ФИЛЬТР-ГРЯЗЕВИК

Полезная модель относится к области безреагентной очистки воды, а именно к вспомогательным устройствам трубопроводов - к фильтрам, обеспечивающим предотвращение накопления загрязнений или отложений в трубах, и предназначена для эффективной очистки различных технологических потоков воды (сетевой, подпиточной, оборотной, сточной и т.п.) от механических примесей, а также взвешенных и всплывающих веществ.
Полезная модель может быть использована при разработке конструкций фильтров-грязевиков, принцип действия которых основан на использовании сочетания сил гравитации и инерции, а также центробежной силы для улавливания частиц загрязнений в фильтре.
Инерционно-гравитационные фильтры-грязевики не имеют сеток или фильтрующих материалов, поэтому, в отличие от сетчатых фильтров, очистка воды от механических примесей ведется в непрерывном режиме, не сопровождается нарастанием гидравлического сопротивления по мере накопления уловленного шлама, а удаление накопленных загрязнений производится без остановки работы аппарата для его разборки и очистки. Кроме того, инерционно-гравитационные фильтры не боятся попадания крупных и твердых загрязнений (гравия, камешков и т.п.) с потоком воды, так как не имеют сеток, которые указанные загрязнения могут повредить.
В настоящее время фильтры-грязевики инерционно-гравитационного типа широко востребованы на различных промышленных предприятиях для очистки воды, на котельных и тепловых сетях для очистки сетевой и подпиточной воды, при промывке тепловых сетей, в оборотных системах водоснабжения, перед очистными сооружениями в качестве первой ступени очистки воды и т.д. При этом к фильтрам предъявляются все более высокие требования по степени очистки воды. Однако высокие скорости потока при работе фильтра, турбулентность потока и другие факторы препятствуют отведению механических примесей (загрязнений) из очищаемого потока при работе фильтра-грязевика, в связи с чем российские и зарубежные компании, специализирующиеся на разработке и производстве фильтров, постоянно совершенствуют конструкции фильтров, разрабатывая технические решения, направленные, в частности, на создание ламинарного режима течения, уменьшение скорости потока, создание центробежной силы, действующей на поток и находящиеся в нем частицы механических примесей, что в результате обеспечивает повышение эффективности очистки воды.
Известно устройство для фильтрации воды [патент № GB 2302290 A, МПК B01D21/02, дата публ. 15.01.1997], содержащее сосуд (резервуар) для осаждения твердых частиц, крышку, основание, а также отстойник. образованный на дне сосуда, для приема осажденных загрязнений. Водозаборная впускная труба входит в сосуд через основание, а ее верхний конец находится в центральной зоне сосуда. Впускная труба окружена промежуточной приемной камерой (приемником) в виде вертикальной трубы, нижний конец которой образует выпускное отверстие, выходящее внутрь сосуда. В сосуде установлены перфорированные пластины, объем между которыми заполнен фильтрующей средой. При работе фильтруемая вода закачивается через впускную трубу (снизу), выходит из впускной трубы, попадает в промежуточную приемную камеру и замедляется, когда проходит через промежуточную приемную камеру, которая имеет большую площадь поперечного сечения, чем впускная труба. Вода снова замедляется, когда она выходит из промежуточной камеры через выпускное отверстие в основную камеру сосуда (в сосуд), и медленно движущаяся вода направляется конической перегородкой (конической водонаправляющей поверхностью) к отстойнику, где осаждаются твердые частицы, и поднимается вверх, проходя через фильтрующую среду, обеспечивающую дополнительную очистку. Очищенная вода выходит из выпускных отверстий вверху сосуда. Недостатком известного технического решения является недостаточная степень очистки потока путем осаждения механических частиц под действие сил гравитации и инерции, что обуславливает необходимость дополнительной очистки и включение в конструкцию аппарата фильтрующей среды, требующей периодической замены. Кроме того, в известной конструкции не предусмотрено наличие дренажных выпускных патрубков для отвода механических загрязнений.
Известен грязевик [а.с. СССР № SU 11662631 А1, МПК В01D45/08, F16L55/24, дата публ. 15.07.1991], относящийся к оборудованию для очистки теплоносителя от загрязнений. Грязевик содержит вертикально размещенный корпус, входной патрубок, выходной патрубок, патрубки для слива отстоя. В корпусе размещена центральная труба с отбойным конусом на её верхнем торце, снабженная тарелками и прорезями, причем площадь прорезей, образующие и глубины тарелок уменьшаются по ходу движения теплоносителя. В грязевике механические частицы загрязнений выпадают в процессе поворота потоков на 180º вокруг образующих тарелок под действием гравитационной (сила тяжести) и выталкивающей (архимедовой) сил. Этой разности сил противодействует сила сопротивления среды, которая значительно уменьшается под тарелками вследствие создания благодаря выполнению прорезей в полостях тарелок ламинарного режима течения. Однако, в известном техническом решении не предусмотрена возможность удаления всплывающих загрязнений.
