ABSTRAKT Bakalářská práce se zabývá návrhem filtru pro oplach mikrosít diskových a bubnových filtrů. V první části je uvedeno využití, rozdělení filtrů a princip diskových a bubnových filtrů. V druhé části je pak popsáno samotné konstrukční řešení a ekonomické zhodnocení.
ABSTRACT This thesis is about the filter for washing the microsieves disc and drum filters. The first part describes the use, distribution filters and principle of disc and drum filters. In the second part, it is described the design and economic evaluation.
KLÍČOVÁ SLOVA Filtr na oplachování mikrosít, diskový filtr, bubnový filtr, filtrace
KEYWORDS Filter for washing of microsieves, disc filter, drum filter, filtration
BIBLIOGRAFICKÁ CITACE DOČEKAL, M.: Filtr pro oplachování mikrosít, VUT Brno 2013, 55 s.
ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ Čestně prohlašuji, že jsem bakalářskou práci vypracoval samostatně, za použití uvedených zdrojů a pod odborným vedením doc. Ing. Jana Brandejse, CSc. V Brně, dne 17. 5. 2013
............................................................. Podpis
PODĚKOVÁNÍ Chtěl bych poděkovat všem, kteří mně pomáhali s bakalářskou prací. Hlavně vedoucímu práce panu doc. Ing. Jana Brandejse, CSc. a také rodině za podporu.
OBSAH Úvod ........................................................................................................................................ 11 1
Čištění odpadních vod ……………………………………………………………... 13 1.1
Čistírna odpadních vod (ČOV) …………………………………………….... 13
1.2
Princip činnosti mechanicko-biologická čistírny odpadních vod ………….... 14
2
Metody terciárního čištění ………………………………………………………… 15
3
Rozdělení filtrace …………………………………………………………………... 16
4
Sítová filtrace ………………………………………………………………………. 17
5
4.1
Princip sítové filtrace …………………………………………………….….. 17
4.2
Pracovní cyklus ……………………………………………………………... 17
4.3
Filtrační materiály …………………………………………………………... 18
4.4
Provedení děrovaných sít …………………………………………………… 18
Rozdělení sítových filtrů …………………………………………………………... 19 5.1
Automatické sítové filtry …………………………………………………..... 19 5.1.1 Bubnový sítový filtr …………………………………………………. 20 5.1.2 Diskový sítový filtr ………………………………………………..… 22
5.2
Poloautomatické sítové filtry ……………………………………………...… 24
5.3
Manuální sítové filtry ……………………………………………………..… 25
6
Formulace řešeného problému ……………………………………………………. 26
7
Cíl práce ……………………………………………………………………………. 27
8
Varianty řešení …………………………………………………………………….. 28
9
Výběr optimální varianty ………………………………………………………..... 30
10
Konstrukční řešení ………………………………………………………………… 31
11
10.1
Popis nejdůležitějších součástí …………………………………………..….. 31
10.2
Pevnostní výpočet ………………………………………………………...…. 35
Ekonomické zhodnocení ……………………………………………………….….. 47
Stránka 9
12
Závěr ………………………………………………………………………………... 49
13
Seznam použitých zdrojů ……………………………………………………….…. 50
14
Seznam použitých značek a symbolů …………………………………………...… 51
15
Seznam obrázků, grafů a tabulek ………………………………………………… 53
16
Seznam příloh …………………………………………………………………...…. 55
Stránka 10
ÚVOD Cílem práce je konstrukční navržení filtru pro oplach sít diskových a bubnových filtrů. Bubnové a diskové filtry se používají k poslední úpravě vody – filtraci – v čistírnách odpadních vod. Jsou vhodné pro zbavení vody i těch nejmenších mechanických nečistot. U těchto filtrů se provádí oplach sít pomocí trysek proplachovacího systému. Aby nedošlo ke znečištění, nebo ucpání trysek, je zaveden ještě jeden samostatný sítový filtr, jehož navržení je cílem této práce.
Stránka 11
1 ČIŠTĚNÍ ODPADNÍCH VOD
1 ČIŠTĚNÍ ODPADNÍCH VOD
1
Čištění odpadních vod je proces zlepšování kvality odpadní vody. Intenzivně probíhá na čistírnách odpadních vod.
1.1 Čistírna odpadních vod (ČOV)
1.1
Čistírna odpadních vod je zařízení, ve kterém dochází k čištění odpadních vod. Setkáváme se s nimi, jednak v blízkosti různých provozů, kde slouží k čištění průmyslových vod, odpadních vod ze zemědělské výroby, a dále u měst a obcí, kde čistí vody komunální a smíšené, tedy komunální s průmyslovými. Čistírny mohou být mnoha typů. Rozdělují se hlavně podle velikosti a typu čistírenského procesu. Nejčastějším typem používaných ČOV v ČR je mechanicko-biologická čistírna odpadních vod.
