УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ ЖИДКИХ СРЕД ОТ МЕХАНИЧЕСКИХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ

Полезная модель относится к устройствам для разделения и очистки жидких сред, в частности отработанных масел и гидравлических жидкостей от механических частиц, с помощью комбинированного фильтрационного процесса, реализованного в одном аппарате, и может быть использована в различных отраслях промышленности, где требуется эффективная очистка технических масел и прочих вязких жидкостей от механических загрязнений, в том числе химической, нефтехимической, транспортной, текстильной и других.
Известна «Система фильтрации жидкости» (RU, патент 2035204, B01D 35/00, 1995), которая содержит теплообменник (Т) и самоочищающийся фильтр (СОФ), имеющий привод (П) циклической промывки. П состоит из преобразователя температуры в перемещение (ПТ) и трехходового крана (К), переключатель которого соединен с ПТ. Недостатком данной системы-аналога является то, что она не позволяет осуществлять очистку жидкости с постоянными температурой и давлением.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является «Способ регенерации отработанных масел и установка для его осуществления» (RU, патент 2034910, C10M 175/02, 1995), в котором отработанное масло предварительно фильтруют через гидрофобные фильтроматериалы, имеющие различную степень фильтрования, с последующей ультрафильтрацией масла через гидрофобную мембрану с получением очищенного масла и концентрата. Последний рециркулируют на стадию предварительного фильтрования и проводят периодическую промывку фильтроматериалов стадии предварительного фильтрования бензином, подаваемым противотоком. Промывку гидрофобной мембраны стадии ультрафильтрации бензином, подаваемым прямотоком. В установке для осуществления предлагаемого способа, включающей баки чистого и отработанного масла, чистой и загрязненной моющей среды, насос, запорные вентили, фильтр предварительной очистки и систему сверхтонкой очистки, согласно изобретению фильтр, предварительной очистки состоит из последовательно соединенных секций фильтрующих элементов с различной тонкостью фильтрования, а система сверхтонкой очистки выполнена в виде ультрафильтрационного аппарата, при этом бак отработанного масла соединен через запорный вентиль, насос, запорный вентиль, фильтр предварительной очистки, два запорных вентиля с патрубком ввода в ультрафильтрационный аппарат и через запорный вентиль с патрубком вывода концентрата из ультрафильтрационного аппарата, патрубок вывода из насоса соединен через три запорных вентиля с патрубком ввода в ультрафильтрационный аппарат, бак чистого масла соединен через запорный вентиль с патрубком вывода фильтрата из ультрафильтрационного аппарата, бак чистой моющей среды (бензина) соединен через запорный вентиль с патрубком ввода в насос, а бак загрязненной моющей среды соединен через запорные вентили с патрубком ввода в фильтр предварительной очистки и патрубками вывода фильтрата и концентрата из ультрафильтрационного аппарата.
Недостатком этого способа является то, что очистка масла от механических примесей построена на ступенчатом фильтровании с использованием последовательно установленных фильтров грубой и тонкой очистки. Использование большого количества устройств очистки в одной установке усложняет систему очистки, контроль и обслуживание установки, и как следствие, уменьшает надежность системы, увеличивает ее габаритные размеры. В установке отсутствует система управления, что усложняет контроль и регулирование режимных параметров. Кроме того, предложенная в прототипе в качестве способа регенерации фильтров промывка фильтрующих материалов бензином может ухудшить свойства очищаемого масла при попадании в него бензина. Применение бензина относит установку к категории пожаро-взрывоопасного оборудования, а смесь концентра загрязнений и бензина является экологически опасной, и требует применения специальной технологии утилизации.
Задачей полезной модели является упрощение схемы очистки жидкостей от механических примесей уменьшением количества ступеней очистки, повышение надежности, увеличение ресурса работы установки до регенерации, осуществление регенерации механическим способом без применения дополнительных веществ, автоматизация контроля и регулирования процессом работы установки.
Поставленная задача решается благодаря тому, что в установке для очистки жидких сред от механических загрязнений, включающей соединенные между собой магистралями с запорной арматурой резервуар загрязненной жидкости, насос, блок удаления механических загрязнений, резервуар очищенной жидкости, резервуар концентрата загрязнений и контрольно-измерительную систему, включающую измерители давления и расхода, предусмотрены следующие отличия: блок удаления механических загрязнений выполнен в виде самоочищающегося гидродинамического фильтра, снабженного приводом вращения, а контрольно-измерительная система оснащена двумя поточными анализаторами загрязнения, один из которых установлен на магистрали перед фильтром, а другой после фильтра на магистрали, соединяющей фильтр с резервуаром очищенной жидкости, при этом установка снабжена регулируемым дросселем, установленным на магистрали, соединяющий фильтр с резервуаром концентрата загрязнений, и датчиком перепада давления на фильтре.
