САМООЧИЩАЮЩИЙСЯ ФИЛЬТР

Полезная модель относится к области водоподготовки, а более конкретно к фильтрам для очистки воды от загрязнений.
Из уровня техники известен самоочищающийся фильтр, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с верхней и нижней крышками, а также с нижним подводящим и верхним отводящим патрубками, цилиндрический фильтрующий элемент, расположенный соосно внутри корпуса и таким образом, что его внутренняя полость сообщается с установленным на нижней крышке подводящим патрубком, а также средства для очистки фильтрующего элемента, размещенные в полости фильтрующего элемента, соосно его оси и с возможностью вращения вокруг нее с обеспечением механического контакта с внутренней поверхностью фильтрующего элемента (см. патент US-А-№3574509, 1971).
Недостаток этого самоочищающегося фильтра - большие потери напора жидкости на входе в корпус. Кроме того, имеет место быстрая загрязняемость фильтрующего элемента.
Известен также самоочищающийся фильтр, взятый в качестве прототипа и содержащий вертикальный цилиндрический корпус с тангенциально расположенным в его верхней части подводящим патрубком, с радиально расположенным отводящим патрубком в нижней части корпуса; цилиндрический фильтрующий элемент, расположенный соосно внутри корпуса и соединенный с ним в своей нижней части с помощью кольцевого элемента с образованием дна кольцевой полости, сообщающейся в своей нижней части с тангенциально расположенным относительно корпуса патрубком для отвода загрязнений; а также промывочное устройство, размещенное внутри фильтрующего элемента с возможностью вращения вокруг его оси и связанное со средствами для подачи промывочной жидкости, при этом промывочное устройство, включает центральный коллектор, выполненный в виде полого вала, установленного соосно корпусу на верхнем и нижнем подшипниковых узлах и связанного своим нижним концом с приводом вращения, а верхним - со средствами для подачи промывочной жидкости, а также периферийный коллектор, установленный параллельно образующей внутренней
поверхности фильтрующего элемента на центральном коллекторе и сообщающийся с его полостью, причем периферийный коллектор снабжен соплами, расположенными на нем в продольном направлении и ориентированными в направлении к внутренней поверхности фильтрующего элемента (см. патент US-A-№4297209, 1981).
В прототипе, благодаря тангенциальному относительно корпуса расположению подающего патрубка, обеспечивается, во-первых, минимальная потеря напора жидкости на входе в корпус самоочищающегося фильтра, а во-вторых, закрутка потока жидкости, в результате которой происходит предварительная очистка жидкости от крупных взвесей, которые под действием центробежных сил отбрасываются от фильтрующего элемента и накапливаются затем в нижней части кольцевой полости, образованной корпусом и фильтрующим элементом. Последнее обстоятельство позволяет уменьшить скорость загрязнения фильтрующего элемента.
Недостаток прототипа заключается в том, что он не обеспечивает ни предварительной очистки жидкости от мелких и легких (имеющих удельный вес, не превышающий удельный вес жидкости) примесей, ни эффективного удаления их из полости корпуса. Кроме того, в известном самоочищающемся фильтре не обеспечивается одинаковых условий в вертикальном направлении для подачи жидкости на фильтрующий элемент и для отвода отфильтрованной жидкости, поскольку канал для подачи жидкости на фильтрующий элемент и канал для отвода отфильтрованной жидкости имеют постоянную площадь сечения по всей высоте фильтрующего элемента.
Настоящая полезная модель направлена на решение технической задачи по обеспечению предварительной очистки жидкости, поступающей на фильтрующий элемент не только от крупных примесей, но и от легких и мелких примесей, а также их сбор, при одновременном обеспечении одинаковых условий в вертикальном направлении для подвода жидкости к фильтрующему элементу и для отвода отфильтрованной жидкости.