Obr. 1.1 Čistírna odpadních vod
Stránka 13
1 ČIŠTĚNÍ ODPADNÍCH VOD
1.2 Princip činnosti mechanicko-biologická čistírny odpadních vod a) Mechanické (primární) čištění – U mechanického čištění jsou zachycovány nejhrubší nerozpuštěné látky. b) Biologické čištění – U biologického čištění je znečišťování z odpadní vody odstraňováno pomocí mikroorganismů. c) Terciární čištění – Terciární čištění slouží k dočištění odpadních vod, především k odstranění fosforu, nerozpuštěných látek a k hygienizaci vody (odstranění patogenů). Důležitou součástí návrhu čistíren se v současné době stává právě terciární dočištění. Důvodů je mnoho, především potřeba dodržení přísným parametrů povodí, zachycení nečistot i při nárazových deštích, jistota kvality odtoku dle požadovaných parametrů.
Obr. 1.2 Terciární úprava odpadní vody
Stránka 14
2 METODY TERCIÁLNÍHO ČIŠTĚNÍ
2 METODY TERCIÁRNÍHO ČIŠTĚNÍ
2
a) Biologické dočišťovací nádrže – Přírodní způsob dočištění, efekt naředění, mohou být provzdušňovány. Ve vegetačním období se snižují koncentrace dusíku a fosforu syntézou do biomasy řas. b) Sorpce – Nejčastěji používaným adsorbentem je aktivní uhlí (práškové nebo granulované). Cílem je odstraňování toxických, karcinogenních a mutagenních látek, látek těžko biologicky rozložitelných, látek způsobujících pachové problémy. Jedná se především o zbytkové koncentrace organických látek (chlorované aromatické uhlovodíky, pesticidy), těžké kovy, volný chlór atd. c) Filtrace – Intenzivní způsob mechanického terciárního čištění. Odstranění zbytkových nerozpuštěných látek nebo separace chemického kalu při terciárním srážení fosforu využitím pískových filtrů, sít pro separaci chemického kalu nebo využitím membránových technologií. Význam filtrace bývá často podceňován, protože ne každá voda se jeví na první pohled jako voda, která má problém s mechanickými nečistotami. Některé problémy se totiž mohou projevit až postupem času. Například, když drobný písek ve vodě postupně narušuje vnitřní povrch plastových rozvodů vody, může se na nich někdy usazovat vodní kámen (Obr. 2.1). Nejrozšířenější metodou odstraňování nerozpuštěných látek z vody je sítová filtrace.
Obr. 2.1 Ukázka plastového potrubí zaneseného vodním kamenem[10]
Stránka 15
3 ROZDĚLENÍ FILTRACE
3 ROZDĚLENÍ FILTRACE Rozdělení podle principu filtrace: -
-
Povrchová – spočívá v tom, že zachycení pevných částic dochází na přepážce, jejíž otvory jsou menší než rozměry pevných částic (síto, tkaninová plachetka apod.), tento způsob je v technické praxi nejrozšířenější. Nejčastější způsob je sítová filtrace. Hloubková – k oddělení pevných částic dochází v celém objemu uměle vytvořené přepážky, částice se zachycují ve volném objemu přepážky, která zdánlivě nemění svůj objem (písková filtrace).
Obr. 3.1 Rozdělení filtrace [11]
Stránka 16
4 SÍTOVÁ FILTRACE
4 SÍTOVÁ FILTRACE
4
Podstatou sítové filtrace je zachycování mechanických nečistot na filtrační přepážce, sítu. Za filtr můžeme teoreticky považovat jakoukoli porézní přepážku, nicméně filtrem se tato přepážka stává až ve chvíli, kdy zajistíme její pravidelné čištění. Využití sítové filtrace je velmi široké. V zásadě se jedná buď o samostatnou technologii, která má zajistit ochranu rozvodů vody před zanášením mechanickými nečistotami, nebo se jedná o první stupeň úpravy vody. V našem případě se jedná o první variantu. Sítové filtry využívají k čištění síta provozního tlaku a proplach je prováděn buď manuálně, poloautomaticky anebo automaticky.
4.1 Princip sítové filtrace
4.1
Směs kapaliny a pevných částic, tj. suspenze, se přivádí na filtrační přepážku. Vrstva částic vznikající na přepážce se nazývá filtrační koláč a proteklá kapalina filtrát. Kapalina protéká koláčem a přepážkou vlivem rozdílu tlaků před koláčem a za přepážkou, který se vytvoří nejčastěji čerpadlem.
