96. Princip konstrukce a provozu hydrodynamických logaritmů

Činnost hydrodynamického zpoždění (obr. 134) je založena na měření rychlosti a tlaku přitékajícího proudu.

Přijímací zařízení loga, které vnímá hydrodynamický tlak, je přijímací trubice, spuštěná na dno nádoby nebo stonkového zařízení. Když se nádoba pohybuje, hladina v trubici stoupá do určité výšky, která souvisí s tlakem následujícím vztahem:

kde v je rychlost proudění kapaliny, cm/s;

g — gravitační zrychlení, cm/s²;

P — statický tlak vody, g/cm²;

γ — měrná hmotnost kapaliny, g/cm².

Tlak v dynamickém potrubí přijímacího zařízení je tedy určen dvěma složkami: dynamickou (rychlostní tlak), rovnou v²/2g, a statickou, rovnou P/y. Rychlostní tlak závisí na rychlosti plavidla a statický tlak závisí na jeho ponoru. Rovnice (115) platí pro ideální kapalinu, která nemá viskozitu.

Aby tato rovnice měla praktické využití pro vrstvy mořské vody, je nutné, aby se otvor pro příjem celkového tlaku nacházel vně mezní vrstvy přiléhající k trupu lodi. V tomto případě bude lodní deník uvádět rychlost lodi vzhledem k vodě.

Celkový tlak v přijímacím zařízení, který vzniká během pohybu plavidla, nelze přímo použít k určení rychlosti kvůli přítomnosti statické složky, protože by to vedlo k závislosti odečtu rychlosti na ponoru plavidla. Pro eliminaci vlivu ponoru na odečty loga je v konstrukci zařízení zajištěna kompenzace statického tlaku pomocí měchového zařízení (viz obr. 134). Měchové zařízení 1 je komora rozdělená membránou 2 na dvě dutiny – spodní a horní. Když je loga v provozu, je pod dnem plavidla spuštěna přijímací trubice 5 s otvory 6 a 7. Spodní dutina komory je potrubím 8 připojena k kanálu pro příjem celkového tlaku a potrubím 4 k kanálu pro příjem statického tlaku.

Když se plavidlo pohybuje, vstupují do obou dutin měchového zařízení tlaky působící proti sobě. Protože tlaky působící na membránu 2 mají opačný směr, výsledný tlak působící na membránu bude roven dynamické složce celkového tlaku vody, úměrné rychlostnímu sloupci. K membráně je připevněna tyč 3, která je pomocí páky spojena se šípkou ukazatele rychlosti. Dynamický tlak, který zvedá membránu a tyč, způsobí vychýlení šipky ukazatele.

Hodnotu tlaku na membránu lze tedy použít k určení rychlosti plavidla. V tomto případě bude mít rovnice (115) tvar:

Abychom zjistili vztah mezi tlakem na membráně 2 a rychlostí plavidla, vynásobíme obě části rovnice (116) hodnotou měrné hmotnosti vody. Pak

představuje hmotnost sloupce kapaliny o výšce

Hodnota RD se nazývá hydrodynamický tlak. Rovnice (118) udává teoretický vztah mezi hydrodynamickým tlakem vody RD a rychlostí plavidla V.

Aby se zohlednily skutečné hydrodynamické podmínky, ve kterých se přijímací zařízení nachází, je nutné do vzorce (118) zavést koeficient K (Pitotův koeficient), který zohledňuje fyzikální vlastnosti kapaliny, konstrukční vlastnosti trupu lodi a vliv umístění instalace přijímacích trubek lodního pole. Rovnice (118) pak bude mít tvar:

Hydrodynamický koeficient je za skutečných podmínek o něco větší nebo menší než jedna.

Mechanismy centrálního lodního přístroje automaticky řeší rovnici (119) a generují hodnotu rychlosti lodi v uzlech a ujetou vzdálenost v mílích.

Bez ohledu na konstrukční prvky se typická konstrukce hydraulického zpoždění skládá z následujících hlavních komponent:

přijímací trubice (dvoukanálová nebo jednokanálová);

slinu pro instalaci přijímacího potrubí do dna nádoby;

tlakový sběrák nebo měchový přístroj;

rozdělovač ventilů s potrubím pro připojení přijímací trubky k tlakovému sběrači;

zpoždění centrálního zařízení;

opakovací zařízení pro rychlost a ujetou vzdálenost;

logovací stanice pro řízení a monitorování provozu logu.

