Самоочищающийся фильтр для очистки жидкости от мусора
SELF-CLEANING FILTER FOR CLEANING OF LIQUID FROM GARBAGE

Область использования
Изобретение относится к средствам очистки жидкости и может быть использовано, в частности, для очистки воды от мусора в крупных водоводах, например, в напорных трубопроводах циркуляционной воды систем охлаждения конденсаторов паровых турбин.
Уровень техники
Из предшествующего уровня техники известен наиболее близкий к заявляемому изобретению самоочищающийся фильтр для очистки жидкости от мусора, содержащий устанавливаемый в рассечку на напорном участке трубопровода неподвижный цилиндрический корпус, внутри которого соосно установлена поворотная рама с закрепленной внутри нее фильтрующей поверхностью, а также привод поворотной рамы, и расположенную неподвижно со стороны входного по ходу жидкости торца рамы мусороприемную камеру, соединенную с линией отвода мусора. Самоочищающийся фильтр дополнительно содержит средство уплотнения зазора между корпусом и торцом обода поворотной рамы со стороны входа в нее жидкости, выполненное в виде прикрепленного к внутренней поверхности корпуса кольцевого уплотнительного элемента, и систему автоматического управления процессом самоочистки фильтра. При этом поворотная рама самоочищающегося фильтра для очистки жидкости от мусора выполнена в виде поворотной оси с закрепленной на ней ступицей, цевочного обода, соединенного со ступицей продольными пластинчатыми спицами, разделяющими раму на одинаковые секторы, и секционированную по указанным секторам фильтрующую поверхность, каждая секция которой выполнена в виде закрепленной по периметру сектора между спицами, ободом и ступицей пирамидальной корзины из проволочной сетки или перфорированных листов. Причем пирамидальные корзины всех секций обращены основаниями пирамид к потоку очищаемой жидкости, и каждая пластинчатая спица поворотной рамы имеет форму геометрической фигуры с двумя прямыми углами и с по меньшей мере частично скошенной в сторону обода выходной по ходу жидкости стороной. Привод поворотной рамы самоочищающегося фильтра для очистки жидкости от мусора выполнен реверсивным и содержит электродвигатель, редуктор и ведущую звездочку, взаимодействующую с цевочным ободом указанной поворотной рамы. Мусороприемная камера самоочищающегося фильтра для очистки жидкости, снабженного секционированной по секторам поворотной рамы фильтрующей поверхностью, выполнена с радиальными боковыми стенками и повторяет во входном сечении сектор указанной рамы. При этом мусороприемная камера содержит средство уплотнения зазора между входным торцом мусороприемной камеры и сектором с секцией фильтрующей поверхности во время его совмещения с указанным входным торцом, выполненное в виде двух радиальных уплотнительных элементов, прикрепленных соответственно к двум радиальным стенкам мусороприемной камеры (патент RU 95544 U1, опубл. 10.07.2010 (далее - [1])).
Недостатками известного из [1] самоочищающегося фильтра являются:
- ускоренный износ подшипников скольжения из-за высокой нагрузки на них, возникающей при повороте установленной на них рамы с закрепленной внутри нее фильтрующей поверхностью для обеспечения ее очистки;
- высокое энергопотребление из-за необходимости поворота рамы с закрепленной внутри нее фильтрующей поверхностью с помощью привода для обеспечения ее очистки.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является повышение надежности самоочищающегося фильтра для очистки жидкости от мусора, а техническими результатами - повышение износостойкости подшипников скольжения самоочищающегося фильтра; снижение энергопотребления самоочищающегося фильтра; и снижение нагрузки на подшипники скольжения самоочищающегося фильтра.
Решение указанной задачи путем достижения указанных технических результатов обеспечивается тем, что самоочищающийся фильтр для очистки жидкости от мусора, имеющий устанавливаемый в рассечку на напорном участке трубопровода неподвижный корпус и систему автоматического управления процессом самоочистки фильтра, содержит:
- установленную соосно внутри указанного корпуса неподвижную раму с закрепленной внутри нее фильтрующей поверхностью;
- расположенную со стороны входного по ходу жидкости торца рамы поворотную мусороприемную камеру, которая установлена на подшипниках скольжения и соединена с линией отвода мусора;
- привод вышеуказанной поворотной мусороприемной камеры, содержащий электродвигатель и механическую передачу;
- при этом ведущий элемент вышеуказанной механической передачи находится во взаимодействии с ведомым элементом, установленным на валу, соединенном с мусороприемной камерой;
- при этом вал ведущего элемента установлен на подшипнике скольжения в месте опоры в стенке вышеуказанного неподвижного корпуса;
- при этом на все вышеуказанные подшипники скольжения нанесено упрочняющее покрытие из стеллита.
