ФИЛЬТРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫСОКОВЯЗКИХ СРЕД
FILTERING DEVICE FOR HIGH VISCOSITY FLUIDS

Изобретение относится к фильтрующему устройству для высоковязких сред с признаками ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.
Для удаления частиц загрязнений из высоковязких сред, таких, в частности, как расплавленный пластик, известны различные конструктивные формы, как, например, устройства со сменными стержневыми фильтрами или устройства со сменой барабанного сита, общим признаком которых является то, что в них на подвижном несущем элементе имеется несколько полостей для сит (далее ситовых полостей), в которых могут быть закреплены фильтрующие материалы. При загрязнении какой-либо зоны сита указанная зона сита выводится из канала течения, и туда перемещается другая зона сита. В конструкциях, позволяющих непрерывную работу, это гарантирует, что во время смены сита на одной из ситовых полостей жидкость может продолжать течь через по меньшей мере одну другую ситовую полость. Затем загрязненная зона сита переводится в положение обратной промывки и очищается путем обратной промывки. Если очистки путем обратной промывки оказывается недостаточно, ситовая полость перемещается до положения обслуживания снаружи корпуса или становится там доступной через проем в корпусе, чтобы просеивающий элемент можно было заменить.
Непрерывный режим работы обеспечивает длительную безотказную фильтрацию, но имеет в некоторых вариантах выполнения следующие недостатки.
- Проблемой всех конструкций является то, что многие расплавы полимеров могут химически и/или термически повреждаться, если время пребывания, в течение которого неподвижные полимерные расплавы остаются под действием температуры вне проточных каналов в ситовых полостях, слишком велико.
- Площадь фильтрации в фильтрующем устройстве типа устройства со сменными стержневыми фильтрами невозможно увеличивать произвольно. Чтобы использовать один просеивающий элемент, подготовить про запас один следующий и, кроме того, обеспечить по меньшей мере одно положение обратной промывки и/или отверстие для обслуживания для замены просеивающего элемента, требуется, как правило, по меньшей мере четыре ситовые полости. Существенное увеличение площади ситовых полостей привело бы к непропорционально большим диаметрам стержневого фильтра и длине корпуса. Увеличение площади за счет использования свечных фильтров и т.п. возможно также лишь в ограниченной степени из-за ограниченного места для установки в стержне.
- В случае барабанного сита типа, описанного, например, в DE 10/2016 113979 B3, также имеется ограничение площади на барабанном сите, которая может использоваться для фильтрации, поскольку каждая ситовая полость должна изолироваться от корпуса индивидуально. Хотя поток может течь одновременно через несколько зон сита, как описано в DE 10/2010 036810 A1, но в процессе фильтрации всегда по меньшей мере две зоны сита находятся внутри корпуса, а именно по меньшей мере одна перед и по меньшей мере одна за ситовыми полостями, через которые течет поток. Чтобы не допустить вытекание жидкости из корпуса при дальнейшем повороте барабанного сита, требуется перекрывание корпусом на ширину по меньшей мере одной ситовой полости с обеих сторон. Эти ситовые полости, находящиеся почти в положении блокировки, особенно подвержены указанной проблеме разложения неподвижных полимерных расплавов под действием тепла. Их этих положений, в свою очередь, наиболее уязвимым является положение на барабанном сите, находящееся в направлении вращения непосредственно за положениями, находящимися в процессе фильтрации. Это связано с тем, что неподвижный в этом месте расплав при следующем повороте попадает прямо в продуктовый поток. Если на чистой стороне просеивающего элемента во время ожидания появляются продукты разложения, они напрямую загрязняют продукт.
Тем не менее, для того, чтобы по-прежнему можно было работать с фильтрами гораздо большей площади, известны, например, из DE 10/2005 061770 A1, фильтры с большой площадью, однако их необходимо полностью отключать для обслуживания.
Таким образом, задача изобретения состоит в том, чтобы усовершенствовать фильтрующее устройство для высоковязких сред указанного во введении типа таким образом, чтобы увеличить эффективную площадь фильтрации, при этом учитывая также проблему термического разложения некоторых полимерных расплавов.
Эта задача решена посредством фильтрующего устройства для высоковязких сред с признаками пункта 1 формулы изобретения.
Предлагаемое изобретением решение основано на фильтрующем устройстве типа барабанного сита. Следующие признаки являются существенными для изобретения.
- Как и прежде, барабанное сито предпочтительно разделено путем углового разделения на несколько кольцевых сегментов, большинство из которых имеют отверстия и образуют ситовые полости. Сами ситовые полости могут иметь форму кольцевого сегмента, чтобы оптимально использовать место, но форма может быть также и круглой. Таким образом, термин "сегмент" означает в первую очередь лишь одно из нескольких положений на барабанном сите.
- Несколько соседних сегментов, имеющих ситовые полости, образуют фильтровальную группу, поток через которую протекает как через единое целое, так что для фильтрации доступна большая площадь.
- Хотя ситовые полости при фильтрации используются как блок из нескольких кольцевых сегментов, все они снабжены собственной окружной уплотнительной перемычкой, через которую они могут быть индивидуально изолированы от корпуса. Если необходимо очистить ситовые полости в барабанном сите, барабанное сито можно повернуть без остановки работы, не допуская вытекания расплава из корпуса. При этом площадь фильтровальной группы временно уменьшается, но фильтрация может продолжаться. Ситовые полости по очереди станут доступными в отверстии для обслуживания, прежде чем они снова будут повернуты в корпус, чтобы поток мог снова течь через всю фильтровальную группу.
