КАРКАС С НИЗКИМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ ДЛЯ ФИЛЬТРА С ИМПУЛЬСНОЙ ОЧИСТКОЙ
FRAME WITH LOW RESISTANCE FOR FILTER WITH PULSE PURIFICATION

СВЕДЕНИЯ О ПРИОРИТЕТЕ
[0001] Настоящая заявка испрашивает приоритет согласно предварительной заявке на патент Австралии 2018902484, поданной 9 июля 2018 г., которая полностью включена в настоящий документ посредством ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0002] Данное изобретение относится к промышленным фильтрам с импульсной очисткой и, в частности, к улучшениям проволочной рамы или каркаса для рукава фильтра с расширенной поверхностью.
[0003] В частности, настоящее изобретение относится к опорам каркаса, которые образованы из тонкой металлической пластины и имеют меньшую площадь поперечного сечения относительно путей потока газа, проходящими через проволочный каркас.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0004] При промышленной фильтрации газа фильтры с импульсной очисткой представляют собой трубчатые рукава фильтра, установленные в проволочных каркасах и помещенные в камеры рукавных фильтров, содержащие несколько фильтров. Пыленасыщенный газ втягивается через рукава фильтра во время процесса фильтрации, а твердые частицы улавливаются на внешней поверхности рукава фильтра. Эти рукава фильтра закрыты снизу и открыты сверху, где очищенный газ выходит из фильтров. Периодически сжатый воздух направляется в импульсном режиме вниз по рукавам в обратном направлении с удалением скопившейся пыли для удаления скопившегося пылевого осадка и очистки рукавов фильтра.
[0005] Отношение объемного расхода газа к рабочей поверхности рукавов фильтра, удержание пыли, эффективность очистки и выделение осадка заданного фильтрующего материала определяют эффективность камеры рукава тканевого фильтра с импульсной очисткой.
[0006] Рукава фильтра с расширенной поверхностью используют для повышения эффективности некоторых камер рукавов фильтра за счет увеличения доступной фильтрации (уменьшения отношения объемного расхода газа к рабочей поверхности рукавов фильтра). Известная технология расширенных фильтров представлена в заявках на патент США 5858039, 8187352 В2 или заявке на патент США 20150121822 А1. Однако основным ограничением рукавов фильтра с расширенной поверхностью является общая «длина» каркаса фильтра.
[0007] Каркасы расширенных фильтров работают путем поддерживания складок в рукаве фильтра. Складки создают дополнительную площадь поверхности для заданного диаметра фильтра. В поперечном сечении такой каркас может иметь внешний периметр из продольных прутьев и некруглых горизонтальных опор, которые проходят в радиальном направлении внутрь так, чтобы обеспечить целостность каркаса и сохранение формы складчатого фильтра во время работы. Эти некруглые горизонтальные опоры увеличивают сопротивление самого каркаса по сравнению с обычным круглым каркасом рукава фильтра, который может ограничивать как поток технологического газа во время фильтрации, так и обратный импульсный поток воздуха во время очистки фильтра.
[0008] Предшествующие некруглые горизонтальные опоры, которые обеспечивают структурную целостность каркаса фильтра с расширенной поверхностью, включают использование горизонтального звездообразного опорного элемента. В общем, термин «звездообразный элемент» может охватывать широкий диапазон соединительных частей каркаса, причем известны примеры из проволоки и прессованных металлических форм.
[0009] Проволочные звездообразные элементы хорошо известны и были разработаны первыми. Они могут быть выполнены, например, из той же проволоки, из которой выполнена остальная часть каркаса фильтра, и для них требуется простая механическая обработка. Однако при использовании проволочного звездообразного элемента существовали механические ограничения. Разработки в данной области техники привели к созданию штампованного металлического звездообразного элемента.