Известны устройства для регулирования направления потока текучей среды в фильтрующих аппаратах с целью улучшения распределения входного потока, в частности, диффузор [пат.з. № US 2016038856 A1, МПК B01D24/40, F16L55/24, дата публ. 11.02.2016], устанавливаемый на вход фильтра и представляющий собой модификатор потока, имеющий трубчатые, кольцевые или конические концентрические лопатки. Лопатки обеспечивают улучшение распределения потока в фильтрующем аппарате, что оказывает позитивное влияние на качество очистки жидкости фильтром.
Например, известен грязевик [а.с. СССР № SU 1682714 А1, МПК F16L55/24, дата публ. 07.10.1991], конструкция которого содержит распределитель потока рабочей среды, выполненный в виде конических лопаток, что обеспечивает более ламинарный режим течения потока (равномерное распределение механических загрязнений) и более медленный рост гидравлического сопротивления грязевика. Также известен фильтр-грязевик инерционный центробежно-гравитационный с тангенциальным входом [патент № RU 131645 U1, МПК В01D43/00, F16L55/24, дата публ. 27.08.2013], который содержит вертикально расположенный цилиндрический корпус с верхней и нижней крышками, входной и выходной патрубки, верхняя крышка содержит дренажный патрубок для удаления всплывающих загрязнений и воздушной подушки, а в нижней крышке установлен по оси фильтра патрубок с краном для периодического удаления задержанных примесей. Входной патрубок расположен тангенциально по отношению к корпусу фильтра и под углом к вертикальной оси корпуса. Выходной патрубок установлен вертикально над верхней крышкой корпуса и выполнен L-образно для бокового отвода воды. На расширяющейся части (водонаправляющей поверхности в виде усеченного конуса) внутренней вертикальной трубы установлены наклонные лопатки для направления потока жидкости. Фильтр установлен на четырех профильных металлических опорах. Поток поступает внутрь корпуса через входной патрубок, проходит через узкий участок между стенками корпуса и расширяющейся водонаправляющей поверхностью, ускоряясь и закручиваясь посредством наклонных лопаток, попадает в отстойную зону фильтра, где происходит выпадение примесей, затем поток поворачивается на 180° и через вертикальную трубу и выходной патрубок выходит из фильтра. Однако, анализ известного технического решения показал, что выполнение только одного расширяющегося участка трубы (выполненного в виде усеченного конуса) с установленными лопатками недостаточно для эффективного снижения скорости потока, вследствие чего весь поток имеет высокие скорости движения, что создает избыточную турбулентность. Слои загрязненной и очищенной воды находятся в постоянном смешении, что способствует попаданию мелкодисперсных загрязнений (размер которых менее 0,1 мм) в отводной поток.
Известен фильтр-грязевик вертикальный инерционный [патент № RU 115037 U1, МПК F16L55/24, дата публ. 20.04.2012], который представляет собой напорный вертикальный цилиндрический аппарат, содержащий цилиндрический корпус с верхним и нижним днищем. Аппарат установлен на опорах, в корпусе имеется люк-лаз для осмотра и ремонта аппарата. В верхнее днище вмонтирован входной патрубок для подвода воды, а также установлены дренажные патрубки для удаления всплывающих загрязнений и воздушной подушки. В нижнее днище вварены патрубки для удаления задержанных примесей. В нижней части корпуса установлен выходной патрубок для отвода очищенной воды. Верхняя часть выходного патрубка выполнена как отрезок трубы, вертикально расположенный внутри корпуса соосно входному патрубку. В стенках трубы образованы три перфорированных участка, выполненных в виде горизонтально расположенных рядов сквозных отверстий. Суммарная площадь сквозных отверстий каждого участка рассчитывается так, чтобы обеспечить максимально эффективное улавливание загрязнений. Верхний конец трубы расположен под входным патрубком и снабжен коническим отбойным козырьком. Вдоль трубы между ней и цилиндрическим корпусом в зонах расположения перфорированных участков установлены конусообразные расширяющиеся книзу элементы. Под каждым элементом вдоль трубы дополнительно установлено по одному конусообразному расширяющемуся кверху (перевернутому) элементу. Наибольший диаметр каждого конусообразного элемента, расположенного над перевернутым элементом, превышает наибольший диаметр перевернутого конусообразного элемента.
