ФИЛЬТР САМООЧИЩАЮЩИЙСЯ

Настоящая полезная модель относится к технике очистки жидкостей от твердых примесей, в частности к гидродинамическим самоочищающимся фильтрам и может быть использована в различных отраслях промышленности, где требуется эффективная очистка высоковязких и реологически сложных жидкостей, в частности химической, нефтехимической, пищевой, текстильной и других.
Известно устройство для гидродинамического вибрационного фильтрования (авторское свидетельство СССР №1502058, кл. B01D 29/28, 1989 г.), содержащее цилиндрический корпус с входным и выходным патрубками, и конический фильтровальный элемент с крышкой, который приводится во вращение энергией потока жидкости. Вибрация фильтровальной перегородки создается посредством сжатий-растяжений упругого сильфона за счет генерируемого пульсатором переменного давления, создающего периодически изменяющуюся силу, действующую на крышку фильтровальной перегородки.
Недостатком данного устройства-аналога является то, что для движений (вращения и вибрации) фильтровальной перегородки используется энергия потока жидкости, что, в свою очередь, требует наличие специальных устройств, обеспечивающих создание большого располагаемого напора жидкости, пульсатора, что ограничивает область применения таких фильтров. Так же следует отметить, что суспензия подается в пространство между корпусом и фильтровальной перегородкой в осевом направлении, при этом частицы загрязнений, находящиеся вблизи перегородки ввиду незначительности центробежной силы сразу же оседают на фильтровальной поверхности. Имеющийся в фильтре сильфон увеличивает массу и габариты фильтра, снижает надежность его работы. Фильтровальная перегородка коническая, что усложняет технологию изготовления фильтра.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является известный вибрационный фильтр, выбранный в качестве прототипа (авторское свидетельство СССР №1567246, кл. B01D 35/20, 1990 г.). Вибрационный фильтр содержит корпус с входным и выходным патрубками, фильтроэлемент, разделяющий патрубки и установленный в корпусе с возможностью вращения вокруг своей оси и вибрации вдоль нее, привод вращения фильтроэлемента и узел генерации вибрации в виде устройства преобразования вращательного движения фильтроэлемента в его вибрационное возвратно-поступательные перемещение. Фильтроэлемент закреплен на ступице турбины посредством сильфона, при этом турбина приводится во вращение за счет потока перепускаемой жидкости, а вибрация фильтроэлемента обеспечивается пульсатором, выполнены в виде двух сопряженных дисков с отверстиями, при этом один из дисков выполнен неподвижным, а другой установлен на ступице с возможностью вращения.
К недостаткам этого наиболее близкого аналога-прототипа относятся сложность и пониженная надежность конструкции, необходимость высокого напора очищаемой жидкости для привода турбины. Низкая надежность конструкции связана с закреплением фильтроэлемента на сильфоне, что не обеспечивает центрирование фильтроэлемента, а сочетание вращения и вибрации фильтроэлемента при таком конструктивном решении приводит к разрушению конструкции. Кроме того, эффективность отделения твердой фазы не высока, так как при таком конструктивном решении невозможно создание повышенных частот вращения фильтроэлемента. В результате недостаточной эффективности центробежной сепарации основная масса частиц загрязнений задерживается фильтровальной перегородкой, что снижает ресурс ее работы, а эффект ее самоочищения не высок.
Задачей полезной модели является упрощение конструкции фильтра, повышение ее надежности, эффективности отделения твердой фазы в средах и самоочищения фильтровальной перегородки.
Поставленная задача решается благодаря тому, что в фильтре самоочищающемся, содержащем корпус с входным и выходным патрубками, фильтроэлемент, установленный в корпусе с возможностью вращения вокруг своей оси и вибрации вдоль нее, привод вращения фильтроэлемента и узел генерации вибрации в виде устройства преобразования вращательного движения фильтроэлемента в его вибрационное возвратно-поступательные перемещение, предусмотрены следующие отличия: узел генерации вибрации выполнен в виде механического устройства, состоящего из двух контактирующих элементов, один из которых вращающийся и закреплен на валу вместе с фильтроэлементом, а другой неподвижный и закреплен на корпусе, при этом фильтр снабжен пружиной, установленной соосно с фильтроэлементом и подпружинивающей его.
Кроме того, фильтр самоочищающийся отличается тем, что контактирующие элементы узла генерации вибраций выполнены в виде колец, установленных внутри корпуса фильтра со стороны выходного патрубка, а контактирующие поверхности колец имеют пазы и ответные выступы. При этом контактирующие элементы узла генерации вибраций выполнены сменными.