Причинно-следственная связь между отличительными признаками заявляемого изобретения и вышеуказанными техническими результатами заключается в том, что:
- выполнение в неподвижном виде рамы, соосно установленной внутри корпуса, и выполнение в поворотном виде мусороприемной камеры, расположенной со стороны входного по ходу жидкости торца рамы, обеспечивает снижение энергопотребления самоочищающегося фильтра за счет того, что для осуществления поворота мусороприемной камеры без поворота рамы с закрепленной внутри нее фильтрующей поверхностью требуется меньше энергозатрат для создания необходимого крутящего момента, чем в известном из предшествующего уровня техники самоочищающемся фильтре [1], в котором мусороприемная камера выполнена неподвижной, а установленная на подшипниках рама с закрепленной внутри нее фильтрующей поверхностью выполнена поворотной, так как масса мусороприемной камеры, установленной на вышеуказанных подшипниках, значительно меньше, чем масса рамы с закрепленной внутри нее фильтрующей поверхностью, что также обеспечивает снижение нагрузки на подшипники скольжения самоочищающегося фильтра;
- установка поворотной мусороприемной камеры и вала ведущего элемента на подшипниках скольжения, на которые нанесено упрочняющее покрытие из стеллита обеспечивает повышение износостойкости подшипников скольжения самоочищающегося фильтра.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлен вид самоочищающегося фильтра сбоку со стороны смотровых окон. На фиг. 2 представлен вид самоочищающегося фильтра в сечении А-А. На фиг. 3 представлен вид самоочищающегося фильтра со стороны входа потока загрязненной жидкости. На фиг. 4 представлен вид самоочищающегося фильтра в сечении Б-Б. На фиг. 5 представлен вид фильтрующей поверхности со стороны входа загрязненной жидкости. На фиг. 6 представлен вид фильтрующей поверхности в сечении А-А. На фиг. 7 представлен вид поворотной мусороприемной камеры со стороны входа потока загрязненной жидкости. На фиг. 8 представлен вид поворотной мусороприемной камеры в сечении Б-Б. На фиг. 9 представлена принципиальная схема системы автоматического управления процессом самоочистки фильтра.
Описание позиций чертежей
1 - коническая обечайка;
2 - цилиндрическая обечайка;
3 - коническая обечайка;
4, 5 - фланцы;
6 - линия отвода мусора;
7 - фланец;
8 - фланцевая втулка;
9 - упрочняющее покрытие;
10 - большое кольцо;
11 - малое кольцо;
12 - радиальные ребра;
13 - корзина;
14 - прижим;
15 - винт;
16 - призматический лоток;
17 - полый цилиндрический вал;
18 - резиновое уплотнение;
19 - втулка;
20 - упрочняющее покрытие;
21 - ведомый вал;
22 - червячное колесо;
23 - составной ведущий вал;
24 - червяк;
25 - цилиндрический отвод;
26 - фланец;
27 - цилиндрическая пластина;
28 - фланцевая втулка;
29 - упрочняющее покрытие;
30 - цилиндрический отвод;
31 - фланец;
32 - цилиндрическая пластина;
33 - откидные болты;
34 - пластина;
35 - втулка;
36 - сальниковое уплотнение;
37 - прижимная втулка;
38 - муфта;
39 - вал;
40 - электродвигатель с редуктором;
41 - люк со смотровым окном;
42 - смотровое окно;
43 - датчик текущего значения перепада давления;
44 - задатчик значения перепада давления;
45 - датчик текущего значения величины электрического тока;
46, 47 - сетевые клеммы;
48 - задатчик предельно допустимой величины указанного тока;
49 - пусковое устройство электродвигателя с редуктором;
50 - устройство включения реверса;
51 - запорная арматура;
52 - трубопровод;
53 - реле времени;
54 - первый контроллер;
55 - второй контроллер.
Осуществление изобретения
Ниже приведен частный пример конструкции и работы заявляемого самоочищающегося фильтра для очистки жидкости от мусора.
Неподвижный корпус самоочищающегося фильтра состоит из трех последовательно сваренных встык частей из нержавеющей листовой стали марки 12Х18Н10Т: конической обечайки 1; цилиндрической обечайки 2, внутренний диаметр которой равен внутреннему диаметру большого основания конической обечайки 1; и конической обечайки 3, внутренний диаметр большого основания которой равен внутреннему диаметру большого основания конической обечайки 1 и внутреннему диаметру цилиндрической обечайки 2 (фиг. 1). На открытых концах конических обечаек 1 и 3, имеющих равные малые внутренние диаметры, приварены 2 фланца 4 и 5 соответственно из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т, предназначенные для установки самоочищающегося фильтра в рассечку на напорном участке трубопровода (фиг. 2).