Резервуар загрязненной жидкости и резервуары очищенной жидкости и концентрата загрязнений снабжены датчиками уровня.
Кроме того, установка снабжена пультом управления с сигнальными, контрольными и управляющими линиями, при этом сигнальные линии соединяют пульт управления с датчиками уровня, контрольные линии соединяют пульт управления с поточными анализаторами загрязнения, датчиком перепада давления на фильтре и измерителями расхода, а управляющие линии соединяют пульт управления с регулируемым дросселем, приводом вращения фильтра и насосом.
Пульт управления выполнен с системами визуальной регистрации величин параметров, передаваемых по контрольным линиям, и ручным формированием управляющих сигналов, предаваемых по управляющим линиям.
Пульт управления снабжен программной системой, формирующей сигналы, передаваемые по управляющим линиям в зависимости от величин параметров, передаваемых по контрольным линиям.
Полезная модель содержит один аппарат для удаления механических загрязнений, реализующий двухступенчатую очистку в одном корпусе, что увеличивает надежность системы и уменьшает ее габаритные размеры. Использование в качестве аппарата для удаления механических загрязнений самоочищающегося фильтра, относящегося к гидродинамического фильтрам, позволяет увеличить время между регенерациями фильтроэлемента за счет самоочищающейся способности фильтра, и исключить использование дополнительных веществ для регенерации. Наличие датчиков уровня предотвращает переполнение резервуаров жидкостью и, следовательно, уменьшает вероятность образования протечек. Кроме того, наличие в установке для очистки жидких сред от механических загрязнений пульта управления позволяет упростить контроль и регулирование процесса работы установки, уменьшить трудозатраты обслуживающего оператора. Регулирование работой установки от пульта управления с визуализацией регистрируемых величин с возможностью ручного и автоматического управления позволяет повысить надежность системы, исключить аварии при отклонении параметров процесса за пределы регламентированных значений.
Техническая сущность и принцип действия предложенной полезной модели поясняется чертежом. На Фиг. 1 представлена принципиальная схема установки для очистки жидких сред от механических загрязнений.
Установка для очистки жидких сред от механических загрязнений (Фиг. 1) включает резервуар 1 очищенной жидкости, насос 2 с приводом от электродвигателя, самоочищающийся гидродинамический фильтр 3 с приводом вращения от электродвигателя 4, резервуар 5 очищенной жидкости, резервуар 6 концентрата загрязнений. Самоочищающийся гидродинамический фильтр 3 содержит вращающийся и вибрирующий фильтроэлемент 7, вращение которого осуществляет через муфту электродвигатель 4, а вибрация обеспечивается механическим устройством из двух контактирующих элементов, один из которых вращающийся и жестко связан с фильтроэлементом, а другой неподвижный и закреплен на корпусе фильтра. Манометр 8 предназначен для контроля давления в системе. Датчик давления 9 служит для измерения перепада давления на фильтре 3. Для контроля объемов на магистралях загрязненной жидкости и фильтрата установлены расходомеры 10, 11. Для контроля качества очистки жидкости на магистралях загрязненной жидкости и фильтрата установлены поточные анализаторы загрязнения жидкости 12, 13. Установка имеет дросселирующее устройство 14, трехходовой клапан 15 для управления процессом. Для исключения перелива жидкости на резервуарах 1, 5 и 6 установлены датчики уровня 16. Контроль и регулирование работы всего оборудования осуществляется при помощи пульта 17 управления с сигнальными 18, контрольными 19 и управляющими 20 линиями.
Установка для очистки жидких сред от механических загрязнений работает следующим образом.
Очищаемая жидкость поступает в установку от потребителя в резервуар 1. Насос 2 осуществляет перекачку загрязненной жидкости из резервуара 1 в самоочищающийся гидродинамический фильтр 3 для очистки от механических примесей. В самоочищающемся гидродинамическом фильтре 4 осуществляется очистка жидкости от механических частиц с помощью комбинированного фильтрационного процесса, заключающегося в сочетании фильтрования и центробежной сепарации частиц с возможностью саморегенерации фильтра. В качестве такого фильтра может быть использован «Фильтр гидродинамический вибрационный» [RU, патент 150506, B01D 33/29, 2014]. Загрязненная жидкость поступает внутрь фильтра с вращающимся и вибрирующим фильтроэлементом 7. Вращение фильтроэлемента 7 обеспечивается электродвигателем 4. При вращении под действием центробежных сил часть частиц загрязнений, присутствующих в очищаемой жидкости, отбрасываются к стенкам корпуса фильтра, захватываются потоком перепускаемой жидкости и удаляются из фильтра. Основной поток пропускается через вращающийся фильтроэлемент 7, фильтровальный материал которого задерживает частицы, не отделенные за счет центробежных сил. Таким образом, центробежная сепарация, реализуемая в фильтре, является аналогом грубой очистки, а фильтрование - тонкой, и совмещенные в одном аппарате. Для реализации самоочищающейся способности фильтра 3, предусмотрено и возвратно-поступательное вибрационное движение фильтроэлемента 7, разрушающее слой накопившегося осадка на его поверхности.
