ФИЛЬТР ДЛЯ ОЧИСТКИ ЖИДКОСТЕЙ

Фильтр для очистки жидкостей
Полезная модель относится к устройствам для очистки жидкостей от механических примесей и может быть использована на автотракторной технике, в нефтеперерабатывающей и химической промышленности, в сфере нефтепродуктообеспечения и в других отраслях, связанных с разделением малоконцентрированных суспензий методом фильтрования, что обусловлено требованиями к чистоте нефтепродуктов, вызванным усложнением конструкции узлов и агрегатов техники, где эти жидкости применяются.
Известен: 1 способ изготовления фильтрующего элемента с переменной пористостью путем неравномерного обжатия в осевом направлении фильтрующего диска с центральным отверстием выполненного из эластичного пористого материала, жесткими прокладками, отличающийся тем, что с целью увеличения ресурса работы фильтрующего элемента путем более полного использования его объема, до обжатия торцевые поверхности фильтрующего диска имеют форму усеченных конусов, обращенных меньшими или большими основаниями друг к другу, а в качестве жестких прокладок используют плоские диски.
2 Способ по п. 1, отличающийся тем, что угол конусности торцевых поверхностей фильтрующего диска до его обжатия составляет
,
где D и d наружный диаметр фильтрующего диска и диаметр центрального отверстия соответственно;
1
2
ψ и ψ - пористость обжатого фильтрующего диска но наружному диаметру и диаметру центрального отверстия соответственно;
1
Δ - высота фильтрующего диска по его наружному диаметру
(а.с. №1780806 кл. B01D 27/00. 1992)
К сожалению эта конструкция имеет малую грязеемкость, вследствие изменения размера пор по линейной зависимости.
Известен способ изготовления фильтрующего элемента с переменной пористостью путем неравномерного обжатия торцевыми крышками в осевом направлении заготовок из эластичного пористого фильтрматериала с центральными отверстиями, отличающийся тем, что заготовки в необжатом состоянии имеют сферическую форму, а их количество определяют по формуле
где Н - высота фильтрующего элемента;
H
B
r, r - радиусы сферы и внутреннего отверстия заготовок;
n - степень обжатия заготовок
(а.с. №2139121 кл. B01D 27/00. 1999)
Недостатком конструкции является использование в качестве фильтрационного материала эластичного пористого полимера, так как при изготовлении материалов этого класса трудно обеспечить одинаковый размер пор при обжатии и изделия из указанных материалов имеют неравномерную поровую структуру.
Наиболее близким к предлагаемой конструкции является фильтр для очистки жидкостей, содержащий цилиндрический корпус с глухим днищем и входным патрубком в центральной части обечайки, крышку с осевым выходным патрубком, двухступенчатый фильтрующий элемент, первая ступень которого выполнена из жесткого крупнопористого полимерного материала в виде полого цилиндра и размещена с кольцевым зазором относительно обечайки корпуса, а вторая ступень размещена коаксиально внутри первой ступени и выполнена из жесткого мелкопористого
полимерного материала в виде пакета, набранного из отдельных блоков отличающийся тем, что количество блоков второй ступени кратно двум, каждый из этих блоков выполнен в виде полого усеченного конуса, угол наклона образующей которого составляет 30°, с противоположно направленными цилиндрическими выступами по периметрам большого и малого оснований усеченного конуса, при этом в пакете блоки с нечетными номерами, считая от днища корпуса фильтра, обращены малыми основаниями к днищу корпуса, а блоки с четными номерами обращены малым основанием к крышке фильтра и в совокупности образуют осевой канал, сообщенный с выходным патрубком в крышке фильтра, под которой на первой ступени фильтрующего элемента размещена заглушка с соосным осевому каналу второй ступени центральным отверстием, герметично зарывающая кольцевой зазор между обечайкой корпуса и первой ступенью фильтрующего элемента, внутренняя стенка которой сопряжена со второй ступенью очистки по боковым поверхностям по периметрам больших оснований блоков, второй ступени на конце которой со стороны днища корпуса фильтра размещена активная пружина, изолированная от днища корпуса торцевой заглушкой, размещенной на первой ступени и герметично закрывающей кольцевой зазор между обечайкой корпуса и первой ступенью фильтрующего элемента, при этом размеры пор полимерного материала первой и второй ступеней выбирают по следующим соотношениям:
n1
n2
n2
n2
d<3d, d>δ, ′d<3δ,
где δ - заданная тонкость очистки, мкм;
n1
n2
d и d - диаметры пор соответственно первой и второй ступеней, мкм (Патент РФ №2370303 кл. B01D 29/41. 2009).
