ФИЛЬТР-СЕПАРАТОР ДЛЯ ОЧИСТКИ И ДЕГАЗАЦИИ ВОДЫ, ПОСТУПАЮЩЕЙ ИЗ МЕТАНОУГОЛЬНОЙ СКВАЖИНЫ

Фильтр-сепаратор для очистки и дегазации воды, поступающей из метаноугольной скважины, может найти применение, например, при добыче метана из угольных пластов, а также при необходимости очистки жидкости от механических примесей.
Известен фильтр-сепаратор для очистки жидкости, включающий заглушенный снизу полый цилиндрический корпус, крышку в верхней части, имеющую осевой канал, входной и выходной патрубки, фильтрующий элемент и средства очистки фильтрующего элемента - щетки с приводом (SU 886940, 1981).
Недостатком известного фильтр-сепаратора является сложность его конструкции, обусловленная наличием подвижных частей и, следовательно, низкая надежность в работе.
Известен фильтр-сепаратор для очистки жидкости, включающий заглушенный снизу полый цилиндрический корпус с крышкой, имеющей осевой канал, тангенциальным входным патрубком и выходным патрубком, размещенные соосно внутри корпуса каркас с радиальными каналами и расположенный с наружной стороны каркаса фильтрующий элемент (RU 2199371, 2003).
Недостатками известного фильтр-сепаратора являются малая эффективность очистки и низкая надежность в работе. В известном фильтре-сепараторе не предусмотрено отведение газовой составляющей очищаемой жидкости.
Техническим результатом полезной модели является повышение эффективности и надежности работы фильтра-сепаратора.
Технический результат достигается тем, что фильтр-сепаратор для очистки жидкости, включающий полый цилиндрический корпус с тангенциальным входным патрубком и выходным патрубком, крышкой,
имеющей осевой канал, размещенные соосно внутри корпуса каркас с радиальными каналами и расположенный с наружной стороны каркаса фильтрующий элемент, кольцевую полость, образованную наружной поверхностью фильтрующего элемента, и внутренней поверхностью корпуса, гидравлически связанную с тангенциальным входным патрубком, среднюю кольцевую полость гидравлически связанную с выходным патрубком, и внутреннюю кольцевую полость, гидравлически связанную с осевым каналом, снабжен завихрителем и ступенчатым стержнем, которые соосно установлены внутри корпуса, при этом завихритель выполнен в виде охватывающей ступенчатый стержень полой цилиндрической втулки, на внутренней поверхности которой выполнена винтовая проточка, сообщающая входной патрубок с кольцевой полостью и с осевым каналом.
Способствует достижению технического результата то, что он снабжен центрирующим кольцом и фигурной втулкой, установленными внутри корпуса, при этом верхняя и нижняя части ступенчатого стержня выполнены цилиндрическими, средняя часть - конической, наружный диаметр верхней части ступенчатого стержня выполнен меньшим, чем наружный диаметр нижней части, ступенчатый стержень жестко связан нижним концом с корпусом, полая цилиндрическая втулка охватывает нижнюю и среднюю части ступенчатого стержня, а центрирующее кольцо установлено между наружной поверхностью завихрителя и внутренней поверхностью каркаса на уровне их верхних торцов и имеет в верней части выпуклую криволинейную поверхность, фигурная втулка выполнена с центральным осевым каналом, ее нижняя торцевая часть имеет вогнутую криволинейную поверхность, причем верхняя часть ступенчатого стержня размещена в центральном осевом канале фигурной втулки с зазором, а входной патрубок расположен по высоте корпуса ниже выходного патрубка.
В частном случае вогнутая криволинейная поверхность нижней торцевой части фигурной втулки и выпуклая криволинейная поверхность верхней части центрирующего кольца выполнены торообразными, при этом оси симметрии
торов, образующих при вращении упомянутые поверхности, совпадают с осями симметрии фигурной втулки и центрирующего кольца.
Предпочтительно чтобы фильтрующий элемент был выполнен из фторопласта.
Конструкция фильтра-сепаратора для очистки жидкости поясняется чертежом, на котором показан его продольный разрез.
Фильтр-сепаратор для очистки жидкости содержит корпус 1, имеющий форму полого цилиндра, заглушенного в нижней части.
Корпус 1 имеет два наружных боковых патрубка 2 и 3. Входной боковой патрубок 2 расположен тангенциально по отношению к корпусу 1. Боковые патрубки 2 и 3 расположены в нижней части корпуса 1, причем выходной патрубок 3 размещен по высоте корпуса 1 выше входного патрубка 2. Сверху на корпусе 1 установлена крышка 4, в которой выполнен осевой канал 5 для выпуска газа. С наружной стороны крышки 4 в осевом канале 5 располагается предохранительно-сбросовый клапан (на чертеже не показан) для автоматического выпуска отделенного от жидкости свободного газа.
Внутри корпуса 1 соосно установлен ступенчатый стержень 6, у которого верхняя и нижняя части имеют цилиндрическую форму, а средняя часть - коническую. Наружный диаметр верхней части ступенчатого стержня 6 выполнен меньшим, чем наружный диаметр нижней части. Нижний конец ступенчатого стержня 6 жестко связан с корпусом 1.
