ВАКУУМ-ФИЛЬТР ДИСКОВЫЙ
DISC VACUUM FILTER

Изобретение предназначено для очистки жидкостей от механических включений и может быть использовано в горно-обогатительной, угольной, металлургической, химической, пищевой и других отраслях промышленности.
В горно-обогатительной промышленности в процессах, где в качестве носителя продукта используется вода, на последних стадиях извлечения концентрата используют различные способы его обезвоживания. Наиболее приемлемыми по производительности разделения суспензии и уровню остаточной влажности являются дисковые вакуум- фильтры непрерывного действия, содержащие фильтровальные диски, закрепленные на несущем пустотелом валу, укрепленном на цапфах и имеющем на концах распределительные головки, ванну, привод вала («Справочник по обогащению руд» Под. ред. О.С. Богданова, В.И. Ревнивцева, М., Недра, 1983, стр. 100-102).
Недостатком данного фильтра является низкая эффективность обезвоживания.
Известен вакуум-фильтр производства «Рудгормаш», представляющий собой сварную конструкцию из сварных узлов ванны, привода вала, вала опорного, состоящего двух секций, цапф, которыми вал устанавливается в подшипники скольжения, закрепленных на вале сменных трубчатых коллекторов, распределительных головок, имеющих износостойкое полиуретановое покрытие внутренней поверхности (Вакуум-фильтр ДОО100-2,5-1У-Н. Руководство по эксплуатации 303-00.00.0000РЭ. ООО «УГМК Рудгормаш-Воронеж», 2007 г., стр. 9-12).
Недостатком данной конструкции является то, что тонкослойное (~4 мм) износостойкое полиуретановое покрытие полостей трубчатых коллекторов в результате многократно повторяемых циклов изменения давления: от повышенного - до вакуумного разрежения, иногда отслаивается от стальной трубы, образуя вздутия и порывы, перекрывающие сечение каналов и препятствующие нормальной работе фильтра.
Кроме того, применение в паре скольжения торцевого подшипника одинакового антифрикционного полимерного материала, в частности, графитонаполненного капролона приводит к тому, что выделяемое при трении тепло приводит в начале работы к небольшому размягчению и деформации материала, способствующему созданию идеального беззазорного герметичного подвижного контакта. Однако в результате скрытой анизотропии внутренних напряжений, возникающих при изготовлении блочного капролона, как материала, при его нагреве в процессе работы эти деформации носят локальный характер вспучивания и при остановке вращения вала, в случае перегрева места контакта, происходит спекание однородного материала двух частей пары подшипника и выходу его из строя.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является фильтр вакуумный дисковый, содержащий фильтровальные диски, состоящие из независимых секторов, закрепленных на полом несущем секционированным валу, имеющем на концах распределительные головки и цапфы, лежащие в подшипниках, установленных в станине ванны для суспензии, и привода вала, при этом вал собран из отдельных секций и имеет по окружности ряд сквозных параллельных каналов, которые сообщаются через боковые разъемы с полостями секторов, из которых собран отдельный диск с фильтрами, а полости каналов вала через герметичную пару торцевого подшипника скольжения с распределительными ячейками последовательно, через каналы в распределительной головке соединяют с системами вакуумирования и отдувки по повторяющемуся циклу, при этом каждый диск состоит из разобщенных полых секторов, дренажная поверхность которых обтянута фильтровальной тканью или сеткой («Фильтры вакуумные дисковые. Техническое описание и инструкция по эксплуатации 64331000.0000-ТО. Завод «Прогресс», 1987 г., стр. 8-9). Недостатками данной конструкции является то, что значительный вес вала, изготовленного из формового чугунного литья, ограничивает ресурс подшипников скольжения и повышает трудоемкость ремонтных работ при замене как опорных подшипников, так и торцевых - в распределительных головках. Существенным недостатком является высокая чувствительность контактных поверхностей торцевых подшипников к загрязнениям из фильтрата, проникающим в зазор контакта из объема каналов при вакуумировании объема и царапающих полированную поверхность подшипника из металла с высокой поверхностной твердостью. Это вызывает потерю вакуума и снижает эффективность работы вакуумного фильтра. Устранение борозд и восстановление зеркальной чистоты поверхностей подшипника, в частности чугунного, очень трудоемко.
