ФИЛЬТРУЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ (ВАРИАНТЫ)

Изобретение относится к фильтрующим элементам, предназначенным для механической или ионообменной очистки жидкости с сыпучим фильтрующим материалом (зернистой загрузкой), и может быть использовано во всех отраслях промышленности, где требуется очистка жидкости.
Известно фильтрационное устройство, содержащее корпус, систему трубопроводов и установленные внутри корпуса перегородки с фильтрующими колпачками и с размещенным между перегородками фильтрующим материалом (см. св-во на п.м. РФ №23786, МПК 7 В01D 24/04, 2002 г.).
Недостатком данного решения является наличие «мертвых зон», образующихся между фильтрующими колпачками и поверхностью перегородки и ухудшающих регенерацию фильтрующего материала. А также короткий срок службы фильтрующих колпачков, поскольку выступающая над поверхностью разделительной доски часть фильтрующих колпачков разрушается под воздействием зернистой загрузки. При промывке зернистой загрузки подаваемая под напором промывная жидкость, выходя из выступающей части соседних фильтрующих колпачков, поднимает зернистую загрузку и ударяет ею по соответствующим выступающим частям рядом расположенных фильтрующих колпачков, что и вызывает повреждение поверхности фильтрующих колпачков.
Известен фильтрующий элемент в виде сегмента трубы, содержащий верхнюю фильтрующую часть, и нижнюю перфорированную часть, жестко соединенные между собой с образованием продольно расположенных корытообразных желобов. Корытообразные желобы образованы за счет соединения вертикальных боковых стенок корытообразных (U-образных) элементов, торцевые стенки которых и образуют перфорированную часть (см. Копию рекламного проспекта ф. «Johnson screens», см. также http://www.johnsonscreens.com/js/groups/public/documents/iohnsonscreens/js wft0246 31.hcsp.) Данное решение принято за прототип.
Недостатком прототипа является сложность и высокая трудоемкость получения фильтрующего элемента путем соединения между собой вертикальных боковых стенок корытообразных (U-образных) желобов, и дальнейшей навивки на желобы и соединения с ребрами (соединенными между собой боковыми стенками желобов) проволоки, образующей фильтрующую часть.
Задача, решаемая изобретением - при упрощении конструкции и снижении трудоемкости изготовления фильтрующего элемента обеспечить высокую жесткость конструкции, максимальную производительность и эффективность очистки жидкости.
Поставленная задача решается за счет того, что в известном фильтрующем элементе, выполненном в виде сегмента трубы, содержащем верхнюю фильтрующую часть, и нижнюю перфорированную часть, жестко соединенные между собой с образованием продольно расположенных корытообразных желобов, в соответствии с изобретением, фильтрующая часть образована из продольных ребер, к которым прикреплены поперечно расположенные ряды проволоки треугольного сечения, а перфорированная часть выполнена профилированной.
Профиль перфорированной части выполнен в виде чередующихся разновеликих трапеций.
Разновеликие трапеции выполнены со скругленными углами.
Профилированная перфорированная часть жестко соединена с продольными ребрами фильтрующей части.
Новое техническое решение всей своей совокупностью существенных признаков позволяет при упрощении конструкции и снижении трудоемкости изготовления фильтрующего элемента обеспечить высокую жесткость конструкции, максимальную производительность и эффективность очистки жидкости.
Выполнение фильтрующей части из продольных ребер, к которым прикреплены поперечно расположенные ряды проволоки треугольного сечения позволяет упростить конструкцию, снизить трудоемкость изготовление и при этом обеспечить высокую жесткость конструкции, максимальную производительность и эффективность очистки жидкости.
Выполнение фильтрующей части, состоящей из ребер, к которым прикреплены ряды проволоки треугольного сечения, установленные с зазором, образующим щели, имеющие расширяющийся профиль за счет треугольного профиля проволоки, увеличивает скорость истечения жидкости, исключает возникновение завихрений при истечении жидкости. В результате сопротивление потоку становится малым, и при гидравлических расчетах устройства может не учитываться. Кроме того, попадающие в щели частицы соизмеримых размеров не будут застревать в них, т.к. щели имеют диффузное расширение, что увеличивает производительность и обеспечивает равномерность распределения скоростей фильтрации жидкости.
Ребра жесткости обеспечивают прочность, жесткость и надежность, как фильтрующей части, так и фильтрующего элемента в целом, причем их размер и количество определяются, исходя из заданных требований по качеству фильтрации.