Тем не менее, предлагаемая конструкция также ни лишена недостатков: 1 сложна конструкция фильтра, затрудняющая его техническое обслуживание;
2 конструкция фильтрующих элементов одноразовая, что удорожает эксплуатацию фильтра.
Задача создания полезной модели - повышение эффективности фильтра за счет увеличения ресурса работы фильтрующего элемента снижением его гидравлического сопротивления с одновременным упрощением технологии его изготовления с уменьшением количества расходуемого полимерного материала.
Технический результат полезной модели - повышение эффективности фильтра за счет увеличения ресурса работы фильтрующего элемента путем снижения его гидравлического сопротивления с одновременным упрощением конструкции и технологии его изготовления и уменьшением количества деталей фильтра.
Технический результат заявленной полезной модели достигается фильтром для очистки жидкостей, содержащий цилиндрический корпус с днищем и патрубком в центральной части обечайки, крышку с осевым патрубком, двухступенчатый фильтрующий элемент, первая ступень которого выполнена из жесткого крупнопористого полимерного материала размещенная с кольцевым зазором относительно обечайки корпуса, вторая ступень размещена коаксиально первой ступени и выполнена из жесткого мелкопористого полимерного материала, при этом размеры пор полимерного материала первой и второй ступеней выбирают по соотношениям:
n1
n2
n2
n2
d<3d, d>δ, d<3δ,
где δ - заданная тонкость очистки, мкм;
на первой ступени фильтрующего элемента размещена заглушка герметично зарывающая кольцевой зазор между обечайкой корпуса и первой ступенью фильтрующего элемента с соосным осевому каналу центральным отверстием в совокупности образуя осевой канал, сообщенный с патрубком в крышке фильтра, внутренняя стенка которого сопряжена со второй ступенью очистки по боковым поверхностям по периметрам больших оснований фильтрующего элемента, причем, входной патрубок расположен по оси верхнего днища цилиндрического корпуса, входя в корпус на 1
см, оба фильтрующих элементов выполнены в виде полых усеченных конусов, угол наклона образующих которых составляет 30°, с осью усеченного конуса, при этом фильтрующие элементы, обращены малыми основаниями к верхнему днищу корпуса, диаметр отверстия верхнего основания фильтрующего элемента первой ступени соответствует диаметру входного патрубка и надевается на него, диаметр отверстия верхнего основания фильтрующего элемента второй ступени соответствует диаметру нижнего отверстия усеченного конуса фильтрующего элемента первой ступени, а диаметр отверстия нижнего основания фильтрующего элемента второй ступени соответствует диаметру обечайки цилиндрического корпуса и вставляется в него; для периодической очистки фильтрующих элементов предусмотрен пьезоэлектрический ультразвуковой излучатель импульсов, размещенный в верхней трети обечайки цилиндрического корпуса с противоположной стороны, патрубка оборудованного малоинерционным динамическим клапаном (в центральной части обечайки, через который отфильтрованная жидкость покидает фильтр) а герметично зарывающая кольцевой зазор между обечайкой корпуса и первой ступенью фильтрующего элемента заглушка, с соосным осевому каналу центральным отверстием, выполнена корытообразной формы, обладает буртиком, центрирующим фильтрующий элемент первой ступени и отверстиями в донной части кольцеобразного корыта, закрытыми пластинчатыми клапанами, а осевой патрубок в крышке фильтра снабжен запорным краном.
Новые существенные признаки:
1 Фильтрующие элементы обеих ступеней очистки выполнены в виде полых усеченных конусов и обращены малыми основаниями к верхнему днищу корпуса, позволяют постепенно снижать по степенному закону вертикальную составляющую скорости движения фильтруемой жидкости в осевом канале фильтра, способствуя естественному оседанию крупных
взвесей в крышку фильтра и облегчает поворот фильтруемой жидкости в направлении фильтрующего элемента первой ступени фильтра.
2 Корытообразная форма заглушки с соосным осевому каналу центральным отверстием герметично зарывающая кольцевой зазор между обечайкой корпуса и первой ступенью фильтрующего элемента обеспечивает сбор естественно оседающих взвесей из кольцевого пространства между фильтрующими элементами первой и второй ступенями фильтра.
3 Пьезоэлектрический ультразвуковой генератор импульсов, размещенный в верхней трети обечайки цилиндрического корпуса с противоположной стороны выходного патрубка предназначен для периодической очистки фильтрующих элементов.
4 Малоинерционный динамический клапан, закрывающийся при подаче импульсов пьезоизлучателем, защищает трубопроводы от гидравлических ударов, возникающих при ультразвуковой очистке фильтрующих элементов.