Линия отвода мусора 6 представляет собой трубу с угловым поворотом на 90°, состоящую из трубных сегментов из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т, соединенных разъемными и неразъемными сварными соединениями (фиг. 2). При этом выходной конец линии отвода мусора 6, проходит через отверстие в стенке конической обечайки 1, ось симметрии которого перпендикулярна оси симметрии конической обечайки 1. На входном конце линии отвода мусора 6 на уровне стыка большого основания конической обечайки 1 и цилиндрической обечайки 2 приварен фланец 7, выполненный из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т. При этом на фланце 7 установлена выполняющая функцию подшипника скольжения фланцевая втулка 8 из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т с нанесенным на боковую поверхность ее внешней стенки над фланцем методом плазменной наплавки упрочняющим покрытием 9 толщиной 4 мм из стеллита, в качестве которого использовался Stellite 1 на основе кобальта, имеющий следующий компонентный состав: хром (Cr) - 32 мас.%; вольфрам (W) - 12 мас.%; углерод (С) - 2,45 мас.%; никель (Ni)<3.0 мас.%; молибден (Мо) < 1.0 мас.%; железо (Fe) < 3.0 мас.%; кремний (Si) < 2.0 мас.%; кобальт (Со) - остальное до 100% (фиг. 2).
К внутренней стенке цилиндрической обечайки 2 приварена неподвижная рама с закрепленной на ней фильтрующей поверхностью. Неподвижная рама содержит соосно ориентированные соединенные между собой кольца из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т: большое кольцо 10 с пазами, внешний диаметр которого соответствует внутреннему диаметру цилиндрической обечайки 2; и малое кольцо 11 с пазами, внешний диаметр которого в 5 раз меньше внешнего диаметра большого кольца 10. При этом указанные кольца 10 и 11 соединены между собой с помощью установленных и приваренных в их пазах двенадцати радиальных ребер 12 из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т таким образом, что указанные кольца 10, 11 и радиальные ребра 12 образуют между собой двенадцать сквозных одинаковых секций. Фильтрующую поверхность образуют вышеуказанные двенадцать секций, в каждую из которых установлены полностью закрывающие их площади корзины 13 с помощью прижимов 14, которые закреплены в резьбовых отверстиях на торцевых поверхностях радиальных ребер 12 с помощью винтов 15. При этом корзины 13 установлены таким образом, что их основания обращены к потоку загрязненной жидкости, поступающей через коническую обечайку 1. Корзины 13 изготовлены из сетки из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т с размером ячейки 5×5 мм, а прижимы 14 изготовлены из листовой нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т (фиг. 2, 5, 6).
Поворотная мусороприемная камера состоит из призматического лотка 16, выполненного из листовой нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т, который соединен с помощью неразъемного сварного соединения с полым цилиндрическим валом 17, выполненным из трубы из нержавеющей листовой стали марки 12Х18Н10Т. Форма входного сечения лотка 16 повторяет форму вышеуказанной секции фильтрующей поверхности. Лоток 16 снабжен резиновыми уплотнениями 18 на гранях, примыкающих к секции неподвижной рамы. На одном конце полого цилиндрического вала 17 имеется отверстие для отвода мусора в линию отвода мусора 6 (фиг. 2, 4, 7, 8).
Поворотная мусороприемная камера установлена входным сечением, обращенным к потоку очищаемой жидкости, на фланцевой втулке 8 таким образом, что внутренняя стенка конца полого цилиндрического вала 17, имеющего отверстие для отвода мусора в линию отвода мусора 6, находится в контакте с упрочняющим покрытием 9. При этом к внутренней поверхности другого открытого конца полого цилиндрического вала 17 приварена внахлест выполняющая функцию подшипника скольжения втулка 19 из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т, на открытой поверхности внешней боковой стенки которой нанесено методом плазменной наплавки упрочняющее покрытие 20 толщиной 4 мм из стеллита, в качестве которого также использовался Stellite 1. Втулка 19 имеет отверстие под шпоночное соединение, ориентированное соосно с цилиндрическим валом 17. При этом внутренняя поверхность стенки малого кольца 11 находится во взаимодействии с упрочняющим покрытием 20 на открытой поверхности втулки 19 (фиг. 2).
