튜브 정착기 유압 설계: 상승 속도, 오버플로 속도 및 모듈 크기 조정 - 완벽한 엔지니어링 가이드

직접적인 답변: 튜브 침전기는 입자가 표면에 닿기 전에 짧은 거리만 떨어지면 되는 얕은 경사 통로로 흐름을 나누어 탱크 설치 공간을 확장하지 않고도 정화기의 유효 침전 영역을 2~4배 늘립니다. 두 가지 주요 설계 매개변수는 표면 넘침률(SOR) — 시스템이 처리해야 하는 탱크 계획 영역 단위당 유량의 양 — 및 튜브 상승률 - 목표 입자의 침전 속도보다 낮게 유지되어야 하는 튜브 내부의 상향 물 속도. 이 두 숫자를 올바르게 얻으면 나머지 디자인이 이어집니다.

관 침전자가 작동하는 이유: Hazen 얕은 깊이 원리

기존의 개방형 정화기에서 입자는 슬러지 구역에 도달하기 전에 탱크의 전체 깊이(일반적으로 3~5m)까지 떨어져야 합니다. 대부분의 미세 입자(10~100μm)는 0.1~2.0m3/h에 정착됩니다. 이는 수리학적 유지 시간이 길고 탱크 용량이 크다는 것을 의미합니다.

Allen Hazen은 1904년에 침전조의 성능이 깊이나 체류 시간이 아니라 전적으로 침전조의 탱크 성능에 달려 있다는 사실을 확립했습니다. 계획 표면적 흐름에 상대적입니다. 깊은 탱크와 계획 면적이 동일한 얕은 탱크는 정확히 동일한 입자를 제거합니다. 이것이 튜브 정착민의 이론적 기초입니다.

60° 경사로 설치된 튜브 정착기 모듈은 흐름을 수십 개의 경사 통로로 나눕니다. 각 통로의 수직 깊이는 50~100mm에 불과합니다. 0.5m/h로 침전되는 입자는 개방형 탱크에서 3~5m가 아닌 튜브 벽에 닿기 전에 수직으로 50~100mm만 이동하면 됩니다. 결과: 침전지의 유효 침전 면적이 2~4배 증가합니다.

침전된 고형물은 중력에 의해 경사진 튜브 벽(최소 45°, 표준 60°)을 따라 상승하는 물 흐름의 역류로 미끄러져 아래의 슬러지 수집 구역으로 떨어집니다.

두 가지 핵심 설계 매개변수

1. 표면 넘침률(SOR)

SOR은 체적 유량을 침전 구역의 계획 면적으로 나눈 값입니다. 이는 튜브 모듈 위와 아래의 개방형 정화기에서 위쪽으로 향하는 물 속도를 나타냅니다.

SOR(m3/h) = Q(m3/h) / A(m²)

여기서 Q = 설계 유량, A = 침전 구역의 계획 면적

SOR이라고도 불린다. 유압 표면 부하율 또는 오버플로 비율 . 단위는 m/h 또는 m³/(m²·h)입니다. 둘 다 동일하며 동일한 의미, 즉 침전이 발생하지 않을 경우 수면이 상승하는 속도입니다.

튜브 정착기의 설계 한계:

튜브 정착기가 없으면 기존 정화기는 일반적으로 1~3m/h SOR로 작동합니다. 튜브 모듈을 추가하면 동일한 탱크를 3~7m/h의 속도로 작동할 수 있습니다. 이는 튜브 정착기가 2~4배의 용량 증가를 달성하는 방법입니다.

2. 튜브 상승률(튜브 내부 속도)

상승률은 상승하는 물의 속도입니다. 내부 튜브 통로. 이는 SOR과 다릅니다. 즉, 튜브 자체의 기하학적 구조를 설명합니다.