5 Отверстия в донной части кольцеобразного корыта, закрытые пластинчатыми клапанами, предназначены для удаления осадка из межфильтрового пространства при проведении ульразвуковой чистки фильтрующих элементов, обеспечивая продление ресурса работы фильтра.
6 Форма фильтрующих элементов обеих ступеней очистки выполненных в виде полых усеченных конусов обращенных малыми основаниями к верхнему днищу корпуса, позволяет обеспечить беспрепятственное удаление под действием сил гравитации взвесей, загрязняющих фильтры в крышку фильтра и в кольцеобразное корыто заглушки между обечайкой корпуса и первой ступенью фильтрующего элемента при проведении ультразвуковой очистки фильтрующих элементов.
7 Открытие запорного крана на осевом патрубке на крышке фильтра обеспечивает периодическое удаление загрязняющего осадка из фильтра.
8 Расположение входного патрубка по оси верхнего днища цилиндрического корпуса, со входом в корпус на 1 см обеспечивает надежное центрирование фильтра первой ступени, точность и скорость сборки фильтра.
Перечисленные новые существенные признаки в совокупности с известными обеспечивают получение технического результата во всех случаях, на которые распространяются испрашиваемый объем правовой охраны.
Получение технического результата полезной модели достигается использованием фильтра (фиг. 1) для очистки жидкостей (1) поступающих через патрубок (2), врезанный по продольной оси в днище (3) цилиндрического корпуса. В центральную часть обечайки (4) цилиндрического корпуса фильтра врезан патрубок (5) через который отфильтрованная жидкость удаляется из фильтра в направлении полой горизонтальной стрелки. Поступившая в фильтр жидкость резко снижает вертикальную скорость перемещения, попадая в расширяющийся осевой канал, образуемый внутренней поверхностью жесткого крупнопористого фильтрующего элемента (6) первой ступени фильтрации, выполненного из полимерного материала в виде полого усеченного конуса, угол наклона образующей которого составляет 30° с осью усеченного конуса, при этом фильтрующий элемент фильтра, обращен малым основанием к верхнему днищу корпуса. Диаметр отверстия верхнего основания фильтрующего элемента первой ступени (6) соответствует диаметру входного патрубка (2) и надет на него.
Резкое падение скорости жидкости, поступивший в фильтр, в расширяющемся осевом канале облегчает ее поворот в направлении фильтрующего элемента (6) первой ступени фильтра.
Пройдя фильтрующий элемент первой ступени (6) жидкость проходит фильтрующий элемент второй ступени фильтрации (7) и покидает фильтр через патрубок (5). Фильтрующий элемент фильтра второй ступени
фильтрации (7) выполнен из жесткого мелкопористого полимерного материала в виде полого усеченного конуса, угол наклона образующей которого составляет 30° с осью усеченного конуса, обращен малым основанием к верхнему днищу корпуса и размещен коаксиально фильтрующему элементу первой ступени фильтрации (6). Диаметр отверстия верхнего основания фильтрующего элемента второй ступени (7) соответствует наружному диаметру нижнего основания усеченного конуса фильтрующего элемента первой ступени (6), а диаметр отверстия нижнего основания фильтрующего элемента второй ступени (7) соответствует диаметру обечайки цилиндрического корпуса (4) и вставляется в него.
На первой ступени фильтрующего элемента (6) размещена кольцевая корытообразная заглушка (9) герметично зарывающая кольцевой зазор между обечайкой корпуса (4) и первой ступенью фильтрующего элемента (6) с соосным осевому каналу центральным отверстием в совокупности образуя осевой канал, сообщенный с патрубком (15) в крышке (14) фильтра, внутренняя стенка которого сопряжена со второй ступенью очистки по боковым поверхностям по периметрам больших оснований фильтрующего элемента (7) второй ступени фильтрации.
Для восстановления работоспособности «забитого» осадками фильтра (при снижении давления в трубопроводе за фильтром) осуществляется очистка фильтрующих элементов (6 и 7) пьезоэлектрическим ультразвуковым излучателем (10) импульсов, размещенным в верхней трети обечайки цилиндрического корпуса (4) с противоположной стороны выходного патрубка (5), снабженного малоинерционным динамическим клапаном (8), защищающим трубопроводы от гидравлических ударов, возникающих при работе ультразвукового излучателя.
Расширяющийся осевой канал, образован внутренней поверхностью фильтрующего элемента первой ступени фильтрации (6), выполненного из полимерного материала в виде полого усеченного конуса, угол наклона образующей которого составляет 30° с осью усеченного конуса в совокупности
образуют осевой канал, сообщающийся с патрубком (15) в крышке (14) фильтра, облегчая удаление загрязняющих фильтр примесей и сбор их в крышке (14).