Также известен фильтр-грязевик вертикальный инерционный (ФГВИ) [патент № RU 115038 U1, МПК F16L55/24, дата публ. 20.04.2012], содержащий вертикально расположенный цилиндрический корпус с верхним и нижним днищами, а также с входным и выходным патрубками, при этом часть выходного патрубка выполнена как вертикально расположенный внутри корпуса отрезок трубы, в стенках которой образованы перфорированные участки в виде горизонтально расположенных рядов сквозных отверстий, причем верхний конец трубы расположен под входным патрубком и снабжен коническим отбойным козырьком, а вдоль трубы между ней и цилиндрическим корпусом в зонах расположения перфорированных участков размещены конусообразные расширяющиеся книзу элементы, отличающийся тем, выходной патрубок выполнен L-образной формы для возможности бокового отвода очищенной воды, а под каждым конусообразным элементом вдоль трубы установлены конусообразные расширяющиеся кверху (перевернутые) элементы, причем максимальный диаметр каждого конусообразного расширяющегося книзу элемента превышает максимальный диаметр расположенного под ним конусообразного расширяющегося кверху элемента.
В описанных выше фильтрах по патентам №№ RU115037U1, RU115038U1 пространство между образующими конусообразных элементов (расширяющихся книзу) и центральной вертикальной трубой обеспечивает ламинарный режим движения среды, обеспечивающий более высокую степень очистки воды. Перевернутые конусообразные элементы, находящиеся под указанными выше конусообразными элементами, обеспечивают дополнительное распределение водных потоков с целью более полного отведения механических примесей от перфорированных участков. Отделение загрязнений происходит в результате сочетания сил гравитации при движении потока сверху вниз, а также инерции при снижении скорости потока и изменении направления его движения. Однако в качестве недостатка описанных выше фильтров следует отметить отсутствие тангенциально расположенного входного патрубка, что исключает придание вращательного движения потоку жидкости и тем самым снижает эффективность отделения частиц загрязнений за счет центробежной силы.
Также следует отметить, что в технических решениях, известных из уровня техники, не реализована вся совокупность известных конструктивных мероприятий, направленных на повышение степени очистки воды.
В качестве технического решения (прототипа), конструктивно наиболее близкого к заявляемой полезной модели, предлагается «Устройство для очистки жидких сред от примесей» [патент № RU 120577 U1, МПК B01D43/00, дата публ. 27.09.2012], предназначенное для удаления из основного потока тяжелых и легких фракций загрязнений и направленное на увеличение эффективности очистки воды.
Устройство для очистки жидких сред (воды) от примесей представляет собой фильтр-грязевик, содержащий вертикально расположенный цилиндрический корпус с крышкой и днищем, очистные (дренажные) патрубки, входной патрубок, заглубленный в корпус, и выходной патрубок, установленный в днище корпуса и расположенный по оси корпуса. Также по вертикальной оси корпуса в корпусе  установлена труба, жестко соединенная с выходным патрубком. Входной патрубок выполнен в виде трубы, установленной тангенциально корпусу, введенной внутрь корпуса сбоку и имеющей сужающееся (по сравнению с входным) выходное сечение, обеспечивающее подачу входной струи, по форме приближенной к плоской. Другой, противоположный, верхний, конец трубы закрыт отбойной водонаправляющей поверхностью (крышкой), форма которой позволяет воде двигаться по ней в сторону дна. На трубе, вокруг нее, по ее длине установлены водонаправляющие поверхности (водонаправляющие элементы), форма которых позволяет воде скатываться по ним в сторону дна, а именно, водонаправляющие элементы могут быть выполнены, например, в форме усеченного конуса или, например, чашеобразной формы (т.е. образующая поверхности представляет собой дугу). Каждый водонаправляющий элемент своей широкой, нижней, частью соединен с кольцевым элементом, представляющим собой цилиндрическую обечайку. На участках трубы, перекрытых водонаправляющими элементами, выполнены сквозные отверстия в виде продольных прорезей. Прорези могут быть выполнены с длиной, уменьшающейся последовательно в направлении от входного патрубка к выходному, т.е. сверху вниз. В верхней части корпуса сформирована камера между верхней крышкой и установленным под ней усеченным конусом (тарелкой), т.е. расширяющийся кверху усеченный конус (тарелка) установлен между крышкой корпуса и отбойной водонаправляющей поверхностью, закрывающей верхней конец центральной осевой трубы. Камера снабжена очистным патрубком, расположенным в верхней точке корпуса.В днище корпуса установлены очистные патрубки для удаления грязи.