Ведомый элемент представляет собой ведомый вал 21 с установленным на его конце червячным колесом 22, которые изготовлены из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т. Ведомый вал 21 свободно проходит через малое кольцо 11 и один из его концов жестко закреплен в вышеуказанном отверстии втулки 19 с помощью шпоночного соединения. При этом другой конец ведомого вала 21 с установленным на нем червячным колесом 22 расположен во внутренней части конической обечайки 3 соосно с ней (фиг. 2).
В конической обечайке 3 перпендикулярно ее оси симметрии со смещением по радиусу относительно нее установлен ведущий элемент, представляющий собой составной ведущий вал 23 с установленным на нем с помощью винтовых соединений червяком 24, таким образом, что червяк 24 находится во взаимодействии с червячным колесом 22. Составной ведущий вал 23 и червяк 24 изготовлены из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т (фиг. 2, 4). Коническая обечайка 3 имеет цилиндрический отвод 25, ось симметрии которого перпендикулярна оси симметрии обечайки 3 и смещена по радиусу относительно нее, с приваренным к нему фланцем 26 из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т, на котором установлена глухая плоская цилиндрическая пластина 27 из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т (фиг. 4). На внутренней стенке цилиндрической пластины 27 соосно с ней жестко закреплена с помощью винтов выполняющая функцию подшипника скольжения цилиндрическая фланцевая втулка 28, которая выполнена из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т. На поверхность цилиндрического углубления, образованного внутренней стенкой втулки 28 и частью внутренней стенки цилиндрической пластины 27, методом плазменной наплавки нанесено упрочняющее покрытие 29 из стеллита, в качестве которого также использовался Stellite 1. При этом опорный конец ведущего вала 23 установлен в вышеуказанном цилиндрическом углублении, образованном поверхностями цилиндрической пластины 27 и втулки 28, таким образом, что он находится во взаимодействии с упрочняющим покрытием 29 (фиг. 4).
На противоположной стороне боковой стенки конической обечайки 3 соосно с цилиндрическим отводом 25 имеется цилиндрический отвод 30 с приваренным к нему фланцем 31 из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т. При этом на указанном фланце цилиндрического отвода 30 соосно с ним установлена выполненная из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т плоская цилиндрическая пластина 32 с цилиндрическим отверстием, в которое установлен ведущий вал 23. В кольцевом зазоре между ведущим валом 23 и цилиндрическим отверстием в плоской цилиндрической пластине 32 с помощью двух откидных болтов 33 и плоской пластины 34, имеющей выемки под указанные откидные болты 33, закреплена выполненная из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т цилиндрическая полая втулка 35 с установленными в нее сальниковым уплотнением 36 и прижимной втулкой 37. Конец составного ведущего вала 23, выходящий из цилиндрического отверстия в плоской цилиндрической пластине 32 соединен через муфту 38 с валом 39 электродвигателя с редуктором 40, в качестве которого использовался мотор редуктор HGF2-45N80-T750KF (фиг. 4).
На боковой стенке конической обечайки 1 имеется люк со смотровым окном 41, предназначенный для дополнительного визуального контроля фильтрующей поверхности и для ручной очистки корзин 13 фильтрующей поверхности с входной стороны по потоку очищаемой воды в случае заклинивания призматического лотка 16. На боковой стенке конической обечайки 3 также имеется смотровое окно 42, предназначенное для дополнительного визуального контроля фильтрующей поверхности с выходной стороны по потоку очищаемой воды (фиг. 1, 2).
Система автоматического управления процессом самоочистки фильтра содержит: датчик 43 текущего значения перепада давления между двумя сторонами фильтрующей поверхности, импульсные линии которого установлены на поверхностях внутренних стенок конических обечаек 1 и 3 и в качестве которого использовался датчик перепада давления Сапфир-22ЕМ; задатчик 44 значений перепада давления между двумя сторонами фильтрующей поверхности, определяющих включение и отключение процесса отмывки, а также предельно допустимого перепада давления; датчик 45 текущего значения величины электрического тока питания с сетевых клемм 46, 47 электродвигателя с редуктором 40; задатчик 48 предельно допустимой величины указанного тока, пусковое устройство 49 электродвигателя с редуктором 40; устройство включения реверса 50 электродвигателя с редуктором 40; электропривод (на фиг. не показан) запорной арматуры 51, установленной на выходном конце трубопровода 52, соединенного с выходом линии отвода мусора 6; реле времени 53; а также первый и второй контроллеры 54 и 55 соответственно. При этом входы первого контроллера 54 соединены с указанным датчиком текущего значения перепада давления 43 и задатчиком 44 указанных значений перепада давления, определяющих включение и отключение процесса отмывки, а выходы - с электроприводом запорной арматуры, установленной на выходном конце трубопровода 52, соединенного с выходом линии отвода мусора 6, и с пусковым устройством 49 электродвигателя с редуктором 40. Входы второго контроллера 55 соединены с датчиком 45 текущего значения величины электрического тока питания электродвигателя с редуктором 40 и с задатчиком 48 предельно допустимой величины указанного тока, а выходы - с устройством включения реверса 50 электродвигателя с редуктором 40 и через реле времени 53 с пусковым устройством 49 электродвигателя с редуктором 40 (фиг. 9).
