответ: для получения 50 л фильтрата потребуется затратить 121 мин.

Задача №14
Расчет пусковой мощности фильтрующей центрифуги

Условия: Дана фильтрующая центрифуга, в которой происходит разделение суспензии с плотностью ρ_с = 1100 кг/м³. Барабан массой m_б = 200 кг имеет внутренний радиус R = 0,5 м при толщине стенки b = 0,005 м и длину L = 0,4 м. Начальная загрузка барабана составляет 50% от его внутреннего объема. Время выхода центрифуги на рабочую скорость составляет τ_п = 7 с. Угловая скорость центрифуги составляет ω = 1000 об/мин. При расчетах плотность воздуха ρ_в принять равной 1,3 кг/м³ и коэффициент трения в подшипниках f = 0,05. Цапфа вала имеет диаметр d_ц = 80 мм. 

Задача: Необходимо рассчитать пусковую мощность N_пуск.

Решение: Пусковая мощность (N_пуск) складывается из мощности на потери трения в подшипниках (N_п), мощности на потери при трении барабана о воздух (N_в) и мощности на преодоление инерции в момент старта (N_с):

N_пуск = N_под+N_в+N_с

Для определения мощности, затрачиваемой на потери трения в подшипниках, воспользуемся формулой, основанной на массе вращающихся частей центрифуги. Сделаем допущение, что во вращательном движении принимают участие только барабан и масса загруженной суспензии:

N_под = f·g·M·v_в

М – общая масса вращающихся частей центрифуги. Масса барабана уже известна и остается только определить массу первично загруженной суспензии. Поскольку начальная загрузка барабана составляет 50%, то найдя ее объем и помножив на плотность можно определить массу загруженной суспензии m_c:

m_с = 0,5·2·π·R·L·ρ_с = 0,5·2·3,14·0,5·0,4·1100 = 691 кг

Тогда общая масса составит:

M = m_б+m_с = 200+691 = 891 кг

Окружная скорость цапфы v_ц определяется по формуле:

v_ц = ω·d_ц/2 = (1000/60)·(0,08/2) = 0,66 м/с

Рассчитаем величину мощности N_п:

N_под = f·g·M·v_в = 0,05·9,81·891·0,66 = 288,4 Вт

Рассчитаем величину мощности N_в приняв, что внешний радиус барабана R_в = R+b::

N_в = 0,012·ρ_в·R_в·ω² = 0,012·1,3·(0,5+0,005)·(1000/60)² = 2,2 Вт

Рассчитаем величину мощности N_с, сделав допущение, что вся вращающаяся масса сосредоточена на внутреннем радиусе барабана R, тогда суммарный момент инерции может быть представлен как I = M·R²::

N_с = (I·ω²)/(2·τ_п) = (M·R²·ω²)/(2·τ_п) = (891·0,5²·(1000/60)²)/(2·7) = 4419,6 Вт

Теперь становится возможным определить искомую величину:

N_пуск = N_под+N_в+N_с = 288,4+2,2+4419,6 = 4710,2 Вт

Ответ: Пусковая мощность составит 4,71 кВт

oil-filters.ru

Как подбираем фильтровальную установку| АКВАПАРТНЕР строительная компания

Чтобы вода в бассейне оставалась всегда чистой, необходимо правильно подобрать систему очистки воды. Система очистки воды должна предусматриваться еще на этапе проектирования бассейна. Для правильной циркуляции, которая поможет избежать цветения необходимо подобрать подходящую фильтровальную установку.

Разберемся с процессом фильтрации. Мы же понимаем, что любой процесс фильтрации включает в себя два основных узла. Это фильтр и насос. Они должны быть подобраны правильно как к бассейну, так и к друг другу. Для примера рассмотрим небольшой частный бассейн.  Вначале подберем насос фильтровальной установки. При выборе оборудования учитываем два основных критерия: фильтрация должна быть максимально эффективна, а расходы — минимальные.

Из СанПиН 2.1.2.1188-03 мы знаем, что время полного водообмена в оздоровительном бассейне должно составлять не более 6 часов, то есть, весь объем воды за 6 часов или меньше, должен пройти через фильтровальное оборудование.