Выполнение перфорированной части профилированной позволяет упростить конструкцию, снизить трудоемкость изготовления и соединения между собой фильтрующей и перфорированной частей. При этом обеспечивается максимальная производительность и эффективность очистки жидкости за счет эффективного распределения очищаемой жидкости по образованным профилем перфорированной части корытообразным желобам.
Поставленная задача решается также за счет того, что в известном фильтрующем элементе, выполненном в виде сегмента трубы, содержащем верхнюю фильтрующую часть, и нижнюю перфорированную часть, жестко соединенные между собой с образованием продольно расположенных корытообразных желобов, в соответствии с изобретением, фильтрующая часть образована из продольных ребер, к которым прикреплены поперечно расположенные ряды проволоки треугольного сечения, причем ребра выполнены увеличенной высоты, перфорированная часть выполнена в виде сегмента трубы, а корытообразные желобы образованы между продольными ребрами и перфорированной частью.
Новое техническое решение всей своей совокупностью существенных признаков позволяет при упрощении конструкции и снижении трудоемкости изготовления фильтрующего элемента обеспечить высокую жесткость конструкции, максимальную производительность и эффективность очистки жидкости.
Выполнение фильтрующей части из продольных ребер, к которым прикреплены поперечно расположенные ряды проволоки треугольного сечения, в которой ребра выполнены увеличенной высоты, позволяет упростить конструкцию, снизить трудоемкость изготовления и при этом значительно повысить жесткость конструкции, обеспечить максимальную производительность и эффективность очистки жидкости.
Выполнение перфорированной части в виде сегмента трубы позволяет упростить конструкцию, снизить трудоемкость изготовления и при этом обеспечить максимальную производительность очистки жидкости.
Создание корытообразных желобов между продольными ребрами и перфорированной частью позволяет упростить конструкцию, снизить трудоемкость изготовления, увеличить жесткость конструкции и при этом обеспечить максимальную производительность очистки жидкости.
Сравнение заявленного технического решения с уровнем техники по технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежных рубриках показывает, что совокупность существенных признаков заявленного решения ранее не была известна, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности "новизна".
Анализ известных решений в данной области показал, что предложенный фильтрующий элемент имеет признаки, использование которых в заявленной совокупности признаков дает возможность достичь нового результата, следовательно, предложенное техническое решение имеет изобретательский уровень по сравнению с существующим уровнем техники.
Предложенное решение применимо, работоспособно, и осуществимо, т.к. может быть изготовлено по известным технологиям изготовления и сборки фильтрующих элементов как в массовом производстве, так и мелкими партиями, и использовано для очистки жидкости в любых отраслях промышленности, следовательно, соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».
Фиг.1 - фильтрующий элемент, поперечное сечение;
Фиг.2 - фильтрующий элемент (сечение А-А фиг.1),
Фиг.3 - фильтрующий элемент (вид В фиг.1),
Фиг.4 - фильтрующий элемент, поперечное сечение, вариант исполнения,
Фиг.5 - фильтрующий элемент (сечение А-А фиг.3),
Фиг.6 - пример использования фильтрующих элементов.
Фильтрующий элемент 1 выполнен в виде сегмента трубы и может иметь различную длину. Фильтрующий элемент содержит верхнюю фильтрующую часть 2, и нижнюю перфорированную часть 3, жестко соединенные между собой. Фильтрующая 2 и перфорированная 3 части изготавливаются независимо друг от друга и затем жестко соединяются между собой, образуя фильтрующий элемент. Фильтрующая часть 2 образована из продольных ребер 4 и поперечно расположенных, присоединенных к ребрам 4 рядов 5 проволоки треугольного сечения. Перфорированная часть 3 выполнена профилированной. Профиль перфорированной части может быть выполнен, например, в виде чередующихся разновеликих трапеций 6, 7. Трапеции 7 перфорированной части образуют продольно расположенные корытообразные желобы 8.
Разновеликие трапеции 6, 7 могут быть выполнены со скругленными углами (условно не показано). Соединение фильтрующей 2 и перфорированной 3 частей осуществляют вдоль торцевой поверхности 9 меньшей трапеции 6 перфорированной части 3, жестко соединенной с соответствующим ребром 4 фильтрующей 2 части. Торцевая поверхность 10 увеличенной трапеции 7 перфорирована (см. фиг.2). Перфорация выполнена таким образом, что достигается максимально возможная эффективность как фильтрации, так и обратной промывки зернистой загрузки.
