Дренажно -распределительная система фильтра
DRAINAGE AND DISTRIBUTION FILTER SYSTEM

Изобретение относится к конструкциям дренажно-распределительных систем или устройств для фильтров с насыпным слоем загрузки и может быть использовано в системах очистки воды на объектах водоснабжения, в пищевой, химической и других отраслях.
Известны дренажно-распределительные системы фильтров, содержащие выходной патрубок, подсоединенный к распределительной системе внутри фильтра в виде полости или трубчатого коллектора с фильтроэлементами типа колпачки ВТИ-К и коллекторы колпачковые для фильтров фирмы «Osmoncs» конической формы с продольными щелями, выполненные из пластмасс. Недостатком их является то, что они засоряются фильтрующими материалами, окислами, и зарастают солями жесткости, взвесями содержащимися в воде, недостаточно прочны  и быстро разрушаются при эксплуатации, особенно при гидроударах, что приводит к уносу загрузки  в сеть водоснабжения и канализации и выходу фильтров из строя.
Известно дренажно-распределительное устройство фильтра RU 2058178, МПК В01D 24/38 с щелевым колпачком, содержащим корпус в виде плоского кольца с соединительной втулкой и расположенную на корпусе шайбу с крышкой, на поверхности шайбы, обращенной к корпусу, выполнен кольцевой выступ с канавками, расположенными под углом к радиусу шайбы. Недостатком его является то, что оно сложно в изготовлении и требует затрат большого количества материала, т.к. для обеспечения проходного сечения для воды необходимо изготовить большое количество дисков из монолитного материала с канавками. Кроме того, оно не обеспечивает равномерный отвод фильтрата особенно из нижней части фильтра, т.к. канавки направлены радиально.
Известно дренажно-распределительное устройство ионообменного фильтра RU 2137526, МПК B01D 24/38,  B01J 47/02,  содержащее фильтроэлементы в виде трубчатого патрона с верхним колпачком из  фильтрующей сетки, причем фильтрующая сетка выполнена в форме тонкостенной трубы с перфорацией в виде сотовых отверстий, а верхний колпачок выполнен в форме тонкостенной торовой оболочки с перфорацией в виде сотовых отверстий. Недостатком его  является то, что он непрочен и будет разрушаться при гидроударах  и загрузке фильтрующего слоя, так как  корпус выполнен из тонкой сетки, сложен в изготовлении, т.к. требуется выполнение сложной торовой оболочки и специальных сотовых отверстий, практически применим только для ионообменных фильтров с легкой загрузкой, с дренажно-распределительной системой с установкой фильтроэлементов вниз от дренажно-распределительной системы, на равном удалении от донной части  фильтра, что значительно усложняет установку или замену фильтроэлементов при монтаже и эксплуатации. В фильтрах с дренажно-распределительной системой, где фильтроэлементы установлены вверх от распределительной системы, фильтрах с ложным днищем  или в дренажно-распределительной системе «на бетонном основании» не обеспечит равномерный отвод фильтрата особенно из нижней части фильтра и будет разрушаться при гидроударах  и загрузке фильтрующего слоя, например тяжелых фракций.
Наиболее близким аналогом к заявленному является дренажно-распределительное устройство фильтра RU 2397796, МПК В01D 23/38,  содержащее фильтроэлемент в виде дренажного колпачка с корпусом в виде усеченного конуса с продольными щелями, глухой крышкой и глухим донышком с отверстием, оборудованным штуцером. Недостатком этого дренажно-распределительного устройства является то, что  в фильтроэлементе продольные щели вдоль всей конической поверхности корпуса значительно снижают его прочность, что во время работы или обратной промывки, особенно при гидроударах, приводит к разрушению корпуса, уносу загрузки и выходу из строя всего фильтра. Выполнение корпуса коническим с продольными щелями снижает несущую способность фильтроэлементов от воздействия нагрузки сыпучего фильтрующего слоя, особенно при воздействии ударных нагрузок при заполнении фильтра тяжелой и крупнозернистой загрузкой. При выполнении дренажных щелей на конической поверхности корпуса фильтрующая загрузка между фильтроэлементами при промывках будет находиться в неподвижном состоянии и в ее поровом пространстве будут накапливаться загрязнения. Недостатком прототипа является неравномерный сбор фильтрата при отводе из фильтра, особенно из нижней части фильтра и пристеночных областей фильтра, где обычно скорость потоков больше, и неравномерное распределение воды при промывке фильтра, засорение и зарастание продольных щелей, выполненных в корпусе фильтроэлемента.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, – повышение долговечности и надежности дренажно-распределительной системы, стойкости к гидравлическим ударам, исключение уноса фильтрующей загрузки, снижение материалоемкости при изготовлении,  обеспечение удобства монтажа и эксплуатации, повышение производительности работы, увеличение продолжительности рабочего цикла фильтра и  уменьшение связанных с ним эксплуатационных затрат.
