ПАТРОННЫЙ ФИЛЬТР

Полезная модель относится к устройствам для очистки от механических примесей фильтрованием сырой и товарной нефти, нефтепродуктов, газового конденсата и других жидких сред, с целью защиты технологических устройств, приборов, оборудования от повреждения на объектах нефтяной, газовой и других отраслей промышленности.
Из существующего уровня техники известен патронный фильтр (патент РФ №2352380, B01D 27/08, 20.04.2009) для очистки нейтральных и агрессивных жидкостей от механических примесей фильтрованием, содержащий корпус, разделенный по высоте решеткой с закрепленными на ней фильтрующими элементами на камеру очищенной жидкости и камеру исходной жидкости, имеющую тангенциально расположенный входной патрубок и снабженную направляющим элементом, в качестве которого используется отбойник-обтекатель, выполненный в виде пластин, прикрепленных двумя сторонами к внутренней поверхности входного патрубка вдоль двух симметричных линий ее образующей, при этом части пластин, выступающие во внутреннюю полость корпуса фильтра, имеют наклон в сторону тангенциальной образующей потока, а фильтрующие элементы размещены в камере исходной жидкости. В вышеописанном устройстве наличие сложного по конструкции отбойника-обтекателя требует дополнительных трудовых и материальных затрат.
Наиболее близким к заявляемому является патронный фильтр (патент РФ №140671, B01D 27/00, опубл. 17.09.2013) для очистки жидкости, содержащий вертикальный корпус с днищем и съемной крышкой, выполненной в виде диска, подводящий и отводящий патрубки, фильтрующий элемент в виде полого цилиндра с перфорированной стенкой. В выбранном прототипе при фильтрации неочищенной жидкости примеси (например, парафин) этой жидкости прилипают к внутренней стороне перфорированной стенки полого цилиндра и к стенкам радиальных отверстий и откладываются там, создавая сопротивление движению жидкости. Для обеспечения нормальной работы (без повышенного давления жидкости) фильтр разбирают для очистки. Недостатком прототипа является невозможность очистки фильтрующего элемента без разборки фильтра.
Задачей полезной модели является расширение технических возможностей для обеспечения очистки фильтрующего элемента без разборки фильтра. Указанная задача решается тем, что в патронном фильтре для очистки жидкости, содержащем вертикальный корпус с днищем и съемной крышкой, выполненной в виде диска, подводящий и отводящий патрубки, фильтрующий элемент в виде полого цилиндра с перфорированной стенкой подводящий патрубок расположен в нижней части корпуса, а отводящий - расположен в верхней части корпуса, причем днище выполнено с цилиндрическим выступом на внутренней стенке, расположенным соосно вертикальному корпусу, и на нижнем конце внутри полого цилиндра фильтрующего элемента, причем со свободного торца цилиндрического выступа выполнена соосно этому выступу цилиндрическая выборка, содержащая шарик, причем верхний конец полого цилиндра фильтрующего элемента наружной стенкой неподвижно посажен на внутреннею стенку фланца, причем диск фланца расположен соосно диску съемной крышки и закреплен к внутреннему торцу диска съемной крышки болтами, пропущенными через отверстия фланца и завернутыми в резьбовые выборки, выполненные на диске съемной крышки, причем нижний торец полого цилиндра фильтрующего элемента удален вверх от внутренней стенки днища, причем под отводящим патрубком на полый цилиндр фильтрующего элемента установлено соосно, неподвижно и с возможностью осевого перемещения в полости корпуса, кольцо в форме шайбы со сквозными отверстиями, причем эти отверстия удалены от оси шайбы на одинаковые расстояния и расположены друг от друга на одинаковых расстояниях, причем сверху на кольцо в форме шайбы установлен, с возможностью перемещения вверх в полости вертикального корпуса, подпружиненный пружиной сжатия клапан в виде шайбы, причем клапан закрывает все сквозные отверстия кольца, причем диаметр отверстий на перфорированной стенке полого цилиндра фильтрующего элемента, расположенных