4.2
4.2 Pracovní cyklus Pracovní cyklus se skládá: -
Vlastní filtrace Promývání filtračního koše Odvodnění filtračního koláče Odstranění filtračního koláče Vyčištění a sestavení filtru
Stránka 17
4 SÍTOVÁ FILTRACE
4.3 Filtrační materiály Filtrační materiály se dělí: -
Děrovaná síta a rošty Kovové tkaniny Tkaniny z textilních vláken Plachetky ze syntetických vláken Volně ložené přepážky Vláknité materiály (vata, plsť)
4.4 Provedení děrovaných sít
Obr. 4.1 Provedení děrovaných sít [11]
Stránka 18
5 ROZDĚLENÍ SÍTOVÝCH FILTRŮ
5 ROZDĚLENÍ SÍTOVÝCH FILTRŮ
5
Rozdělení filtrů podle způsobu čištění: -
Automatické Poloautomatické Manuální
5.1 Automatické sítové filtry
5.1
Automatické samočisticí sítové filtry jsou velmi efektivním řešením pro filtraci nerozpustných látek z vody. Mají nízkou spotřebu elektrické energie a vody, nutných k automatickému vyčištění filtračních sít. Automatické sítové samočisticí filtry mají uplatnění všude tam, kde je velká spotřeba vody a tuto vodu je možné opakovaně používat. Filtry umožňují vzhledem ke svému technickému řešení kontinuální filtraci vody. Proplach filtrů probíhá buď na základě tlakového rozdílu, nebo na základě předem nastaveného času. Rozšířeným typem automatických filtrů jsou také diskové a bubnové filtry.
Obr. 5.1 Automatický sítový filtr [12]
Stránka 19
5 ROZDĚLENÍ SÍTOVÝCH FILTRŮ 5.1.1 Bubnový sítový filtr
Obr. 5.2 Bubnový sítový filtr [14]
Funkce: Voda obsahující tuhé částice vtéká přívodním potrubím nebo kanálem do vnitřního prostoru filtračního bubnu (1), nečistoty se zachytávají na vnitřní straně filtrační tkaniny a vyčištěná voda protéká přes tkaninu ven. Při tomto filtračním procesu celé filtrační zařízení nachází v klidovém stavu. Filtrační tkanina se postupně přitékajícími nečistotami ucpává, zvyšuje se odpor plachetky proti protékání a uvnitř bubnu se zvyšuje hladina vody, hydrostatický tlak. Při dosažení nastavené úrovně hladiny ve vnitřní části filtračního bubnu, hladinová sonda umístěná na předním čele filtru automaticky zapne pohon otáčení bubnu a současně proplachovací čerpadlo (6), které čerpá přefiltrovanou vodu do trysek proplachovacího systému – „sprchovadel“ (4). Orientovaným proudem vody vystřikovaným speciálními tryskami jsou strhávány nečistoty zachycené na vnitřní straně tkaniny do odpadního žlabu (3), který je umístěn uvnitř bubnu. Kal odtéká do kalové jímky (7) a zde je kalovým čerpadlem, které je také automaticky řízeno hladinovými sondami umístěnými na stěně kalové jímky, odčerpáván ven. Popřípadě při možnosti gravitačního odtoku kalu je kalové čerpadlo vynecháno. Po ukončení procesu proplachu klesne hydrostatický tlakový odpor a dojde k vypnutí pohonu bubnu i čerpadla proplachu. Zařízení je ve stavu klidu.
Stránka 20
5 ROZDĚLENÍ SÍTOVÝCH FILTRŮ
Obr. 5.3 Funkce bubnového filtru [14]
Stránka 21
5 ROZDĚLENÍ SÍTOVÝCH FILTRŮ 5.1.2 Diskový sítový filtr
Obr. 5.4 Diskový sítový filtr [16]
Funkce: Tyto ultra-jemná síta pracují na bázi prověřeného bubnového filtračního síta. Cedící plocha se skládá z horizontálně uspořádaných rotačních diskových filtrů instalovaných v centrální nádrži, ve které jsou ponořeny až do 60 % své výšky. Každý disk je složen ze zvláštních nerezových segmentů potažených jemným sítem. Odpadní voda proudí přes tyto disky směrem zevnitř ven a filtrát je vypouštěn přes přepad nádrže.
Stránka 22
5 ROZDĚLENÍ SÍTOVÝCH FILTRŮ
Obr. 5.5 Funkce diskového sítového filtru [16]
Stránka 23
5 ROZDĚLENÍ SÍTOVÝCH FILTRŮ
5.2 Poloautomatické sítové filtry Poloautomatické sítové filtry jsou standardním řešením pro filtraci nerozpustných látek z vody. Poloautomatické sítové filtry jsou levnější alternativou k automatickým hydraulickým filtrům. Proplach síta zde neprobíhá automaticky (sběračem nečistot neotáčí hydraulický motor, ale pro roztočení sběrače je nutné otáčet ručkou, která je umístěna na tělese filtru). Proplach síta je velmi krátký a spotřeba proplachovací vody je nízká. Proces filtrace při proplachu není přerušen. Znečištěná voda z proplachu je vypuštěna do odpadu. Jsou vhodné pro použití v případech, kdy je voda více znečištěná a manuální filtr by bylo nutné často demontovat a čistit jeho síto.
