САМООЧИЩАЮЩИЙСЯ ФИЛЬТР

Область техники, к которой относится полезная модель.
Полезная модель относится к устройствам фильтрации жидких сред, а именно к самоочищающимся фильтрам, включающим подающую и отводящую трубы, фильтроэлемент, устройство для его очистки, привод, контрольно-измерительный прибор для измерения расхода жидкости и/или перепада давления в подающей и отводящей трубах, который связан с переключателем привода с возможностью его включения и отключения по заданной величине расхода или перепада давления на фильтре, линию сброса, в которой установлен клапан с возможностью сообщения внутренней полости фильтра с линией сброса при работе привода и может быть использована для очистки жидких сред, например, морской или другой воды открытых водоемов от твердых примесей, которая может использоваться для охлаждения теплообменников атомных электростанций.
Уровень техники.
Из уровня техники известен самоочищающийся фильтр, включающий подающую и отводящую трубы, фильтроэлемент, устройство для его очистки, привод, контрольно-измерительный прибор для измерения расхода жидкости и/или перепада давления в подающей и отводящей трубах, который связан с переключателем привода с возможностью его включения и отключения по заданной величине расхода или перепада давления на фильтре, линию сброса, в которой установлен клапан с возможностью сообщения внутренней полости фильтра с линией сброса при работе привода. См описание к патенту на изобретение РФ №2337745, опубликовано 10.11.2008.
Данный фильтр является наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к предлагаемому решению и взят за прототип предлагаемой полезной модели.
Недостатком его являются то, что очистка фильтроэлемента осуществляется прямым потоком жидкости, таким образом застрявшие в фильтроэлементе частицы грязи плохо удаляются. Отсутствие же промывки фильтроэлемента обратным потоком не дает возможности вывести эти засорения фильтроэлемента.
Раскрытие полезной модели.
Опирающееся на это оригинальное наблюдение настоящая полезная модель, главным образом, имеет целью предложить самоочищающийся фильтр, позволяющий, по меньшей мере, сгладить указанный выше недостаток, а именно обеспечить повышение эффективности очистки фильтрующего элемента за счет возможности очистки фильтроэлемента обратным потоком, при этом работа фильтра не прекращается, и направление потока фильтруемой (очищаемой) среды не меняется, что значительно снижает гидравлическое сопротивление фильтра в целом.
Для достижения этой цели фильтроэлемент выполнен из расположенных по окружности отдельных секций из перфорированных листов, жестко прикрепленных к подающей и/или отводящей трубе. Устройство для регенерации фильтра выполнено в виде кинематически связанного с приводом ротора, установленного в подающей трубе перед фильтроэлементом, имеющего перекрывающий элемент, перекрывающий часть фильтроэлемента, при этом ротор выполнен полым, и полость его соединена с линией сброса.
Благодаря такой выгодной характеристике становится возможным за счет перекрытия части фильтроэлемента обеспечивать обратный ток жидкости, который способен отрывать частицы грязи от фильтроэлемента, и становится возможным выводить частицы грязи от фильтроэлемента в линию сброса.
Существует вариант полезной модели, в котором привод выполнен в виде электродвигателя.
Благодаря такой выгодной характеристике фильтром становится проще управлять, ремонтировать, проводить замену узлов и агрегатов.
Существует вариант полезной модели, в котором ось вращения ротора совпадает с продольной осью подающей трубы.
Благодаря такой выгодной характеристике становится возможным за счет симметрии обеспечить равномерное распределение твердых частиц по фильтрующему элементу и, соответственно, обеспечить равномерное прохождение фильтруемой среды без изменения направления движения.
Существует вариант полезной модели, в котором отдельные секции фильтроэлемента выполнены вогнутыми в сторону отводящей трубы.
Благодаря такой выгодной характеристике становится возможным увеличить объем собираемой механической примеси без затруднения работы ротора обратной промывки и фильтра в целом.
Существует вариант полезной модели, в котором отдельные секции фильтроэлемента выполнены конусообразными.
Благодаря такой выгодной характеристике становится возможным использовать наиболее оптимальную объемную форму секций фильтроэлемента.
