Применение кавитации в системе водоснабжения

Ночуйкина А. Ю.

Бондаренко А. П.                                                                     

ПРИМЕНЕНИЕ КАВИТАЦИИ В СИСТЕМЕ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Статья посвящена исследованию процесса кавитации и ее использованию в системе водоснабжения. Также рассмотрено применение кавитатора для очистки воды.

Ключевые слова: кавитация, гидроудар, кавитаторы

Основной задачей любых очистных сооружений является подача потребителям воды в требуемом объеме и хорошего качества. Эффективность работы очистных сооружений систем водоснабжения во многом зависит от явления кавитации, в процессе которой  происходит химическая реакция между водой и реагентами. Повышение качества воды в результате ее смешивания с реагентами является актуальной задачей. Применение специальных устройств — кавитаторов — позволяет ускорять химические реакции.

Явление кавитации заключатся в образовании небольших пузырьков в жидкости, которые со временем расширяются до больших размеров, а затем быстро схлопываются, испуская резкий шум. В точке схлопывания возникает гидравлический удар. Ударная волна от него распространяется по всей жидкости.

Акустическая кавитация используется для очистки воды и сточных вод. Схлопывание пузырьков сопровождается ударным, ультразвуковым, тепловым, химическим и электрическим воздействием. Во время кавитации примеси дробятся и равномерно перемешиваются с потоком воды. Это позволяет более полно проводить химические реакции с реагентами водоочистных сооружений. Применение кавитаторов в системах очистки природных и сточных вод позволят повысить степень очистки.

Кавитатор представляет собой модель гидродинамического излучателя. Жидкость втекает через сопло. Схема кавитатора представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема кавитатора: 1 – корпус кавитатора, 2 –сопло, 3 – пластина.

 

 

Пластина играет роль механического резонатора и излучает звук. За пластиной возникают две вихревые дорожки Бернара-Кармана, при этом длина звуковой волны равна расстоянию между вихрями, измеряемому по оси излучателя. При расчете кавитатора определяются параметры пластины: ее толщина, длина консоли, коэффициент заострения; геометрические размеры сопла: ширина и длина щели, длина формирующей части, расстояние между соплом и пластиной. Определяют производительность одного излучателя и число излучателей. Для того чтобы понять, как работает кавитатор, на рисунке 2 представлена схема кавитационной установки.

 

Рисунок 2 – Кавитационная установка: 1 – кавитатор, 2 – емкость исходной воды, 3 – емкость обработанной воды, 4 – циркуляционный насос, 5 – вакуумный насос, 6 – монометр, 7 – термометр, 8 – вентиль, 9 – обратный клапан, 10 – переливной трубопровод.

Корпус кавитатора сделан из прозрачного материала для того, чтобы фиксировать процесс течения жидкости. Кавитационная установка предусматривает работу в двух режимах: одноразовая обработка исходной воды из емкости 2 в емкость 3 и циркуляционная обработка воды. Перед началом работы емкость 2 заполняется водой. Предварительно и после обработки воды берутся ее пробы и исследуются на качество воды. Вакуумный насос 5 создает пониженное давление в емкости 3.

Одноразовая обработка воды. Включается насос 4 и открываются вентили на основном трубопроводе, на переливном трубопроводе вентили закрыты и насос отключен. После перекачивания воды из емкости 2 в емкость 3 на основном трубопроводе вентили закрываются и насос останавливается, а на трубопроводе 10 вентили открываются и включается насос, осуществляя перекачку воды в емкость 2 или слив в дренаж.

Циркуляционная обработка воды. Может осуществляться в циклическом и непрерывном режимах. Циклический режим заключается в нескольких заданных количествах циклов одноразовой обработки воды. Непрерывная обработка воды производится при открытых вентилях 8 и включенных насосах 4 на основном и переливном трубопроводах.

Кавитатор можно использовать стационарно или в передвижном варианте (рисунок 3), в системах водоснабжения и водоотведения, на очистных сооружениях водозабора, в системе оборотного водоснабжения и в системах водоподготовки.

 

Рисунок 3 – Портативный гидродинамический кавитатор для очистки твердых поверхностей под водой.

Применение возникающих тепловых и гидродинамических эффектов кавитации способствует ускорению химических реакций, удалению примесей отдельных элементов. В настоящее время кавитационные методы очистки используются не слишком широко, т.к. технические задачи по обеспечению необходимой производительности оборудования остаются до конца не решенными.

Литература

1. Эксплуатация систем водоснабжения, канализации и газоснабжения [текст]. Справочник/ В.Д. Дмитриев [и др.]. – Стройиздат, Ленинградское отделение, 1988, с изменениями.

2. Техническая эксплуатация коммунальных систем водоснабжения и водоотведения: учеб. пособие. В 2 ч. Ч. 2 / Г.И. Воловик [и др.]. – Хабаровск. Изд-во ДВГУПС, 2008. – 220с.

3. Федоткин, И.М. Использование кавитации в технологических процессах / И.М. Федоткин, А.Ф. Немчин. – К.: Вища шк., 1984. – 68 с

4. Витенько, Т.Н. Механизм активирующего действия гидродинамической кавитации на воду / Т.Н. Витенько, Я.М. Гумницкий // Химия и технология воды. – 2007. – Т. 29, № 5. – С. 422–432.

Сведения об авторах:

Ночуйкина Анастасия Юрьевна – студентка 2 курса, Рязанский институт (филиал) Московского политехнического университета, Рязань.

Бондаренко Александр Павлович – старший преподаватель, Рязанский институт (филиал) Московского политехнического университета, Рязань.