вх
вх
вх
вх
вх
вх
вых
вых
вых
вых
вх
3
3
3
3
Для выбора режимных параметров работы фильтра 3 на магистрали загрязненной жидкости установлены контрольно-измерительные устройства, определяющие давление на линии (p, Па), расход очищаемой жидкости (Q, м/с) и счетную концентрацию частиц (C, шт/м) в соответствии с ГОСТ 17216-2001. Режимным параметром фильтра 3 является частота вращения фильтроэлемента 7, которая обеспечивается электродвигателем 4 привода вращения. Оптимальная частота вращения определяется из условия устойчивости течения в кольцевом канале между корпусом фильтра 3 и фильтроэлементом 7, и зависит от параметров p, Q, C [Девисилов В.А., Шарай Е.Ю. Границы устойчивости в гидродинамическом фильтре // Безопасность в техносфере. - 2013. - №4. - С. 26-32]. Измерение давления p осуществляется манометром 8, расхода очищаемой жидкости Q - расходомером 10, концентрации частиц C - поточным анализатором загрязнения жидкости 12. Данные с контрольно-измерительных устройств 10 и 12 передаются на пульт управления 17, который в зависимости от величины полученных входных сигналов, генерирует выходной сигнал, устанавливающий частоту вращения электродвигателя 4, определяющую частоту вращения фильтроэлемента 7. Очищенная жидкость после фильтра 3 по трубопроводу магистрали фильтрата поступает в резервуар 5 очищенной жидкости и затем к потребителю. После фильтра на магистрали фильтрата установлены поточный анализатор частиц 13 и расходомер 11, измеряющие счетную концентрацию частиц (C, шт/м) в соответствии с ГОСТ 17216-2001 и расход очищаемой жидкости (Q, м/с) на выходе из фильтра 4. С помощью анализатора частиц 13 оценивается качество очистки и класс частоты жидкости. Расходомер 11 предназначен для контроля количества очищаемой жидкости Q. Для поддержания оптимального соотношения между расходами Q/Q=0,80…0,85 [Девисилов В.А., Мягков И.А., Шарай Е.Ю. Исследование гидродинамического вибрационного фильтрования и разработка конструкции фильтра // Известия Самарского научного центра РАН. - 2012. - Т. 14, №1(3). - С. 866-876], данные с расходомеров 10 и 11 поступают по контрольным линиям 19 на пульт управления 17. При отклонении от оптимального соотношения с пульта управления 17 передается сигнал по управляющей линии 20 на дросселирующее устройство 14, установленное на магистрали концентрата загрязнений для регулирования расхода изменением площади проходного сечения канала. Концентрат загрязнений поступает, в зависимости от технологических целей, в резервуар 6 концентрата загрязнений для дальнейшей утилизации и/или обратно в систему очистки в резервуар 1 на рециркуляцию. Переключение потока концентрата загрязнений на рециркуляцию и/или удаление из системы осуществляется трехходовым клапаном 15. Исключение перелива жидкости в резервуарах 1, 5 и 6 обеспечивается датчиками уровня 16, отправляющих соответствующий сигнал о критическом уровне жидкости по сигнальным линиям 18 на пульт управления 17.
По мере работы установки происходит засорение фильтроэлемента 7. При засорении фильтроэлемента 7 увеличивается перепад давления Δp на входе и выходе фильтра 4, который фиксируется датчиком давления 9. Сигнал от датчика давления 9 подается на пульт управления 17. При достижении критического значения перепада давления производится регенерация фильтроэлемента 7. Для этого увеличивается частота вращения фильтроэлемента 7 изменением частоты вращения вала электродвигателя 4 до значений соответствующих режиму регенерации. При этом частицы загрязнений под действием центробежных сил срываются с фильтроэлемента 7 и удаляются из системы. Время работы фильтра в режиме регенерации определяется адгезионными и когезионными свойствами частиц и фильтровальной поверхности, и может составлять от нескольких секунд до 10 минут, после чего фильтр переходит в штатный режим работы. В случае, если регенерация не обеспечила требуемое снижение перепада давления Δp, фильтроэлемент заменяется на новый, а старый - восстанавливается на дополнительном оборудовании обратной продувкой сжатым воздухом (на Фиг. 1 не показано).
Регулирование работой установки для очистки жидких сред от механических загрязнений от пульта управления 17 осуществляется ручным управлением оператором или автоматически по программному алгоритму.