Поток воды (жидкости) поступает через тангенциально расположенный входной патрубок в корпус, получая при этом вращательное движение. При этом происходит выделение из поступающего потока газов и легко всплывающих частиц, которые, поднимаясь, собираются над тарелкой в верхней камере, где движение потока затухает. Скопившиеся в верхней камере над тарелкой загрязнения периодически удаляют через дренажный патрубок, выполненный в крышке корпуса. Вращающийся за счет инерции поток жидкости опускается вниз, двигаясь по водонаправляющим поверхностям и проходя в кольцевых зазорах между корпусом и обечайками, при этом частицы загрязнений отбрасываются на периферию потока к внутренней стенке корпуса и начинают оседать вниз, поток жидкости разделяется: одна часть потока, содержащая уже очищенную жидкость, совершая поворот на 180°, поступает под водонаправляющую поверхность и уходит через продольные прорези в центральную осевую трубу, а другая часть потока, содержащая еще неочищенную жидкость, продолжает нисходящее вращательное движение. Частицы загрязнений продолжают концентрироваться у внутренней стенки корпуса и осаждаются на днище корпуса, где накапливаются и периодически удаляются через дренажные очистные патрубки для удаления грязи. Таким образом, частицы тяжелых загрязнений отделяются от жидкости в процессе вращения нисходящего потока среды и поворота потока на 180° под каждую водонаправляющую поверхность и осаждаются вниз под действием гравитации, инерции, а также в результате действия центробежной силы, а очищенная жидкость из центральной осевой трубы отводится наружу через выходной патрубок. Под водонаправляющими поверхностями создаются условия для ламинарного режима течения потока, при этом под каждым из последующих водонаправляющих элементов скорость потока уменьшается, что повышает степень очистки воды.
Однако, следует отметить, что в известном техническом решении не предусмотрено выполнение ряда конструктивных мероприятий, направленных на повышение эффективности разделения очищенных и загрязненных слоев потока за счет более полного отведения механических примесей из очищаемого потока воды, а именно
не предусмотрена установка направляющих лопаток, обеспечивающих центробежную принудительную направленность потока вниз и увеличение центробежной силы, воздействующей на поток и содержащиеся в нем частицы;
не предусмотрена установка расширяющейся кверху тарелки под каждым водонаправляющим элементом (расположенным вокруг перфорированного участка трубы), предназначенной для отвода турбулентных потоков от указанного участка трубы.
Также следует отметить, что выполнение в известном техническом решении сужающегося входного патрубка, обеспечивающего подачу входной струи, по форме приближенной к плоской, при работе фильтра приводит к формированию неоднородного потока и увеличению его турбулентности.
Техническим результатом, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, является повышение эффективности разделения очищенных и загрязненных слоев потока воды за счет более полного отведения механических примесей из очищаемого потока при работе фильтра-грязевика, а следовательно, и повышение степени очистки воды.
Для достижения указанного выше технического результата предлагается фильтр-грязевик, который содержит вертикально расположенный цилиндрический корпус, входной и выходной патрубки. Корпус снабжен крышкой и днищем. Входной патрубок установлен тангенциально к корпусу. Внутри корпуса установлена труба, расположенная соосно корпусу, нижний конец трубы снабжен выходным патрубком, а верхний конец трубы закрыт крышкой. Между крышкой корпуса и крышкой, закрывающей верхний конец трубы, установлена тарелка. Вдоль трубы установлены по меньшей мере три водонаправляющих элемента, каждый из которых расположен вокруг трубы и выполнен расширяющимся книзу. Под каждым водонаправляющим элементом расположено кольцо, соединенное с нижней частью водонаправляющего элемента, под которым оно расположено. На участках трубы, вокруг которых установлены водонаправляющие элементы, выполнены сквозные отверстия. При этом согласно заявляемому техническому решению, вокруг кольца, соединенного с нижней частью верхнего, расположенного первым (по ходу движения потока), водонаправляющего элемента, в пространстве между стенкой корпуса и кольцом установлены направляющие лопатки, соединенные с кольцом, а под каждым водонаправляющим элементом вокруг трубы установлена тарелка, расширяющаяся кверху, причем больший диаметр водонаправляющего элемента превышает больший диаметр расположенной под данным водонаправляющим элементом тарелки.
Выполнение в заявляемой полезной модели, в отличие от прототипа, направляющих лопаток так, как описано выше, обеспечивает центробежную принудительную направленность потока вниз вдоль стенки корпуса и увеличение (за счет дополнительной раскрутки потока) центробежной силы, действующей на поток и содержащиеся в нем частицы механических примесей, в результате чего частицы механических примесей испытывают более интенсивное воздействие центробежной силы, прижимающей их к стенке корпуса, где турбулентность и скорость потока ниже (т.е. режим течения более ламинарный), вследствие чего частицы загрязнений не захватываются турбулентными вихрями в центральной зоне потока, а осаждаются вниз в накопительную зону.
Также выполнение в заявляемой полезной модели, в отличие от прототипа,  тарелок под каждым водонаправляющим элементом так, как описано выше, обеспечивает отвод турбулентных потоков загрязненной воды от участков трубы, где выполнены отверстия, что препятствует попаданию в очищенный поток взвешенных частиц, обеспечивает более эффективное разделение слоев очищенной и загрязненной воды, уменьшает турбулентность потока и улучшает гидродинамику очистки воды.
Таким образом, выполнение в заявляемой полезной модели направляющих лопаток и тарелок, расширяющихся кверху и установленных под каждым водонаправляющим элементом, позволяет при работе фильтра осуществить,  по сравнению с прототипом, более эффективное разделение очищенного и загрязненного потоков, а значит, и более полное отведение механических примесей из очищаемого потока, тем самым повысив степень очистки воды.