Obr. 5.6 Poloautomatický sítový filtr [12]
Stránka 24
5 ROZDĚLENÍ SÍTOVÝCH FILTRŮ
5.3 Manuální sítové filtry
5.3
Manuální filtry pracují na principu volného proudění vody. Filtry jsou nejčastěji instalovány in-line do potrubí nebo jako samostatné zařízení. Jejich montáž, provozování a údržba je velmi snadná. Rozdíl mezi manuálními a poloautomatickými filtry je pouze v čištění síta. Mechanické nečistoty se usazují na filtračním sítu a při znečištění je nutné síto demontovat a řádně vyčistit. Konstrukce filtrů umožňuje demontáž síta pomocí utahovacího mechanismu nebo pomocí uvolňování šroubů. Vyčištění síta se provádí na základě stanovené provozní hodnoty rozdílu tlaku před a za filtrem.
Obr. 5.7 Schéma manuálního sítového filtru [9]
(1 - tělo filtru, 2 - vstup znečištěné vody, 3 - výstup čisté vody, 4 - odklopné víko, 5 - stojan, 6 - odkalovací ventil)
Stránka 25
6 FORMULACE ŘEŠENÉHO PROBLÉMU
6 FORMULACE ŘEŠENÉHO PROBLÉMU Návrh filtru pro oplachování mikrosít bubnových a diskových filtrů s těmito parametry: průtok vody: 600 l/min = 36 m3/hod tlak: 1 MPa = 10 bar pruliny: 0,01 až 0,1 mm filtrační tkanina musí být čistitelná – z nerezové oceli
Čištění a proplach filtrační tkaniny bubnových a deskových filtrů je prováděn automaticky za provozu. Filtr používá k proplachu již přefiltrovanou vodu, která se čerpá proplachovacím čerpadlem do trysek proplachovacího systému – sprchovadel (obr. 6.1). Aby nedošlo ke znečištění, nebo ucpání trysek, je zaveden ještě jeden samostatný sítový filtr na dočištění už přefiltrované vody. Jeho součástí je nerezové síto, aby mohlo dojít k čištění a opětovnému použití a čidla pro měření tlaku v nádobě, pro kontrolu znečištění síta.
Obr. 6.1 Proplachovací systém bubnového filtru [14]
Stránka 26
7 CÍL PRÁCE 7
7 CÍL PRÁCE Cílem práce je návrh filtru pro čištění vody určené k oplachu sít bubnových a diskových filtrů. Z hlediska ceny a využití je nejvhodnější manuální sítový filtr. Důležitý bude návrh rozměrů podle zadaných parametrů, princip uzavírání víka nádoby a návrh filtračního koše a jeho nerezové vložky.
Stránka 27
8 VARIANTY ŘEŠENÍ
8 VARIANTY ŘEŠENÍ a) Instalace nádoby na potrubí
Obr. 8.1 Instalace manuálního sítového filtru na potrubí [12]
Výhody: -
Úspora místa Jednodušší princip uzavíracího víka
Nevýhody: -
Vhodné pro menší průtoky a rychlosti vody Nákladnější výroba (odlitky), vhodné pro sériovou výrobu Složitá změna umístění filtru
Stránka 28
8 VARIANTY ŘEŠENÍ b) Samostatná nádoba
Obr. 8.2 Manuální filtr – samostatná nádoba [13]
Výhody: -
Jednoduchost výroby Malé pořizovací náklady Dokonale rovnoměrné proprání filtračního koláče Snadná kontrola a čištění filtrační plochy Odolnější zajištění filtračního koše Jednoduché přemístění zařízení
Nevýhody: -
Větší půdorysné rozměry Stránka 29
9 VÝBĚR OPTIMÁLNÍ VARIANTY
9 VÝBĚR OPTIMÁLNÍ VARIANTY Z variant řešení jsem si vybral manuální filtr - samostatnou nádobu a to z důvodu univerzálnějšího použití. Vzhledem k využití filtru jsou také výhodnější menší pořizovací náklady a snadné čištění filtračního koše. A z důvodu, aby filtr vyhovoval specifickému zadání, je ekonomicky výhodnější filtr obrábět než odlévat.
Stránka 30
10 KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ 10
10 KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ V našem případě je nevhodnější nerezový sítový filtr s průtokem 36 m3/hod a filtrační schopnost je dána jemností nerezové filtrační vložky (0,07 mm). Filtr je vyroben z polotovaru obráběním a je svařen z několika částí.