[0010] Штампованные металлические звездообразные элементы могут содержать лучи, отходящие от центральной втулки. Втулка имеет отверстие для более эффективного потока газа. Штампованные металлические звездообразные элементы являются механически устойчивыми и образуют жесткий фильтр. Однако все известные штампованные металлические звездообразные элементы имеют значительную площадь поверхности для проходящего в продольном направлении (или продольного) воздушного потока внутри рукава фильтра, и возникающее в результате сопротивление снижает эффективность фильтра. Штампованный металлический звездообразный элемент может быть выполнен в виде пластины металла, ориентированной перпендикулярно потоку газа, с элементами, впрессованными в пластину, чтобы облегчить прикрепление к прутьям и способствовать жесткости и прочности. Штампованные металлические звездообразные элементы являются жесткими и могут поддерживать глубокие складки. Однако предлагаемые штампованные металлические звездообразные элементы имеют тенденцию к аэродинамическому сопротивлению.
[0011] Цель настоящего изобретения состоит в улучшении звездообразных элементов или по меньшей мере в обеспечении разумной альтернативы указанному выше уровню техники.
ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0012] В первом аспекте настоящее изобретение относится к каркасу для трубчатого рукава фильтра с расширенной поверхностью, который увеличивает внутренний объем рукава и обеспечивает сниженное сопротивление пути потока газа через каркас.
[0013] Предпочтительно, каркас для трубчатого рукава фильтра с расширенной поверхностью содержит одну или более горизонтальных опор каркаса, которые соединены с вертикальными прутьями каркаса.
[0014] Предпочтительно, горизонтальные опоры каркаса приварены к внутренней части вертикальных прутьев каркаса. Наиболее предпочтительно, горизонтальные опоры каркаса соединены с внутренней частью вертикальных прутьев каркаса с помощью автоматизированного сварочного аппарата.
[0015] Предпочтительно, опоры каркаса имеют форму штампованных металлических полос, содержащих широкую основную часть, проходящую между двумя тонкими краями. Когда опоры каркаса соединены с вертикальными прутьями каркаса, два тонких края ориентированы в направлении пути потока газа через каркас, тем самым обеспечивая сниженное сопротивление пути потока газа.
[0016] Предпочтительно, ширина основной части (W1) существенно больше, чем толщина двух краев (Т1). В одном варианте осуществления ширина основной части (W1) составляет от 5 мм до 15 мм, а толщина двух краев (Т1) составляет около 1 мм.
[0017] В предпочтительном варианте осуществления настоящее изобретение относится к каркасу для трубчатого рукава фильтра с расширенной поверхностью, содержащему:
множество вертикальных прутьев каркаса, проходящих в продольном направлении;
по меньшей мере одну горизонтальную опору каркаса, имеющую соответствующую форму для поддержки вертикальных прутьев каркаса в трубчатой конструкции; и
причем по меньшей мере одна горизонтальная опора каркаса имеет минимальную площадь поверхности, ориентированную в продольном направлении относительно вертикальных прутьев каркаса, тем самым максимально увеличивая поток газа внутри рукава фильтра с расширенной поверхностью и обеспечивая сниженное сопротивление горизонтальной опоры каркаса.
[0018] Предпочтительно, по меньшей мере одна горизонтальная опора каркаса содержит многоконечный штампованный металлический звездообразный элемент, содержащий множество расположенных в радиальном направлении опорных лучей, которые расположены рядом и соединены друг с другом в основании с помощью изгиба, образующего острый угол.
[0019] В предпочтительном варианте осуществления смежные лучи звездообразного элемента соединены в основании посредством внутреннего опорного кольца.
[0020] Предпочтительно длина каждого луча штампованного металлического звездообразного элемента составляет 20-40 процентов от длины диаметра звездообразного элемента.
[0021] Предпочтительно каждое острие звезды соединено с вертикальным прутом каркаса. Наиболее предпочтительно каждое острие звезды приварено к внутренней части вертикальных прутьев каркаса. В частности, каждое острие звезды соединено с внутренней частью вертикальных прутьев каркаса с помощью автоматизированного сварочного аппарата.
[0022] Предпочтительно, каждый луч образован из смежных сторон, которые имеют конусную форму, переходящую от небольшой ширины на острие звезды до большей ширины в основании.
ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
[0023] Варианты осуществления настоящего изобретения далее будут описаны со ссылкой на фигуры.
