ФИЛЬТР С УВЕЛИЧЕННОЙ ПЛОЩАДЬЮ ФИЛЬТРАЦИИ
FILTER WITH INCREASED FILTRATION AREA

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Во многих областях применения требуется пропускание жидкостей через фильтр с целью удаления твердых примесей (таких, как инородные тела, скальные породы и твердые частицы). Примерами таких областей применения являются предприятия по очистке воды, предприятия по обработке опасных материалов и буровые установки. Например, в условиях нефтяных месторождений жидкость, используемую при добыче нефти, необходимо фильтровать посредством фильтрации. Обычно в таких процессах фильтрации используются плоские фильтры, монтируемые на металлических каркасах. Процессы изготовления и ремонта таких металлических фильтров являются затратными по времени, неэффективными и дорогостоящими. Кроме того, металлические фильтры существенно усиливают износ бурового оборудования - например, вибрационных грохотов.
В условиях многих нефтяных месторождений рабочее пространство чрезвычайно ограничено, и предельно допустимые габариты и вес оборудования имеют большое значение. Традиционные металлические фильтры являются тяжеловесными, и их трудно монтировать и демонтировать.
Кроме того, при эффективной фильтрации сокращается время, затрачиваемое на фильтрацию жидкости. Повышенная пропускная способность фильтров по жидкости позволяет быстро выполнять процесс фильтрации.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Указанные выше и другие отличительные признаки настоящего изобретения станут более понятными из последующего описания и прилагаемой формулы изобретения в совокупности с сопроводительными чертежами. С пониманием того, что эти чертежи иллюстрируют некоторые варианты реализации согласно изобретению и поэтому не считаются ограничивающими область его применения, изобретение описывается с дополнительной конкретикой и детализацией посредством сопроводительных чертежей.
На чертежах:
ФИГ. 1 представляет собой вид в перспективе примера устройства для фильтрации жидкости.
ФИГ. 2 представляет собой другой вид в перспективе примера устройства для фильтрации жидкости, показанного на ФИГ.1.
ФИГ. 3 представляет собой вид сбоку примера устройства для фильтрации жидкости.
ФИГ. 4 представляет собой вид сбоку примера устройства для фильтрации жидкости.
ФИГ. 5 представляет собой вид сбоку другого примера устройства для фильтрации жидкости.
ФИГ. 6 представляет собой вид сбоку еще одного примера устройства для фильтрации жидкости; каждый из примеров соответствует по меньшей мере одному варианту реализации настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
В последующем подробном описании приводятся ссылки на сопроводительные чертежи, являющиеся частью этого описания. На чертежах одинаковые компоненты обозначаются одними и теми же позициями, если из контекста не следует что-либо другое. Пояснительные варианты реализации, являющиеся предметом подробного описания и иллюстрируемые чертежами, не подразумевают какие-либо ограничения и приводятся в ознакомительных целях для пояснения. Возможно использование других вариантов реализации и внесение других изменений без отступления от идей и предметных вопросов, излагаемых здесь. Следует понимать, что аспекты настоящего изобретения, описываемые здесь в общем виде и иллюстрируемые чертежами, можно компоновать, заменять, объединять и конструировать в широком разнообразии различных конфигураций, каждая из которых подробно рассмотрена и стала частью настоящего изобретения.
Настоящее изобретение относится к системам, устройствам, аппаратам и/или способам, связанным с отсеивающей фильтрацией жидкостей. В частности, патентуемые системы, устройства, аппараты и/или способы относятся к фильтрации жидкостей с использованием фильтра, имеющего увеличенную площадь фильтрации.
На ФИГ. 1 и 2 представлены виды в перспективе примера устройства для фильтрации жидкости, соответствующего по меньшей мере одному варианту реализации настоящего изобретения. Пример устройства может включать в себя каркас 100 фильтра, состоящий из основной части 110, опорных элементов 150, выступов 120 и/или сетки 130 (например, тканой сетки). В некоторых примерах каркас 100 фильтра и/или его компоненты могут быть изготовлены из композитного материала - такого, как неметаллический материал - например, композитный сплав, композитный полимер и/или пластик.
В некоторых примерах основная часть 110 может содержать первый концевой элемент 102 и второй концевой элемент, которые могут проходить фактически параллельно друг другу. Основная часть 110 может включать в себя также первый конструктивный элемент 106 и второй конструктивный элемент 108, которые могут быть по отдельности соединены с первым концевым элементом 102 и со вторым концевым элементом 104. Первый элемент 106 и второй элемент 108 могут быть фактически параллельны один другому. При такой конструкции каркас 100 фильтра может иметь форму прямоугольника или квадрата.
