В конструктивном плане фильтр представляет собой классическую вихревую терморазделительную трубку, в которой так называемый “горячий” выход 1 прямого вихревого потока используется в качестве выхода загрязнённой воды. Так называемый “холодный” выход 2 рис. № 1 центрального выхода от противотока используется для выхода очищенной воды.
При этом основную суть фильтру придаёт не классический способ тангенциального ввода среды внутрь вихревой трубы, а новый выше поименованный способ формирования сверхвысокоскоростного волнового фронта среды внутри фильтра с одновременной организацией внутри фильтра двух вихревых трёхмерных потоков противоположного направления (один в другом) которые состоят одновременно из большого множества более маленьких вихрей с одинаковым спином по потоку.
Это достигается тем, чтобы механическим способом формировать так называемую сверхвысокоскоростную “постоянную бегущую дорожку” по спирали на поверхности вращающегося диска из чередующихся открывающихся/закрывающихся отверстий.
Одновременно через эти отверстия подаётся под давлением вода для очистки. Вращающийся диск при этом используется для первоначального классического центробежного закручивания воды внутри фильтра а также формирования трёхмерного вихревого потока внутри фильтра.
Формирование трёхмерного вихревого потока внутри фильтра обеспечивается за счёт:
- Вращения самого диска завихрителя с полно проходными отверстиями, размещёнными по спирали .
- Подачи воды через чередующиеся (открывающиеся/закрывающиеся) отверстиями, размещённые по спирали. Благодаря такой организации по п.1 и п. 2 внутри фильтра формируются так называемые “вихревые жгуты” по типу канатной скрутки.
- Формирования дополнительной крутки завихрителями так называемых “вихревых жгутов” по п.2. Завихрители установлены в каждое полно проходное отверстие вращающегося диска завихрителя.
Так называемая сверх высокоскоростная беговая дорожка из чередующихся открывающихся/закрывающихся отверстий при пропускании через неё под давлением воды становится источником сверхвысокоскоростной трёхмерной волны среды внутри фильтра.
Таким образом, внутри фильтра формируется устойчивая бегущая волна среды со скоростями на порядок большими по сравнению с практически возможными для реализации классическими методами.
Более подробно способ формирования сверхвысокоскоростного волнового фронта изложен в профильной теме .
На основании выше поименованного был разработан и изготовлен действующий прототип вихревого двух поточного водяного фильтра с одним потоком загрязнённой воды и вторым потоком очищенной воды, конструкция которого приведена на рисунке № 1, на котором были протестированы фильтрующие способности.
Рис. № 1. Прототип вихревого двух поточного водяного фильтра.
Фильтр состоит из следующих основных узлов:
- Конус термо и грязе разделительный (вихревой трубы).
- Корпус фильтра (вихревой трубы).
- Вращающийся завихритель с периодически размещёнными по спирали полно проходными отверстиями с установленными в каждое отверстие индивидуальными завихрителями, см. рис. № 2.
- Не вращающаяся часть завихрителя также с проходными отверстиями определённой формы.
- Основание фильтра .
Для целей наглядности ниже приводятся 3D модели вышепоименованных основных узлов двух поточного водяного фильтра.
Рис. № 2. Вращающийся формирователь сверх высокоскоростного вихревого потока.
Общий вид неподвижного завихрителя с размещёнными по спирали полно проходными отверстиями, в которые установлены индивидуальные завихрители показан на рис. № 3.
Рис. № 3. Общий вид неподвижного завихрителя с размещёнными по спирали полно проходными отверстиями, в которых установлены индивидуальные завихрители.
Рис. № 4. Эксперимент по фильтрации водопроводной воды
Результаты измерений водопроводной воды до фильтра и после на температуру, запах, цвет, прозрачность мутность, водородный показатель, микробиологию жёсткость и содержание железа приведён в Таблице № 10.4.5.