Дано: объем бассейна 80м3, частный,закрытый(в помещении).

Последовательность расчетов:

1.Расчет производительности насоса, м3/ч

2.Выбор скорости фильтрации, м/ч

3.Расчет площади фильтрации, м2

4.Выбор фильтровальной установки под рассчитанную площадь фильтрации.

Итак, сначала вычислим мощность необходимого нам насоса.

Делим объем воды нашего бассейна, это 80м3 (5м х 10м х 1,6м), на время полного водообмена, т.е. на 6 часов. Получилась минимальная производительность насоса фильтровальной установки. В нашем случае это 13,33 м3/час. 
Конечно, можно строго следовать этим параметрам и искать именно такой насос, хуже не будет, но будет значительно дольше. Проще и правильнее, это подобрать насос из имеющихся в наличии, округляя производительность насоса в большую сторону. Находим ближайший насос 14,5 м3/час. Время полного водообмена в этом случае уменьшается, но это только на пользу — улучшается качество фильтрации. Также у нас появился запас производительности, который, в дальнейшем, компенсирует различные потери на сопротивление, давление и т.п.

Следующий шаг – подбор фильтровальной емкости. Это  тоже несложно. Начнем с того, что основным способом очистки любой воды является механическая фильтрация. И чем она медленнее, тем лучше. Т.е. скорость фильтрации имеет большое значение.

Для бассейнов общественного назначения, нормальная расчетная скорость фильтрации это от 20 до 30 м3/м2/час. То есть 20-30 кубических метров воды должны протекать через 1 квадратный метр площади поверхности нашего фильтра за 1 час. Упростив значение, получаем м/ч.  Это нормы для общественных бассейнов. Если руководствоваться только ими, то в нашем бассейне, после установки такого оборудования, сможет купаться каждый день почти по 150 человек посменно. И чтобы оправдать вложенные в оборудование деньги, придется продавать билеты.

Но у нас семейный, частный бассейн с ограниченной нагрузкой. По опыту эксплуатации, мировому опыту, для частных, семейных бассейнов скорость фильтрации, достаточная для очистки воды и подогрева – плюс/минус, 50 метров в час. Еще одно оправдание для выбора этой скорости, это тот факт, что при обратной промывке (для очистки фильтра от накопленных загрязнений) скорость должна быть не ниже 50м/ч. Т.е нам будет достаточно одного насоса и для фильтрации и для обратной промывки. Опять экономия без особого ущерба качеству. Для общественных бассейнов для промывки используется дополнительный насос, он же является резервным…

Итак, мы поняли, что нам нужна скорость фильтрации около 50м/ч. А теперь выбираем фильтровальную емкость для нашего насоса 14,5 м3/ч. так, чтобы получилась скорость фильтрации 50м /ч. Т.е при правильном выборе фильтровальной установки у нас должна получиться скорость фильтрации 50м/ч.

Определяем, какая площадь фильтрации нам нужна, чтобы насос 14,5 м3/час фильтровал нашу воду с заданной скоростью 50м/ч. Делим производительность нашего насоса – 14,5 м3/ч , на рассчитанную необходимую нам скорость фильтрации– 50 м/ч. Получаем 0,29м2.

Это и есть необходимая нам площадь фильтрации. Это значит, что, размер фильтра должен быть таким, чтобы площадь помещенного туда фильтровального материала, должна быть 0,29 м2. Теперь переводим полученные цифры на реальную фильтровальную емкость. Фильтровальные емкости в плане имеют форму круга определенного диаметра, и вот тут самый ответственный момент – вспоминаем всю школьную программу, а вместе с ней площадь круга. Подбираем так: берем таблицу фильтровальных емкостей из каталога. Допустим D=400мм., или 0,4м. Делим диаметр пополам, чтобы получить радиус – получаем R=0,2м. Теперь смотрим формулу площади круга и считаем: 0,2 х 0,2 х 3,14 = 0,1256м2. Как видим, эта фильтровальная емкость нам не подходит. По таблице каталога мы вычисляем, что у емкости с диаметром D=600мм площадь фильтрации составляет 0,2826м2. Этот вариант нам подходит.  Можно проверить какая реальная скорость фильтрации у нас получится, разделив производительность насоса уже на площадь фильтрации, которую мы получили. 14,5 / 0,2826 = 51,3 м/ч. Почти похоже, почти 50м/ч. Но, как и говорилось выше – плюс-минус – на качество фильтрацию не очень влияет. Вот и все. Фильтр и насос подобраны. Насос у нас 14,5 м3/ч, а фильтр диаметром 600мм.