Расстоянием между первым концевым элементом 102 и вторым концевым элементом 104 может являться ширина 180 основной части 110. Первый конструктивный элемент 106 и второй конструктивный элемент 108 могут быть удалены один от другого на расстояние, равное длине 170 основной части 110. Расстояние между верхней поверхностью и нижней поверхностью основной части 110 может являться высотой 190 основной части 110.
В некоторых примерах основная часть 110 может располагаться в горизонтальной плоскости (например, параллельно поверхности Земли). В таких примерах опорные элементы 150 и выступы 120 могут располагаться перпендикулярно горизонтальной плоскости (например, перпендикулярно поверхности Земли).
Каркас 100 фильтра может содержать опорный элемент (опорные элементы) 150, выступающие над основной частью 110. Опорные элементы 150 могут проходить между первым концевым элементом 102 и вторым концевым элементом 104 (например, по ширине 180 основной части 110) и соединяться с ними. Опорные элементы 150 контактируют с сеткой 130 и/или поддерживают ее и образуют конструкцию, на которой может быть закреплена сетка 130. Опорные элементы 150 способны также обеспечить жесткость конструкции и структурную прочность для каркаса 100 фильтра. Каждый из опорных элементов 150 может иметь толщину, достаточную для обеспечения опоры для основной части 110 и/или сетки 130. Примеры опорных элементов 150 можно изготавливать из композитных материалов и/или некомпозитных материалов.
Опорные элементы 150 могут включать в себя плоскую поверхность, проходящую параллельно первому конструктивному элементу 106 и второму конструктивному элементу 108. В некоторых примерах множество опорных элементов 150 может быть пространственно разнесено между собой и при этом располагаться в фактически параллельных плоскостях. В этом случае опорные элементы 150 располагаются по ширине основной части 110.
Некоторые участки плоской поверхности могут выступать над основной частью 110 на максимальную высоту (т.е., на высоту пика 125), а другие участки плоской поверхности могут находиться ниже верхней поверхности основной части 110 (т.е., во впадине 128). Плоская поверхность может включать в себя расположенные под углом наклона друг к другу пик 125 и впадину 128. При этом плоская поверхность может быть непрерывной по ширине основной части 110, и плоская поверхность может иметь высоту с перепадами от пиков 125 до впадин 128 и обратно по ширине основной части 110.
В некоторых примерах угол от впадины 128 к пику 125 может находиться в диапазоне от примерно 15 градусов до примерно 75 градусов. В некоторых примерах угол от впадины 128 к пику 125 может находиться в диапазоне от примерно 30 градусов до примерно 60 градусов. В некоторых примерах угол от впадины 128 к пику 125 может равняться примерно 45 градусам.
В некоторых примерах опорные элементы 150 могут содержать участок для оплавления 152 на вершине опорного элемента 150 или вблизи нее. Участок для оплавления 152 может быть смонтирован воедино с опорным элементом 150 либо может быть соединен с опорным элементом 150. Участок для оплавления 152 может проходить по всей длине опорных элементов 150 либо занимать лишь часть длины опорного элемента 150.
В некоторых примерах сетка 130 может быть присоединена оплавлением к каркасу 100 фильтра путем расплавления участка для оплавления 152 опорных элементов 150 таким способом, при котором часть участка для оплавления 152 проходит сквозь сетку 130, где участок для оплавления 152 контактирует с сеткой 130. Участок для оплавления 152 можно довести до затвердевания на позициях прохождения сквозь сетку 130 и/или по ее периметру, обеспечивая тем самым эффективное присоединение сетки 130 к каркасу фильтра 100. В некоторых примерах присоединение оплавлением может включать в себя воздействие аппарата для оплавления на верхнюю поверхность каркаса 100 фильтра (или вблизи нее). Примером аппарата для оплавления может являться источник тепла (например, горячая пластина) и/или источник вибрации (например, ультразвуковой сварочный аппарат).
