ФИЛЬТР
FILTER

Изобретение относится к области фильтрования, а именно к жидкостным фильтрам, предназначенным в основном для очистки углеводородных жидкостей от механических примесей и воды, и может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей, автомобильной и других отраслях промышленности.
Для улучшения эксплуатационных качеств фильтра и продления срока его работы широко применяются методы принудительной регенерации, которые после процесса фильтрации позволяют восстановить или улучшить грязеемкость фильтра.
Известен фильтр, который предназначен для реализации способа очистки фильтрующего элемента по авторскому свидетельству СССР №1274727, МПК B01D 29/38, опубл. 1986, и служит для очистки частиц дисперсной фазы. Фильтр по указанному свидетельству состоит из нескольких слоев металлической фильтровальной сетки, имеющей ромбовидную форму ячеек на стадии фильтрования за счет внешней сжимающей силы и квадратную форму ячеек на стадии регенерации за счет внешней растягивающей силы. За счет перемещения проволок сетки обеспечивается отделение частиц загрязнителя и их вынос жидкостью обратной промывки из фильтра. Однако такая конструкция фильтра имеет сложность, связанную с необходимостью обеспечения периодической деформации ячеек, и как следствие, приводит к повышению стоимости производства и эксплуатации, а также имеет невысокую степень очистки.
Известен фильтр для очистки жидкости или газа по патенту RU 2254901, МПК B01D 29/62, B01D 29/48, B01D 46/00, опубл. 27.06.2005. Фильтр содержит каркас в виде пружины и пустотелый перфорированный шток, размещенный коаксиально внутри каркаса. К нижней части штока прикреплена неподвижная крышка, а к верхнему торцу пружины прикреплена верхняя крышка, которая установлена на штоке с возможностью осевого перемещения. Фильтрующей поверхностью служит фильтровальное полотно, надетое на витки пружины по всей ее длине. Для обеспечения регенерации пружина выполнена в виде трубки, равномерно перфорированной по всей длине, и снабжена патрубком для подачи промывочной воды или продувочного газа. Такая конструкция уменьшает время регенерации, повышая производительность фильтра. Однако такая конструкция фильтра сложна в изготовлении и применении и поэтому экономически не выгодна.
Известен патронный фильтр по авторскому свидетельству СССР №1722531, МПК B01D 27/00, опубл. 1992, предназначенный для очистки частиц дисперсной фазы. Этот известный фильтр, наиболее близкий по технической сущности к заявляемому, и принят за прототип. Патронный фильтр содержит каркас в виде пружины, закрепленный торцовыми крышками, устройство для регенерации, выполненное в виде пустотелого перфорированного штока, установленного осесимметрично, и на котором неподвижно закреплена нижняя крышка (днище фильтра), а верхняя установлена с возможностью осевого перемещения. В нижней части штока имеется патрубок для отвода фильтрата и подачи промывочной жидкости или газа. На боковой поверхности каркаса размещен фильтровальный материал из трубчатого эластичного полотна. Сжатие и растяжение пружины с фильтрующим материалом производится принудительно с помощью гайки, навинченной на шток. При работе фильтра материал позволяет при наименьшем расстоянии между верхней и нижней крышками и наибольшем сжатии микропор в фильтровальном материале улавливать частицы, размеры которых меньше размера ячеек фильтровального материала в свободном состоянии. Однако такая конструкция фильтра не позволяет эффективно очистить углеводородные жидкости от механических примесей, поскольку не обеспечивает постепенное уменьшение размера пор по ходу потока фильтруемой жидкости, а исходная пористость фильтровального материала уменьшается по мере накопления загрязнений в фильтре, отчего качество очистки снижается, требуется промывка фильтра. Отсюда повышение производительности такого фильтра происходит за счет регенерации.
Задача изобретения - повысить производительность фильтра путем увеличения продолжительности времени работы фильтрующего элемента без его принудительной регенерации, тем самым повысить экономичность и ресурс работы фильтра до замены фильтрующего материала при одновременном сохранении качества очистки.
Технический результат, позволяющий решить поставленную задачу, заключается в увеличении грязеемкости фильтра непосредственно во время процесса фильтрации путем автоматического регулирования перового пространства в фильтрующем материале по ходу фильтрации жидкости и в увеличении объема порового пространства по мере накопления загрязнений в фильтрующем материале.
Технический результат, направленный на решение поставленной задачи, достигается следующим образом.
Заявляемый фильтр, как и прототип, содержит каркас с днищем и крышкой, фильтрующий элемент из пористого упругого деформируемого материала, закрепленный между днищем и крышкой, пустотелый перфорированный шток, установленный осесимметрично внутри каркаса и заканчивающийся патрубком, неподвижно закрепленным в днище каркаса, причем крышка каркаса установлена на штоке с возможностью осевого перемещения.
В отличие от прототипа фильтр согласно изобретению дополнительно содержит корпус с выпускным патрубком, а патрубок на конце штока неподвижно встроен в корпус и является патрубком для подачи фильтруемой жидкости. Каркас свободно размещен внутри корпуса и выполнен в виде цилиндрического перфорированного стакана с коническим днищем, а крышка каркаса выполнена в виде усеченного конуса с цилиндрическим полым и закрытым сверху выступом, надетым на пустотелый перфорированный шток с возможностью осевого перемещения. Кроме этого фильтр снабжен цилиндрической витой пружиной, которая плотно надета на цилиндрический выступ крышки и упирается в корпус, а фильтрующий элемент выполнен путем набивки фильтрующим материалом пространства между стенками каркаса и перфорированным штоком и приклеен к днищу и крышке каркаса. В частных случаях выполнения отличием является также то, что посредством пружины, надетой на выступ крышки, фильтрующий элемент до начала фильтрации выполнен сжатым, фильтрующий элемент выполнен из пенополиуретана ППУ-ЭО-130.