Obr. 10.1 Filtr
10.1 Popis nejdůležitějších součástí
10.1
A) Nádoba Provedení filtrační nádoby je robustní a celokovové. Použité materiály jsou vhodné pro styk s pitnou vodou. Technologie výroby a použitý nerezový materiál 1.4541 jsou zárukou vysoké životnosti zařízení bez dalších nutných oprav, nátěrů, a výměn z opotřebení. Filtr je tvořen válcovou nádobou s klenutým dnem na nosném stojanu a opatřen uzavíracím rovným víkem. Víko je utěsněno proti atmosféře „O“ kroužkem a uchyceno k přírubě nádoby pomocí výklopných šroubů. Po uvolnění šroubů je víko možné odklopit pomocí závěsného mechanismu. Uvnitř filtru je příruba pro uchycení filtrační přepážky. Nádoba filtru je opatřena několika hrdly. Ve válcové části je vstup (dolní hrdlo) „znečištěné“ vody a výstup „čisté“ vody. Na trubkách těchto hrdel jsou navařena šroubení pro uchycení manometrů pro sledování stavu znečištění filtru. Ve dně filtru je vypouštěcí (odkalovací) ventil.
Stránka 31
10 KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ
Obr. 10.2 Nádoba
Trubky hrdel se obvykle dimenzují na rychlost proudění kapaliny v rozmezí vH = 1-2 m/s:
V našem případě platí:
Průřez trubky: Zadaný průtok vody: Q = 36 m3/hod = 0,01 m3/s Rychlost:
– vyhovuje
Do nádoby filtru je přiváděna tlaková voda, proto je nutné provést kontrolovat na vnitřní přetlak. Současně ale platí, že vnitřní objem nádoby nepřevyšuje 10 litrů a součin z objemu v litrech a přetlaku v MPa je nejvýše 10 (dle normy ČSN 690010). To znamená, že konstrukce, výroba, dokumentace se neřídí předpisy pro tlakové nádoby stabilní dle ČSN 690010 [8]:
Stránka 32
10 KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ Objem: V = 9,49 litrů
Maximální přetlak: p1 = 1 MPa
– podmínka platí ⇒ nádoba není tlaková
B) Filtrační přepážka Filtrační přepážka se skládá ze dvou částí - filtračních koše a filtrační vložky. Koš je vyroben z děrovaného plechu, tloušťky 2 mm s otvory v plášti i dně průměru 5 mm. V horní části je přivařena příruba o průměru 208 mm. Všechny součásti jsou vyrobeny z nerezového materiálu 1.4541. Koš je připevněn k vnitřní přírubě nádoby s těsnícím „O“ kroužkem pomocí 3 šroubů s rýhovanými maticemi pro snadnou demontáž. Při manipulaci v případě čištění filtru se využívá sklopné madlo. Uvnitř koše je zasunuta nerezová filtrační vložka. Utěsnění zajišťuje opět „O“ kroužek. Plášť a dno je vyrobené z nerezové filtrační tkaniny o průměru ok 0,07 mm. Vyztužení vložky je provedeno navařením dvou prstenců. Protože se nejedná o textilní, ale kovovou tkaninu, využili jsme této výhody k návrhu pevnostně odolné filtrační vložky. Pak je možné použít vyšší filtrační rychlosti bez nebezpečí poškození zařízení. Z toho vyplývají menší rozměry filtrační plochy i celého filtru. S tím jsou spojeny menší materiálové náklady:
Obr. 10.3 Koš s filtrační vložkou Stránka 33
10 KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ [6] Zadaný průtok vody: Q = 36 m3/hod = 0,01 m3/s Rychlost filtrace z technologických důvodů volíme: uF = 1 m/s
⇒ Filtrační plocha - rozměry: ⇒ v našem případě: Průměr filtrační přepážky: Výška filtrační přepážky:
DF = 148 [mm] HF = 162 [mm]
Spočítaná plocha filtru: Zadaný průtok vody: Q = 36 m3/hod = 0,01 m3/s Dynamický viskozita znečištěné vody (předpokládaná): Výška vrstvy: h = 0,00055 m Zadaný tlak: p1 = 1 MPa Koeficient propustnosti vrstvy: -
m2
k získání hodnoty je potřeba provést laboratorní zkoušky prováděné na zadané filtrační přepážce Zvolíme proto teoretickou hodnotu dle běžné praxe
Základní rovnice filtrace pro tlakovou ztrátu čistého filtru:
Tlak za filtrační přepážkou:
Stránka 34
10 KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ -
V případě poklesu tlaku p3 za filtrační přepážkou na hodnotu cca 0,7 MPa, dojde k zastavení provozu filtru a následnému čištění. Nejprve se provede zpětný proplach filtru při otevřeném odkalovacím ventilu. Pak se znovu vyzkouší filtrační schopnost zařízení. V případě stále velké tlakové ztráty je nutné provést demontáž filtračního koše a následný proplach filtrační vložky.