- На фиг. 1 показан вид в перспективе каркаса фильтра предшествующего уровня техники для использования с рукавом фильтра с расширенной поверхностью.
- На фиг. 2 показан вид в перспективе опоры каркаса в соответствии с идеями настоящей технологии.
- На фиг. 3 показан вид сверху опоры корпуса в соответствии с принципами настоящей технологии, на котором представлена предпочтительная форма крепления к вертикальным прутьям каркаса.
- На фиг. 4 показан вид сверху альтернативного варианта осуществления опоры каркаса, на котором представлена альтернативная форма крепления к вертикальным прутьям каркаса.
- На фиг. 5 показан вид в перспективе каркаса фильтра в соответствии с идеями настоящей технологии.
- На фиг. 6 показан вид сверху варианта осуществления опоры каркаса или звездообразного элемента в соответствии с идеями настоящей технологии.
- На фиг. 7 показан вертикальный вид сбоку опоры каркаса, показанной на фиг. 6.
- На фиг. 8 показан вид сверху предпочтительного варианта осуществления опоры каркаса или звездообразного элемента в соответствии с идеями настоящей технологии.
- На фиг. 9 показан вид сверху концевой опоры каркаса.
- На фиг. 10 показан вертикальный вид сбоку опоры каркаса или звездообразного элемента, показанного на фиг. 9.
- На фиг. 11 показан вид в перспективе каркаса для рукава фильтра с расширенной поверхностью, содержащего опоры каркаса в виде полос, концевую опору и трубчатое байонетное соединение.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
[0024] Как показано на фиг. 1, проволочный каркас 10 предшествующего уровня техники для фильтра с импульсной очисткой содержит цилиндрическую компоновку продольных и, как правило, вертикальных прутьев 11 каркаса. В этом примере предшествующего уровня техники опоры 12 каркаса имеют форму разнесенных друг от друга штампованных металлических звездообразных элементов. Обычно опоры приварены к каждому из прутьев каркаса. Проволочный каркас имеет впускное отверстие 13 на одном конце и концевой участок или днище 14 на другом конце. Опоры каркаса являются внутренними, то есть они приварены к внутренней поверхности каждого из прутьев каркаса.
[0025] Как показано на фиг. 2-5, технология по настоящему изобретению обеспечивает новый звездообразный элемент или опору 20 каркаса для рукава фильтра с расширенной поверхностью. Опора 20 выполнена из тонкой металлической пластины, которая имеет гораздо меньшую площадь поперечного сечения относительно путей потока газа (которые проходят в направлении, продольном относительно длины каркаса), но даже при такой уменьшенной площади поперечного сечения по-прежнему обеспечивается структурная целостность каркаса.
[0026] Опора 20 имеет форму многоконечной звезды, содержащей несколько опорных лучей 21. Каждый луч образован из смежных сторон, которые могут иметь конусную форму, переходящую от небольшой ширины на острие звезды до большей ширины в основании. Смежные лучи 22, 23 соединены друг с другом в основании с помощью изгиба 24. Изгиб образует угол, называемый углом основания. В настоящей технологии угол основания является предпочтительно острым.
[0027] Радиальная длина основания (или «длина плеча») звездообразного элемента 20 составляет около 20-40 процентов от общего диаметра звездообразного элемента (и, следовательно, фильтра). Таким образом, звездообразный элемент содержит конусообразные лучи для поддержки глубоких складок. Звездообразный элемент 20 приобретает жесткость за счет ширины полосы 5-15 мм и номинальной толщины 1 мм. За счет способа образования звездообразного элемента 20 он имеет минимальное поперечное сечение относительно потока газа, и это касается только его краев.
[0028] Опора 20 каркаса предпочтительно изготовлена как цельная конструкция и выполнена из металлической полосы. Обычно она выполнена из отрезка, концы которого сварены друг с другом. В этом примере полоса имеет ширину 10 мм (W1) и толщину 1 мм (Т1). В предпочтительных вариантах осуществления каждый луч 21 приварен своим концом к одному из вертикальных прутьев 30 каркаса.