Также следует отметить, что результаты модельных и натурных испытания опытных образцов подтвердили существенное повышение степени очистки воды при выполнении трех и более участков трубы с выполненными сквозными отверстиями и с установленными вокруг них водонаправляющими элементами, так как в пространстве между поверхностью водонаправляющего элемента и трубой обеспечивается ламинарный режим течения потока, что положительно влияет на эффективность очистки. При выполнении одного или двух участков трубы с выполненными сквозными отверстиями не обеспечивается необходимая ламинарность потока. Количество участков с выполненными сквозными отверстиями, окруженных водонаправляющими элементами, определяется с учетом габаритных ограничений конструкции конкретного фильтра.
С целью упрощения монтажных работ входной патрубок может быть установлен под углом 90º к вертикальной оси корпуса с допустимым отклонением ±3º.
В зависимости от компоновки оборудования по месту установки фильтра-грязевика выходной патрубок фильтра может быть расположен соосно трубе, что реализует отвод очищенной воды вертикально вниз. Также возможно выполнение, при котором ось выходного патрубка расположена под углом к вертикальной оси трубы (в частности, выходной патрубок может быть выполнен L-образным), что реализует боковой отвод очищенной воды. Следует отметить, что в зависимости от задач монтажа ось выходного патрубка может быть расположена под различными углами по отношению к оси входного патрубка, в том числе может быть расположена в направлении входного патрубка.
С целью улучшения гидродинамики потока воды, поступающего в фильтр через входной патрубок, для формирования потока, плавно растекающегося по поперечному сечению корпуса, крышка, закрывающая верхний конец трубы, может быть выполнена в виде конического элемента, расширяющегося книзу.
С целью более эффективного сбора всплывающих наверх примесей и предотвращения их перемешивания с ниспадающим потоком воды тарелка, установленная между крышкой корпуса и крышкой, закрывающей верхний конец трубы, может быть выполнена в виде конуса, расширяющегося кверху.
Наиболее простым и технологичным выполнением водонаправляющих элементов и при этом обеспечивающим равномерное распределение движущегося вниз потока является выполнение каждого водонаправляющего элемента в виде усеченного конуса, расширяющегося книзу.
Наиболее простым и технологичным выполнением кольца, соединенного с нижней частью водонаправляющего элемента, и при этом обеспечивающим наличие равномерного зазора между кольцом и корпусом фильтра является выполнение кольца, при котором оно представляет собой цилиндрическую обечайку.
С целью дополнительного увеличения цетробежной силы, действующей на поток и содержащиеся в нем частицы механических примесей, вокруг каждого кольца, соединенного с нижней частью водонаправляющего элемента, находящегося ниже, чем расположенный первым водонаправляющий элемент, дополнительно могут быть установлены направляющие лопатки, соединенные со стенкой кольца, вокруг которого они установлены.
С целью создания оптимальной (наибольшей) центробежной силы, действующей на частицы механических примесей в направлении от центра наружу и обеспечивающей их прижим к стенке корпуса и осаждение вниз, направляющие лопатки могут быть установлены наклонно к вертикальной оси корпуса, при этом угол между вертикальной осью корпуса и поперечной осью каждой из направляющих лопаток составляет (45÷60)º. Результаты экспериментальных исследований опытных образцов при установке лопаток с углом наклона от 5º до 85º с шагом 5º показали, что именно в интервале от 45º до 60º происходит наиболее эффективное осаждение частиц примесей (по количеству отфильтрованного осадка).
Наиболее простым и технологичным выполнением тарелки (расширяющейся кверху), установленной под водонаправляющим элементом, является ее выполнение в виде усеченного конуса. При этом тарелка установлена таким образом, что между внутренним диаметром меньшего основания усеченного конуса и поверхностью трубы имеется кольцевой зазор, что обеспечивает возможность выпадения вниз через этот зазор попавших на тарелку частиц механических примесей.
С целью обеспечения возможности удаления всплывших наверх примесей, а также осевших вниз механических загрязнений соответственно в крышке корпуса и в днище корпуса выполнены дренажные патрубки.
С целью обеспечения уменьшения турбулентности потока воды и его скорости, способствующих разделению слоев загрязненной и очищенной воды, суммарная площадь сквозных отверстий, выполненных на каждом участке трубы, вокруг которого установлен водонаправляющий элемент, может последовательно уменьшается от верхнего участка к нижнему участку.
Графические материалы содержат пример конкретного выполнения инерционно-гравитационного фильтра-грязевика.
На фиг. 1 представлено схематичное изображение общего вида фильтра-грязевика, с вырезом 1/4.
На фиг. 2 схематично представлено расположение направляющих лопаток.