10.2 Pevnostní výpočet
10.2
[8] A) Válcový plášť – vnitřní přetlak
Obr. 10.4 Schéma pláště nádoby
Stránka 35
10 KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ Výpočtový přetlak: p1 = 1 MPa Výpočtová teplota: t = 20 °C Vnější průměr válce: D = 219 mm Přídavek k základní výpočtové tloušťce: c = 1 mm Součinitel svaru: v = 0,7 Materiál pláště 1.4541: Re = 210 MPa, Rm = 550 MPa
Dovolené namáhání:
Rd = Re = 140 MPa
Tloušťka stěny:
Z technologických důvodů volím:
Tloušťka stěny u otvorů:
= 4 mm
= 4 mm
Stránka 36
10 KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ Největší nevyztužený otvor:
Z diagramu [Obr. 10.8] pro vA = 0,2 a
: K1 = 4,6
Největší otvor: d = 89 mm <
C) Klenuté dno – vnitřní přetlak
Obr. 10.5 Schéma klenutého dna nádoby Stránka 37
10 KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ Výpočtový přetlak: p1 = 1 MPa Výpočtová teplota: t = 20 °C Vnější průměr dna: D = 219 mm Vnější poloměr klenutí: R = 214 mm Přídavek k základní výpočtové tloušťce: c = 1 mm Součinitel tvaru dna z diagramu [Obr. 10.7] pro Materiál dna 1.4541: Re = 210 MPa, Rm = 550 MPa
Dovolené namáhání:
Rd = Re = 140 MPa
Tloušťka stěny:
Z technologických důvodů volím:
=
= 5 mm
Stránka 38
10 KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ Největší nevyztužený otvor:
Z diagramu [Obr. 10.8] pro va = 0,2 a
: K2 = 5,25
Největší otvor: d = 32 mm <
D) Příruba plochá
Obr. 10.6 Schéma ploché příruby Stránka 39
10 KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ Výpočtový přetlak: p = 1 MPa Výpočtová teplota: t = 20 °C Přídavek k základní výpočtové tloušťce: c = 1 mm Provedený vnitřní průměr příruby: DL = 209 mm Výpočtový vnitřní průměr příruby: Provedená tloušťka pláště:
= 5 mm
Tloušťka pláště bez přídavku c: Šířka svaru:
= 4 mm
= 5 mm
Výpočtový průměr dosedací plochy příruby: Průměr příruby: Průměr roztečné kružnice šroubů: Materiál příruby 1.4541: Re = 210 MPa, Rm = 550 MPa Materiál šroubů: tř. 17 – A2 Součinitel plasticity materiálu z tabulky [Tab. 2]: χ = 1
Dovolené namáhání:
Rd = Re = 140 MPa
Stránka 40
10 KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ Šrouby:
Plášť:
= 140 MPa
Výpočet šroubů:
Plocha šroubů:
Průřez šroubu z tabulky [Tab. 3] pro M10:
Provedený počet a průměr: n = 8,
Průměr otvorů pro šrouby M10 z tabulky [Tab. 4]: d = 11 mm
Stránka 41
10 KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ Tloušťka příruby:
Šířka příruby:
Rameno síly:
Provozní moment:
Pomocné hodnoty:
Rozteč šroubů:
Opravný součinitel na rozteč šroubů:
Tloušťka příruby:
Z technologických důvodů volím:
= 15 mm Stránka 42
10 KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ E) Použité diagramy a tabulky
Obr. 10.7 Diagram pro určení součinitele tvaru dna
[8]
Stránka 43
10 KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ
Obr. 10.8 Diagram pro určení koeficientu K1 a K2 [8]
Tab. 2 Tabulka pro určení součinitele plasticity materiálu χ [8]
Stránka 44
10 KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ
Tab. 3 Tabulka pro určení průřezu šroubu As = Sp [1]
Stránka 45
10 KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ
Tab. 4 Tabulka pro určení průměru díry pro šrouby [4]
Stránka 46
11 EKONOMICKÉ ZHODNOCENÍ 11
11 EKONOMICKÉ ZHODNOCENÍ