Фильтровальные установки небольшого диаметра, продаваемые в комплекте с насосом, уже рассчитаны и подобраны на скорость фильтрации 50м/ч.Поэтому можно просто подобрать фильтровальную установку по нужному нам параметру производительности насоса.

Необходимое дополнение к фильтру – фильтровальный материал. Универсальный наполнитель для малых фильтров это кварцевый песок различной фракции. Количество кварцевого песка (в кг) для каждого фильтра указано на корпусе этого фильтра, диаметр фракции зависит от диаметра отверстий для сбора воды, в коллекторе фильтра, и этот диаметр также должен быть указан на фильтре. Если ничего не написано(и такое бывает), можно засыпать универсальную фракцию — это 0,5-1,0мм. Для нашего виртуального бассейна подобран фильтр д.400мм, для него обычно достаточно 50кг. песка фракцией 0,5-1,0мм. Как правило, наполнители для фильтров, такие как кварцевый песок или гравий, продают расфасованным в полиэтиленовые мешки по 25 кг. Песок в такой упаковке легко складировать, перевозить и засыпать в фильтр. Некоторое количество кварцевого песка вымывается при промывке фильтра, поэтому, если вам необходимо 80 кг. песка, а приходится покупать 100 — лишним не будет.

Из этого примера подбора оборудования фильтрации, очень хорошо видно, что комбинируя диаметр фильтрационной емкости,производительность насоса и скорость фильтрации (не более 50м/ч), можно подобрать любую комбинацию фильтровального оборудования. Чем больше фильтр, тем лучше фильтрация. Но  и соответственно дороже. Поэтому выбирайте рекомендованные параметры, дополнительно учитывая такие параметры как размер, удобство использования, качество изготовления и гарантии.

www.aquapartner18.ru

Площадь — фильтрация — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Площадь — фильтрация

Cтраница 1

Площадь фильтрации в радиально — потоке будет уменьшаться по направлению к скваччше.
 [1]

Площадь фильтрации F при радиальном потоке уменьшается по направлению к скважине.
 [2]

Площадь фильтрации F в зоне / / является функцией радиуса.
 [4]

Площадь фильтрации F при радиальном потоке уменьшается по направлению к скважине.
 [5]

Площадь фильтрации F в зоне / / является функцией радиуса.
 [7]

Площадь фильтрации ленточных фильтров от 1 до 5 м2, скорость фильтрации от 500 до 3000 л / мин на I м2 в зависимости от типа эмульсии, вида и состава загрязнений.
 [9]

Увеличение площади фильтрации и повышение фазовой проницаемости при дальнейшем разрушении пены из-за снижения концентрации раствора в результате адсорбции ПАВ породой и перемешивания с остаточной и целиковой пластовой водой в реальных условиях приводит к увеличению продуктивной характеристики газовой скважины. Количество раствора, необходимое для обработки призабойной зоны, зависит от свойств ПАВ и его концентрации, а также от характера и степени неоднородности пласта. Как показывают опыты, при закачке газа в пористую среду вслед за раствором пенообразование в зависимости от вида пенообразователя усиливается до тех пор, пока количество закачанного газа в пластовых условиях не достигает 3 — 6 объемов раствора ПАВ. В дальнейшем происходит постепенное снижение пенообразования. Изучив реологию пен, можно управлять их свойствами, изменяя соотношения фаз, а также вводя в состав дисперсионной среды различные твердые и жидкие стабилизаторы. В период интенсивного пенообразования происходит снижение приемистости модели. Поэтому для уменьшения времени обработки скважины необходимо добиться того, чтобы пена образовывалась в пласте, а не в стволе скважины.
 [10]

