ФИЛЬТРАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО
FILTRATION DEVICE

Область техники
Изобретение относится к фильтрационному устройству для отделения загрязнений от потока текучей среды с помощью фильтрующего элемента, помещенного в корпус фильтра.
Уровень техники
Гидравлические фильтры и фильтрационные устройства изготавливаются во множестве вариантов (DE 19711589 A1). Помимо всасывающих фильтрационных устройств известны сливные фильтры, линейные фильтры и фильтры систем вентиляции. В широком смысле все эти фильтры часто называются гидравлическими фильтрами. В принципе справедливо утверждение, что обсуждаемые гидравлические фильтры представляют собой устройства для отделения твердых веществ, причем для отделения твердых веществ от жидкостей или пыли из газов используются волокнистые, зернистые или решетчатые фильтрующие среды.
Исходя из сказанного, следующими известными сепараторами на современном уровне техники (DE 4214324 A1) являются так называемые вихревые сепараторы, или циклоны. Под циклонами понимаются устройства, которые под действием центробежных сил отделяют частицы твердых веществ из газов или жидкостей, которые в широком смысле среди специалистов называются текучей средой. В известном вышеупомянутом решении циклон размещен в вентиляционном ходе, ведущем от приводной (кривошипной) камеры к всасывающему трубопроводу двигателя внутреннего сгорания, так что несомые воздухом аэрозоли могут отделяться в циклоне и выводиться через выпуск масляного поддона двигателя внутреннего сгорания. Чтобы даже в экстремальных условиях эксплуатации предотвратить нежелательное поступление масла из масляного поддона в циклон, на стороне выпуска стоит защита от обратного тока в виде поплавкового клапана.
Описанный способ сепарации в циклоне также уже применяется в комбинации с фильтрационными устройствами. Так, DE-OS 3735106 описывает способ сепарации частиц жидкостей из газов, в частности, аэрозолей из выхлопных газов, согласно которому газы подвергаются центрифугированию и последующей фильтрации. Часть фильтрованных газов направляется в циклон, и несомые с потоком газа частицы жидкости благодаря частому отклонению направления их движения (вихревой поток) собираются в капли, которые под действием собственного веса выпадают из сепаратора.
Далее в документе US 6129775 A описан циклонный сепаратор с преимущественно коническим корпусом сепаратора, в котором закрученная внутрь себя направляющая, повторяющая контур стенки корпуса сепаратора, размещена таким образом, что образуется камера завихрения. Эта направляющая позволяет улучшить завихрение подаваемого по касательной потока текучей среды с частицами загрязнений, с целью отделения частиц в камере завихрения. Фильтрация с помощью фильтрующего элемента в известном решении невозможна.
В современном уровне техники известны также решения (EP 0659462 A1), в которых параллельно циклонному сепаратору в целях дополнительного отделения частиц расположен фильтрующий элемент, размещенный в отдельном корпусе фильтра, соответствующем направлению потока текучей среды. В отношении фильтрационного трубопровода в известных описанных решениях вопрос остается открытым.
Сущность изобретения
Поэтому задачей изобретения является разработка фильтрационного устройства с улучшенной фильтрующей способностью. Эта задача решается фильтрационным устройством с признаками согласно пункту 1 формулы изобретения.
Благодаря тому, что согласно отличительной части пункта 1 формулы изобретения корпус фильтра имеет такую полость или камеру завихрения, что фильтруемый поток текучей среды по меньшей мере частично обтекает фильтрующий элемент в вихревом потоке, свойства циклона используются в целях собственно фильтрации для того, чтобы в полости или камере завихрения корпуса фильтра добиться многократного отклонения направления движения текучей среды. При этом возникающий вихревой поток может быть ориентирован вдоль всей фильтрующей поверхности фильтрующего элемента, вследствие чего при повышенной энергии фильтруемый поток текучей среды проходит сквозь фильтрующий элемент с одновременным удержанием или отделением загрязнений. Благодаря достигнутому вихревому потоку в корпусе фильтра, вызванному воздействием камеры завихрения, возникает ламинарный спиральный поток текучей среды, который в отличие от обычного радиального прохождения фильтрующего элемента направлен поперек своей продольной оси и характеризуется улучшенной производительностью и результатами фильтрации. Также это позволяет достичь повышенной скорости прохождения фильтруемой текучей среды через фильтрующий элемент.
В предпочтительном варианте исполнения фильтрационного устройства согласно изобретению камера завихрения формируется коническим расширением корпуса фильтра в направлении конца корпуса, причем поток нефильтрованной среды проходит через корпус фильтра несоосно продольной оси фильтрующего элемента. Такой несоосный впуск улучшает формирование циклонообразного потока под воздействием камеры завихрения в корпусе фильтра.