Работа самоочищающегося фильтра осуществляется следующим образом.
Самоочищающийся фильтр устанавливается в рассечку на напорном участке трубопровода с помощью фланцев 4 и 5 таким образом, чтобы загрязненная вода поступала на его вход в коническую обечайку 1 и затем, пройдя через фильтрующую поверхность, установленную в цилиндрической обечайке 2, поступала на его выход в коническую обечайку 3 в очищенном виде (фиг. 9).
При движении загрязненной воды по напорному участку трубопровода находящийся в ней мусор задерживается в корзинах 13 фильтрующей поверхности. По мере накапливания мусора в корзинах 13 фильтрующей поверхности растет гидравлическое сопротивление самоочищающегося фильтра, сопровождающееся соответствующим увеличением перепада давления между его входом и выходом. Когда измеряемое с помощью датчика 43 текущее значение перепада давления между двумя сторонами фильтрующей поверхности достигнет установленного задатчиком 44 значения перепада давления, определяющего включение процесса отмывки, первый контроллер 54 вырабатывает управляющие сигналы на срабатывание пускового устройства 49 электродвигателя с редуктором 40 привода поворотной мусороприемной камеры и на открытие запорной арматуры 51, установленной на выходном конце трубопровода 52, соединенного с выходом линии отвода мусора 6. При этом под действием возникающего на линии отвода мусора 6 перепада давления часть очищенной воды обратным потоком вымывает мусор из корзины 13 секции фильтрующей поверхности, совместившейся с входным сечением лотка 16 мусороприемной камеры. При вращении поворотной мусороприемной камеры таким же образом происходит поочередная отмывка корзин 13 всех двенадцати секций фильтрующей поверхности. После снижения гидравлического сопротивления фильтра до допустимого уровня первый контроллер 54 подает команду пусковому устройству 49 на отключение электродвигателя с редуктором 40 и на закрытие запорной арматуры 51, установленной на выходном конце трубопровода 52. В случае неправильной работы автоматики по поддержанию периодического режима работы фильтра, например, при неправильно заданных значениях перепада давления на прекращение отмывки, задается максимальное время непрерывной работы самоочищающегося фильтра, после которого производится прекращение процесса отмывки. Если по прошествии заданного максимального времени отмывки по тем или иным причинам не произошло снижение перепада давления на фильтре до заданной величины, включается сигнализация об аварийном состоянии самоочищающегося фильтра. При остановке вращения поворотной мусороприемной камеры в результате ее заклинивания резко возрастает текущее значение величины электрического тока, проходящего через датчик 45. При превышении предельного значения тока, установленного с помощью задатчика 48, второй контроллер 55 посылает команду на устройство включения реверса 50 электродвигателя с редуктором 40. При этом происходит освобождение лотка 16 мусороприемной камеры, который начинает вращаться в обратную сторону до нового ее возможного заклинивания, после чего происходит повторное включение реверса. Если после включения реверса величина тока не уменьшается, через заданное время включается реле времени 53 с подачей команды пусковому устройству 49 на аварийное отключение электродвигателя с редуктором 40.
За счет того, что цилиндрический вал 17 поворотной мусороприемной камеры и ведущий вал 23 установлены на подшипниках скольжения, на которые нанесено упрочняющее покрытие из Stellite 1, обеспечивается повышение износостойкости подшипников скольжения самоочищающегося фильтра. За счет выполнения мусороприемной камеры поворотной, а фильтрующей поверхности неподвижной обеспечивается снижение энергопотребления самоочищающегося фильтра и снижение нагрузки на подшипники скольжения самоочищающегося фильтра.
Промышленная применимость
Самоочищающийся фильтр для очистки жидкости от мусора согласно патентуемому изобретению отвечает условию «промышленная применимость». Сущность технического решения раскрыта в формуле, описании и чертежах достаточно ясно для понимания и промышленной реализации соответствующими специалистами на основании современного уровня техники в области средств очистки жидкостей.