Данная задача решается за счет того, что заявленная дренажно-распределительная система фильтра с сыпучим фильтрующим слоем, содержащая выходной патрубок, подсоединенный к распределительной системе внутри фильтра и фильтроэлементы в виде полых тел вращения с патрубками,  присоединенные к распределительной системе посредством патрубков, фильтроэлементы дренажно-распределительный системы, каждый, выполнены  в виде корпуса цилиндрической формы с глухой крышкой сверху и донышком с отверстием, оборудованным штуцером, сопряженным с отверстием, снабжены двумя кольцами в виде обручей, а корпус выполнен с перфорацией в виде отверстий, расположенных  равномерно по поверхности цилиндра корпуса, дополнительно на всей поверхности  цилиндрической части корпуса размещена сетка с размером ячеек меньше размера перфорации, сетка установлена с зазором  от корпуса меньше размера ячейки сетки и по образующей закреплена между верхней частью корпуса и кольцом в виде обруча и между нижней частью корпуса и другим кольцом в виде обруча.
Донышко  каждого фильтроэлемента, предпочтительно, выполнено в виде диска, перфорированного  отверстиями, расположенными равномерно по поверхности донышка, снабжено дополнительно сеткой   в виде диска и дополнительным диском с центральными отверстиями под штуцер,  дополнительный диск выполнен перфорированным отверстиями, отверстия перфорации в корпусе, донышке и  дополнительном диске выполнены преимущественно круглыми, сетка выполнена с ячейками меньше диаметра отверстий перфорации донышка, установлена с зазором от донышка меньше размера ячейки сетки и закреплена между донышком и  дополнительным диском, отверстия перфорации в донышке совпадают с отверстиями в диске и одинаковы по размерам, фильтроэлемент установлен с зазором между донышком и стенкой распределительной системы, а отношение размеров диаметра фильтроэлемента к высоте корпуса составляет 2,2-3,1, а соотношение размеров ячеек сетки и отверстий перфорации составляет 0.04-0.1.
Верхний торец штуцера каждого фильтроэлемента, предпочтительно, входит внутрь корпуса фильтроэлемента и выступает над плоскостью донышка, причем отношение внутреннего диаметра штуцера к зазору между его торцом и крышкой фильтроэлемента находится в пределах 0.6-0.9.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является повышение прочности дренажно-распределительной системы, стойкости к гидравлическим ударам,  стойкости от ударов при загрузке крупнозернистыми  и тяжелыми  фильтрующими материалами, уменьшение засоряемости и зарастания, обеспечение равномерного сбора фильтрата в том числе из нижней части фильтра и дренажно-распределительной системы и от пристеночных областей, равномерной подачи промывной воды по объему загрузки, улучшения промывки загрузки и дренажа в областях под фильтроэлементами, простоты изготовления, снижения материалоемкости при изготовлении, удобство монтажа и эксплуатации.
Повышение прочности, стойкости к гидравлическим ударам,  стойкости от ударов при загрузке крупнозернистыми  и тяжелыми  фильтрующими материалами достигается за счет того, что  фильтроэлементы дренажно-распределительный системы  выполнены  в виде корпуса цилиндрической формы с глухой крышкой сверху, а корпус выполнен с перфорацией в виде отверстий, расположенных  равномерно по поверхности цилиндра корпуса, дополнительно на всей поверхности  цилиндрической части корпуса размещена сетка с размером ячеек меньше размера перфорации, сетка по образующей закреплена между верхней частью корпуса и кольцом в виде обруча и между нижней частью корпуса и другим кольцом в виде обруча, таким образом все основные нагрузки воспринимает цилиндрический корпус с донышком, а сетка несет нагрузки только на площади отверстий перфорации в корпусе и донышке, выполнение отверстий перфорации в корпусе круглыми увеличивает прочность корпуса и упрощает изготовление по сравнению с корпусом длинными щелями  по образующей, закрепление сетки двумя обручами также увеличивает прочность конструкции. Установка сетки с зазором  от корпуса меньше размера ячейки сетки  обеспечивает ей некоторую подвижность при каждой обратной промывке и предупреждает зарастание. Цилиндрическая часть сетки при этом может быть выполнена с небольшим перехлестом краев для компенсации изменения диаметра при обратной промывке.  Сетка обычно выполняется из проволоки круглого сечения с гладкой поверхностью, что уменьшает гидравлическое сопротивление, засоряемость и зарастание, например, по сравнению с треугольными в сечении щелями.