Размер площади фильтрации в основном зависит от количества фильтруемого газа с учетом увеличения его объема в результате увлажнения и подсоса воздуха, ввода воздуха для обратной продувки и изменения объема газа при изменении температуры, а также гидравлического сопротивления фильтра, определяемого в основном сопротивлением запыленной ткани.
 [11]

Влияние площади фильтрации на ДР может быть проиллюстрировано следующими данными.
 [12]

Влияние площади фильтрации на АР может быть проиллюстрировано следующими данными.
 [13]

РФГ-УМС-ЮГ, площадь фильтрации 740 м2, рукава лавсановые ( 280 шт.
 [14]

Большая величина площади фильтрации призабойных зоЬ скважин не всегда может служить основанием для установления повышенных норм содержания механических примесей в сточных водах. Известно много примеров, когда скважины, имея большую площадь фильтрации и хорошую проницаемость, обладают низкой приемистостью и высокими темпами ее затухания, и наоборот.
 [15]

Страницы:  

   1

   2

   3

   4

www.ngpedia.ru

площадь фильтрации — с русского на английский

См. также в других словарях:

• площадь фильтрации — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN filtering area …   Справочник технического переводчика

• площадь входного сечения — 3.10 площадь входного сечения (face area): Внутреннее сечение воздуховода непосредственно перед контролируемым фильтром (например, площадь сечения 0,61 м × 0,61 м = 0,37 м2). Источник: ГОСТ Р ЕН 779 2007: Фильтры очистки воздуха общего назначения …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• скорость фильтрации — 3.13.42 скорость фильтрации: Условная скорость течения воды в поровом пространстве грунта, равная отношению расхода в данном, поперечном потоку, сечении к полной площади этого сечения. Источник: СО 34.21.308 2005: Гидротехника. Основные понятия.… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• ГОСТ Р ЕН 779-2007: Фильтры очистки воздуха общего назначения. Определение эффективности фильтрации — Терминология ГОСТ Р ЕН 779 2007: Фильтры очистки воздуха общего назначения. Определение эффективности фильтрации: 3.8 DEHS или диэтилгексилсебацинат (DEHS DiEthylHexylSebacate): Жидкость для получения контрольных аэрозолей. Определения термина из …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• эффективная площадь фильтрования — 3.25 эффективная площадь фильтрования (net effective filtering area): Площадь фильтрующего материала, удерживающего пыль, выраженная в м2. Источник: ГОСТ Р ЕН 779 2007: Фильтры очистки воздуха общего назначения. Определение эффективности… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• Септик — В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Эта отметка… …   Википедия

• Фильтр-пресс — Фильтр прессы мануфактуры Джонсона, 1884 г. Фильтр пресс (англ. filter press)  аппарат периодического действия для разделения под давлением жидких неоднородных систем (суспензий, пульп) на жидкую фазу (фильтрат) и твердую… …   Википедия

• Проницаемость — способность горных пород фильтровать сквозь себя флюиды при наличи перепада давления. Содержание 1 Абсолютная проницаемость 2 Проницаемость по воздуху …   Википедия

• Проницаемость горной породы — Проницаемость способность горных пород фильтровать сквозь себя флюиды при наличии перепада давления. Содержание 1 Абсолютная проницаемость …   Википедия

• Буффало (рыба) — У этого термина существуют и другие значения, см. Буффало (значения). ? Чукучаны Ictiobus cyprinellus …   Википедия

• Дарнит — Рулон дорнита перед укладкой Дарнит (Дорнит) синтетический нетканый материал, название свое получил от института ДорНИИ. Изготавливается иглопробивным методом из бесконечных полимерных волокон. Не горит. Рабочий температурный диапазон: −60 °C до… …   Википедия

translate.academic.ru

Фильтр часто называют «сердцем» бассейна. Без него бассейн превращается просто в резервуар с водой. А стоит вам хоть раз искупаться в нем, как он становится резервуаром с «бульоном» для развития различной микрофлоры. Вся система очистки воды бассейна держится на двух «китах» — фильтрации и химической обработке. Не питайте иллюзий, что-то одно не даст необходимого результата. Но если вы верите, что «ваш разум победит науку», то попробуйте. Однако, задумайтесь куда денется твердый осадок, выделяющийся после химической обработки, если у вас не предусмотрена фильтрация? Или, как вы будете избавляться от микробов, споров водорослей, растворенной грязи и т.п. если отсутствует химическая обработка, хотя фильтр «молотит» исправно, но все это не улавливает?