Существует вариант полезной модели, в котором отдельные секции фильтроэлемента выполнены из нержавеющей стали.
Благодаря такой выгодной характеристике становится возможным использовать материал, который одновременно и прочный и устойчив к коррозии.
Существует вариант полезной модели, в котором электродвигатель расположен снаружи фильтра, и кинематически связан с ротором устройства регенерации посредством трансмиссионного вала и ортогонального редуктора.
Благодаря такой выгодной характеристике значительно сокращается время замены или ремонта электродвигателя и фильтра в целом.
Существует вариант полезной модели, в котором перекрывающий элемент ротора устройства регенерации адаптирован для перекрывания по меньшей мере одной секции фильтроэлемента.
Благодаря такой выгодной характеристике становится возможным оптимизировать работу самоочищающегося фильтра.
Существует вариант полезной модели, в котором переключатель привода связан с контрольно-измерительным прибором для измерения расхода жидкости и/или перепада давления в подающей и отводящей трубах и включается и отключается по заданной величине расхода очищаемой жидкости или перепада давления на фильтре.
Благодаря такой выгодной характеристике становится возможным автоматизировать процесс включения-выключения режима самоочистки фильтра.
Существует вариант полезной модели, в котором линия сброса имеет клапан.
Благодаря такой выгодной характеристике становится возможным перекрывать линию сброса и открывать ее, в открытом состоянии регулировать поток через нее.
Существует вариант полезной модели, в котором линия сброса выполнена в виде круглой трубы, имеющий изогнутый участок, адаптированный для соединения с полостью ротора, при этом внутренний диаметр поперечного сечения трубы линии сброса выбран в диапазоне 0,1-0,3 внутреннего диаметра подающей трубы.
Благодаря такой выгодной характеристике становится возможным оптимизировать соотношение размеров деталей самоочищающегося фильтра и, как следствие, оптимизировать гидродинамический режим.
Существует вариант полезной модели, в котором подающая труба и/или отводящая труба имеет, по меньшей мере, одно круглое отверстие, закрываемой крышкой, образующее технологический люк.
Благодаря такой выгодной характеристике становится возможным обеспечивать доступ к внутреннему объему самоочищающегося фильтра для ремонта и замены деталей, например, секций фильтроэлемента.
Существует вариант полезной модели, в котором диаметр круглого отверстия технологического люка выбран в диапазоне 0,4-0,6 внутреннего диаметра подающей трубы.
Благодаря такой выгодной характеристике становится возможным оптимизировать соотношение размеров деталей самоочищающегося фильтра и сократить время на обслуживание фильтра.
Существует вариант полезной модели, в котором перекрывающий элемент ротора выполнен обтекаемым со стороны подающей трубы.
Благодаря такой выгодной характеристике становится возможным увеличить расход обратного поток жидкости, то есть исключить поток воды через зазор между ротором и фильтрующим элементом.
Совокупность существенных признаков предлагаемой полезной модели неизвестна из уровня техники для устройств аналогичного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» для полезной модели.
Краткое описание чертежей.
Другие отличительные признаки и преимущества полезной модели ясно вытекают из описания, приведенного ниже для иллюстрации и не являющегося ограничительным, со ссылками на прилагаемые рисунки, на которых:
- фигура 1 схематично изображает функциональную схему самоочищающегося фильтра согласно полезной модели.
- фигура 2 изображает внешний вид в изометрии самоочищающегося фильтра с частичным разрезом согласно полезной модели.
- фигура 3 изображает последовательность этапов работы самоочищающегося фильтра согласно полезной модели.
Согласно фигурам 1 и 2 самоочищающийся фильтр включает подающую 1 и отводящую 2 трубы, фильтроэлемент 3, устройство 4 для его очистки, привод 5, контрольно-измерительный прибор 6 для измерения расхода жидкости и/или перепада давления в подающей и отводящей трубах, который связан с переключателем 7 привода с возможностью его включения и отключения по заданной величине расхода или перепада давления на фильтре, линию сброса 8, в которой установлен клапан 81 с возможностью сообщения внутренней полости фильтра с линией сброса 8 при работе привода 5.