[0029] Как показано на фиг. 3, опора 20 каркаса приварена к внутренней части вертикальных прутьев 30 каркаса. На фиг. 4 показан альтернативный вариант осуществления, в котором вертикальные прутья 30 каркаса расположены внутри относительно опоры 20 каркаса и/или прикреплены к каждому из прутьев каркаса посредством сварки. В обоих вариантах осуществления предпочтительно, чтобы опоры 20 каркаса были приварены к прутьям каркаса с помощью автоматизированного сварочного аппарата, что увеличивает эффективность изготовления клеток фильтра по настоящему изобретению.
[0030] Как показано на фиг. 5, продольные или вертикальные прутья 40 каркаса соединены между собой множеством разнесенных друг от друга опор 41 каркаса типа, изображенного на фиг. 2-4. Предпочтительно, чтобы каждая из опор 41 каркаса была приварена к внутренней части вертикальных прутьев 30 каркаса (в соответствии с фиг. 3). Однако в альтернативном варианте осуществления продольные или преимущественно вертикальные прутья 43 каркаса прикреплены к внутренней части 42 концов каждого из опорных лучей 44 каркаса. Именно этот альтернативный вариант осуществления изображен на фиг. 5, но предпочтительно, чтобы опоры 20 каркаса были приварены к внутренней части вертикальных прутьев 30 каркаса, как показано на фиг. 3.
[0031] Однако концевая опора 42 корпуса меньше (по диаметру), чем другие опоры 41. Это создает конусообразную область 45, которая упрощает установку рукава фильтра.
[0032] Как показано на фиг. 5, направление потока газа через каркас фильтра проходит параллельно продольной длине прутьев 40 каркаса. Поскольку каркасы фильтров обычно устанавливаются на месте в вертикальной ориентации, можно сказать, что путь потока газа является вертикальным. Можно видеть, что каждая из опор 41 каркаса имеет соответствующий тонкий край (Т1), обращенный в направлении вертикального пути потока газа, и ее соответствующая более широкая поверхность (W1) проходит вдоль этого направления, но имеет площадь поверхности в направлении, перпендикулярном вертикальному пути потока газа.
[0033] Более широкая поверхность (W1) опор каркаса прикреплена к прутьям 40 каркаса фильтра и, таким образом, обеспечивает структурную целостность каркаса фильтра. Тонкий край (Т1) обеспечивает/представляет собой небольшую площадь поперечного сечения в направлении вертикального пути потока газа, тем самым сводя к минимуму сопротивление, что приводит к значительно меньшему сопротивлению потоку газа, проходящему через фильтр.
[0034] Опора или звездообразный элемент 50 каркаса по настоящему изобретению изображен на фиг. 6 и 7. В этом примере опора 50 каркаса содержит двенадцать лучей 51. Конечно, опора или звездообразный элемент 50 каркаса по настоящему изобретению может содержать любое количество лучей, и опора или звездообразный элемент, показанный в графических материалах, является просто типичным примером. Как показано на фиг. 6 и 7, опора каркаса изготовлена путем формования или штамповки листового металла в звездообразную форму. Опора 50 каркаса (W1) шире, чем толщина (Т1) листового металла, из которого она образована.
[0035] На фиг. 8 изображен более предпочтительный вариант осуществления опоры или звездообразного элемента 50 каркаса, который показывает, что опора каркаса дополнительно содержит внутреннее опорное кольцо 2. Внутреннее опорное кольцо 2 состоит из плоского кольца из металлической пластины, что обеспечивает жесткость и поддержку опоры 50 каркаса.
[0036] Вариант реализации концевого участка или конца звездообразного элемента 70 опоры каркаса показан на фиг. 9 и 10. Множество опор 91 корпуса каркаса разнесены друг от друга по продольной длине каркаса и приварены к продольным прутьям 93 каркаса. В варианте осуществления, изображенном на этих графических материалах, продольные прутья каркаса расположены внутри концов каждого из лучей 92. Однако, как показано на фиг. 3, предпочтительно, чтобы опора 20 каркаса была приварена к внутренней части вертикальных прутьев 31 каркаса.