Какими бывают фильтры, как их стоит подбирать, как определить с каким насосом его можно устанавливать и многое другое вы узнаете из этой статьи. А о том, как подобрать подходящие друг другу насос и фильтр прочтите в другой статье.

Прежде всего, предложим несколько классификаций фильтров для бассейнов.

По типу фильтрующего элемента их можно разделить на:

— картриджные (плотные синтетические картоны). Эти фильтрующие элементы сменные. Обычно ими комплектуются бассейны до 20м³. Очищающая способность таких фильтров ограничена относительно небольшой фильтрующей поверхностью и быстрой ее заполняемостью;

— фильтровальные мешки из специальных фильтровальных синтетических тканей. Фильтрующая способность таких тканей довольно высока, от 6 и боле микрон. Однако этот параметр и ограничивает рабочее время такого фильтра. Они так же сменные, но возможность промывки позволяет многоразовое использование. Их устанавливают и на довольно большие бассейны. Однако, поскольку площадь фильтрации такого мешка ограничена, то только их количеством добиваются нужного качества;

— кварцевый или стеклянный фракционированный песок или смешанное наполнение с активированным углем, фильтры с цеолитом или диатомитом. Такие фильтры захватывают частицы размером до 20 микрон. Как показывает практика, этого более чем достаточно, чтобы воспринимать воду как прозрачную. Замена фильтрующего элемента делается приблизительно раз в год или несколько лет (зависит от состава воды и характера пользования), промывка автоматизирована. Для цеолитовых и диатомных наполнителей замена делается чаще, приблизительно раз в 6 месяцев.

По характеру монтажа фильтрующие установки делят на стационарные или навесные.

С помощью навесной установки труднее организовать полноценную циркуляцию воды по всему объему (особенно в бассейнах с неровной формой дна и стен), но она является прекрасным выходом для тех, кто по каким-либо причинам не установил систему фильтрации вовремя в момент строительства бассейна.

Или выручит вас, если на объекте дефицит воды. Например, такого типа установки (их называют еще безканализационными) распространены в ОАЭ.

По типу фильтрации канализационные и безканализационные:

Принято называть тип фильтрации через песчаные фильтры канализационным. Поскольку при промывке фильтрующего элемента промывные воды надо куда-либо (как правило, в канализацию) сбрасывать. В установках с матерчатыми картриджами фильтровальный мешок промывается отдельно. Поэтому их называют иногда безканализационными. Безканализационный тип – заманчивое слово. При прямолинейном понимании оно подкупает своей простотой. Однако матерчатые

фильтры так же надо стирать и куда-то девать воду после стирки. Так же периодически надо сливать из бассейна часть воды (дренировать), чтобы не допустить перегрузки воды химическими продуктами. И уж совсем неуютно становится при полном опорожнении бассейна. Чтобы уйти от критики по признаку «безканализационный», приверженцы этой системы говорят о том, что их фильтр находится внутри в бассейне (т. е. еще и место внутри занимает), а песчаный – за стенкой, т. е. снаружи. По большому счету, не принципиально где находится фильтр. В любом случае он нуждается в технической камере, которая так же располагается снаружи. Сравнение стоит производить только по фильтрующему элементу или условиям монтажа.

Песочные фильтры можно разделить по материалу из которого он изготовлен (расположены по возрастающей цене):

1. Полипропилен, полиэтилен
2. термопластичные смолы
3. Корпус из ламинированного полиэфира
4. Композит стекловолокна и полиэфирной смолы
5. Бобинные фильтры (бобинная намотка стеклянной нити с пропиткой полиэфирной смолой)
6. Нержавеющая сталь

Принцип работы песочного фильтра.