Поставленная задача решена тем, что в самоочищающемся фильтре, содержащем вертикальный цилиндрический корпус с тангенциально расположенными подводящим патрубком и первым патрубком для отвода загрязняющих примесей, а также с отводящим патрубком, осесимметричный фильтрующий элемент, расположенный соосно внутри корпуса, и
промывочное устройство, размещенное внутри фильтрующего элемента с возможностью вращения вокруг его оси от привода, при этом промывочное устройство включает центральный коллектор, выполненный в виде полого вала, установленного соосно корпусу на верхнем и нижнем подшипниковых узлах и снабженного средствами для подачи в него промывочной жидкости, а также первый периферийный коллектор, установленный параллельно образующей внутренней поверхности фильтрующего элемента на центральном коллекторе и сообщающийся с его полостью, причем первый периферийный коллектор снабжен соплами, расположенными на нем в продольном направлении и ориентированными в направлении к внутренней поверхности фильтрующего элемента, согласно полезной модели, фильтрующий элемент выполнен в виде полого усеченного конуса с большим основанием, обращенным вверх и по периметру соединенного с корпусом, с внешней стороны которого выполнена кольцевая камера, снабженная вторым патрубком для отвода загрязняющих примесей и сообщающаяся с полостью, расположенной между корпусом и фильтрующим элементом на участке, прилегающем к месту их соединения между собой, отводящий патрубок установлен в верхней части корпуса над кольцевой камерой, первый патрубок для отвода загрязняющих примесей установлен вблизи дна корпуса а подводящий патрубок установлен в нижней части корпуса, при этом разность расстояний соответственно от оси подводящего патрубка и оси первого патрубка для отвода загрязняющих примесей до дна корпуса не меньше полусуммы их диаметров. Кроме того, поставленная задача решена тем, что:
- промывочное устройство дополнительно содержит, по крайней мере, второй периферийный коллектор, выполненный идентично первому периферийному коллектору, при этом периферийные коллекторы установлены на центральном коллекторе на одинаковом угловом расстоянии друг от друга;
- отводящий патрубок установлен тангенциально по отношению к корпусу.
Преимущество предложенного самоочищающегося фильтра по сравнению с прототипом заключается в том, что, благодаря нижней подаче жидкости в корпус, выполнению фильтрующего элемента в виде полого усеченного конуса с большим основанием, обращенным вверх и по периметру
соединенного с корпусом, выполнению с внешней стороны корпуса кольцевой камеры, снабженной вторым патрубком для отвода загрязняющих примесей и сообщающейся с полостью, расположенной между корпусом и фильтрующим элементом на участке, прилегающем к месту их соединения между собой, а также установке отводящего патрубка в верхней части корпуса над кольцевой камерой и первого патрубка для отвода загрязняющих примесей - вблизи дна корпуса, обеспечивается дополнительная предварительная очистка жидкости, поступающей на фильтрующий элемент, от мелких и легких примесей, которые под действием вертикальной составляющей скорости потока жидкости, а также (в случае легких частиц примеси) имеющей тоже направление выталкивающей (подъемной) силы попадают в кольцевую камеру, где происходит их накопление. В результате уменьшается количество не только крупных примесей, но и мелких и легких, которые оседают на фильтрующем элементе, а следовательно увеличивается интервал времени между операциями, связанными с промывкой фильтрующего элемента. Кроме того выполнение фильтрующего элемента в виде полого усеченного конуса с расположенным в зоне подачи жидкости меньшим основанием обеспечивает не только одинаковые условия в вертикальном направлении для подачи жидкости на фильтрующий элемент и для отвода отфильтрованной жидкости (вследствие монотонного уменьшения площади сечения канала для подачи жидкости на фильтрующий элемент и по тому же закону увеличения площади сечения канала для отвода отфильтрованной жидкости), но и существенное выравнивание величины скорости вдоль закрученного потока жидкости, движущегося по каналу между корпусом и фильтрующим элементом. В результате не только увеличивается эффективность (под действием центробежных сил) предварительной очистки жидкости от крупных примесей, но повышается вероятность смывания потоком жидкости уже осевших на фильтрующий элемент примесей. Следует также отметить, что предложенное выполнение и расположение фильтрующего элемента снижает также и вероятность повторного попадания на фильтрующий элемент частиц примеси, удаленных с него в процессе промывки.