Коническое расширение корпуса фильтра в области камеры завихрения предпочтительно переходит в цилиндрическую часть корпуса или в часть корпуса с меньшим коническим уклоном, вследствие чего наступает частичное успокоение вихревого потока текучей среды с уменьшением расстояния между внешней оболочкой фильтрующего элемента и внутренней стороной корпуса фильтра, так что возникает эффект уплотнения потока текучей среды и таким образом увеличивается объем загрязненной текучей среды, поступающей на фильтрующий элемент.
В следующем предпочтительном варианте исполнения фильтрационного устройства согласно изобретению над свободным концом фильтрующего элемента на заданном осевом расстоянии располагается коллектор, который способствует выравниванию потока текучей среды в верхней области и позволяет избежать сверхкритической турбулентности внутри потока текучей среды, которая в противном случае могла бы ухудшить производительность фильтрационного устройства.
С точки зрения описанного строения корпуса фильтра оказалось, что наиболее предпочтительной формой фильтрующего элемента является коническая форма. Также особо предпочтительными оказались так называемые щелевые трубчатые фильтрующие элементы.
Краткое описание чертежей
Фильтрационное устройство согласно изобретению подробно поясняется ниже на основании одного из вариантов исполнения.
На чертежах изображено (принципиальные схемы не в масштабе):
Фигура 1: перспективный вид фильтрационного устройства в разрезе по центральной продольной оси.
Фигура 2: перспективный вид фильтрационного устройства по фиг.1 с закрытым корпусом и с другого ракурса.
Осуществление изобретения
Фильтрационное устройство согласно изобретению служит для отделения загрязнений из потока текучей среды, представляющего собой, например, гидравлическую среду. Однако фильтрационное устройство может также применяться для газообразных сред, аэрозолей и т.д., представляющих собой аналогичные текучие среды. Схемы на фиг.1 и 2 соответствуют обычному направлению монтажа, и используемые в дальнейшем термины «сверху» и «снизу» относятся к изображениям фильтрационного устройства на фиг.1 и 2.
Фильтрующий элемент 10, показанный на фиг.1, помещен в корпус фильтра 12 фильтрационного устройства. Корпус фильтра 12 на своем верхнем конце имеет полость или камеру 14 завихрения, служащую для того, чтобы фильтруемая текучая среда как минимум частично обтекала фильтрующий элемент 10 в вихревом или циклонообразном потоке. В представленном решении камера 14 завихрения образована коническим расширением корпуса фильтра 12 в направлении верхнего конца 16 корпуса. Вместо описанного конического расширения, образованного стенками корпуса, дополнительно или альтернативно на внутренней стенке корпуса 12 фильтра размещаются направляющие листы для потока (не показаны на чертеже) - в том числе в виде завихрителей. Для создания упомянутого вихревого потока впуск 18 нефильтрованной среды размещен несоосно продольной оси 20 фильтрующего элемента 10 и проходит стенку корпуса на верхнем конце камеры 14 завихрения. Снаружи впуск 18 снабжен фланцеобразным расширением 22, предназначенным для подсоединения прочих трубопроводов для текучей среды или иных элементов трубопроводов, не показанных на схеме подробно.
После прохождения фильтруемой текучей среды снаружи вовнутрь через фильтрующий элемент 10 отфильтрованный поток, то есть отфильтрованная текучая среда отводится через выпуск 24 в дне корпуса из корпуса 12 фильтра. Свободный конец выпуска 12 также снабжается фланцем 26, который, как и фланец 22, предназначен для подсоединения трубопроводов для текучей среды к фильтрационному устройству. Выпуск 24 размещен на верхнем конце корпуса 12 фильтра и имеет меньшее поперечное сечение по сравнению с верхним выпускным отверстием для текучей среды 28 в корпусе 12 фильтра. Упомянутые впуски и выпуски 18 и 24, при необходимости, могут выполняться в виде одной детали с корпусом 12 фильтра; возможно также сварное соединение соответствующих подключений с корпусом 12 фильтра.
Как показано далее, в особенности на фиг.1, коническое расширение, образующее камеру 14 расширения, в направлении нижней стороны фильтрационного устройства переходит в цилиндрическую часть 30 корпуса, которая может также иметь меньший конический уклон (не показан на чертеже) по сравнению с камерой 14 завихрения. Таким образом, вихревой поток, создаваемый в камере 14 завихрения, выравнивает свое циклонообразное движение в последующей части корпуса 30, что способствует прохождению текучей среды через фильтрующий элемент 10. Этому же способствует уменьшение поперечного сечения от камеры 14 завихрения к части 30 корпуса. У свободного конца 32 фильтрующего элемента 10 в направлении закрытого конца 34 корпуса фильтра 12 на заданном осевом расстоянии от фильтрующего элемента 10 расположен коллектор 36, который, несмотря на частично турбулентный поток, обусловленный камерой 14 завихрения, выравнивает поток текучей среды, проходящий через фильтрующий элемент 10, и обеспечивает хорошее наполнение внутренней части 38 корпуса 12 фильтра, что способствует экономии энергии при эксплуатации фильтрационного устройства.