Каркас 100 фильтра может содержать выступ(ы) 120, 121, возвышающиеся над основной частью 110. Выступы 120, 121 могут проходить между первым конструктивным элементом 106 и вторым конструктивным элементом 108 (т.е., по длине 170 основной части 110) и соединяться с ними. Выступы 120, 121 могут контактировать с сеткой 130 и/или поддерживать ее и образуют конструкцию, на которой может быть закреплена сетка 130. Выступы 120, 121 способны также обеспечить жесткость конструкции и структурную прочность для каркаса 100 фильтра. Примеры выступов 120,121 можно изготавливать из композитных материалов и/или некомпозитных материалов.
Некоторые выступы 120 могут возвышаться над основной частью 110 на первое расстояние (т.е., высоту), а другие выступы 121 могут возвышаться над основной частью 110 на другое расстояние (высоту). В некоторых примерах, таких как пример, приведенный на ФИГ. 1 - 2, первое расстояние отличается от второго расстояния.
В некоторых примерах опорные элементы 150 могут пересекать выступ(ы) 120, 121. В некоторых примерах опорные элементы 150 могут пересекать выступы 120 под углом, близким к 90 градусам, в результате чего опорные элементы 150 и выступы 120, 121 оказываются в фактически перпендикулярных друг другу плоскостях.
В некоторых примерах выступ(ы) 120, 121 и опорный элемент(опорные элементы) 150 могут быть соединены между собой с разницей по высоте. Например, один выступ 120 может быть соединен с опорным элементом 150 на первой высоте, а другой выступ 120 может быть соединен с опорным элементом 150 на второй высоте, отличающейся от первой.
Первая высота может отличаться от второй высоты настолько, чтобы получить волнообразный профиль сетки 130, располагаемой поверх выступов 120, 121 - такой, какой показан на ФИГ. 2. Как видно из ФИГ. 1-2, выступы 120 могут иметь высоту, при которой соединение с опорными элементами 150 выполняется на пиках 125, а выступы 121 могут иметь высоту, при которой соединения с опорными элементами 150 выполняется во впадинах 128.
В примере, представленном на ФИГ. 1-2, выступы 120 и 121 образуют комбинацию, в которой за каждым выступом 120 следуют два выступа 121. Данная комбинация строится таким образом, что один выступ 120 соединяется с опорным элементом 150 на пиках 125 и два выступа 121 соединяются с опорным элементом 150 на впадинах 128. В некоторых примерах возможно формирование других комбинаций, а в других примерах выступы 120, 121 могут располагаться разрозненно без формирования комбинаций.
В некоторых примерах все пики 125 могут иметь одинаковую высоту над основной частью 110. В этих примерах пики 125 могут образовывать стабильный волнообразный профиль, в котором пики 125 имеют одну и ту же высоту.
В других примерах все впадины 128 могут иметь одинаковую высоту по отношению к основной части 110 (или располагаться на его уровне). В этих примерах впадины 128 могут образовывать стабильный волнообразный профиль, в котором впадины 128 имеют одну и ту же высоту.
В некоторых примерах выступы 120 могут находиться только на пиках 125, а впадины 128 могут быть образованы на позициях, где отсутствуют выступы 121.
В некоторых примерах выступы 120, 121 могут содержать участок для оплавления 122 на вершинах выступов 120, 121 или вблизи них. Участок для оплавления 122 может быть смонтирован воедино с выступом 120, 121 либо может быть соединен с выступом 120, 121. Участок для оплавления 122 может проходить по всей длине выступа 120, 121 либо занимать лишь часть длины выступа 120, 121.
В некоторых примерах сетка 130 может быть присоединена оплавлением к каркасу 100 фильтра путем расплавления участка для оплавления 122 выступов 120, 121 таким способом, при котором часть участка для оплавления 122 проходит сквозь сетку 130, где участок для оплавления 122 контактирует с сеткой 130. Участок для оплавления 122 можно довести до затвердевания на позициях прохождения сквозь сетку 130 и/или по ее периметру, обеспечивая тем самым эффективное присоединение сетки 130 к каркасу фильтра 100. В некоторых примерах присоединение оплавлением может включать в себя воздействие аппарата для оплавления на верхнюю поверхность каркаса 100 фильтра (или вблизи нее). Примером аппарата для оплавления может являться источник тепла (например, горячая пластина) и/или источник вибрации (например, ультразвуковой сварочный аппарат).
В некоторых примерах опорные элементы 150 и выступы 120, 121 могут включать в себя и/или образовывать отверстия и/или апертуры, через которые возможно прохождение жидкости после протекания через сетку 130. В этом случае отсутствует ограничение потока жидкости опорными элементами 150 и выступами 120, 121 и соответственно не создаются препятствия прохождению потока жидкости через устройство для фильтрации в целом.