Název Víko Oko Madlo Plášť nádoby Dno Příruba 1 Stojan Deska Trubka 1 Příruba DN25 Úchyt koše Úchyt šroubu Trubka 2 Příruba DN80 Přivařovací hrdlo Objímka Šroub M5 Příruba 2 Plášť koše Dno koše Oko koše Filtrační vložka – plášť Filtrační vložka – dno Příruba 3 Příruba 4 Trubka 3 Čep 1 Úchyt háku Žebro Víčko
Polotovar
Hmotnost
Cena
Náklady na položku
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
(rozměry) P18-Ø295 Ø4-60 Ø6-210 P4-685x235 Ø219 P18- Ø295/ Ø210 P4-710x280 P8- Ø350/ Ø170 TR Ø32x2,5-245 -
[kg] 7,5 0,01 0,05 5 3 3 6,5 4,5 0,5 1
[Kč/ks] 495 0,73 3,65 330 890 198 429 297 94,5 310
[Kč] 495 0,73 3,65 330 890 198 429 297 94,5 310
1 8 2 2
P8- Ø220/ Ø155 P1,5-45x45 TR Ø89x3,5-160 -
1,2 0,02 1,5 3
79,2 1,32 283,5 1188
79,2 10,56 567 2376
2
-
0,2
48
96
1 3
Ø30-35 Závitová tyč M5-35
0,4 0,02
29,2 24
29,2 72
1 1 1 1 1
P8- Ø220/ Ø140 P2-505x185 P2- Ø165 Ø2-30 Tkanina Ø ok 0,07 475x175
1,4 1,5 0,3 0,01 0,15
92,4 99 19,8 0,73 123,1
92,4 99 19,8 0,73 123,1
1
Tkanina Ø ok 0,07 Ø145
0,05
55,28
55,28
1 1 1 1 1 1 1
P10- Ø180/ Ø130 P10- Ø160/ Ø120 TR Ø20x2,5-205 Ø30-65 P8-45x20 P5-45x45 P2- Ø25
0,6 0,4 0,3 0,5 0,1 0,1 0,01
66 52,8 56,7 36,5 6,6 6,6 0,66
66 52,8 56,7 35,5 6,6 6,6 0,66
Ks
Stránka 47
11 EKONOMICKÉ ZHODNOCENÍ Příložka Hák Čep 2 Madlo koše „O“ kroužek „O“ kroužek „O“ kroužek Otočný šroub Matice M6 Rýhovaná matice M10 Rýhovaná matice M5 Podložka 10,5 Závlačka 3,2
3 1 8 1 1 1 1 8 2
P2-35x25 Ø6-160 Ø15-40 Ø3-630 Ø225x Ø4 Ø166x Ø1,5 Ø160x Ø1,5 -
0,01 0,03 0,05 0,03 0,1 0,05 0,05 0,1 0,03
0,66 2,19 3,65 2,19 180 76 68 174,5 4
1,98 2,19 29,2 2,19 180 76 68 1396 8
8
-
0,1
396
3168
3
-
0,01
72,5
217,5
8
-
0,02
2
16
9
-
0,02
3
27
Celkové materiálové náklady: 12 085 Kč (bez DPH)
Do ekonomického zhodnocení jsou zahrnuty pouze materiálové náklady a ceny spojovacích a dalších součástí. Nejsou započítané náklady na výrobu (obrábění, svařování, atd.), proto je tato částka spíše informativní.
Stránka 48
12 ZÁVĚR 12
12 ZÁVĚR Z variant řešení jsem si vybral manuální filtr - samostatnou nádobu (Obr. 8.2). Filtr je složen ze svařenců a obrobených dílů. Protože se předpokládá kusová výroba, je tento způsob výroby ekonomický. Hmotnost zařízení je 51 kg. Celkové materiálové náklady budou odpovídat částce asi 12 tis. Kč. Filtr je vyroben z kvalitního nerezového materiálu. Zařízení bude mít kromě filtrační vložky neomezenou životnost. Předpokládají se nízké provozní náklady a snadná údržba.
Stránka 49
13 SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ
13 SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ [1]
SHIGLEY, J. E., MISCHKE, Ch. R., BUDYNAS, R. G.: Konstruování strojních součástí, VUTIUM, Brno 2010, 1186 s.
[2]
NOVÁK, V., RIEGER, F., VAVRO, K., Hydraulické pochody v chemickém a potravinářském průmyslu, SNTL Praha 1989.
[3]
SVOBODA, P., BRANDEJS, J., PROKEŠ, F.: Základy konstruování, CERM Brno 2009, 234 s, ISBN 978-80-7204-633-1
[4]
SVOBODA, P., BRANDEJS, J., PROKEŠ, F.: Výběry z norem pro konstrukční cvičení, CERM Brno 2009, 223 s, ISBN 978-80-7204-636-2
[5]
LEINVEBER, J., VÁVRA, P.: Strojnické tabulky, ALBRA Úvaly 2005, 907 s, ISBN 80-7361-011-6
[6]
MEDEK. J.: Hydraulické pochody, VUT Brno 2000, 339 s, ISBN 80-214-0563-5
[7]
MÍKA, V.: Základy chemického inženýrství, SNTL Praha 1981, 870 s.
[8]
Norma ČSN 69 0010: Technická pravidla, ÚNM Praha 1971, 202 s.