Фильтр-грязевик (фиг. 1) содержит вертикально расположенный цилиндрический корпус 1 с крышкой 2 и днищем 3. Корпус установлен на опорах 4.
Тангенциально к корпусу 1 подведен входной патрубок 5 для подачи потока воды, подлежащего очистке. При боковой тангенциальной подаче воды обеспечивается закручивание потока и появление центробежных сил, прижимающих частицы загрязнений к внутренней поверхности стенки корпуса фильтра. Оптимально, чтобы входной патрубок 5 был установлен под углом (90±3)º к вертикальной оси 7 корпуса 1, что обеспечивает технологичность и удобство монтажа фильтра по месту.
Внутри корпуса 1 установлена труба 8, предназначенная для сбора очищенной воды. Труба 8 расположена по вертикальной оси корпуса, нижний конец трубы снабжен выходным патрубком 9, по которому очищенная вода поступает во внешний трубопровод для дальнейшей очистки или подаче потребителю. В представленном примере выполнения фильтра-грязевика выходной патрубок 9 расположен под углом к трубе 8 для обеспечения бокового отвода очищенной воды. Также выходной патрубок может быть расположен по вертикальной оси 7 корпуса 1 (и соответственно, трубы 8). Расположение выходного патрубка 9 диктуется требованиями монтажа и выполнением внешнего участка трубопровода, присоединяемого к выходному патрубку.
На верхнем конце трубы 8 установлена крышка 10, закрывающая внутреннее пространство трубы 8. Крышка 10 выполнена в виде конического элемента, расширяющегося книзу, что обеспечивает плавное растекание вниз поступающего потока. Между крышкой 2 корпуса 1 и крышкой 10 установлена тарелка 11, обеспечивающая удержание всплывающих загрязнений и снижение турбулентности потока в пространстве под крышкой 2 корпуса.  Тарелка 11 выполнена в виде расширяющегося кверху конуса, форма которого способствует лучшему удержанию всплывших загрязнений, для периодического отвода которых в крышке 2 корпуса 1 выполнен дренажный патрубок 12. Причем, между широкой частью тарелки (основанием конуса) и корпусом 1 фильтра имеется кольцевой зазор, чтобы всплывающие примеси попадали в пространство между тарелкой 11 и крышкой 2.
Вдоль трубы 8 установлены водонаправляющие элементы 14 (в представленном примере выполнено три водонаправляющих элемента), каждый из которых расположен вокруг трубы 8 (соосно трубе) и выполнен в виде усеченного конуса, расширяющегося книзу, жестко соединенного с поверхностью трубы 8 (например, с помощью сварки). С нижней частью каждого водонаправляющего элемента 14 соединено кольцо 15 (также расположенное соосно трубе 8), выполненное, например, из полосы листового проката, торцы которой соединены с помощью сварки. Кольцо 15 может представлять собой цилиндрическую или коническую обечайку. В приведенном на фиг. 1 примере кольцо 15 выполнено в виде цилиндрической обечайки. Выполнение цилиндрической обечайки обеспечивает создание между стенкой 16 корпуса 1 и обечайкой 15 кольцевого зазора, в котором при работе фильтра формируется нисходящая направленность потока, при этом уменьшается образование вихревых течений под водонаправляющими поверхностями элементов 14. С целью повышения конструктивной жесткости водонаправляющих элементов 14 с приваренными к ним обечайками (кольцами) 15 во внутреннем пространстве каждого элемента 14 установлены (приварены) ребра жесткости 17, расположенные радиально. Каждое ребро 17 одним торцем приварено к обечайке 15, другим - к стенке трубы 8.
На участках трубы 8, вокруг которых установлены водонаправляющие элементы 14, выполнены сквозные отверстия 18, через которые очищенная вода поступает внутрь трубы 8. Водонаправляющие элементы 14 закрывают участки трубы 8, на которых выполнены сквозные отверстия 18, препятствуя при работе фильтра попаданию частиц загрязнений через отверстия 18 в трубу 8 для сбора очищенной воды. Отверстия 18 могут быть выполнены различной формы, в частности они могут быть круглые, щелевидные (продольные прорези) и т.д. Обычно с целью выравнивания гидравлического напора по длине трубы размер отверстий, выполненных на каждом участке, последовательно уменьшают от верхнего участка к нижнему. При этом суммарная площадь отверстий, выполненных на одном участке трубы, определяет площадь проходного сечения данного участка, от которой зависит количество отводимой на данном участке воды (т.е. зональное распределение расхода воды). Площадь проходного сечения и, соответственно, размер сквозных отверстий на каждом участке, где выполнены указанные отверстия, определяют исходя из заданного принудительного выхода расчетного объема потока воды.