Таким образом, внутри фильтрационного устройства не возникает пустот, не содержащих текучей среды, что в противном случае могло бы привести к вредным полостям в гидравлическом контуре, который в ходе эксплуатации подключен к фильтрационному устройству. Закрытый конец 34 может изготавливаться также с переключающей арматурой 40 (см. фиг.2), которая в виде, например, шарового крана обеспечивает возможность открытия нижнего конца корпуса 12 фильтра. Таким образом, было бы, например, возможно при закрытой переключающей арматуре 40 проводить вышеописанный процесс фильтрации, а при открытии нижнего конца корпуса 12 фильтра можно было бы, например, отводить из фильтрационного устройства загрязнения, накопившиеся в ходе обязательной обратной промывки. В упомянутом процессе обратной промывки предпочтительно направлять поступающую через выпуск 24 очищенную текучую среду от чистой стороны фильтрационного устройства, то есть изнутри наружу через фильтрующий элемент 10 (что способствует прочистке протоков в фильтрующем элементе 10), и отводить вымытые таким образом загрязнения из фильтрационного устройства через внутреннюю часть 38 корпуса 12 фильтра и нижнее отверстие в дне корпуса 12 фильтра.
В сущности, возможность обратной промывки существует и для корпуса согласно фиг.1, в котором очищенная текучая среда поступает от чистой стороны (выпуск 24) в направлении нефильтрованной стороны (впуск 18), причем поступление нефильтрованной среды должно быть прекращено. С меньшим углом наклона (по сравнению с углом наклона стенок корпуса в области камеры 14 завихрения) коллектор 36 сужается на конус в направлении свободного или закрытого конца 34 корпуса 12 фильтра. Упомянутое сужение на конус позволяет частично повысить давление в коллекторе 36 во время эксплуатации устройства, что благоприятно влияет на общее наполнение фильтрационного устройства.
Фильтрующий элемент 10, как уже говорилось, выполняется в виде щелевого трубчатого фильтрующего элемента; строение соответствующего щелевого трубчатого фильтрующего элемента подробно описано в DE 19711589 A1. Упомянутый элемент 10 состоит из отдельных защитных стержней, вокруг которых с оставлением щелей для текучей среды отдельными витками обвязан проволочный профиль, причем в области каждого соприкосновения проволочного профиля и защитного стержня имеет место сварная точка. Для улучшения процесса фильтрации фильтрующий элемент 10 имеет коническую форму, причем диаметр витков проволочного профиля уменьшается в направлении наклоненных концов защитных стержней, а длина щелевого трубчатого фильтрующего элемента, измеренная в направлении продольной оси 20, примерно в 11 раз превышает максимальное поперечное сечение в области отвода или выпуска 24. Так как щелевые трубчатые фильтрующие элементы, в сущности, уже известны, на фигуре 1 показан только конический контур соответствующего элемента 10.
Благодаря коническому строению щелевого трубчатого фильтрующего элемента 10 поступающий из камеры 14 завихрения в часть корпуса 30 поток текучей среды встречает меньшее сопротивление, чем в варианте с исключительно цилиндрическим элементом; в результате разность давлений во всем фильтрационном устройстве уменьшается (что способствует экономии энергии); благодаря коническому строению обеспечивается постоянный ток жидкости при обратной промывке элемента 10, в то время как в цилиндрическом элементе (не показан на чертеже), который также мог бы применяться в предлагаемом варианте исполнения, скорость постоянно увеличивается в продольном направлении, что противодействует равномерному поступлению во внутреннюю часть фильтрующего элемента.
При этом приспособления для монтажа выполняются таким образом, чтобы в продольном направлении (продольная ось 20) фильтрующего элемента 10 монтажная длина камеры 14 завихрения с ее конической стенкой корпуса 16, а также коллектора 36 соответствовала как минимум трети, но менее чем половине монтажной длины фильтрующего элемента 10, причем монтажная длина камеры 14 завихрения в целом соответствует монтажной длине коллектора 36, который проходит от конца 32 фильтрующего элемента 10 до конца 34 корпуса 12 фильтра.
Фильтрационное устройство согласно изобретению, особенно когда оно вплоть до фильтрующего элемента 10 построено как в целом одна деталь, может изготавливаться очень недорого и являться изделием одноразового использования. В зависимости от имеющих место давлений фильтрационное устройство может отливаться из пластмассы или изготавливаться из металлических материалов, включая листы и отливки, причем стенка 16 корпуса камеры завихрения 14 может выполняться в виде днища.
В следующем варианте фильтрационного устройства согласно изобретению (не представленном подробнее) дополнительно можно предусмотреть дополнительный выпуск в области верхнего конца 16 корпуса 12 фильтра, который формируется путем создания переливного трубопровода и предназначен для удаления из корпуса фильтра легко всплывающих веществ, которые могут в нем образовываться. Предпочтительно такое выпускное отверстие размещается диаметрально противоположно впуску 18 относительно продольной оси 20, а переливной трубопровод может иметь (как показано) соответствующий фланец, сравнимый с другими местами подключений.