Membrána přijímacího zařízení je při pohybu nádoby neustále pod napětím, což zhoršuje funkci loga.

Kov, ze kterého je membrána vyrobena, se „unaví“, parametry se mění a v údajích zpoždění se objeví chyba.

Pro zlepšení činnosti měchového zařízení mají klády speciální kompenzační zařízení, které odlehčuje membránu tlakového přijímače a kompenzuje hydrodynamický tlak.

Podstata kompenzačního zařízení je následující. Jakmile se membrána měchového aparátu během pohybu plavidla odchýlí od neutrální polohy, mechanismus centrálního zařízení začne vypočítat hodnotu rychlosti odpovídající určitému hydrodynamickému tlaku. Současně kompenzační zařízení centrálního zařízení, sestávající z konoidu, pružiny a pák, začne působit protipůsobením na membránu. Jakmile je vypočítaná hodnota rychlosti odpovídající dynamickému tlaku, protipůsobící (kompenzační) síla vrátí tyč a s ní spojenou membránu do neutrální polohy. Deformace membrány tedy nastává pouze při změně rychlosti plavidla, a proto pružnost membrány neovlivní práci kladiny.

V závislosti na způsobu kompenzace hydrodynamického tlaku se hydraulické klády dělí na klády:

s mechanickou kompenzací;

s elektromagnetickou kompenzací;

s hydraulickou kompenzací;

Na námořních plavidlech se nejčastěji používají klády s mechanickou kompenzací.

Tlak v systému je hlavní silou, která určuje princip filtrace pomocí reverzní osmózy. Vlivem tlaku je voda přiváděna k membráně a když tato hodnota klesne, čištění vody se zpomalí nebo zastaví. Hodnota tlaku reverzní osmózy je tedy jednou z klíčových charakteristik, které ovlivňují stabilní provoz zařízení.

Já jev osmózy je založen na skutečnosti, že když se dva roztoky solí s různou koncentrací nacházejí na obou stranách speciální polopropustné membrány, molekuly vody se spontánně přesunou do koncentrovanějšího roztoku.

Aby k tomuto procesu došlo, musí být splněny dvě podmínky:

• — membrána propouští pouze molekuly vody a částice menší velikosti (od 0,0001 mikronu);
• – oba roztoky jsou pod stejným tlakem.

Jak molekuly vody procházejí membránou, hladina kapaliny v jednom z roztoků se zvyšuje. Výsledný rozdíl ve výšce dvou roztoků s různými koncentracemi je úměrný síle, s níž je voda protlačována póry membrány. Tomu se říká osmotický tlak.

Jinými slovy, je to vlastnost nezbytná k dosažení rovnováhy mezi roztokem a čistým rozpouštědlem odděleným polopropustnou membránou.

Když je roztok s vyšší koncentrací vystaven vnějšímu tlaku, který překračuje osmotický tlak, molekuly vody začnou procházet membránou v opačném směru – do roztoku s nižší koncentrací. Tento proces se nazývá reverzní osmóza.

Voda tak začne pronikat membránou a hromadit se na druhé straně, zatímco nečistoty zůstanou s původní vodou, čímž se zvýší jejich koncentrace. Původní kapalina se tak dělí na čistou (permeát) a s vysokým obsahem rozpuštěných látek (koncentrát).

Jak funguje systém reverzní osmózy?

Provoz systému závisí na tlaku aplikovaném na koncentrovaný roztok na vstupu. Dokud tlak nepřekročí osmotický tlak, průtok napájecí vody nebude „protlačen“ membránou. Zároveň se zvyšuje specifická produktivita membrány (průtok vody skrz ni). Se zvyšujícím se tlakem se zvyšuje i selektivita membrány, protože koncentrace určité rozpuštěné složky v permeátu klesá.

Udržování stabilního tlaku je důležitým aspektem provozu jednotky reverzní osmózy pro zajištění účinnosti a spolehlivosti procesu čištění vody. Pro tento účel sada nutně obsahuje vysokotlaké čerpadlo, který dodává zdrojovou vodu k membráně pod daným tlakem.