Таблица 1. Сравнительный анализ водопроводной воды до фильтра и после.
| № | Характеристика | Единица измерения | Значение до фильтра. | Значение после фильтра. | |
| Очищенный поток | Загрязнённый поток | ||||
| 1 | Температура (t) | ºС | 50 | 60 | 48 |
| 2 | Максимальная разность температур в точках отбора (∆t) | ºС | 0 | +10 | -2 |
| 3 | Запах характер | Словесное описание | Очень слабый | Без запаха | Очень слабый |
| Запах интенсивность | Баллы 0-10 | 1 | 0 | 1 | |
| 4 | Цветность | Словестное описание | Прозрачный с еле заметным жёлто-коричневым оттенком | Прозрачный | Прозрачный с еле заметным жёлто-коричневым оттенком |
| 5 | Водородный показатель | pН От 6 (включительно) до 9 (включительно) | 7,26 (07.12.11) 7,80 (15.12.11) | 7,20 (07.12.11) 7,08 (15.12.11) | 7,73 (07.12.11) 7,60 (15.12.11) |
| 6 | Cанитарно-бактериологическое исследование на общее микробное число (ОМЧ). | Единицы измерения. Не более 50 в 1 мл. | 0 | 0 | 0 |
| 7 | Санитарно-бактериологическое исследование на общие колиформные бактерии. | Единицы измерения. Не допускается в 100 мл. | 0 | 0 | 0 |
| 8 | Санитарно-бактериологическое исследование на термотолерантные бактерии. | Единицы измерения. Не допускается в 100 мл. | 0 | 0 | 0 |
| 9 | Жёсткость. | Не более 7 | 1,1 | 1 | 1,1 |
| 10 | Содержание железа | Не более 0,3 мг/л. | 0,02 | 0 (ниже предела разрешения измерительного прибора) | 0,02 |
Анализ результатов тестирования двухпоточного водяного фильтра.
В опыте использовались следующие механические данные фильтра:
— скорость вращения завихрителя – 4 оборота/секунда,
— кратность увеличения скорости вращения завихрителя – 15 раз,
— итоговая скорость вращения вихревого водяного потока – 60 оборотов/секунда.
При таких начальных условиях была подтверждена способность устройства воздействовать на физические и химические свойства водопроводной воды горячего водоснабжения Зашекснинского района г. Череповец. А именно на:
— водородный показатель (значение pH приближается к значению дистиллированной воды – 7,00 ),
— запах (исчезает),
— цветность воды (исчезает),
— содержание железа (уменьшается),
— жёсткость воды (изменяется).
Заключение
Практическая значимость работы:
- В ходе изучения физических, химических и бактериологических показателей водопроводной воды Зашекснинского района г. Череповца, сведённых в таблицу № 1 можно утверждать, что значения по выше указанным показателям не превышают предельно допустимых значений и качество воды соответствует установленным нормам.
- В ходе проведения предварительного расчёта было доказано, что для создания более эффективных механических водяных фильтров необходимо повышать скорость вращения водяного вихревого потока. Но из-за особенностей физических свойств воды – такое повышение не безгранично и ограничено 100 оборотами в секунду.
Предложена новая комбинированная система вихревой водоочистки, предусматривающая использование дополнительной закрутки воды за счёт предложенного, нигде не используемого способа, способного увеличивать скорость вращения вихревого потока в десятки, сотни и тысячи раз по сравнению со скоростью вращения завихрителя за счёт открытия/закрытия в определённой последовательности выпускных отверстий со скоростью, на много превышающей скорость вращения самого завихрителя.
Использование такой технологии позволит строить принципиально новые очистные установки, использующие центробежные силы для разделения (сепарации) уже не микро частиц, а нано, пико частиц и микроорганизмов.
При таких центробежных силах в вихревом водяном потоке –структурирование воды можно будет проводить в промышленных масштабах.
3. 7 декабря 2011 года и повторно 15 декабря 2011 года был проведён эксперимент по фильтрации водопроводной воды Зашекснинского района г. Череповца с отбором проб воды для независимой экспертизы физических, химических и бактериологических показателей Федеральным бюджетным учреждением здравоохранения “Центр гигиены и эпидемиологии в Вологодской области” в г. Череповец.
4. Для целей анализа физические, химические и бактериологические показатели экспертизы сведены в таблицу № 15.5.
Независимой экспертизой подтверждено, что вода после фильтра меняет свои физические и химические свойства. Доказать или опровергнуть работу фильтра касательно бактериологических показателей не удалось по причине отсутствия таковых в водопроводной воде.
5 При сравнении показателей воды до и после эксперимента по вихревой технологии очистки воды была подтверждена способность механического фильтра воздействовать на физические и химические свойства водопроводной воды горячего водоснабжения Зашекснинского района г. Череповец.