Выполнение дренажных отверстий на цилиндрической части улучшает  равномерность сбора фильтрата по площади фильтра и промывки по сравнению с дренажными системами с щелями на конической поверхности или на верхней части, в которых поток  неравномерен по площади и направлен главным образом вверх.  Цилиндрическая часть сетки при этом может быть выполнена с небольшим перехлестом краев для компенсации изменения диаметра при обратной промывке.
Выполнение дренажных отверстий на донышке и установка фильтроэлемента с зазором между донышком и стенкой распределительной системы, оптимальное отношение размеров диаметра фильтроэлемента к высоте корпуса 2,2-3,1 и отношение размеров ячеек сетки и отверстий перфорации 0.04-0.1 улучшает  равномерность сбора фильтрата и промывки в нижней части фильтра, увеличивает прочность и защиту при загрузке фильтрующего материала. Установка сетки с зазором  от донышка меньше размера ячейки сетки  обеспечивает ей некоторую подвижность при каждой обратной промывке и предупреждает засорение и зарастание.
Выполнение штуцера каждого фильтроэлемента  таким образом, что верхний торец входит внутрь корпуса фильтроэлемента и выступает над плоскостью донышка, причем отношение внутреннего диаметра штуцера к зазору между его торцом и крышкой фильтроэлемента находится в пределах 0.6-0.9, обеспечивает более равномерное распределение потока при сборе фильтрата и торможение и выравнивание потока при обратной промывке.
Выполнение  дренажно-распределительной системы,  фильтроэлементов и сетки  из нержавеющей стали исключает растрескивание и коррозию и  обеспечивает долговременную надежную работу.
Изобретение поясняется чертежами, которые не охватывают и тем более не ограничивают весь объем притязаний данного технического решения, а являются лишь иллюстрирующими материалами частного случая выполнения.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:
На фиг.1 – Общий вид дренажно-распределительной системы.
На фиг.2 – Разрез фильтроэлемента дренажно-распределительной системы.
Дренажно-распределительная система смонтирована в нижней части фильтра и содержит выходной патрубок  2,  подсоединенный к распределительной системе 1 внутри фильтра и фильтроэлементы  3. Фильтроэлемент представляет собой конструкцию в виде цилиндрического корпуса 4 с перфорацией, с крышкой 5, перфорированным донышком 6 с штуцером 7,  сеткой 8 вокруг корпуса, закрепленной обручами 9 и 10, сеткой в виде диска 11 и дополнительным диском 12.
Предлагаемая  дренажно-распределительная система работает следующим образом.
В режиме фильтрования отфильтрованная на сыпучем фильтрующем слое жидкость(вода) поступает  через сетку и отверстия в корпусах и донышках фильтроэлементов  во внутренний объем фильтроэлементов и далее через зазор между донышком и торцом патрубка по патрубку в распределительную систему и выходной патрубок. Выбранные соотношения размеров диаметра фильтроэлемента к высоте корпуса, соотношение размеров ячеек сетки и отверстий перфорации в корпусе и донышке, отношение внутреннего диаметра штуцера к зазору между его торцом и крышкой фильтроэлемента обеспечивают лучшие условия распределения потоков при необходимой прочности и получены опытным путем.
В режиме промывки промывная вода поступают через выходной патрубок, распределительную систему, штуцера фильтроэлементов, отразившись от крышек через отверстия в корпусах и донышках, через сетку на взрыхление сыпучего фильтрующего слоя. При этом сетка установленная с зазором  от корпуса меньше размера ячейки сетки под действием напора совершает небольшое  колебательное перемещение в направлении потока  при каждой обратной промывке и предупреждает  ее засорение и зарастание. Направление через боковые отверстия улучшает равномерное распределение потока, направление потока вниз через отверстия в донышке улучшает условия промывки в нижней части фильтрующего слоя и равномерное распределение потока.
Глухая прочная крышка фильтроэлемента обеспечивает его прочность и исключает повреждение сетки при загрузке фильтрующего слоя сверху.
Предложенная конструкция дренажно-распределительной системы реализована в фильтрах производства АО «Конверсия», которые  эффективно работают и подтверждают указанный технический результат на множестве объектов систем водоподготовки.