МОДУЛЬ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОЧИСТКИ ЖИДКОСТИ
FLUID CORSE PURIFICATION MODULE

Изобретение относится к фильтровальной технике и может быть использовано для предварительной очистки жидкостей, в том числе природных вод, от взвесей.
Известен фильтр для очистки жидкостей от взвешенных примесей (а.с. СССР 552096, «Фильтр для очистки жидкости», МПК B01D 24/10, опубл. 30.09.1979). Фильтрационный аппарат представляет собой корпус в виде обратного конуса, который разделен по высоте горизонтально сетками со слоями фильтрующей загрузки. Размер гранул загрузки в каждом слое состоит из частиц одинаковой гидравлической крупности и убывает в каждом последующем по высоте корпуса слое по направлению движения жидкости.
Недостатками известного устройства являются в относительно низкой производительности и сложности регенерации фильтра.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство для фильтрации жидкости [Патент на изобретение РФ №2179473. Способ фильтрации жидкости, устройство для его осуществления и фильтрующий материал. Опубл. 20.02.2002]. Известное устройство содержит корпус с верхней и нижней крышками, патрубки для ввода и вывода. Внутри корпуса в верхней камере установлена сетка первичной очистки в форме усеченного конуса с дефлектором. Под секцией первичной очистки в корпусе расположена секция тонкой очистки, включающая опорную сетку с обратной конусностью, на которой размещен зернистый фильтрующий материал. Между сеткой первичной очистки и слоем засыпки имеется свободное пространство. Между опорной сеткой и нижней крышкой устройства расположена нижняя камера для сбора фильтрата. Фильтрующий гранулированный материал представляет собой пористое тело с размером зерен 0,1-2,0 мм.
Недостатками известного устройства являются наличие фильтрующего гранулированного материала и отсутствие внутренней рециркуляции потока очищаемой жидкости в проточной части устройства.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно создание модуля предварительной очистки жидкости без фильтрующего гранулированного материала и имеющего внутреннюю рециркуляцию потока очищаемой жидкости в проточной части устройства.
Для исключения указанных недостатков в модуле предварительной очистки жидкости (далее - модуле), включающем вертикальный корпус, образованный боковой стенкой с крышкой и днищем корпуса, входной и выходной патрубки, укрепленные соответственно на крышке и днище корпуса, фильтроэлемент и дефлектор, установленный на продольной оси модуля и контактирующий с фильтроэлементом, предлагается:
- модуль дополнительно снабдить разделительной вставкой, сборной камерой с центральной трубой;
- торцевую часть входного патрубка вывести в верхнюю часть полости корпуса без касания с фильтоэлементом;
- разделительную вставку установить с зазором в канале, образованном с одной стороны крышкой и боковой стенкой корпуса, а с другой стороны - фильтроэлементом и боковой стенкой сборной камеры.
В частных случаях реализации устройства предлагается:
- фильтроэлемент выполнить в виде кольца или усеченного конуса, ориентированного меньшим основанием в сторону крышки;
- фильтроэлемент выполнить из металлической сетки, максимальный размер ячеек которой не превышает размера подлежащих фильтрации частиц;
- модуль дополнительно снабдить направляющей вставкой в виде усеченного конуса, укрепленного меньшим основанием на торцевой части входного патрубка и расположенного в канале между центральной частью фильтроэлемента и крышкой;
- нижнюю часть разделительной вставки вывести в сторону днища корпуса за пределы боковой стенки сборной емкости;
- нижнее основание направляющей, по меньшей мере, расположить под верхней частью разделительной вставки и установить с зазором по отношению к ней;
- дефлектор выполнить в виде конуса с вершиной, ориентированной в сторону крышки;
- основание дефлектора укрепить на верхнем основании фильтроэлемента, имеющего вид усеченного конуса, или в центральной части фильтроэлемента, выполненного в виде кольца;
- входной и выходной патрубки, центральную трубу оснастить вентилями;
- корпус и (или) разделительную вставку выполнить разборными;
- центральная труба и днище сборной емкости установлены с возможностью отсоединения друг от друга.