Фильтрующий элемент 1 по второму варианту исполнения выполнен в виде сегмента трубы и может иметь различную длину. Фильтрующий элемент содержит верхнюю фильтрующую часть 2, и нижнюю перфорированную часть 3, жестко соединенные между собой. Фильтрующая часть 2 образована из продольных ребер 4, к которым прикреплены поперечно расположенные ряды 5 проволоки треугольного сечения. Ребра 4 выполнены увеличенной высоты. Перфорированная часть 3 выполнена в виде трубы. Фильтрующая 2 часть жестко присоединена к перфорированной 3 части посредством соответствующих ребер 4 увеличенной высоты. Корытообразные желобы 8 образованы между продольными ребрами 4, имеющими увеличенную высоту, и перфорированной частью 3.
Фильтрующий элемент работает следующим образом. Фильтрующие элементы устанавливают на дно 11 фильтра, сверху укладывают слой зернистой загрузки 12. Очищаемая жидкость подается в корпус фильтра и поступает в слой зернистой загрузки 12, где она очищается как от механических нерастворимых, так и от растворимых примесей. Далее жидкость проходит сквозь щели фильтрующей части 2 фильтрующего элемента 1 и поступает в корытообразные желобы 8. Желобы 8 могут быть образованы либо внутренней полостью трапеций 7 перфорированной профилированной части 3 (по варианту 1) либо полостью, расположенной между увеличенными по высоте ребрами 4 фильтрующей части и перфорированной частью 3 (по варианту 2 исполнения). Затем жидкость проходит через отверстия перфорированной части 3 и собирается во внутренней полости 13 фильтрующего элемента, откуда очищенная жидкость отводится.
При фильтрации жидкости слой зернистой загрузки 12 постепенно насыщается примесями, и процесс фильтрации становится не эффективным. Поэтому проводится регулярная промывка и регенерация зернистой загрузки. Для чего во внутреннюю полость 13 фильтрующих элементов под большим давлением подается сначала воздух, а затем промывочная жидкость, которая, проходя через отверстия перфорированной части 3, равномерно распределяется вдоль корытообразных желобов 8 и далее проходит через щели фильтрующей части 2, поднимает зернистую загрузку, взрыхляет, очищает и регенерирует ее.
Применение проволоки треугольного сечения позволяет увеличить долговечность устройства.
За счет выполнения фильтрующей части с использованием проволоки треугольного сечения, щели имеют расширяющийся профиль, таким образом, щели получают подобие сопла. Наличие расширения исключает возникновение завихрений при истечении жидкости, из-за чего увеличивается скорость истечения жидкости, сопротивление потоку становится малым и при гидравлических расчетах устройства может не учитываться. Кроме того попадающие в щели частицы соизмеримых размеров не будут застревать в нем, т.к. щели имеют расширение, увеличивающее скорость истечения жидкости и увлекающее частицы засыпки фильтра совместно с жидкостью.
Это особенно важно при регенерации фильтра, так как под давлением подается обратный поток воздуха, а затем жидкости. При вышеизложенном условии давление в зоне щелей уменьшается, а скорость прохода жидкости увеличивается за счет сужения щели при проходе жидкости в обратном направлении (появляется эффект трубки Вентури), поэтому все щели промываются равномерно, а следовательно, равномерно промывается и засыпка. После этого фильтрующий элемент работает снова с большой производительностью и равномерно распределенной скоростью фильтрации.
Использование фильтрующей части с навивкой проволоки на продольные ребра увеличивает жесткость конструкции при внешнем давлении засыпки.
Качество и площадь сварки внешней навивки проволоки треугольного сечения к продольным ребрам выше, чем к ребрам корытообразного профиля с толщиной стенки 0,5 мм (как в прототипе). Жесткое присоединение (например, сваркой) перфорированной части к продольным ребрам, расположенным с внутренней стороны фильтрующей части, дополнительно увеличивает жесткость конструкции.
Использование нижней перфорированной части в виде сегмента трубы или в виде профилированного элемента дает возможность использовать фильтроэлементы данного вида разными по радиусам и площадям покрытия ими. Отличается легкостью конструктивного и технологического изготовления, используя один из видов профилирования.
В существующей конструкции (прототипе) отрыв ребра корытообразного желоба от намотанного наружного слоя ведет к серьезному нарушению жесткости и качеству промывки и даже увеличению рабочих щелей и вымыванию засыпного материала.
В заявляемом техническом решении этот недостаток отсутствует полностью. Так как верхняя часть является самостоятельной жесткой конструкцией, а отрыв одного или нескольких мест сварки нижней перфорированной части не приводит к изменениям в работе из-за его общей целостности.
Фильтрующий элемент может быть изготовлен как в серийном производстве, так и мелкими партиями с использованием известных технологий изготовления и сборки.