Установка отводящего патрубка тангенциально по отношению к корпусу приводит к дополнительному увеличению степени закрутки потока жидкости, подаваемого на фильтрующий элемент.
Введение дополнительных периферийных коллекторов, установленных на центральном коллекторе на одинаковом угловом расстоянии друг от друга, повышает эффективность промывки фильтрующего элемента, а следовательно уменьшается время, необходимое для промывки фильтрующего элемента.
В дальнейшем полезная модель поясняется конкретным примером, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения ожидаемого технического результата приведенной выше совокупностью существенных признаков.
На чертеже схематично изображен самоочищающийся фильтр, продольный разрез.
Самоочищающийся фильтр содержит вертикальный цилиндрический корпус 1, подводящий патрубок 2, отводящий патрубок 3, первый патрубок 4 для отвода загрязняющих примесей, второй патрубок 5 для отвода загрязняющих примесей, фильтрующий элемент, 6 и промывочное устройство 7. Фильтрующий элемент 6, например, сетчато-листовой на каркасе, выполнен осесимметричным, а именно, в виде полого усеченного конуса с обращенным вверх большим основанием, фильтрующий элемент 6 расположен внутри корпуса 1, соосно его оси 8 и соединен с ним по периметру своего большого основания. С внешней стороны корпуса 1 выполнена кольцевая камера 9, которая сообщается посредством кольцевой щели 10 (или посредством равномерно расположенных по окружности сквозных отверстий, выполненных в корпусе 1) с полостью, расположенной между корпусом 1 и фильтрующим элементом 6 на участке, прилегающем к месту соединения корпуса 1 и фильтрующего элемента 6 между собой, и снабжена тангенциально установленным вторым патрубком 5 для отвода загрязняющих примесей. Первый патрубок 4 для отвода загрязняющих, примесей установлен вблизи дна 11 корпуса 1 и тангенциально по отношению к нему, а подводящий патрубок 2 установлен также тангенциально в нижней части корпуса 1, при этом расстояние между осью 12 подводящего патрубка 2 и дном 11 больше расстояния между осью 13 первого патрубка 4 для отвода загрязняющих примесей и дном 11 по крайней мере на полусумму их диаметров. Иными словами, разность упомянутых выше расстояний не меньше полусуммы диаметров подводящего патрубка 2 и первого патрубка 4 для отвода загрязняющих примесей. Отводящий патрубок 3 установлен,
предпочтительно, тангенциально в верхней части корпуса 1 над кольцевой камерой 9. Промывочное устройство 7 размещено внутри фильтрующего элемента 6 с возможностью вращения вокруг оси 8 при помощи, например, ручного привода 14. Промывочное устройство 7 включает центральный коллектор, который выполнен в виде полого вала 15, установленного соосно оси 8 на верхнем 16 и нижнем 17 подшипниковых узлах и снабженного средствами для подачи в него промывочной жидкости, например патрубком 18. Кроме того, промывочное устройство 7 содержит, по крайней мере, один периферийный коллектор 19. В предпочтительном варианте осуществления полезной модели промывочное устройство 7 содержит несколько одинаковых периферийных коллекторов например, как показано на чертеже, два 19 и 19', которые посредством соответствующих трубок 20 и 20' установлены на центральном коллекторе (вале 15) параллельно образующей внутренней поверхности фильтрующею элемента 6 и сообщаются с полостью вала 15. Периферийные коллекторы установлены на центральном коллекторе на одинаковом угловом расстоянии друг от друга. Иными словами, в случае использования двух периферийных коллекторов 19 и 19' - они установлены на валу 15 под углом 180°, т.е. напротив друг друга. Каждый периферийный коллектор 19 и 19' снабжен соплами 21 и 21' соответственно, которые расположены на каждом из них в продольном направлении (в виде сопловой линейки) и ориентированы в направлении к внутренней поверхности фильтрующего элемента 6, например под прямым углом.