Продольное осевое сечение одного из вариантов исполнения модуля представлено на фигуре, на которой приняты следующие обозначения: 1 и 2 - боковые стенки корпуса и сборной камеры, соответственно; 3 - вентиль; 4 и 5 входной и выходной патрубки; 6 - дефлектор; 7 и 8 - днища корпуса и сборной камеры, соответственно; 9 - крышка; 10 - направляющая вставка; 11 - разделительная вставка; 12 - фильтроэлемент; 13 - центральная труба.
Модуль предварительной очистки жидкости состоит из вертикального корпуса, входного 4 и выходного 5 патрубков, фильтроэлемента 12, дефлектора 6, разделительной вставки 11, сборной камеры с центральной трубой 13.
Корпус образован боковой стенкой 1 с крышкой 9 и днищем 7 корпуса.
Входной 4 и выходной 5 патрубки укрепленные соответственно на крышке 9 и днище 7 корпуса.
Дефлектор 6 установлен на продольной оси модуля и контактирует с фильтроэлементом 12.
Торцевая часть входного патрубка 4 выведена в верхнюю часть полости корпуса и установлена без касания с фильтоэлементом 12.
Разделительная вставка 11 установлена с зазором в канале, образованном с одной стороны крышкой 9 и боковой стенкой 1 корпуса, а с другой стороны - фильтроэлементом и боковой стенкой сборной камеры.
В частных случаях выполнения модуля имеют место следующие конструктивные особенности.
Фильтроэлемент 12 выполнен в виде кольца или усеченного конуса, ориентированного меньшим основанием в сторону крышки 9. Кроме того, фильтроэлемент 12 выполнен из металлической сетки, максимальный размер ячеек которой не превышает размера подлежащих фильтрации частиц.
В модуле используют направляющую вставку 10 в виде усеченного конуса, укрепленного меньшим основанием на торцевой части входного патрубка 4 и расположенного в канале между центральной частью фильтроэлемента 12 и крышкой 9.
Нижняя часть разделительной вставки 11 выведена в сторону днища 7 корпуса за пределы боковой стенки сборной емкости.
Нижнее основание направляющей вставки 10, по меньшей мере, расположено под верхней частью разделительной вставки 11 и установлено с зазором по отношению к ней.
Дефлектор 6 выполнен в виде конуса с вершиной, ориентированной в сторону крышки 9. Дефлектор 6 обеспечивает гидравлическую стабилизацию потока жидкости на входе в верхнюю часть корпуса.
Основание дефлектора 6 укреплено на верхнем основании фильтроэлемента 12, имеющего вид усеченного конуса, или в центральной части фильтроэлемента 12, выполненного в виде кольца.
Входной 4 и выходной 5 патрубки, центральная труба 13 оснащены вентилями 3.
Корпус и (или) разделительная вставка 11 выполнены разборными.
Центральная труба 13 и днище сборной емкости установлены с возможностью отсоединения друг от друга.
В случае использования разборного корпуса его части крепятся между собой фланцевым соединением.
Модуль предварительной очистки жидкости работает следующим образом.
Поток очищаемой жидкости через входной патрубок 4 поступает в верхнюю часть корпуса, попадает в канал между крышкой 9 и фильтроэлементом 12. Движение жидкости в указанном канале осуществляется с раздачей расхода по пути.
В канале между крышкой 9 и фильтроэлементом 12 скорость потока жидкости имеет две векторные составляющие: тангенциальную и фронтальную (нормальную) к плоскости фильтроэлемента 12.
За счет тангенциальной составляющей вектора скорости обеспечивается снос крупных частиц взвесей из центральной части фильтроэлемента 12 в его периферийную часть и накопление их в нижней части корпуса. При этом создаются условия для фильтрации жидкости за счет нормальной составляющей скорости и одновременно для самоочищения за счет тангенциального потока значительной части фильтрующей поверхности.
Из канала между крышкой 9 и фильтроэлементом 12 очищенная от крупных частиц часть жидкости через фильтроэлемент 12 поступает в сборную камеру и через центральную трубу 13 выходит их модуля, а другая часть жидкости с крупными частицами попадает в канал между боковой стенкой корпуса 1 и разделительной вставкой 11 и попадает в нижнюю часть корпуса. В данной части корпуса также происходит деление потока жидкости на две части. Одна часть жидкости с крупными частицами аккумулируется у днища 7 корпуса, а ее другая часть изменяет направление движения, движется вдоль боковой стенки 1 корпуса и попадает в канал между боковой стенкой 1 корпуса и разделительной вставкой 11, проходит канал между крышкой 9 и верхней частью разделительной вставки 11 и вновь поступает в канал между верхней частью разделительной вставки 11 и периферийной частью фильтроэлемента 12, образуя в верхней части корпуса замкнутый циркуляционный контур, способствующий процессу дополнительной очистки потока жидкости от крупных частиц и приводящий к повышению концентрации фильтрата в нижней части корпуса.