Dosažení optimálního poměru mezi tlakem a výkonem vysokotlakého čerpadla je obvykle poměrně obtížné, proto se na čerpadlo volitelně instalují frekvenční měniče, které zajišťují požadované ukazatele. Kromě toho lze mezi sací a výtlačné potrubí čerpadla instalovat obtokový ventil s podobnou funkcí. Zařízení pracuje na základě údajů rotametru a tlakoměru zdrojové vody vstupující do jednotky reverzní osmózy.

Tlak zdrojové vody se jednou zvyšuje a upravuje při uvedení do provozu. Během provozu jednotky reverzní osmózy je nutné sledovat pouze zadané parametry zdrojové kapaliny.

Tlak napájecí vody přiváděné na membránu reverzní osmózy je vnější faktor, který přímo ovlivňuje provoz jednotky. S rostoucím tlakem napájecí vody dochází k určité kompresi (zhutnění) membrány reverzní osmózy, což ovlivňuje snížení specifického průtoku permeátu procházejícího modulem. Tento ukazatel ovlivňuje nejen specifický průtok permeátu na výstupu z reverzní osmózy, ale také odstraňování koncentrátu z membrán.

Osmotický tlak

Osmotický tlak je ovlivněn typem a koncentrací solí nebo organických látek obsažených ve zdrojové vodě. S rostoucím tímto ukazatelem se zvyšuje i osmotický tlak. Tlak, se kterým je voda přiváděna k čištění, je tedy určen úrovní obsahu soli v ní. Při konstantním tlaku zdrojové vody vede zvýšení koncentrace solí ve zdrojové vodě ke snížení specifického průtoku permeátu, tj. zvýšení osmotického tlaku musí být kompenzováno pracovním tlakem zdrojové vody.

Předpokládá se, že je to způsobeno skutečností, že za podmínek téměř konstantní hodnoty specifické propustnosti polyamidové membrány pro chlorid sodný se se zvyšujícím se tlakem začíná rychle zvyšovat specifická produktivita permeátu, a tím se zvyšuje selektivita.

Reverzní osmózní membrány, i přes svou účinnost, propouštějí některé rozpuštěné soli filtrovanou vodou. S rostoucím tlakem zdrojové vody se proces průchodu soli zpomaluje, protože voda proniká membránou rychleji, než se soli dokáží pohybovat. S rostoucím tlakem zdrojové vody však existuje limit pro zadržení soli membránou reverzní osmózy. Když tlak dosáhne určité hodnoty, průchod soli se prakticky nezvyšuje. To znamená, že část solí zůstává vázána ve vodě procházející membránou.

Tlak také ovlivňuje výběr materiálu, ze kterého je vyrobena membrána reverzní osmózy. Například membrána z dutých vláken byla postupně nahrazena spirálově vinutým modulem, protože pro dosažení určité specifické produktivity je nutné na ni vyvíjet o 50 % menší tlak než na duté vlákno.

Všechny jednotky reverzní osmózy jsou vybaveny automatickým řídicím a monitorovacím systémem, který v zásadě zahrnuje: regulátor pro ovládání jednotky, konduktometr, průtokoměry (rotametry), tlakoměry a tlakové senzory.

I když byl celý systém čištění vody navržen a vypočítán správně, je nutné kontrolovat hlavní provozní parametry, týkající se tlaku v různých částech instalace. Pro tento účel se používají údaje z tlakoměrů:

• tlak počáteční vody na výstupu při přívodu do prvního modulu;
• výstupní tlak koncentrátu;
• tlak permeátu.

Tlak v různých konstrukčně důležitých prvcích osmotické jednotky má tedy přímý vliv na její provoz a stupeň čištění permeátu. Je nutné kompetentně přistupovat nejen k výběru, ale i k nastavení zařízení a také sledovat ukazatele během provozu, aby se zabránilo selhání systému nebo snížení kvality práce. Specialisté Vědecko-výrobního centra PromVodOchistka mají rozsáhlé zkušenosti s implementací těchto technologií do procesu čištění vody v průmyslových podnicích.