[9]
Vodaservis [online]
[10]
TZB-info [online]
[11]
Přednáška o filtraci [online]
[12]
Power plastics, s.r.o. [online] <www.powerplastics.cz>
[13]
Vaněk, s.r.o. [online]
[14]
IN-EKO TEAM, s.r.o. [online] < http://www.in-eko.cz>
[15]
EuroClean, s. r. o. [online] < http://euroclean.cz>
[16]
HUBER CS, s r.o. [online] < http://www.hubercs.cz>
Stránka 50
14 SEZNAM POUŽITÝCH ZNAČEK A SYMBOLŮ 14
14 SEZNAM POUŽITÝCH ZNAČEK A SYMBOLŮ V [m3] – Objem nádoby SH [m2] – Průřez hrdla filtru Q [m3/s] – Průtok vody vH [m/s] – Rychlost vody v hrdle uF [m/s] – Rychlost filtrace A [m2] – Filtrační plocha DF [mm] – Průměr filtrační přepážky HF [mm] – Výška filtrační přepážky P1 [MPa] – Tlak před filtrační přepážkou (maximální přetlak) P3 [MPa] – Tlak za filtrační přepážkou p [MPa] – Tlaková ztráta [
] – Dynamický viskozita znečištěné vody
h [m] – Výška vrstvy filtru [m2] – Koeficient propustnosti vrstvy t [°C] – Výpočtová teplota D [mm] – Vnější průměr válce / dna c [mm] – Přídavek k základní výpočtové tloušťce v [-] – Součinitel svaru Re [MPa] – mez kluzu pláště / dna / šroubů Rm [MPa] – mez pevnosti pláště / dna / Rd [MPa] – Dovolené namáhání pláště / dna sp [mm] – Tloušťka stěny pláště / dna / listu sv [mm] – Tloušťka stěny u otvorů dmax [mm] – Největší nevyztužený otvor R [mm] – Vnější poloměr klenutí
Stránka 51
14 SEZNAM POUŽITÝCH ZNAČEK A SYMBOLŮ [-] – Součinitel tvaru klenutého dna d [mm] – Největší otvor dna / pláště / otvor pro šrouby DL [mm] – Provedený vnitřní průměr listu D0 [mm] – Výpočtový vnitřní průměr listu s1 [mm] – Tloušťka pláště bez přídavku c [mm] – Šířka svaru Dt [mm] – Výpočtový průměr dosedací plochy příruby D1 [mm] – Průměr příruby D2 [mm] – Průměr roztečné kružnice šroubů χ [-] – Součinitel plasticity materiálu F [N] – Síla působící na šrouby S [mm2] – Plocha šroubů Sp [mm2] – Průřez šroubu n [-] – Počet šroubů dš [mm] – Průměr šroubu b [mm] – Šířka listu a [mm] – Rameno síly M[
] – Provozní moment
tš [mm] – Rozteč šroubů [-] – Opravný součinitel na rozteč šroubů k1, k2 [-] – Součinitel bezpečnosti
Stránka 52
15 SEZNAM OBRÁZKŮ, GRAFŮ A TABULEK
15 SEZNAM OBRÁZKŮ, GRAFŮ A TABULEK Obr. 1.1
Čistírna odpadních vod
Obr. 1.2
Terciární úprava odpadní vody
Obr. 2.1
Ukázka plastového potrubí zaneseného vodním kamenem[10]
Obr. 3.1
Rozdělení filtrace [11]
Obr. 4.1
Provedení děrovaných sít [11]
Obr. 5.1
Automatický sítový filtr [12]
Obr. 5.2
Bubnový sítový filtr [15]
Obr. 5.3
Funkce bubnového filtru [15]
Obr. 5.4
Diskový sítový filtr [15]
Obr. 5.5
Funkce diskového sítového filtru [17]
Obr. 5.6
Poloautomatický sítový filtr [12]
Obr. 5.7
Schéma manuálního sítového filtru [9]
Obr. 6.1
Proplachovací systém bubnového filtru [15]
Obr. 8.1
Instalace manuálního sítového filtru na potrubí [12]
Obr. 8.2
Manuální filtr – samostatná nádoba [14]
Obr. 10.1
Filtr
Obr. 10.2
Nádoba
Obr. 10.3
Koš s filtrační vložkou
Obr. 10.4
Schéma pláště nádoby
Obr. 10.5
Schéma klenutého dna nádoby
Obr. 10.6
Schéma ploché příruby
Obr. 10.7
Diagram pro určení součinitele tvaru dna
Obr. 10.8
Diagram pro určení koeficientu K1 a K2 [8]
15
[8]
Stránka 53
15 SEZNAM OBRÁZKŮ, GRAFŮ A TABULEK Tab. 1
Děrování laserem [13]
Tab. 2
Tabulka pro určení součinitele plasticity materiálu χ [8]
Tab. 3
Tabulka pro určení průřez šroubu As = Sp [1]
Tab. 4
Tabulka pro určení průměru díry pro šrouby [4]
Stránka 54
16 SEZNAM PŘÍLOH 16
16 SEZNAM PŘÍLOH Příloha 1
Výkres sestavy filtru: UK-01-00
Příloha 2
Výkres sestavy horního víka: UK-01-01
Příloha 3
Výkres sestavy nádoby: UK-01-08
Příloha 4
Výkres sestavy filtračního koše: UK-01-25
Příloha 5
Výkres sestavy filtrační vložky: UK-01-31
Příloha 6
Výkres sestavy závěsu víka: UK-01-38
Příloha 7
Výkres příložky: UK-01-45
Příloha 8
Výkres háku: UK-01-46
Příloha 9
Výkres čepu 2: UK-01-47
Příloha 10
Výkres madla koše: UK-01-48
Příloha 11
Seznam položek filtru: UK-01-00
Stránka 55