над клапаном, выбран больше диаметра отверстий, расположенных под кольцом, причем в нижней части полого цилиндра фильтрующего элемента на боковую наружную стенку на одинаковом удалении от нижнего торца этого цилиндра и под углом 120 градусов друг от друга прикреплены сваркой три продольные одинаковые пластины, имеющие форму равнобокой трапеции, причем пластины прикреплены к полому цилиндру фильтрующего элемента длинными основаниями, а между короткими основаниями пластин и внутренней стенкой вертикального корпуса имеется зазор, причем на верхней части на боковую наружную стенку вертикального корпуса на одинаковом удалении от верхнего торца этого корпуса и под углом 120 градусов друг от друга прикреплены сваркой три одинаковые пластины Г-образной формы, расположенные в плоскости, проходящей через ось вертикального корпуса, причем длинные ветви пластин направлены вверх и их свободные концы согнуты на прямой угол, причем на каждом согнутом конце длинной ветви просверлено отверстие, причем на согнутые концы длинной ветви пластин сверху установлен диск, выполненный с центральным отверстием и тремя отверстиями по краю этого диска, причем диск закреплен к Г- образной формы пластинам с помощью гаек, а также болтов, проходящих через отверстия, выполненные по краю диска, и отверстия согнутых концов длинных ветвей пластин, причем через центральное отверстие диска проходит вал электродвигателя, закрепленного на верхнею стенку диска, причем вал электродвигателя с помощью упругой муфты соединен с валом, установленным герметично на диске съемной крышки и с возможностью вращения в цилиндрической выборке, выполненной на диске съемной крышки соосно полому цилиндру фильтрующего элемента, причем вал нижним торцом упирается на шарик, расположенный на цилиндрической выборке выступа днища, а в средней части, ниже кольца в форме шайбы, вал содержит шнек, расположенный соосно этому валу и с возможностью вращения во внутренней полости полого цилиндра фильтрующего элемента.
На фигуре схематично изображен общий вид патронного фильтра в разрезе.
Патронный фильтр (далее - фильтр) содержит вертикальный корпус 1 (далее - корпус) с днищем 2 и съемной крышкой 3, выполненной в виде диска 4, фильтрующий элемент 5 в виде полого цилиндра с перфорированной стенкой 6. Между диском 4 и корпусом 1 имеется уплотнительное кольцо или прокладка для герметизации полости корпуса 1. Подводящий патрубок 7 расположен в нижней части корпуса, а отводящий - 8 расположен в верхней части корпуса 1. Днище 2 выполнено с цилиндрическим выступом 9 на внутренней стенке. Этот выступ 9 расположен соосно корпусу 1 и на нижнем конце внутри полого цилиндра фильтрующего элемента 5. Со свободного торца цилиндрического выступа 9 выполнена соосно этому выступу цилиндрическая выборка 10, содержащая шарик 11. Верхний конец полого цилиндра фильтрующего элемента 5 наружной стенкой неподвижно посажен на внутреннею стенку фланца 12. Диск 13 фланца расположен соосно диску 4 съемной крышки 3 и закреплен к внутреннему торцу 14 диска 4 съемной крышки болтами 15. Они пропущены через отверстия фланца 12 и завернуты в резьбовые выборки 16, выполненные на диске 4 съемной крышки 3. Нижний торец полого цилиндра фильтрующего элемента 5 удален вверх от внутренней стенки днища 2. Под отводящим патрубком 8 на полый цилиндр фильтрующего элемента 5 установлено соосно, неподвижно и с возможностью осевого перемещения в полости корпуса 1, кольцо 17 в форме шайбы со сквозными отверстиями 18. Эти отверстия 18 удалены от оси шайбы на одинаковые расстояния и расположены друг от друга на одинаковых расстояниях. Сверху на кольцо 17 в форме шайбы установлен, с возможностью перемещения вверх в полости вертикального корпуса, подпружиненный пружиной сжатия 19 клапан 20 в виде шайбы. Клапан 20 закрывает все сквозные отверстия 18 кольца 17. Диаметр отверстий 21 на перфорированной стенке 6 полого цилиндра фильтрующего элемента 5, расположенных над клапаном 20, выбран больше диаметра отверстий 22, расположенных