Входной патрубок фильтра выполнен тангенциальным, обеспечивающим закрутку потока в направлении вращения фильтроэлемента. Фильтр снабжен тангенциальным выходным патрубком перепуска потока, при этом направление выхода потока через перепускной патрубок совпадает с направлением вращения фильтроэлемента.
Корпус фильтра выполнен в виде конфузора сужающегося по направлению движения потока.
Полезная модель позволяет повысить надежность работы за счет обеспечения вращения и создания вибрации одним внешним приводом и более высокой конструктивной надежности узла генерации вибраций, снижения требуемого напора очищаемой жидкости; увеличить эффективность отделения твердой фазы за счет конструкции тангенциального подвода очищаемой жидкости, что обеспечивает его дополнительную закрутку, создающую повышенный эффект центробежной сепарации твердой фазы и самоочищения фильтровальной перегородки; дополнительно увеличить эффективность самоочищения фильтровальной перегородки за счет постоянства продольной скорости очищаемого потока, обеспечиваемого формой корпуса в виде сужающегося конфузора. Кроме того, предложенное новое конструктивное выполнение фильтра обеспечивает возможность быстрого и простого регулирования режимных параметров, и замены конструктивных элементов.
Техническая сущность и принцип действия предложенной полезной модели поясняются чертежами. На Фиг. 1 изображена конструктивная схема фильтра с узлом генерации вибрации, расположенным внутри его корпуса (главный вид, совмещенный с разрезом по оси вращения); на Фиг. 2 - изображен ломаный разрез фильтра, представленного на Фиг. 1; на Фиг. 3, 4 - показаны два крайних положения узла генерации вибрации; на Фиг. 5-7 - показаны возможные варианты выполнения выступов на контактирующих поверхностях колец; на Фиг. 8 - показан вариант выполнения контактирующих элементов в виде толкателя и валиков.
Фильтр (Фиг. 1, 2) состоит из конического корпуса 1 с патрубками 2, 3, 4 для ввода жидкости на очистку (2), вывода очищенной жидкости (3) и отвода перепускаемой жидкости (4) с высокой концентрацией загрязнений; фильтроэлемента 5, закрепленного на валу 6. Входной патрубок 2 и патрубок 4 выполнены тангенциально к корпусу с обеспечением закрутки потока жидкости в направлении вращения фильтроэлемента. Вал 6 приводится во вращение с помощью ременной передачи 7. В крышках корпуса 8 и 9 установлены подшипники скольжения 10 и 11 соответственно. Узел генерации вибрации выполнен в виде двух контактирующих элементов 12, 13, один из которых (12) вращающийся и закреплен на валу 6 вместе с фильтроэлементом 5, а другой (13) неподвижный и закреплен на крышке 9 корпуса 1, при этом фильтр снабжен пружиной 14, установленной соосно с фильтроэлементом 5 и подпружинивающей его. Контактирующие элементы 12 и 13 выполнены в виде колец, при этом контактирующая поверхность одного кольца может быть выполнена с пазами 19, а другого с ответными выступами 20 (Фиг. 3, 4). Контактирующие элементы 12 и 13 могут быть выполнены сменными. Полость 16 подвода очищаемой жидкости и полость 17 отвода очищенной жидкости, которая попадает в полость 17 через окна 18, разделены посредством узла уплотнения 15 (показан условно). Контактирующие элементы узла генерации вибрации могут быть выполненными в виде толкателя 21 и валиков 22 (Фиг. 8), закрепленных в крышке 9 установочными болтами 23 и гайками 24.
Устройство работает следующим образом.
Исходная жидкость под давлением поступает внутрь корпуса 1 через тангенциальный патрубок 2, получив первоначальную закрутку потока (Фиг. 1, 2). При включении привода посредством ременной передачи 7 вал 6 начинает вращаться вместе с фильтроэлементом 5, и фильтрат прокачивается через рабочую фильтрующую перегородку фильтроэлемента 5, выполненную из проницаемого материала. При вращении фильроэлемента 5 под действием центробежных и гидродинамических сил частицы загрязнений отбрасываются к периферии, захватываются потоком перепускаемой жидкости и выводятся из фильтра вместе с загрязненной перепускаемой жидкостью через тангенциальный отвод 4. Очищенная жидкость, проходя через окна 18, попадает в зону 17 очищенного масла, отделенной от общего объема уплотнительным блоком 15. Через патрубок 3 очищенная жидкость выводится из фильтра. В результате отвода части загрязнения в перепускной патрубок 3 снижается нагрузка на фильтрующую перегородку фильтроэлемента 5, тем самым повышая ресурс работы фильтра. Тонкость очистки обеспечивается характеристиками фильтрующей перегородки фильтроэлемента 5, которая значительно меньше забивается загрязнениями за счет отвода концентрата загрязнений и ее самоочищения под действием центробежных и вибрационных сил. Количество перепускаемой жидкости регулируется за счет изменения гидравлического сопротивления каналов, например с помощью регулирующих вентилей (на фиг. не показаны).