Фильтроэлемент 3 выполнен из расположенных по окружности отдельных секций 31 из перфорированных листов, жестко прикрепленных к подающей и/или отводящей трубе 1 или 2. Отдельные секции необходимы для обеспечения возможности работы, обратной промывки и ремонта фильтроэлемента, возможности замены отдельных секций.
Устройство 4 для регенерации фильтра выполнено в виде кинематически связанного с приводом ротора 41, установленного в подающей трубе 1 перед фильтроэлементом 3, имеющего перекрывающий элемент 42, перекрывающий часть фильтроэлемента 3, при этом ротор выполнен полым, и полость его соединена с линией сброса.
Преимущественно привод 5 выполнен в виде редуктора с электродвигателем.
Преимущественно ось вращения ротора 41 совпадает с продольной осью подающей трубы 1.
Преимущественно отдельные секции фильтроэлемента 31 выполнены вогнутыми в сторону отводящей трубы.
Преимущественно отдельные секции фильтроэлемента 31 выполнены конусообразными.
Преимущественно отдельные секции фильтроэлемента 31 выполнены из нержавеющей стали.
Электродвигатель расположен снаружи фильтра, и кинематически связан с ротором устройства регенерации посредством трансмиссионного вала 51, соединенного с электродвигателем 5 и ортогонального редуктора 52, соединенного с ротором 41 осью 53.
Перекрывающий элемент ротора 42 устройства регенерации 4 адаптирован для перекрывания по меньшей мере одной секции фильтроэлемента 31.
Переключатель привода 7 связан с контрольно-измерительным прибором 6 для измерения расхода жидкости и/или перепада давления в подающей и отводящей трубах и включается и отключается по заданной величине расхода очищаемой жидкости или перепада давления на фильтре.
Линия сброса 8 имеет клапан 81, для возможности регулирования потока сбрасываемой жидкости. Регулирование может производиться устройством регулирования клапана линии сброса 82.
Преимущественно линия сброса выполнена в виде круглой трубы, имеющий изогнутый участок, 83 адаптированный для соединения с полостью ротора 41, при этом внутренний диаметр поперечного сечения трубы линии сброса выбран в диапазоне 0,1-0,3 внутреннего диаметра подающей трубы.
Подающая труба 1 и/или отводящая труба 2 имеет, по меньшей мере, одно круглое отверстие 9, закрываемой крышкой 91, образующее технологический люк.
Диаметр круглого отверстия 9 технологического люка выбран в диапазоне 0,4-0,6 от внутреннего диаметра подающей трубы 1.
Перекрывающий элемент ротора 42 выполнен обтекаемым со стороны подающей трубы 1.
Стрелкой на фигурах изображено направление движения воды.
Снаружи подающей и отводящей труб могут быть установлены ножки 10, на которых фильтр устанавливается при эксплуатации.
Осуществление полезной модели.
Самоочищающийся фильтр работает следующим способом. (См. фиг. 3).
Существует два режима работы самоочищающегося фильтра:
- режим очистки жидкости;
- режим самоочистки фильтроэлемента при одновременной очистке жидкости.
Этап A1. Неочищенная жидкость поступает в приемную трубу 1. Далее она проходит сквозь фильтроэлемент 3, очищается, и поступает в отводящую трубу 2.
Этап A2. В режиме очистки жидкости измерительный прибор 6 для измерения расхода жидкости и/или перепада давления в подающей и отводящей трубах регистрирует перепад давления на фильтрующем элементе или расход фильтруемой жидкости. Вращения не происходит, ротор не крутится. В таком режиме перекрывающий элемент 42, перекрывает часть фильтроэлемента 3, преимущественно, одну секцию 31.
Этап A3. Если перепад давления превышает предельный или расход жидкости падает ниже предельного, измерительный прибор формирует сигнал на переключатель 7 привода 5 и переключатель привода клапана сбросной линии (при наличии), при этом фильтр включается в режим самоочистки фильтроэлемента, во время которого продолжается фильтрация очищаемой жидкости.
Этап A4. В режиме самоочистки происходит вращение ротора, очистка фильтрующего элемента обратной промывкой и сброс промывочной воды через линию сброса. Вращение с привода через трансмиссию 51 передается на ротор вращения 52 с перекрывающим элементом..