수평에서 각도 θ로 기울어진 역류 흐름 튜브의 경우:

상승률(Vr) = SOR / (sin θ L/d × cos θ)

여기서:

• θ = 튜브 경사각(일반적으로 60°)
• L = 튜브 길이(일반적으로 600~1200mm)
• d = 튜브 내부 직경 또는 동등한 수력 직경(일반적으로 25-80mm)

직경 50mm, 600mm 튜브의 표준 60° 경사에서:

기하학적 인자(sin 60° 600/50 × cos 60°) = 0.866 6.0 = 6.866

이는 튜브 내부의 유효 침전 면적이 계획 면적의 약 6.9배라는 것을 의미합니다. 이는 튜브 침전자가 정화기 용량에 이 요소를 곱하는 이유를 설명합니다.

임계 상승률 제한:

레이놀즈 수: 층류 흐름 확인

튜브 정착기는 다음에서만 올바르게 작동합니다. 층류 조건. 튜브 내부의 난류는 입자가 튜브 벽에 침전되도록 하는 속도 구배를 파괴합니다. 이는 침전된 물질을 다시 부유시키고 효율성을 크게 감소시킵니다.

튜브 내부의 레이놀즈 수는 층류-난류 전이보다 훨씬 아래에 유지되어야 합니다.

Re = (Vr × Dh) / ν

여기서:

• Vr = 튜브 내부 상승 속도(m/s)
• Dh = 튜브의 수력학적 직경(m) = 4 × 단면적/습윤 둘레
• ν = 물의 동점도(20°C에서 2.0 × 10⁻⁶ m²/s, 10°C에서 1.3 × 10⁻⁶)

흐름 체제 임계값:

실제 사례:

• 상승 속도: 5m/h = 0.00139m/s
• 튜브 수력 직경: 50mm = 0.050m
• 수온: 20°C, ν = 1.0 × 10⁻⁶ m²/s

Re = (0.00139 × 0.050) / (1.0 × 10⁻⁶) = 69.5

층류 범위 내에 있습니다. 가장 적절하게 설계된 튜브 정착 장치는 Re = 50–200에서 작동합니다.

온도 효과: 10°C에서 물의 점도는 1.3 × 10⁻⁶ m²/s로 증가하며, 이는 동일한 유량에서 Re를 23% 감소시켜 실제로 층류 안정성을 향상시킵니다. 냉수는 입자 침전 속도를 약간 감소시키기는 하지만 튜브 침전지 유압 장치에 유익합니다.

디자인 조정: 경험상, 정착 속도 ( $V_s$ )는 1°C 하락할 때마다 약 2%씩 감소합니다. 수온에서. 추운 기후에서는 동일한 배출수 품질을 유지하기 위해 설계 SOR을 여름철 최고치에 비해 20~30% 줄여야 합니다.

프루드 수: 흐름 안정성

Froude 수는 흐름 체계의 안정성, 특히 밀도 전류와 단락이 튜브 모듈 전체에 걸쳐 균일한 흐름 분포를 방해하는지 여부를 평가합니다.

Fr = Vr / (g × Dh)^0.5

설계 요구 사항: Fr > 10⁻⁵

낮은 Froude 수는 밀도에 따른 전류(온도 차이 또는 높은 부유 고형물 농도로 인해)가 관성 흐름을 무시하고 튜브 번들을 통해 단락 경로를 생성할 수 있음을 나타냅니다. 일부 튜브는 너무 많은 흐름을 전달하고 다른 튜브는 너무 적은 흐름을 전달합니다.

실제로 Fr > 10⁻⁵는 일반 튜브 정착기 설계에서 쉽게 충족되지만 다음과 같은 경우에는 매우 중요합니다.

• 매우 낮은 유량 조건(저부하 개조)
• 고온 차동 조건(차가운 주변 탱크로 유입되는 따뜻한 폐수)
• 고염분 산업 폐수

튜브 형상: 길이, 직경 및 경사각

경사각

표준 경사각은 수평에서 60° . 이는 임의적이지 않습니다.