Песочные фильтры для бассейна комплектуются шести-позиционным краном (иногда 4х позиционным) для управления работой фильтра и манометром для контроля давления в бочке. 6-ти позиционный кран позволяет переключать работу фильтра в положения: Фильтрация, Циркуляция, Промывка, Ополаскивание, Закрыто, В канализацию. В ходе работы вода продавливается через слой песка и загрязнение фильтра возрастает. С ним возрастает давление. Манометр показывает, что необходимо сделать промывку песка, чтобы удалить накопившийся мусор. Для этого ручку 6-ти позиционного крана переключают в положение Промывка, при этом вода начинает поступать в обратном направлении и смывает грязь в канализацию. Через 1-3мин промывки следует переключение в положение Ополаскивание еще на 1-2 мин. Затем ручку крана возвращают в рабочее положение – Фильтрация. Расположение шести-позиционного крана на корпусе песочного фильтра не играет никакой функциональной роли и подбирается для удобства эксплуатации и монтажа песочного фильтра.

Основные принципы, используемые при подборе фильтровального оборудования.

От типа бассейна – общего пользования он или частный, зависит принцип подбора фильтра. Основное отличие фильтра для бассейна общего пользования — малая скорость фильтрации  — 20м³/час/м² для детей и 30м³/час/м² для взрослых по сравнению с частным (40-50м³/час/м². Так же высота засыпки фильтрующего слоя – для бассейнов общего пользования не менее 1м).

Подбор фильтра для бассейна должен учитывать множество критериев. Начинают с подбора насоса по признаку нормативного времени рециркуляции, т.е. прохождения всего объема воды через систему фильтрации. Так, для частных бассейнов в помещении максимальным временем одного цикла принято считать 6 часов, для бассейнов на открытом воздухе – 4 часа. Т.е. для бассейна в 60м³ в помещении достаточно фильтровальной установки с производительностью 60/6 = 10 м³/час, а на воздухе 60/4=15 м³/час. В закрытых помещениях обычно требуется 1-3 цикла в сутки, в открытых бассейнах 3-5 циклов в зависимости от климата, привносимых водой и людьми загрязнений, т. е. нагрузки.

Для бассейнов общего пользования при выборе насоса нужно учесть больше критериев и лучше, если это сделают специалисты. Скажем только, что надо различать условия использования насоса для фильтрации и для промывки, просчитать сопротивление магистрали, заложить 4 часа на полно оборотный цикл, учесть морскую или пресную воду используют в бассейне, учесть в конструкции насоса может ли он работать с такими коррозионно- опасными установками дезинфекции как электрохлоринаторы или озонаторы.

После того как насос выбран, подбираем размер песчаного фильтра. Для этого пользуются параметром, называемым скорость фильтрации Q, который и характеризует качество фильтрации. Q определяют как частное от деления производительности насоса на площадь сечения фильтра. Другими словами, на площадь фильтрующего элемента. Для нашего примера, чтобы получить скорость фильтрации 50м³/час/м² нужно насос с производительностью 10 м³/час разделить на S м² — площадь сечения фильтра. Из этой формулы S=0,2 м². Не сложно вычислить теперь и диаметр нужного нам фильтра по формуле площади круга (фильтры в сечении всегда круглые) S=πR²  Он равен 500мм. Таким образом, чем больше площадь фильтрации и ниже производительность насоса (не выходить за норматив цикла фильтрации!), тем выше качество фильтрации. Другими словами, если выбранный насос удовлетворяет критерий необходимого количества полного прохода всего объема воды через фильтр в сутки, то выбирая фильтр большего (чем по норме) размера, вы получите улучшение качества фильтрации. Наоборот, выбирая более производительный насос к требуемому диаметру фильтра, увеличивается давление в системе и возникает проскок мусора через фильтрующий элемент. Также в этом случае при промывке будет происходить унос фильтрующего материала в канализацию.

Первоисточник находится по адресу

Загрузить файлы