В заявляемом в качестве изобретения фильтре, включающем фильтрующую набивку, обжатую днищем и крышкой с помощью пружины, надетой на выступ крышки, осуществляется целенаправленное формование, обеспечивающее постепенное уменьшение размера пор по ходу потока фильтруемой жидкости. Исходная пористость фильтрующей набивки увеличивается по мере накопления загрязнений в фильтре за счет возникновения новых пор в пространстве между частями фильтрующего материала в набивке из-за перепада давления внутри и снаружи фильтрующей набивки и деформации фильтрующего материала, тем самым увеличивая грязеемкость фильтра. Поэтому качество очистки не снижается и ресурс фильтра до замены фильтрующей набивки повышается.
Наличие конических днища и крышки обеспечивает целенаправленно формование фильтрующей набивки и уменьшает размер пор по ходу потока фильтрации. При этом подвижная коническая крышка по мере забивки пор фильтроматериала под действием внутреннего давления жидкости, сжимая пружину, может перемещаться вверх, постепенно увеличивая объем приклеенного к ее поверхности фильтроматериала, т.е. объем порового пространства, при этом качество очистки не меняется, т.к. осадок загрязнений, находящийся в порах, увеличивает объем пор и сам начинает выполнять функции фильтра, обеспечивая дополнительную пористость. Поэтому грязеемкость, а следовательно, и ресурс фильтра повышаются.
Совокупность существенных признаков, которая характеризует заявляемое изобретение, в известных источниках информации не обнаружена. Это подтверждает новизну изобретения.
В известных технических решениях, например в приведенных выше фильтрах по авторским свидетельствам СССР №1274727, 1722531, по патенту RU №2254901, для повышения ресурса работы фильтра после завершения фильтрации производится принудительное растягивание фильтрующего материала для промывки пор от загрязнителей. В заявляемом фильтре, как и в фильтре по патенту RU №2254901 и в фильтре по прототипу, фильтрующий элемент в исходном состоянии, тоже сжат с помощью пружины. Но для растяжения фильтрующего элемента (для промывки) в известных фильтрах пружину принудительно после фильтрации распрямляют. В заявляемом фильтре растяжение фильтрующего материала происходит автоматически сжатием пружины во время фильтрации. При этом увеличивается объем порового пространства и повышается грязеемкость.
В уровне техники не выявлены фильтры, в которых увеличение их грязеемкости и, как следствие, повышение его ресурса до замены фильтрующей набивки решалось бы автоматически с помощью увеличения объема пор при перемещении подвижной конической крышки, которая сжимает пружину, при неизменном качестве очистки, когда осадок загрязнений начинает выполнять функции фильтра. Несмотря на простоту технического решения, изобретение явным образом не следует из уровня техники, а значит, соответствует критерию «изобретательский уровень».
Далее изобретение поясняется чертежом, на котором изображен заявляемый фильтр.
Фильтр состоит из корпуса 1 с впускным патрубком 2 на конце перфорированного штока 3. Внутри корпуса 1 установлен цилиндрический перфорированный стакан 5 с коническим днищем 6. Фильтр содержит фильтрующий элемент 4 в виде набивки из упругого деформируемого пористого материала, заключенного между днищем 6 неподвижного стакана 5 и подвижной конической крышкой 7 и приклеенного к ним. Крышка 7 выполнена с полым цилиндрическим выступом, на который плотно надета пружина 8, упирающаяся в посадочное место в корпусе 1. Для отвода фильтрата служит выпускной патрубок 9.
Пример работы фильтра.
В нормальном состоянии до фильтрации фильтрующий материал 4 обжат крышкой 7 и днищем 6 с помощью пружины 8. Сила нажатия пружины выбирается из условия равенства силы, необходимой для удержания чистой упругой фильтрующей набивки в сжатом состоянии. Фильтруемая жидкость поступает во впускной патрубок 2 и через перфорацию штока 3 в фильтрующую набивку 4 (поток изнутри наружу). При этом конические днище 6 и крышка 7 обеспечивают целенаправленно формование фильтрующей набивки 4, обеспечивая уменьшение размера пор по ходу потока фильтрации. Далее через перфорацию на боковой поверхности стакана 5 фильтруемая жидкость поступает в корпус 1 фильтра и через выпускной патрубок 9 выходит наружу. В качестве фильтрующей набивки используется деформируемый упругий пористый материал, например, пенополиуретан ППУ-ЭО-130. По мере забивки пор фильтроматериала возникает перепад давления внутри и снаружи фильтрующей набивки. При этом подвижная коническая крышка 7 под действием внутреннего давления жидкости, сжимая пружину 8, может перемещаться вверх, постепенно увеличивая объем приклеенного к ее поверхности фильтроматериала, т.е. объем перового пространства, при этом качество очистки не меняется, т.к. осадок загрязнений, находящийся в порах, сам начинает выполнять функции фильтра. Таким образом грязеемкость, а следовательно, и ресурс фильтра повышаются.
Подбором геометрических параметров верхней подвижной конической крышки 7 и характеристики пружины 8 можно установить требуемые и допустимые режимы работы фильтра до замены фильтрующей набивки 4. Причем в процессе эксплуатации фильтра вся его оснастка может служить сколько угодно долго. Замене подлежит только фильтрующая набивка 4, что снизит расходы на производство и эксплуатацию фильтра.