• 45° 미만: 침전된 슬러지는 중력 하에서 튜브 벽 아래로 미끄러질 수 없습니다. 축적되어 결국 튜브를 막습니다.
• 45°: 최소 자가 세척 각도 - 가볍고 응집력이 낮은 슬러지에 대해서는 약간 허용 가능
• 60°: 침전 효율성과 슬러지 자체 세척 간의 최적의 균형 - 업계 표준
• 70° 이상: 슬러지가 자유롭게 미끄러지지만 기하학적 이점이 감소합니다(유효 침전 길이가 단축됨).

튜브 길이

표준 튜브 모듈의 길이는 600mm 또는 1200mm입니다. 튜브가 길수록 계획 면적 단위당 더 많은 침전 표면을 제공하지만 압력 강하가 증가하고 더 많은 구조적 지지가 필요합니다.

튜브가 길수록 효과적인 침전 영역이 크게 늘어납니다. 그러나 1,000~1,200mm 이상에서는 유압 부하에 따른 구조적 변형이 설계 문제가 되며 청소를 위한 접근이 제한됩니다.

튜브 유압 직경

일반적인 튜브 모양과 수력학적 직경:

유압 직경이 작을수록 동일한 속도에 대해 Re가 증가하므로 고유량 응용 분야에서 매우 미세한 채널 매체를 사용하는 것이 항상 유리한 것은 아닙니다. 25mm 채널이 있는 육각형 벌집형 매체는 저속 미세 입자 응용 분야(식수 연마)에서 가장 효율적입니다. 정사각형 또는 직사각형 튜브는 더 높은 유속과 더 쉬운 청소 접근이 우선시되는 도시 및 산업 폐수에서 더 일반적입니다.

단계별 설계 절차

제공된 정보(예):

• 설계 유량 Q = 5,000m³/일 = 208m³/h
• 기존 정화기 계획 면적 A = 50m²
• 튜브 정착기를 사용한 목표 SOR: 5m/h
• 튜브 사양: 길이 600mm, 정사각형 50mm, 경사 60°

1단계: 필요한 계획 면적 계산

필요한 면적 = Q / SOR = 208 / 5 = 41.6m²

기존 50m² 탱크이면 충분합니다. 튜브 정착자는 계획 면적이 최소 41.6m² 이상이어야 합니다.

2단계: 튜브 내부의 상승률 계산

기하학적 인자 = sin 60° (600/50) × cos 60°
= 0.866 12 × 0.500
= 0.866 6.0
= 6.866

튜브 내부 상승률 = SOR / 기하학적 인자 = 5.0 / 6.866 = 0.728m/h = 0.000202m/s

3단계: 레이놀즈 수 확인

다시 = (0.000202 × 0.050) / (1.0 × 10⁻⁶) = 10.1

500보다 훨씬 낮음 - 탁월한 층류 흐름이 확인되었습니다.

4단계: Froude 번호 확인

Fr = 0.000202 / (9.81 × 0.050)^0.5 = 0.000202 / 0.700 = 2.9 × 10⁻⁴

10⁻⁵보다 큼 — 안정적인 흐름, 밀도 전류 위험 없음.

5단계: 튜브 내부의 체류 시간 확인

50mm 정사각형 튜브 1개의 단면적 = 0.050 × 0.050 = 0.0025m²
하나의 튜브의 부피 = 0.0025 × 0.600 = 0.00150 m³

튜브당 유량 = 상승률 × 튜브 단면적 = 0.000202 × 0.0025 = 5.05 × 10⁻7 m³/s

체류 시간 = 부피 / 유량 = 0.00150 / (5.05 × 10⁻⁷) = 2,970초 = 49.5분

설계 지침: 튜브 내부의 체류 시간은 플레이트 침전물의 경우 20분 미만, 튜브 침전물의 경우 10분 미만이어야 합니다. 49.5분의 이 설계는 보수적입니다. 즉, 시스템이 유압 한계보다 훨씬 아래에서 작동하고 있음을 나타냅니다.