под кольцом 17. В нижней части полого цилиндра фильтрующего элемента 5 на боковую наружную стенку на одинаковом удалении от нижнего торца этого цилиндра и под углом 120 градусов друг от друга прикреплены сваркой три одинаковые продольные пластины 23. Они имеют форму равнобокой трапеции и прикреплены к полому цилиндру фильтрующего элемента 5 длинными основаниями. Количество продольных пластин 23 выбрано равным трем и угол между ними равен 120 градусов для того, чтобы полый цилиндр фильтрующего элемента 5 при сборке фильтра располагался соосно корпусу 1 и цилиндрическому выступу 9. Благодаря этому при сборке фильтра цилиндрический выступ 9 входит внутрь полого цилиндра фильтрующего элемента 5. При расположении продольных пластин 23 под углом 120 градусов друг от друга полый цилиндр фильтрующего элемента 5 располагается соосно корпуса 1 в пределах (выбирается конструктивно - зависит от зазора между пластиной 23 и стенкой корпуса 1), обеспечивающих беспрепятственный вход выступа 9 внутрь полого цилиндра фильтрующего элемента 5. Между короткими основаниями пластин 23 и внутренней стенкой 24 корпуса 1 имеется зазор. На верхней части на боковую наружную стенку корпуса 1 на одинаковом удалении от верхнего торца этого корпуса 1 и под углом 120 градусов друг от друга прикреплены сваркой три одинаковые пластины 25 Г-образной формы. Они расположены в плоскости, проходящей через ось корпуса 1. Длинные ветви 26 пластин 25 направлены вверх и их свободные концы 27 согнуты на прямой угол. На каждом согнутом конце 27 длинной ветви 26 просверлено отверстие. На согнутые концы 27 длинной ветви 26 пластин 25 сверху установлен диск 28, выполненный с центральным отверстием 29 и тремя отверстиями по краю этого диска 28. Количество пластин 25 Г-образной формы выбрано равным трем для обеспечения устойчивого расположения диска 28 на фильтре. Если бы их было две, то диск 28 вибрировал бы при эксплуатации фильтра, а увеличение количества пластин 25 ведет к увеличению затрат при изготовлении фильтра. Угол между пластинами 25 Г-образной формы выбран равным 120 градусов для обеспечения быстрой сборки фильтра. Угол 120 градусов на наружной боковой стенке корпуса 1 находится с помощью делительной головки определением только одного углового размера -120 градусов, что удобно и делается быстро. Через 120 градусов на наружной боковой стенке корпуса 1 наносятся три метки и на эти метки крепятся пластины 25 Г-образной формы. Диск 28 закреплен к Г-образной формы пластинам 25 с помощью гаек, а также болтов 30, проходящих через отверстия, выполненные по краю диска 28, и отверстия согнутых концов 27 длинных ветвей 26 пластин. Количество отверстий на диске 28 выбрано равным трем для обеспечения устойчивого расположения этого диска на фильтре после крепления его к согнутым концам 27 длинных ветвей 26 пластин 25 Г-образной формы. Через центральное отверстие 29 диска 28 проходит вал электродвигателя 31, закрепленного на верхнею стенку диска 28. Вал электродвигателя 31 с помощью упругой муфты 32 (изготовленной, например, по ГОСТ 14084-76 или по ГОСТ 21424-75) соединен с валом 33, установленным герметично и с возможностью вращения в цилиндрической выборке 34. Эта выборка 34 выполнена на диске 4 крышки 3, соосно полому цилиндру фильтрующего элемента 5. Для герметизации вала 33, соосно цилиндрической выборке 34 с верхнего торца диска 4 крышки 3 выполнена цилиндрическая выборка 35 (далее выборка) с большим диаметром, чем диаметр цилиндрической выборки 34. На верхней части выборки 35 нарезана внутренняя резьба, куда завернута грондбукса 36. Она удерживает уплотнительные манжеты 37, установленные в выборку 35 и предназначенные для герметизации вала 33 на диске 4 крышки 3. Вал 33 нижним торцом упирается на шарик 11, расположенный на цилиндрической выборке 10 выступа 9 днища 2. В средней части, ниже кольца 17 в форме шайбы, вал 33 содержит шнек 38. Он расположен соосно валу 33 и с возможностью вращения во внутренней полости полого цилиндра фильтрующего элемента 5.