Между наружной поверхностью ступенчатого стержня 6 и внутренней боковой поверхностью корпуса 1 соосно расположены: завихритель 7, каркас 8 и фильтрующий элемент 9.
Завихритель 7 имеет вид полой цилиндрической втулки, на внутренней поверхности которой выполнена винтовая проточка.
Каркас 8 и фильтрующий элемент 9 также имеют цилиндрическую форму, причем на боковой поверхности каркаса 8 выполнены сквозные радиальные каналы. Нижней частью каркас 8 жестко закреплен внутри корпуса 1, например, с помощью резьбового соединения.
Фильтрующий элемент 9 может быть выполнен из различных материалов, в т.ч. из фторопласта. Например, в указанном фильтре-сепараторе могут быть использованы серийно выпускаемые фторопластовые фильтроэлементы типа ФЭП.
Завихритель 7 и фильтрующий элемент 9 установлены снаружи соответственно ступенчатого стержня 6 и каркаса 8 таким образом, что смежные боковые поверхности каждой пары деталей взаимодействуют между собой.
Центрирующее кольцо 10 жестко установлено между наружной поверхностью завихрителя 7 и внутренней поверхностью каркаса 8 на уровне их верхних торцов. Верхняя часть центрирующего кольца 10 имеет выпуклую криволинейную поверхность.
В верхней части корпуса 1, над завихрителем 7, каркасом 8, фильтрующим элементом 9 и центрирующим кольцом 10, жестко закреплена фигурная втулка 11 с центральным осевым каналом. Последний предназначен для размещения в нем с зазором верхней части ступенчатого стержня 6. Нижняя торцевая часть фигурной втулки 11 имеет вогнутую криволинейную поверхность.
Выпуклая криволинейная поверхность верхней части центрирующего кольца 10 и вогнутая криволинейная поверхность нижней торцевой части фигурной втулки 11 могут быть выполнены, например, торообразными. Оси симметрии торов, при вращении которых образуются упомянутые поверхности, совпадают с осями симметрии центрирующего кольца 10 и фигурной втулки 11.
Наружные поверхности фильтрующего элемента 9, и внутренняя поверхность корпуса 1 образуют кольцевую полость 12, гидравлически связанную с тангенциальным входным боковым патрубком 2.
Внутренняя поверхность каркаса 8 и наружная поверхность завихрителя, выполненного в виде полой цилиндрической втулки 7, образуют среднюю кольцевую полость, гидравлически связанную с внутренним каналом выходного бокового патрубка 3. Сверху средняя кольцевая полость ограничена центрирующим кольцом 10. На внутренней поверхности полой
цилиндрической втулки 7 выполнена винтовая проточка, сообщающая входной боковой патрубок 2 с кольцевой полостью и с осевым каналом 5.
Центрирующее кольцо 10 и фигурная втулка 11 формируют канал, сообщающий кольцевую полость 12 с винтовой проточкой и с осевым каналом 5.
Фильтр-сепаратор для очистки жидкости работает следующим образом.
Жидкость поступает внутрь корпуса 1 через тангенциально установленный по отношению к нему входной боковой патрубок 2. Далее поток жидкости перемещается по винтовой проточке завихрителя 7 в направлении снизу вверх, получает дополнительное тангенциальное ускорение и закручивается. За счет возникших центробежных сил обеспечивается растекание жидкости по внутренней поверхности винтовой проточки, выполненной в завихрителе 7. При этом растворенный в жидкости газ интенсивно переходит в свободное состояние, т.е. осуществляется дегазация жидкости.
Отделенный от жидкости газ постепенно накапливается в верхней части корпуса 1. При достижении заданного давления свободный газ с помощью сбросного клапана (не показан) через осевой канал 5 в крышке 4 стравливается из корпуса 1.
Поток дегазированной жидкости с механическими примесями попадает в кольцевую полость, образованную наружной поверхностью фильтрующего элемента 9 и внутренней поверхностью корпуса 1, и вынужден проходить через фильтрующий элемент 9 и радиальные каналы каркаса 8. Прохождение жидкости через фильтрующий элемент 9 обеспечивает эффективное отделение от нее механических частиц. Каркас 8 препятствует деформации фильтрующего элемента 9 в случае увеличения перепада давления на нем. После фильтрующего элемента 9 очищенная и дегазированная жидкость поступает сначала в кольцевое пространство, образованное наружной поверхностью завихрителя 7, а также внутренней поверхностью каркаса 8, затем в выходной боковой патрубок 3 и по нему удаляется из корпуса 1.
Промывка загрязненного фильтрующего элемента 9 может быть осуществлена путем организации обратной промывки (без разборки фильтра-сепаратора).
Механические примеси, скапливающиеся в кольцевой полости 13, частично удаляются в процессе обратной промывки, а полностью - в случае полной разборки фильтра-сепаратора при его плановом обслуживании.
Использование полезной модели повышает эффективность и надежность работы фильтра-сепаратора, обеспечивает отведение газовой составляющей очищаемой жидкости.