Для препятствия налипанию частиц загрязнений на фильтровальной перегородке, разрушения целостности образующегося слоя загрязнений и устранения облитерационных процессов предусмотрено кроме вращательного и возвратно-поступательное движение фильтроэлемента 5 Вибрация обеспечивается элементами 12 и 13, установленными в зоне 17 очищенной жидкости для уменьшения их абразивного износа при контакте с механическими загрязнениями. Контактирующие элементы 12 и 13 выполнены в виде колец, при этом контактирующая поверхность одного кольца выполнена с пазами 19, а другого с ответными выступами 20. Контактирующий элемент 12, выполненный в виде кольца, имеет равномерно расположенные по окружности радиальные пазы 19 и закреплен на фильтроэлементе 5. Контактирующий элемент 13, закрепленный на крышке 9 корпуса 1, имеет ответные выступы 20. При вращении фильтроэлемента 5 за счет контакта элементов 12, 13 с пазами и ответными выступами генерируется вибрация фильроэлемента 5. В момент плотного смыкании пазов и впадин, которое обеспечивается за счет пружины 14, фильтроэлемент 5 находится в крайнем нижнем положении (Фиг. 3); при их не совпадении - в крайнем верхнем положении (Фиг. 4). Амплитуда вибрации Δ определяется высотой выступов 19 и глубиной ответных пазов 20 на контактирующих элементах 12, 13, частота колебаний - частотой вращения фильроэлемента 5 и количеством пазов и выступов, а закон колебаний - формой пазов и выступов. Количество пазов, их высота и форма (возможные варианты показаны на Фиг. 5-7) подбираются для конкретного вида жидкости, в зависимости от требуемых режимных параметров.
Контактирующие элементы узла генерации вибрации могут быть выполнены в другом варианте в виде толкателя 21 и валиков 22 (Фиг. 8). Контактирующий элемент, выполненный в виде толкателя 21, закреплен на фильтроэлементе 5. Контактирующий элемент 22 выполнен в виде валиков, закрепленных на крышке 9 с возможностью перемещения вдоль своей оси. Все валики 22 размещены на окружности радиусом равным расстоянию между осями вращающегося фильтроэлемента 5 и толкателя 21. При вращении фильтроэлемента 5 за счет периодического контакта элементов 21 и 22 генерируется вибрация. Амплитуда вибрации Δ определяется высотой выступающей части валиков 22 за внутреннюю поверхность крышки 9, частота колебаний - частотой вращения фильроэлемента 5 и количеством выступающих валиков 22, закон вибрации - распределением валиков по окружности. Высота выступающей части валиков 22 за внутреннюю поверхность крышки 9 регулируется с помощью установочных болтов 23 и гаек 24. Для уменьшения истирания контактирующих элементов в толкателе 21 закреплен шарик, а поверхность контакта валиков 22 с толкателем 21 выполнена сферической. Количество валиков 22, высота выступающей части за внутреннюю поверхность крышки 9 и распределение валиков по окружности подбираются для конкретного вида жидкости, в зависимости от требуемых режимных параметров. Возможны и другие исполнения контактирующих элементов узла генерации вибрации, в том числе основанные на сочетании перечисленных выше - в виде колец и в виде толкателя и валиков. Неподвижный контактирующий элемент может быть выполнен в виде кольца с пазами и выступами, а вращающийся - в виде толкателя; или неподвижный контактирующий элемент - в виде валиков, а вращающийся - в виде кольца с выступами и впадинами.
Техническим результатом, достигаемым заявленной конструкцией фильтра является повышение ресурса работы фильтра за счет самоочистки фильтровальной перегородки и сепарации частиц центробежным механизмом во всем рабочем объеме, снижение энергетических затрат вследствие использования устройств, преобразующих одну форму движения в другую, увеличение надежности системы за счет отсутствия дополнительных устройств генерации вибрации, уменьшение габаритов и массы фильтра.