Фильтр работает следующим образом. В первоначальный момент электродвигатель 31 не включен. Вал 33 со шнеком 38 находятся в покое - не вращаются. Жидкость с механическими примесями с подводящего патрубка 7 поступает через отверстия 22 перфорированной стенки 6 в полость полого цилиндра фильтрующего элемента 5. Перемещению неочищенной жидкости к отводящему патрубку 8 препятствует кольцо 17. Его сквозные отверстия 18 под действием пружины сжатия 19 закрыты клапаном 20. Зазор между кольцом 17 и внутренней стенкой 24 корпуса 1 незначителен, так как кольцо 17 установлено в полости корпуса 1 с возможностью осевого перемещения. Через этот зазор примеси не проходят и не поднимаются в полость А корпуса 1. Очищенная жидкость поднимается вверх по полому цилиндру фильтрующего элемента 5 через винтовую полость шнека 38 и, проходя через отверстия 21 перфорированной стенки 6, поступает в полость А корпуса 1 над клапаном 20. С полости А очищенная жидкость поступает в отводящий патрубок 8, а затем на трубопровод. Из-за большого диаметра отверстий 21, очищенная жидкость, проходя по ним, не испытывает гидравлического сопротивления. Поэтому не требуется увеличение давления жидкости, подаваемой на подводящий патрубок 7. При протекании жидкости через отверстия 22 перфорированной стенки 6 примеси фильтруемой жидкости прилипают и откладываются на стенках этих отверстий и на внутренней стенке полого цилиндра фильтрующего элемента 5. При этом давление неочищенной жидкости на подводящем патрубке 7 повышается, а на отводящем - 8 понижается. Приборы автоматики (датчик давления или электроконтактный манометр с помощью реле) включают электродвигатель 31 и его вал с помощью упругой муфты 32 вращает вал 33 со шнеком 38. Шнек 38 скоблит с внутренней стенки полого цилиндра фильтрующего элемента 5 примеси и направляет их в полость корпуса 1. Далее эти примеси поступают вместе с очищенной жидкостью в полость отводящего патрубка 8, а затем на трубопровод. При вращении шнека 38 также очищаются стенки отверстий 22 перфорированной стенки 6 полого цилиндра фильтрующего элемента 5 благодаря большой скорости потока жидкости, создаваемого вращающимся шнеком 38. При сборке фильтра вначале на диск 4 крышки 3 крепят болтами 15 фланец 12 с полым цилиндром фильтрующего элемента 5, на котором предварительно должны быть установлены кольцо 17 в форме шайбы, подпружиненный пружиной сжатия 19 клапан 20 в виде шайбы и три пластины 23. Далее с нижнего открытого конца полого цилиндра фильтрующего элемента 5 в его полость устанавливают вал 33 со шнеком 38. Верхний конец вала 33 пропускают через цилиндрические выборки 34 и 35. Затем для герметизации вала 33 в выборку 35 устанавливают уплотнительные манжеты 37 и на внутреннею резьбу заворачивают грондбуксу 36. После этого вначале на верхний конец корпуса устанавливают уплотнительную прокладку и нижний конец полого цилиндра фильтрующего элемента 5 с пластинами 23 заводят в открытую полость корпуса 1. Далее двигают полый цилиндр к днищу 2. При этом кольцо 17 свободно перемещается в полости корпуса 1, т.к. оно установлено с возможностью осевого перемещения в полости корпуса 1. Пластины 23 также свободно перемещаются в полости корпуса 1, т.