[0037] Концевая опора 94 прикреплена к дистальным концам 95 прутьев каркаса. Концевая опора образована путем штамповки листового металла. Каждый из лучей имеет оконечность или конец 96, который может быть приварен к пруту 93 каркаса. В этом примере каркас образован из двух секций 97, 98. Две секции соединены между собой байонетным соединением трубчатого типа, содержащим охватываемую часть 99 и охватывающую часть 100. В этом примере охватывающая часть расположена в охватываемой части и поворачивается в съемное фиксирующее зацепление, чтобы удерживать вместе два компонента 97, 98 каркаса.
[0038] Хотя данное изобретение было описано со ссылкой на конкретные примеры, специалистам в данной области техники будет понятно, что изобретение может быть осуществлено во многих других формах.
[0039] Упоминание в данном описании «одного варианта осуществления» или «варианта осуществления» означает, что конкретный признак, конструкция или характеристика, описанная в связи с вариантом осуществления, включена по меньшей мере в один вариант осуществления настоящей технологии. Таким образом, употребление фраз «в одном варианте осуществления» или «в варианте осуществления» в различных местах в данном описании не обязательно относится (хотя может относиться) к одному и тому же варианту осуществления. Кроме того, конкретные признаки, структуры или характеристики могут быть объединены любым подходящим способом, как это было бы очевидно специалисту в данной области техники из данного описания, в одном или нескольких вариантах осуществления.
[0040] В данном контексте, если не указано иное, использование порядковых числительных «первый», «второй», «третий» и т.д. для описания общего объекта просто указывает на то, что упоминаются разные экземпляры подобных объектов, и не подразумевает, что описанные таким образом объекты должны располагаться в заданной последовательности по времени, в пространстве, очередности или каким-либо иным образом.
[0041] В данном контексте, если не указано иное, использование терминов «продольный», «горизонтальный», «вертикальный», «левый», «правый», «вверху» и «внизу», а также их производных от них прилагательных и наречий (например, «горизонтально», «вправо», «вверх» и т.д.) относится к ориентации проиллюстрированной конструкции, когда конкретная фигура обращена к читателю, или со ссылкой на ориентацию конструкции во время использования в штатном режиме, в зависимости от обстоятельств.
[0042] Хотя изобретение было описано выше со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления, специалистам в данной области техники будет понятно, что оно не ограничивается этими вариантами осуществления, а может быть осуществлено во многих других формах, вариациях и модификациях, отличных от тех, которые конкретно описаны. Изобретение включает в себя все такие вариации и модификации. Изобретение также включает в себя этапы, признаки, компоненты и/или устройства, упомянутые или указанные в описании, по отдельности или совместно, и любые возможные комбинации или любые два или более этапов или признаков.
[0043] В этом описании, если контекст явно не указывает иное, слово «содержащий» не предназначено для того, чтобы иметь исключительное значение слова, такое как «состоящий только из», а скорее имеет неисключительное значение в смысле «включающий по меньшей мере». То же самое, с соответствующими грамматическими изменениями, относится к другим формам слова, таким как «содержать» и т.д.
[0044] Другие определения выбранных терминов, используемых в данном документе, можно найти в подробном описании изобретения, и они применяются по всему описанию. Если не указано иное, все другие используемые в данном документе научные и технические термины имеют то же значение, которое обычно понимается специалистом в области техники, к которой принадлежит данное изобретение.
[0045] Любые перспективные утверждения, приведенные в настоящем документе, следует понимать как относящиеся к некоторым вариантам осуществления данного изобретения, а не как перспективные утверждения, приведенные в отношении изобретения во всех вариантах осуществления. Если есть перспективные утверждения, которые считаются применимыми ко всем вариантам осуществления данного изобретения, заявитель/патентообладатель оставляет за собой право впоследствии удалить их из описания, и он не полагается на эти перспективные утверждения при принятии или последующей выдаче патента в какой-либо стране.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
[0046] Настоящее изобретение находит применение в промышленной фильтрации газа и, в частности, помимо прочего, обработке газа в цехе электролиза алюминиевого завода.