В некоторых примерах каркасы 100 фильтра могут включать в себя элемент(ы) усиления конструкции фильтра, способные обеспечить жесткость конструкции и структурную прочность каркаса 100 фильтра. В некоторых примерах элементы усиления конструкции могут располагаться внутри основной части 110 либо на одной и/или более боковых поверхностях основной части 110. Элементы усиления конструкции некоторых примеров фильтров могут содержать металл (например, сталь) и/или композитные материалы (например, полипропилен со стеклянным наполнителем). В некоторых примерах каркас 100 фильтра может содержать литой профиль из композитного материала по периметру материала (материалов) для усиления конструкции.
В некоторых примерах каркас 100 фильтра может быть изготовлен в виде цельного блока или может быть скомпонован из множества деталей. Каркас 100 фильтра (или его части) можно изготавливать по известным технологиям, включая, например, инжекционное литье. Некоторые каркасы 100 фильтров могут включать в себя основную часть 110, опорные элементы 150 и выступы 120, изготавливаемые методом инжекционного литья в виде цельного блока. Некоторые каркасы 100 фильтров могут включать в себя основную часть 110, опорные элементы 150 и выступы 120, изготавливаемые методом инжекционного литья в виде отдельных компонентов и соединяемые между собой методом оплавления.
В некоторых примерах опорные элементы 150 и/или выступы 120, 121 могут быть съемными и/или заменяемыми, образуя тем самым модульную структуру. В некоторых примерах часть сетки 130 может быть соединена оплавлением с частью опорных элементов 150 и/или выступов 120, 121 для создания модульных деталей. Несколько модульных деталей сетки 130 соединяются между собой оплавлением и могут быть вместе соединены с каркасом 100 фильтра. В этом случае можно применять техническое обслуживание не ко всему устройству, а лишь к его части - например, к одной модульной детали. Например, если в сетке 130 появляется разрыв или пробоина, можно снимать для замены или ремонта только конкретный модульный элемент с поврежденным участком фильтра.
ФИГ. 3 представляет собой вид сбоку части примера устройства для фильтрации жидкости, соответствующего по меньшей мере одному варианту реализации настоящего изобретения. Каркас 300 фильтра может включать в себя основную часть 310 с базовой высотой 315, выступ(ы) 322, 324, соединительный элемент (соединительные элементы) 340 и/или опорный элемент(ы) 350. Опорный элемент (опорный элементы) 350 может быть соединен с выступом (выступами) 320. Выступы 322, 324 и/или опорные элементы 350 могут контактировать с фильтром и/или поддерживать его. На ФИГ. 3 выступ(ы) 322, 324 и опорный элемент(ы) 350 соединяются между собой с разницей по высоте. В частности, выступы 322 могут быть соединены с опорным элементом 350 на первой высоте (от основной части 310 до линии 360), а выступы 324 могут быть соединены с опорным элементом 350 на второй высоте (от основной части 310 до линии 370), превышающей первую. В некоторых примерах первая высота и вторая высота могут превышать высоту основной части 315. В этом случае выступы 322, 324 и опорные элементы 350 образуют волнообразный профиль, или комбинацию (в проекции от боковой стороны или от вершины каркаса фильтра).
Сетка может контактировать с выступами 322, 324 и/или опорными элементами 350 и опираться на них. При таком построении сетка может иметь такую форму, при которой по меньшей мере часть сетки выступает над верхней поверхностью основной части 310. В некоторых примерах сетке может быть придан волнообразный профиль, аналогичный волнообразному профилю, образуемому выступами 322, 324 и опорными элементами 350. В этом случае сетка может по форме точно копировать расположение выступов 322, 324 и опорных элементов 350 или согласовываться с ним. Сетка может проходить фактически по всей длине и/или по всей ширине примерах устройства для фильтрации жидкости.
Форма сетки (например, волнообразный профиль) позволяет увеличивать площадь поверхности сетки 130. В этом случае возможно пропускание через сетку 130 большего объема жидкости, нежели через обычный фильтр с плоскопараллельными поверхностями. Поскольку через сетку 130 может протекать увеличенное количество жидкости, благодаря форме сетки повышается пропускная способность или коэффициент фильтрации.
