Спасибо Даниилу Бернулли

Основоположники классической физики, жившие в XVII и XVIII веках, оставили нам огромное наследие, которого, вероятно, хватит ещё на много лет вперёд. Например, на основе закона Даниила Бернулли, сформулированного в его фундаментальном труде «Гидродинамика», недавно были созданы эффективные самоочищающиеся водяные фильтры.

В упрощённом виде закон Бернулли можно сформулировать так: давление, создаваемой жидкостью, обратно пропорционально скорости её потока (см. рис. ниже).

Эта закономерность успешно используется в конструкции самоочищающихся водяных фильтров непрерывного действия (см. следующий рис.). Отфильтрованные частицы оседают на внутренней поверхности цилиндрической сетчатой вставки, находящейся внутри корпуса фильтра. Благодаря большой площади её поверхности разница давлений внутри и снаружи цилиндра невелика, а потому внедрение подобного фильтра приводит к энергосбережению.

Электронный контроллер с помощью системы датчиков непрерывно отслеживает состояние и режимы работы фильтра по ряду параметров, включая разницу давлений с обеих сторон сетки, и периодически запускает процесс очистки (см. рис. ниже).

Очистка фильтра проходит в автоматическом режиме в три стадии. На первой стадии в промывочном патрубке открывается клапан, возникает разница давлений, благодаря которой через патрубок уходят наиболее крупные частицы загрязнений.

На второй стадии внутрь сетчатого цилиндра сервоприводом медленно вводится диск, который по ширине немного не доходит до стенок фильтра. В узком кольцевом зазоре вокруг диска резко ускоряется течение жидкости. По закону Бернулли, статическое давление в этом зазоре падает, поэтому локальная разница давлений внутри и снаружи сетчатой вставки становится отрицательной. В сетке фильтра вокруг диска возникает сильный обратный водоток – он отрывает частицы загрязнений с внутренней поверхности фильтра и промывает поры. Отделившиеся от сетки загрязнения отводятся в промывочный патрубок.

Отметим, что диск вводится в сетчатый цилиндр не до конца, а только на две трети. Далее наступает третья стадия очистки. Пока сервопривод возвращает диск в исходное положение, внутри фильтра возникает разрежение. Оно создаёт противоток, очищающий оставшуюся треть фильтра. После этого клапан в промывочном патрубке закрывается. Чистка закончена.

Переходя к практическому применению технологии, отметим, что сегодня на блок ПГУ-410 Краснодарской ТЭЦ ООО «ЛУКОЙЛ-Кубаньэнерго» вода для технического водоснабжения подаётся от напорных циркводоводов системы оборотного техводоснабжения. Установленные водяные фильтры ФР-400-6-1 плохо справляются с очисткой воды, идущей на охлаждение вспомогательного оборудования ПГУ. Частички загрязнений, особенно личинок и взрослых особей речной дрейссены (Dreissena polymorphia – моллюски, похожие на мидий), накапливаясь, ухудшают теплообмен, увеличивают гидравлическое сопротивление, что в какой-то момент может даже привести к блокированию теплообменников.

В работе «Модернизация схемы технического водоснабжения блока ПГУ с установкой фильтров типа “Бернулли”» предложена установка описанных самоочищающихся фильтров. По нашим расчётам, такие фильтры помогут организовать подачу воды на техническое водоснабжение блока ПГУ-410 от существующей системы ТЭЦ. При этом благодаря снижению гидравлического сопротивления трубопроводов расход циркуляционной воды на конденсаторы увеличится в среднем на 1700 куб. м/ч. Давление в конденсаторах снизится на 0,1864 кПа, что позволит нарастить электрическую нагрузку ПГУ на 320 кВт без увеличения расхода пара на входе турбины и, соответственно, без увеличения расхода топлива. Одновременно будут сокращены затраты рабочего времени и материалов на чистки вспомогательного тепломеханического оборудования.

Авторы провели технико-экономический анализ проекта в ценах 2015 г. и получили, что он окупится в течение года. На Краснодарской ТЭЦ работа принята как рационализаторское предложение и включена в перечень программ энергосбережения на 2016 г. В инвестиционную программу ООО «ЛУКОЙЛ-Кубаньэнерго» 2016 г. будут заложены затраты, требуемые на реализацию проекта.

Статья подготовлена по материалам научной работы, победившей в производственно-техническом блоке на V Конференции молодых учёных и специалистов ООО «ЛУКОЙЛ-Кубаньэнерго» в марте 2015 г.

Изначально статья была опубликована в газете "Энерговектор" здесь: http://www.energovector.com/files/ev06-2015.pdf