Кроме того, заданное топологией отверстий в распределительных шайбах торцевых подшипников соотношение в рабочем цикле периодов времени вакуумирования и отдувки не оптимально, во-первых, из-за недостаточности времени осушения осадка (кека), приводящее к повышенной влажности кека, во-вторых, из-за избыточного воздействия импульса отдувки на фильтровальную ткань, приводящего к чрезмерной амплитуде ее колебаний и ускоренному разрыву.
Результат, для достижения которого направлено данное техническое решение, заключается в повышении эффективности работы вакуумного фильтра, снижении металлоемкости, уменьшении трудоемкости при проведении ремонта, увеличении срока эксплуатации вакуумного фильтра.
Указанный результат достигается за счет того, в вакуум-фильтре дисковом, содержащем фильтровальные диски, состоящие из независимых секторов, закрепленные на полом несущем секционированным валу, имеющем на концах распределительные головки и цапфы, лежащие в подшипниках, установленных в станине ванны для суспензии, и привода вала, секции вала и головки выполнены в виде комбинированной конструкции в виде стального сварного каркаса, соединенного с каркасом из литого полиуретана, из которого целиком сформированы каналы секции и головок, а в торцевых подшипниках одна часть из пары скольжения выполнена из металла, преимущественно из чугуна, другая - из износостойкого полимера. При этом в качестве антифрикционного и износостойкого полимера используют формовой графитонаполненный полиамид-6. Для формирования массива литого полиуретана используют форполимеры горячего отверждения на основе сложного полиэфира П-6 или ОМА 1950 (полиэтиленгликольадипинат с молекулярной массой 2000), соединенного с 2-4-толуилендиизоцианатом, отвержденных диамином. Заливку реакционной массы полиуретана в каркас элементов вала проводят под давлением.
Кроме того, соотношение в рабочем цикле периодов времени вакуумирования и отдувки (площадей секторов соответствующих окон в распределительной головке) увеличено до максимума путем перенесения перегородки между камерами вакуумирования и отдувки в распределительной головке и уменьшения сектора окна отдувки в распределительной шайбе с 30 до 5-11 градусов, а соответствующее соотношение периодов времени (площади секторов окон каналов) вакуумирования и отдувки увеличено от 14:1 до 30:1.
Схема дискового вакуум- фильтра представлена на рис. 1.
Вакуум-фильтр дисковый состоит из ячейкового вала, размещенного горизонтально в ванне 1 на подшипниках скольжения 2 и вращающегося с помощью привода 3 между неподвижными головками 4 и 5. Вал собран из отдельных секций 6 и 7 и имеет по окружности ряд разобщенных параллельных сквозных каналов 8, которые сообщаются через разъемы 9 с полостями секторов 10, размещенных по окружности, и образующих отдельный диск 11 с фильтровальными перегородками 12 в виде слоя из фильтровальной ткани. Секции вала и головки выполнены в виде комбинированной конструкции: из стального сварного каркаса 13 и каркаса из литого полиуретана 14, из которого целиком сформированы каналы секции и головки. Полости каналов 8 вала через отверстия в герметичной паре шайб 15 и 16 торцевого подшипника скольжения последовательно, по повторяющемуся циклу, соединяют в распределительной головке 5 с каналами, ведущими к системам вакуумирования 17 или отдувки 18. Одна из пары шайб торцевого подшипника, преимущественно 15, со стороны вала, выполнена из антифрикционного износостойкого полимера, преимущественно из полиамида-6 (капролона), модифицированного графитом. Причем заготовки для механической обработки шайб отливают в формах с минимальными допусками вокруг функциональных отверстий.
Для устранения образования осадка над дном ванны расположено устройство 20 для перемешивания суспензии.
Работает вакуум-фильтр следующим образом.