설치에 관한 실제 참고 사항: > 튜브 모듈은 가볍기 때문에(특히 PP) 유압 서지나 청소 중에 부력을 받거나 움직일 수 있습니다. 항상 304/316 스테인리스강 부양 방지 바를 지정하십시오. 또는 a dedicated clamping system across the top of the modules to ensure they remain submerged and aligned.

재료 선택:

• PP(폴리프로필렌): 식품 등급, 뛰어난 내화학성, 고온 산업 폐수에서의 성능 향상.

• PVC(폴리염화비닐): 구조적 강성과 자외선 저항성이 높아 대규모 야외 도시 플랜트에 선호되는 경우가 많습니다.

6단계: 모듈 크기 조정

표준 모듈 치수 1.0m × 1.0m 평면 설치 공간:
필요한 모듈 수 = 41.6m² / 1.0m² = 최소 42개 모듈

10~15% 안전 여유 추가: 지정 모듈 48개 50m² 정착 구역 중 48m²를 덮고 있습니다.

맑은 물 구역 및 세탁실 설계

두 가지 추가 유압 요구 사항이 간과되는 경우가 많습니다.

튜브 모듈 위의 깨끗한 물 구역: 튜브 모듈 상단과 폐수 세탁조 사이에 최소 300mm의 개방 수역이 있어야 합니다. 이 구역은 튜브를 빠져나온 후 흐름이 수평으로 재분배되도록 하여 튜브 출구에서 유출수 둑으로 직접 단락되는 것을 방지합니다.

세탁 로딩 속도: 폐수 세탁실의 정화된 물 제거율은 다음을 초과해서는 안 됩니다. 등가 세탁 길이 미터당 15m³/h . 이를 초과하면 근처 튜브 모듈에서 우선적으로 흐름을 끌어오는 고속 구역이 생성되어 전체 모듈 배열의 효과적인 활용이 감소됩니다.

튜브 모듈 아래의 슬러지 구역: 튜브 모듈 프레임 바닥과 슬러지 수집 호퍼 사이의 최소 높이는 1.0~1.5m입니다. 이는 침전된 슬러지가 튜브로 유입되는 상향 흐름으로 재비행되는 것을 방지합니다. 이는 튜브 모듈이 너무 낮게 매달린 개조 설치에서 성능 저하의 일반적인 원인입니다.

일반적인 설계 실수와 이를 방지하는 방법

튜브 침강기 대 플레이트 침강기: 수력학적 차이

튜브 정착기와 플레이트 정착기는 동일한 Hazen 원리를 공유하지만 유압 동작이 다릅니다.

튜브의 밀폐형 구조는 동일한 수력학적 직경에 대해 더 낮은 레이놀즈 수(더 나은 층류 안정성)를 제공합니다. 이것이 바로 튜브가 저유량, 미세 입자 응용 분야에서 플레이트보다 성능이 뛰어난 이유입니다. 그러나 동일한 인클로저로 인해 청소가 더 어려워지기 때문에 정기적인 청소가 필요한 무겁거나 끈적한 슬러지가 있는 응용 분야에서는 플레이트 정착기가 선호됩니다.

요약: 주요 설계 번호 요약

Nihao의 튜브 정착기 모듈은 모듈 분리를 방지하기 위해 강화된 텅 앤 그루브 조인트를 갖추고 있습니다. 고정밀 CNC 성형 50mm 정사각형 단면 PVC 또는 PP를 사용하여 600mm 및 1200mm 길이로 제공됩니다. 고부하 용량이 필요한 프로젝트의 경우 중간 범위 처짐을 방지하기 위해 맞춤형 두께 옵션을 제공합니다. 모듈 크기 및 레이아웃 도면은 nihaowater에 문의하세요.