Наличие вылета входного патрубка 4 из крышки 9 в верхнюю часть корпуса позволяет организовать движение полузатопленной струи жидкости и направить ее вдоль поверхности фильтроэлемента 12. Гидродинамическую стабилизацию и толщину подводимого в верхнюю часть корпуса потока жидкости обеспечивают с помощью направляющей вставки 10.
Наличие замкнутого циркуляционного контура связано с тем, что движущаяся вдоль поверхности фильтроэлемента 12 полузатопленная струя вовлекает за собой поток жидкости, повторно поступивший в верхнюю часть полости корпуса из его нижней части.
Для периодической очистки проточной части модуля от частиц используют выходной патрубок 5 или центральную трубу 13, обеспечивающие подвод жидкости на регенерацию («снизу-вверх») с удалением накопленных частиц в дренажную емкость или канализацию. После регенерации фильтроэлемента 12 его производительность восстанавливается.
Технический результат: повышение эффективности очистки жидкости.
Пример конкретного выполнения модуля предварительной очистки
Корпус, входной 4 и выходной 5 патрубки, центральная труба 13, дефлектор 6, фильтроэлемент 12, разделительная 11 и направляющая 10 вставки выполнены из нержавеющей стали 12Х18Н10Т.
У корпуса, имеющего толщину 4 мм, боковая стенка в виде круглого цилиндра имеет высоту 216 мм и наружный диаметр 159 мм, крышка 9, выполненная в виде усеченного конуса, имеет высоту, равную 44 мм, и внутренние диаметры верхнего и нижнего оснований, соответственно равные 26 мм и 108 мм, а эллиптическое днище корпуса 7 имеет высоту, равную 65 мм.
Входной 4 и выходной 5 патрубки, центральная труба 13 имеют наружный диаметр 32 мм и внутренний диаметр 26 мм.
Фильтроэлемент 12 выполнен в виде усеченного конуса, у которого угол раскрытия равен 120 градусов, диаметр верхнего и нижнего оснований соответственно равны 17 мм и 108 мм. Рабочая часть фильтроэлемента 12 представляет собой сетку с размером ячеек 0,063×0,063 мм и толщиной проволоки 0,32 мм.
Дефлектор 6 выполнен в виде конуса с радиусом основания, равным 8,5 мм, высотой 16 мм и углом раскрытия 120 градусов.
В разделительной вставке 11, имеющей толщину 2 мм, боковая стенка в виде круглого цилиндра имеет наружный диаметр 141 мм, а верхняя и нижняя части выполнены в виде усеченных конусов с высотой, равной 110 мм, и углом раскрытия, равным 120 градусов.
Расстояния между боковыми стенками 1 корпуса, разделительной вставки 11 и сборной камеры составляют соответственно 8 мм и 10 мм.
Вылет торцевой части входного патрубка 4 в полость верхней части корпуса равен 10 мм.
В сборной камере, имеющей толщину стенки 2 мм, высота боковой стенки равна 20 мм, а днище 8 выполнено в виде усеченного конуса с высотой, равной 39,5 мм, внутренними диаметрами верхнего и нижнего оснований, соответственно равными 108 мм и 26 мм.
Направляющая вставка 10 имеет толщину 2 мм и выполнена в виде усеченного конуса с высотой, равной 20 мм, и внутренними диаметрами верхнего и нижнего оснований, соответственно равными 26 мм и 54 мм.
3
Проверка работоспособности модуля проведена при натурных испытаниях на природной воде с частицами, размер которых не превышал 2 мм при температуре воды, равной 20°C, и давлении в потоке воды во входном патрубке 4 0,4 МПа. Объемный расход воды через входной патрубок 4 составил 1 м/ч.
Эффективность очистки воды от взвеси составила 90% при тонкости фильтрации 50 мкм.