При открытии клапана на сбросной линии образуется перепад давления между внутренним объемом фильтра (избыточное давление) и внутренним объемом отводящей трубы с ротором и перекрывающим элементом (атмосферное давление). Под действием перепада давлений через сектор фильтроэлемента, закрытый перекрывающим элементом, возникает обратный поток жидкости, который эффективно удаляет загрязнения с фильтрующего элемента через перекрывающий элемент ротора в линию сброса.
Этап A5. Во избежание заклинивания ротора при попадании крупной фракции частиц или постороннего предмета в зазор между перекрывающим элементом ротора и фильтрующим элементом, при возрастании момента на валу может быть предусмотрена возможность автоматического реверса привода 5 ротора 41 с последующим восстановлением направления вращения ротора 41.
Последовательность этапов является примерной и позволяет переставлять, добавлять или производить некоторые операции одновременно без потери возможности обеспечивать выполнение всех функций самоочищающегося фильтра.
Промышленная применимость.
Предлагаемый самоочищающийся фильтр может быть реализован специалистом на практике и при реализации обеспечивает выполнение заявленного назначения. Возможность реализации специалистом на практике следует из того, что для каждого признака, включенного в формулу полезной модели на основании описания, известен материальный эквивалент, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость» для полезной модели.
В соответствии с предложенной полезной моделью заявителем были проведены расчеты конструкции самоочищающегося фильтра.
Расчеты конструкции показали, что самоочищающийся фильтр может позволить следующее:
- производить очистку фильтрующего элемента без прекращения основного процесса фильтрации, что позволяет использовать самоочищающийся фильтр по назначению непрерывно до проведения технического обслуживания или ремонта;
3
- конструкция самоочищающегося фильтра обеспечивает целостность фильтрующих элементов и внутрикорпусных механизмов при расходе очищаемой жидкости до 8800 м/ч;
- возможность периодического очищения фильтрующих элементов обратной промывкой в процессе фильтрации, т.е. возможность работы фильтра в двух режимах, а именно:
- режиме фильтрации - непрерывная очистка потока жидкости с номинальным (рабочим) расходом от механических примесей, которые накапливаются на секциях фильтроэлементов, тем самым повышая сопротивление самоочищающегося фильтра вплоть до максимально допустимого;
- режим самоочищения (промывки) - последовательная очистка секций фильтроэлементов от механических загрязнений частичным обратным потоком фильтруемой жидкости, которая вместе с загрязнениями сбрасывается через патрубок промывки, во время процесса фильтрации основного потока;
Во время режима фильтрации может быть обеспечено:
- перевод самоочищающегося фильтра в режим самоочищения при достижении максимально допустимого перепада давления на фильтрующем элементе или при снижении расхода фильтруемой жидкости ниже необходимого, то есть производится подача электропитания на электропривод ротора с одновременным включением линии сброса потока загрязненной воды через патрубок промывки;
- вывод из режима самоочищения может осуществляться через определенное время или через определенное количество оборотов ротора или по достижению заданных перепада давления фильтрующего элемента или расхода очищаемой жидкости, т.е. производится отключение электропитания электропривода ротора с одновременным закрытием линии сброса потока загрязненной воды через патрубок промывки.
- возможность автоматического реверса привода ротора при возрастании момента на валу при заклинивания с последующим восстановлением направления вращения ротора;
Дополнительно предлагаемая конструкция фильтра может обеспечивать:
- устойчивость и возможность закрепления его на фундаменте;
- очистку жидкости от механический включений с размером не менее 2 мм;
- возможность ремонта внутрикорпусных устройств без демонтажа фильтра из системы за счет наличия технологического люка.
Все это, в конечном счете, обеспечивает выполнение достигаемого технического результата - повышение эффективности очистки фильтрующего элемента при самоочистке фильтра.
Таким образом, предлагаемая полезная модель может быть эффективно использована для очистки жидких сред от механических примесей, например, для очистки морской воды, использующейся в качестве хладагента в теплообменниках атомных электростанций, от твердых примесей.