ФИГ. 4 представляет собой вид сбоку части примера устройства для фильтрации жидкости, соответствующего по меньшей мере одному варианту реализации настоящего изобретения. Каркас 400 фильтра может включать в себя основную часть, выступ(ы), соединительный элемент(ы) и/или опорный элемент(ы) 450. Как и на ФИГ. 3, выступы и опорные элементы 450 образуют волнообразный профиль, или комбинацию (в проекции от боковой стороны или от верха каркаса 400 фильтра). Возможно наличие зазора, или впадины 452 между пиками 454 опорных элементов 450. Сетка может контактировать с выступами и/или опорными элементами 450 и опираться на них. В некоторых примерах сетка может иметь волнообразную форму, аналогичную волнообразному профилю, образованному выступами и опорными элементами 450. В этом случае сетка может в максимальной степени копировать волнообразный профиль выступов и опорных элементов 450 или согласовываться с ним.
ФИГ. 5 представляет собой вид сбоку части другого примера устройства для фильтрации жидкости, соответствующего по меньшей мере одному варианту реализации настоящего изобретения. Каркас 500 фильтра может включать в себя основную часть, выступ(ы), соединительный элемент (соединительные элементы) и/или опорный элемент (опорные элементы) 550. Выступы и опорные элементы 550 образуют прямоугольный и/или квадратный профиль (в проекции от боковой стороны каркаса 500 фильтра). Возможно наличие зазора, или впадины 552 между пиками 554 опорных элементов 550. Сетка может контактировать с выступами и/или опорными элементами 550 и опираться на них. В некоторых примерах сетка может иметь прямоугольную и/или квадратную форму, аналогичную прямоугольному и/или квадратному профилю, образованному выступами и опорными элементами 550. В этом случае сетка может в максимальной степени копировать прямоугольный и/или квадратный профиль выступов и опорных элементов 550 или согласовываться с ним.
ФИГ. 6 представляет собой вид сбоку части еще одного примера устройства для фильтрации жидкости, соответствующего по меньшей мере одному варианту реализации настоящего изобретения. Каркас 600 фильтра может включать в себя основную часть, выступ(ы), соединительный элемент(соединительные элементы) и/или опорный элемент(опорные элементы) 650. Выступы и опорные элементы 650 образуют круглые профили (в проекции от боковой стороны каркаса 600 фильтра). Возможно наличие зазора, или впадины 652 между пиками 654 опорных элементов 650. Сетка может контактировать с выступами и/или опорными элементами 650 и опираться на них. В некоторых примерах сетка может иметь округлую форму, аналогичную круглому профилю, образованному выступами и опорными элементами 650. В этом случае сетка может в максимальной степени копировать круглый профиль выступов и опорных элементов 650 или согласовываться с ним.
В некоторых аспектах настоящего изобретения устройство для фильтрации жидкости может включать в себя каркас фильтра, содержащий основную часть и выступы, выходящие наружу из основной части. По меньшей мере один выступ может возвышаться над основной частью на первое расстояние, и по меньшей мере один выступ может возвышаться над основной частью на второе расстояние.
В некоторых аспектах настоящего изобретения устройство для фильтрации жидкости может содержать каркас, выступы и фильтр. Выступы могут быть связаны с каркасом. По меньшей мере один выступ может иметь первую высоту, превышающую высоту каркаса, и по меньшей мере один выступ может иметь вторую высоту, превышающую первую высоту. Фильтр может контактировать с выступами и/или опираться на них. Фильтр может по форме фактически совпадать с профилем, образованным выступами.
В некоторых аспектах настоящего изобретения устройство для фильтрации жидкости может содержать первый концевой элемент, второй концевой элемент, первый конструктивный элемент, второй конструктивный элемент и выступы. Первый концевой элемент и второй концевой элемент могут быть фактически параллельны один другому. Первый конструктивный элемент и второй конструктивный элемент могут быть по отдельности соединены с первым и вторым концевыми элементами и могут быть фактически параллельны один другому. Выступы могут быть фактически параллельны первому и второму концевым элементам. Каждый из выступов может быть соединен с первым конструктивным элементом и вторым конструктивным элементом. По меньшей мере один выступ может иметь первую высоту, и по меньшей мере один выступ может иметь вторую высоту.
Несмотря на то, что в данном документе изложены различные аспекты и варианты реализации, для специалистов в данной области очевидно наличие других аспектов и вариантов реализации. Различные аспекты и варианты реализации, рассмотренные в данном документе, носят демонстрационный характер и не подразумевают никаких ограничений в рамках истинной области применения и идей, определяемых приводимой ниже формулой изобретения.