к. между короткими основаниями пластин 23 и внутренней стенкой 24 корпуса 1 имеется зазор. Далее нижний конец вала 33 входит в цилиндрическую выборку 10 выступа 9 и торцом упирается на шарик 11. При этом диск 4 крышки 3 ложится на уплотнительную прокладку, установленную на корпус 1. При установке диска 4 с полым цилиндром фильтрующего элемента 5 в корпус 1 нижний торец полого цилиндра этого элемента не упирается в днище из-за того, что нижний торец полого цилиндра фильтрующего элемента 5 удален вверх на от внутренней стенки днища 2. Из-за этого диск 4 крышки 3 не испытывает усилие, направленное вверх, от фильтрующего элемента и диск 4 плотно прилегает к уплотнительной прокладке, обеспечивая герметичность корпуса 1. Диск 4 крышки 3 крепят к корпусу 1 при помощи двух одинаковых желобов в форме половинки полого цилиндра (на фиг. не показаны) с двумя выступами на внутренней стенке. Желоба обхватывают диск 4 крышки 3 и верх корпуса 1 и закреплены друг другу скобами (на фиг. не показаны) П-образного сечения. Далее на выступающий с грондбуксы 36 конец вала 33 крепят нижнею полумуфту муфты 32, а на верхнею полумуфту крепят вал электродвигателя 31. Электродвигатель 31 крепят к диску 28. Разборку фильтра проводят в порядке обратном сборке. При засорении на перфорированной стенке 6 отверстий 22, если в это время электродвигатель 31 не работает из-за его поломки или отказа приборов, с помощью которых он включается, то срабатывает клапан 20. Он под давлением фильтруемой жидкости, действующей снизу через сквозные отверстия 18 кольца 17, поднимается вверх, деформируя пружину сжатия 19. Фильтруемая жидкость через сквозные отверстия 18, зазор между внутренней стенкой 24 корпуса 1 и клапаном 20 поступает в полость А и затем в отводящий патрубок 8. При этом давление в полости корпуса 1 под кольцом 17 снижается и тем самым предотвращается порыв на подводящем патрубке 7 или на трубопроводе, соединенном к подводящему патрубку 7. После устранения неисправности электродвигателя 31, включают его в работу и шнек 38, аналогично вышеописанному, очищает отверстия 22 перфорированной стенки 6. После остановки электродвигателя 31 клапан 20 под действием пружины сжатия 19 ложится на кольцо 17, закрывает сквозные отверстия 18 кольца 17. Поэтому фильтруемая жидкость, поступающая из подводящего патрубка 7, проходит в полость фильтрующего элемента 5 только через отверстия 22.
В предложенном фильтре, в отличие от прототипа, очистка внутренней стороны перфорированной стенки и отверстий фильтрующего элемента производится шнеком, периодически вращаемого электродвигателем. Благодаря этому расширяются технические возможности предложенного фильтра. В прототипе для очистки фильтрующего элемента разбирают фильтр снятием его крышки и фильтрующего элемента из вертикального корпуса. Только после этого производят очистку фильтрующего элемента скребком или металлическими щетками.
Перечень использованной информации: патент РФ №2352380, B01D 27/08, патронный фильтр, авторы Васильев А.А. и др., 20.04.2009; патент РФ №140671, B01D 27/00, опубл. 27.12.1995.