В представленном примере выполнения фильтра-грязевика вокруг каждого кольца 15 (обечайки) установлены направляющие лопатки 19, расположенные наклонно (по ходу движения потока) таким образом, чтобы обеспечить движение потока вниз с дополнительной закруткой потока с целью увеличения центробежной силы, действующей на поток и находящиеся в нем частицы загрязнений. Направляющие лопатки выполнены в виде плоских пластин, расположенных радиально по отношению к кольцу 15 (т.е. продольная ось пластины расположена по направлению радиуса кольца). При этом направляющие лопатки расположены с наклоном относительно своей продольной оси (т.е. наклонно к вертикальной оси 7 корпуса 1 и соответственно, оси трубы 8 и кольца 15), образуя угол γ между вертикальной осью 7 корпуса 1  и поперечной осью каждой из направляющих лопаток (фиг. 2).
Как уже было отмечено ранее, для создания оптимальной (наибольшей) центробежной силы, действующей на поток и находящиеся в нем частицы механических примесей и обеспечивающей наиболее эффективное осаждение частиц примесей, угол наклона γ направляющих лопаток должен быть выполнен (45÷60)º. В представленном примере выполнения угол γ составляет 45º (фиг. 2), лопатки расположены в радиальном направлении по отношению к кольцу 15 в пространстве между кольцом 15 и стенкой 16 корпуса 1 и жестко соединены с кольцом 15 (приварены). Лопатки, установленные вокруг верхнего кольца 15, соединенного с верхним (по ходу движения потока) водонаправляющим элементом 14, могут быть выполнены приваренными не только к кольцу 15, но и к стенке 16 корпуса 1, что обеспечит более жесткое крепление трубопровода (трубы 8 с патрубком 9) в корпусе 1. Направляющие лопатки, расположенные ниже, установлены с зазором между лопаткой и корпусом.
Под каждым водонаправляющим элементом 14 установлена тарелка 20, выполненная в виде расширяющаяся кверху усеченного конуса, причем элемент 14 перекрывает расположенную под ним тарелку 20, так как больший диаметр элемента 14 превышает больший диаметр расположенной под ним тарелки 20. Тарелка 20 предназначена для отвода турбулентных потоков загрязненной воды от участков трубы 8 с отверстиями 18, что улучшает гидродинамику очистки воды. Кроме того, тарелка 20 задерживает попавшие под элемент 14 частицы примесей. Тарелка расположена соосно трубе 8 (вокруг трубы) и закреплена на ней. Тарелка выполнена и установлена таким образом, что между внутренним диаметром меньшего основания усеченного конуса и поверхностью трубы имеется кольцевой зазор, позволяющий частицам механических примесей, осевших в процессе работы фильтра на тарелку 20, выпадать вниз.
В днище 3 (в зоне накопления осевших загрязнений) выполнен дренажный патрубок 21, обеспечивающий возможность отвода осевших частиц механических примесей.
В нижней части корпуса 1 выполнен люк-лаз 22, позволяющий выполнить очистку внутренней поверхности днища 3 при проведении профилактических работ.
Конструктивные элементы фильтры-грязевика могут быть изготовлены из обычно применяемых для подобных устройств материалов, в частности, листового и трубного проката.
Фильтр-грязевик работает следующим образом.
Загрязненный поток воды поступает внутрь корпуса 1 через выходное отверстие (на фиг. не обозначено) входного патрубка 5, расположенное в пространстве между крышкой 10, закрывающей сверху трубу 8, и тарелкой 11, расположенной под крышкой 2 корпуса 1. За счет тангенциальной подачи внутрь корпуса поток приобретает вращательное движение вдоль стенки корпуса. При выходе потока из выходного сечения входного патрубка 5 во внутреннее пространство корпуса 1 происходит выделение из потока пузырьков воздуха, всплывающих примесей и веществ, которые поднимаются наверх и, пройдя через кольцевой зазор между краем тарелки 11 и стенкой корпуса, собираются в пространстве между тарелкой 11 и крышкой 2 корпуса. Скопившиеся в этом пространстве вещества защищены тарелкой 11 от входящего турбулентного потока.