Герметично зарывающая кольцевой зазор между обечайкой корпуса и первой ступенью фильтрующего элемента кольцевая корытообразной формы заглушка (9) с соосным осевому каналу центральным отверстием, снабжена буртиком (11), предназначенным для центрирования фильтрующего элемента первой ступени (6). Отверстия (12) в донной части кольцевой корытообразной заглушки (9), закрыты пластинчатыми клапанами (13), открывающимися при подаче импульсов пьезоизлучателем, обеспечивая удалении загрязнений, накопившихся в корыте кольцевой корытообразной заглушки (9) и в кольцевом зазоре между фильтрующими элементами первой (6) и второй (7) ступенями фильтрации в крышку (14) фильтра.
Крышка фильтра (14) снабжена сливным патрубком (15) и краном (16) позволяющим периодически удалять накопившиеся в крышке фильтра (14) загрязнения.
ni
n1
n2
Размеры пор d полимерного материала первой d и второй d ступеней фильтрации выбирают по соотношениям:
n1
n2
n2
n2
d<3d, d>δ, d<3δ,
где δ - заданная тонкость очистки, мкм;
(Жужиков В.А. Фильтрование М. Химия, 1980, с. 88-99;
Удлер Э.И. Фильтрация углеводородных топлив - Томск, ТГУ, 1981. с 78-80).
В качестве жесткого пористого материала могут использоваться высокопористые полимеры с пространственно - глобулярной структурой с пористостью до 90% при отклонении размеров пор от номинального не более ±10%, обеспечивая высокую проницаемость при малом отклонении пор от номинального размера (Коваленко В.П., Улюкина Е.А. Очистка
нефтепродуктов и регенерация отработанныхз масел с помощью пористых полимеров//Вестник МГАУ 2005 №1(11), с. 138-141).
Угол наклона образующей фильтрующего элемента обращенного малым основанием к верхнему днищу корпуса составляет 30° с осью усеченного конуса, обеспечивая равенство скоростей течения жидкости в пространстве между поверхностями фильтра, что подтверждено экспериментальным определением основных показателей фильтра (патент РФ №2370303 кл. B01D 29/41. 2009), боковые поверхности которого выполнены с различным углом наклона.
Осевой канал фильтра образует объем, ограниченный внутренней полостью входного патрубка 2 фильтра, внутренними стенками фильтрующего элемента первой ступени фильтрации 6, нижняя поверхность кольцевой корытообразной заглушки 9 с соосным осевому каналу отверстием, внутренняя поверхностью крышки 14 фильтра и полостью сливного патрубка 15.
Внутренняя поверхность крышки 14 фильтра сопряжена по периметру со второй ступенью очистки по боковым поверхностям нижнего конца обечайки 4 цилиндрического корпуса фильтра по боковым поверхностям по периметрам больших оснований фильтрующего элемента 7 второй ступени фильтрации через кольцевую корытообразную заглушку 9 с соосным осевому каналу центральным отверстием.
Перечень позиций на чертеже Фиг. 1 к заявке на полезную модель
Фильтр для очистки жидкостей
1 поступающая в фильтр жидкость;
2 входной патрубок фильтра;
3 днище цилиндрического корпуса фильтра;
4 обечайка цилиндрического корпуса фильтра;
5 патрубок для удаления отфильтрованной жидкости из фильтра;
6 фильтрующий элемент первой ступени фильтрации;
7 фильтрующий элемент второй ступени фильтрации;
8 малоинерционный динамический клапан, защищающий трубопроводы гидросистемы от гидравлических ударов;
9 кольцевая корытообразная заглушка с соосным осевому каналу центральным отверстием, герметично зарывающая кольцевой зазор между обечайкой корпуса (4) и первой ступенью фильтрующего элемента (6);
10 пьезоэлектрический ультразвуковой излучатель;
11 буртик кольцевой корытообразной заглушки (9), образующий центральное отверстие, соосное осевому каналу, предназначенный для центрирования фильтрующего элемента первой ступени (6);
12 отверстия в донной части кольцевой корытообразной заглушки (9), предназначенные для удаления загрязнений из кольцевого зазора между фильтрующими элементами первой (6) и второй (7) ступенями фильтрации;
13 пластинчатые клапаны, открывающимися при подаче импульсов пьезоизлучателем (10), обеспечивая удаления загрязнений, накопившихся в корыте кольцевой корытообразной заглушки (9) и в кольцевом зазоре между фильтрующими элементами первой (6) и второй (7) ступеней фильтрации;
14 крышка фильтра;
15 сливной патрубок;
16 запорный кран для удаления накопившихся в крышке фильтра (14) загрязнений.