Кроме представленного на чертеже варианта осуществления полезной модели с использованием ручного привода 14 для вращения промывочного устройства 7 могут быть использованы и другие известные приводы, например электромеханические, как в прототипе, или установленные на периферийных коллекторах тангенциальные сопла (см. патент RU-A1-№1424178, 1985, патент US-A-№4042504, 1976), создающие реактивную тягу. Верхний 16 и нижний 17 подшипниковые узлы в предпочтительном варианте осуществления полезной модели выполнены комбинированными, а именно: верхний подшипниковый узел 16 - в виде двойного цилиндрического/сферического, подшипника скольжения, а нижний 17 в виде двойного упорного/сферического подшипника скольжения.
Самоочищающийся фильтр работает следующим образом. Исходная жидкость по подающему патрубку 2 поступает в полость корпуса 1, а
тангенциальное положение подающего патрубка 2 обеспечивает минимальную потерю напора жидкости на входе в корпус 1 и закрутку потока. При этом, благодаря закрутке потока жидкости, часть механических крупных загрязняющих примесей отбрасывается в направлении к корпусу 1, а затем под действием гравитационной силы оседает и накапливается в донной части полости корпуса 1. Кроме того, часть мелких и легких загрязняющих примесей под действием вертикальной составляющей потока жидкости, а также (в случае легких загрязняющих примесей) и под действием выталкивающей силы поднимаются вверх и через кольцевую щель 10 попадают в кольцевую камеру 9, где происходит их накопление. Остальные же загрязняющие примеси задерживаются на фильтрующем элементе 6. Отфильтрованная жидкость через отводящий патрубок 3 направляется потребителю. При этом, как уже отмечалось выше, предложенное выполнение и расположение фильтрующего элемента 6 обеспечивает одинаковые условия в вертикальном направлении для подачи жидкости на фильтрующий элемент 6 и для отвода отфильтрованной жидкости.
По мере накопления загрязняющих примесей на фильтрующем элементе 6 происходит увеличение перепада давления на нем. По достижении предельно допустимого значения перепада давления, которое измеряется, аналогично тому как в прототипе, на входе и выходе самоочищающегося фильтра, осуществляется подача промывочной жидкости через патрубок 18 в центральный коллектор, а именно в полость вала 15, из которого промывочная жидкость по трубкам 20 и 20' поступает соответственно в периферийные коллекторы 19 и 19', а далее к соплам 21 и 21'. Одновременно осуществляется отвод жидкости через первый 4 и второй 5 патрубки для отвода загрязняющих примесей. Выходящие из сопел 21 и 21' струи промывочной жидкости смывают осевшие на фильтрующий элемент 6 загрязняющие примеси, которые вместе с накопившимися в донной части полости корпуса 1 и в кольцевой камере 9 удаляются соответственно через первый 4 и второй 5 патрубки для отвода загрязняющих примесей. Благодаря вращению (вручную или с помощью того или иного привода) промывочного устройства 7 вокруг оси 8 обеспечивается очистка всего фильтрующего элемента 6 от осевших на него загрязняющих примесей. После восстановления перепада давления на фильтрующем элементе 6, подача промывочной жидкости в полость вала 15 прекращается и одновременно прекращается отвод жидкости
через патрубки 4 и 5 для отвода загрязняющих примесей. Таким образом, благодаря предложенному взаимному расположению осей 12 и 13 в вертикальном направлении обеспечивается создание вблизи дна 11 корпуса 1 застойной зоны, обеспечивающей накопление крупных механических загрязняющих примесей, а выполнение с внешней стороны корпуса 1 кольцевой камеры, сообщающейся через выполнению в корпусе 1 отверстие (в виде кольцевой щели 10) или отверстия с полостью, расположенной между корпусом 1 и фильтрующим элементом 6 на участке, прилегающем к месту соединения корпуса 1 с фильтрующим элементом 6, позволяет осуществить накопление мелких и легких загрязняющих примесей.
Предложенный самоочищающийся фильтр может быть использован в любых системах водоснабжения с забором пресной воды из искусственных и естественных водоемов.