Нисходящий вращающийся поток (движущийся под действием гравитации и инерции) опускается на конусную крышку 10, закрывающую верхний конец трубы 8, и плавно растекается по поперечному сечению корпуса и обтекает поверхность первого (верхнего) по ходу движения потока водонаправляющего элемента 14, при обтекании поверхности элемента 14 скорость потока снижается, режим течения становится более ламинарным. Следует отметить, что крышка 10 может быть выполнена, например, плоской, тогда поступающий в корпус поток будет распределяться, растекаясь по поверхности первого (верхнего) водонаправляющего элемента 14. Далее поток проходит в кольцевом зазоре между стенкой 16 корпуса 1 и кольцом 15 (цилиндрической обечайкой), где формируется нисходящая направленность потока, а также снижается турбулентность (уменьшается образование вихрей). При распределении потока воды вдоль поверхности водонаправляющего элемента и в кольцевом зазоре происходит формирование ламинарного режима течения потока. Направляющие лопатки 19, расположенные в том же кольцевом зазоре, дополнительно задают потоку принудительное вращательное движение вниз, увеличивая центробежную силу, прижимающую механические примеси к внутренней стенке корпуса, т.е. выводя частицы примесей на периферию потока в зону более ламинарного течения, тем самым повышая эффективность разделения очищенного и загрязненного слоев потока. Частицы механических загрязнений (примесей), выведенные в периферийную зону к стенке корпуса под действием центробежной силы вращающегося потока (за счет тангенциальной подачи и дополнительной раскрутки направляющими лопатками), оседают вниз на днище корпуса под действием гравитации (с учетом действия выталкивающей архимедовой силы). Затем поток разделяется. Часть потока, содержащая очищенную жидкость без частиц примесей, совершает поворот на 180º и затекает под поверхность первого водонаправляющего элемента 14, где через отверстия 18 уходит в трубу 8 для сбора очищенной жидкости и далее через выходной патрубок 9, соединенный с внешним трубопроводом (на фиг. не показан), направляется в сеть или к потребителю. Тарелка 20, выполненная в виде расширяющегося кверху усеченного конуса и расположенная под водонаправляющим элементом 14, обеспечивает дополнительное уменьшение турбулентности потока, улучшая общую гидродинамику фильтра, улавливает и задерживает попавшие в пространство между элементом 14 и трубой 8 примеси, что в совокупности обеспечивает более эффективное разделение потоков очищенной и загрязненной воды. Попавшие на тарелку 20 загрязнения проваливаются в кольцевой зазор между меньшим основанием усеченного конуса и трубой 8.
Часть потока, содержащая неочищенную жидкость, продолжает нисходящее вращательное движение. На следующем (втором) участке все процессы протекают аналогично описанным выше. Поток обтекает поверхность второго водонаправляющего элемента 14. При этом элементы 14, перекрывающие участки трубы 8 с отверстиями 18, предотвращают попадание частиц загрязнений в трубу через отверстия 18. Поток проходит в кольцевой зазор между стенкой 16 корпуса 1 и кольцом 15 (цилиндрической обечайкой) второго водонаправляющего элемента 14, турбулентность потока уменьшается. В представленном примере выполнения фильтра-грязевика в этом кольцевом зазоре также установлены направляющие лопатки 19, обеспечивающие дополнительную центробежную принудительную направленность движения потока вниз и увеличение центробежной силы. В результате частицы примесей продолжают под действием центробежной силы концентрироваться в периферийной зоне потока у стенки корпуса и под действием гравитации оседать вниз, при этом поток вновь разделяется: очищенная вода затекает под поверхность второго водонаправляющего элемента 14, совершив поворот на 180º, и через отверстия 18 на участке трубы 8, вокруг которого установлен второй водонаправляющий элемент 14, поступает в трубу 8. Тарелка 20, установленная на втором участке, обеспечивает отвод турбулентных потоков,  задерживает попавшие частицы примесей, способствуя разделению очищенного и загрязненного слоев потока.
Оставшаяся часть потока еще неочищенной жидкости продолжает вращательное движение вниз и попадет на следующем (третьем) участке в кольцевой зазор между стенкой 16 корпуса 1 и кольцом 15 (цилиндрической обечайкой) третьего водонаправляющего элемента 14, в котором также установлены лопатки 19. Отделение частиц примесей происходит аналогично описанному выше. Очищенный поток уходит под поверхность третьего водонаправляющего элемента 14 и далее, через отверстия 18, в трубу 8. Тарелка 20, установленная на третьем участке, также обеспечивает отвод турбулентных потоков и задерживает частицы примесей. Частицы загрязнений осаждаются вниз на днище 3 корпуса, где накапливаются и периодически удаляются через дренажный патрубок 21. Очистка внутренней поверхности днища 3 осуществляется через люк-лаз 22 при проведении профилактических работ.
После отвода на каждом участке трубы 8 с выполненными сквозными отверстиями 18 заданного объема воды, определяемого суммарной площадью отверстий на данном участке, скорость потока последовательно уменьшается, снижается турбулентность потока, а уменьшение суммарной площади отверстий (размера отверстий, в частности, длины продольных прорезей) последовательно на каждом участке от верхнего участка к нижнему обеспечивает выравнивание гидравлического напора, что повышает степень очистки воды.
Таким образом, благодаря созданию направляющими лопатками 19 дополнительной центробежной принудительной направленности движения потока вниз и увеличению центробежной силы, а также дополнительному отводу турбулентных потоков тарелками 20 предлагаемое техническое решение, по сравнению с прототипом, обеспечивает при работе фильтра-грязевика повышение эффективности разделения очищенных и загрязненных слоев потока за счет более полного отведения частиц механических примесей, что, в свою очередь, обеспечивает повышение степени очистки воды.