При вращении вала 1 секторы фильтра 10 диска 11 последовательно сообщаются с каналами камер распределительной головки 5. В зоне фильтрования, при погружении сектора в суспензию, твердая фаза задерживается на поверхности фильтровальной перегородки, образуя слой осадка (кека) 19. Фильтрат, в частности вода, под действием вакуума поступает через фильтровальную перегородку 12, в частности, в виде ткани, в полость секторов 10, а затем через каналы 8 вала - в камеру головки 5, сообщающуюся с системой вакуумирования 17, и затем отводится из фильтра. В таком порядке каждый сектор последовательно проходит зоны: фильтрования, сушки осадка, съема осадка и регенерации ткани. Съем осадка осуществляют подачей через клапан отдувки импульса сжатого воздуха в соответствующий канал вала через окно канала камеры распределительной головки. При этом, за счет диафрагмирования сечения канала уменьшенным окном отдувки в распределительной шайбе импульс воздуха становится более плавным и уменьшенным по амплитуде. При необходимости проводят последующую регенерацию ткани воздухом или паром. Если фильтровальная перегородка не забивается, зону регенерации не используют.
В данном механизме наиболее изнашиваемыми узлами являются пары трения скольжения: опорные цилиндрические - на двух цапфах ячейкового вала и торцевые, обеспечивающие герметичность внутренних полостей вакуумного фильтра через площадь подвижного контакта.
Уменьшение более чем в два раза веса секции вала за счет замены литой чугунной конструкции сварным стальным каркасом с сохранением прочности секции и заполнением ее до оптимальной геометрической формы остального внутреннего объема с полной заменой перегородок между каналами литым полиуретаном снижает почти в два раза нагрузку на подшипники скольжения, увеличивая, соответственно, ресурс работы вала в два раза. При этом существенно уменьшается трудоемкость такелажных работ при проведении ремонта и увеличивается срок эксплуатации вакуумного фильтра.
Эксплуатация торцевой пары трения, с выполнением обеих шайб: распределительной и ячейковой из капролона, показала, что, обеспечивая необходимую герметичность, как при вакуумировании, так и повышенном давлении, даже при наличии принудительной смазки при остановке вращения происходит спекание контактных поверхностей за счет выделившегося при движении тепла. Замена одной шайбы, преимущественно распределительной, на металлическую, из чугуна или нержавеющей стали, позволяет удалять избыточное тепло из зоны контакта и обеспечивать длительную эксплуатацию вала вакуумного фильтра.
Применение для подшипников скольжения формового графитонаполненного полиамида-6, сформированного литьем под давлением форполимера горячего отверждения на основе сложного полиэфира П-6 или ОМА 1950 (полиэтиленгликольадипинат с молекулярной массой 2000), соединенного с 2-4-толуилендиизоцианатом, и отвержденных диамином, позволяет получить свойство «самовосстановления»: при попадании в микрозазор между шайбами микрочастиц суспензии, графитонаполненный полиамид за счет своей пластичности при нагреве поглощает их в своем объеме, исключая царапание полированной поверхности другой металлической шайбы. При этом за счет совокупности упругости и пластичности полученного полиамида микрозазор имеет размеры в доли микрометра. Таким образом, полученный антифрикционный и износостойкий материал с рабочей температурой до 150°С позволяет многократно увеличить межремонтный период вакуумного фильтра.
Изменение топологии функциональных отверстий в распределительной головке приводит как к относительному увеличению времени осушки пека в цикле, так и к демфированию потока воздуха при отдувке, приводящему к более плавному колебанию фильтровальной ткани с уменьшенной амплитудой, что существенно увеличивает срок службы ткани и исключает аварийные остановы в непрерывной работе вакуумного фильтра в целом, а также повышает качество железного концентрата за счет уменьшения его влажности.
Таким образом, данное техническое решение позволит:
- повысить эффективность работы вакуум-фильтра;
- увеличить срок эксплуатации вакуум-фильтра;
- снизить металлоемкость фильтра;
- уменьшить трудоемкость ремонта.