- В положениях блокировки, которые одновременно являются неиспользуемыми положениями ожидания и которые находятся перед и за фильтровальной группой, вообще не предусмотрено никаких ситовых полостей. Тем самым, на барабанном сите имеется небольшая доля поверхности, которая не может использоваться для фильтрации. Как результат, в корпусе нет полостей, которые в течение длительного времени подвергаются воздействию тепла, и в которых материал может разлагаться.
Выражение "уплотнительная перемычка" может конкретно относиться к выступающей над поверхностью области постоянной ширины, которая окружает ситовую полость. Однако это может быть также воображаемая полоса с минимальной шириной, необходимой для уплотняющего эффекта, в пределах гораздо большей области поверхности. Если, например, в сегменте предусмотрена одна круглая ситовая полость, то всегда помимо этой круглой полости имеется большая поверхность уплотнения. Из этого требуется, однако, только какое-то одно замкнутое кольцо с минимальной шириной, зависящей, наряду с прочим, от вязкости среды и давления, чтобы изолировать ситовую полость от корпуса. Уплотнительная перемычка может окружать такую ситовую полость напрямую, так что она тоже является круглой, или она может находиться также на боковой поверхности барабанного сита, не перфорированной для полости. В качестве уплотнительной перемычки может также служить вся остальная, не перфорированная площадь сегмента. Таким образом, несущественно, как проходит уплотнительная перемычка и насколько она широкая. Важным является лишь то, что требуемая минимальная ширина уплотнительной перемычки целиком лежит внутри указанной площади сегмента, и при этом все еще возможно, чтобы соседние сегменты имели общую уплотнительную перемычку точно в пограничной зоне, чтобы максимально увеличить площадь, доступную для фильтрации.
В первом предпочтительном варианте осуществления изобретения барабанное сито имеет всего одну фильтровальную группу, которая активно использует для фильтрации более половины кольцевых сегментов. Остается два кольцевых сегмента в качестве блокирующих сегментов, которые в обычном режиме фильтрации находятся внутри корпуса, и между ними третий кольцевой сегмент без ситовых полостей, который занимает отверстие для обслуживания снаружи корпуса. Таким образом, на барабанном сите имеется один большой сегмент, который образует фильтровальную группу, состоящую из нескольких, герметизируемых по отдельности ситовых полостей, и один меньший сегмент без ситовых полостей.
Число угловых шагов и соответственно образующихся кольцевых сегментов должно быть не меньше 6, а предпочтительно составлять от 8 до 12. Как было показано, во всех случаях 3 положения не должны использоваться для режима фильтрации, так что минимальное число сегментов n=6 по-прежнему делает доступной для фильтрации половину площади. При n=8 отношение используемой площади к неиспользуемой составляет 5:3, при n=12 даже 9:3. Чем больше имеется сегментов, тем меньше уменьшение площади, когда барабанное сито уже было повернуто для обслуживания, но режим фильтрования продолжается на уменьшенной площади фильтра.
Теоретически указанное соотношение улучшается с увеличением числа кольцевых сегментов, поскольку число неиспользуемых положений остается постоянным и равным минимум трем. Однако при этом не учитывается, что зона фильтрации согласно изобретению образована из отдельных сегментов, каждый из которых должен герметизироваться отдельно, так что всегда следует учитывать ширину уплотнительной перемычки между ними, которая, в свою очередь, требует постоянной минимальной ширины независимо от используемой площади фильтра. Чем больше число полостей, тем больше площадь, которая не может использоваться в качестве площади уплотнения в пределах зоны фильтрации. Исходя из этих соображений, нецелесообразно разделять барабанное сито на число полостей, существенно больше 12.
Поскольку барабанное сито предпочтительно разделяется на 8-12 кольцевых сегментов, и необходимо, чтобы как минимум 3 сегмента из них (два как блокирующие сегменты и один для отверстия для обслуживания) не использовались для фильтрации, то область фильтрации содержит по меньшей мере 5 соседних сегментов. Как результат, при любых положениях барабанного сита всегда имеется по меньшей мере две проточные ситовые полости, даже когда блокирующий сегмент проходит через зону фильтрации.
Во втором предпочтительном варианте осуществления предусмотрены две фильтровальные группы одинакового размера, между которыми с каждой стороны образован единственный блокирующий сегмент. Кроме того, отверстие в корпусе в зоне обслуживания таково, что снаружи корпуса может находиться вся фильтровальная группа для замены или очистки там просеивающих элементов в ситовых полостях. Таким образом, корпус имеет на стороне отверстия для обслуживания форму игрушки диаболо. Следовательно, на барабанном сите имеются две фильтровальные группы, которые по очереди могут переводиться в режим фильтрации и в положение обслуживания. Разделение относительно больших фильтровальных групп на несколько индивидуально изолируемых ситовых полостей выгодно тем, что ни при каком угловом положении барабанного сита расплав не может вытекать из корпуса. Площадь, покрываемая корпусом в зонах блокировки, всегда не меньше кольцевого сегмента или даже больше. Благодаря разделению на отдельные ситовые полости, которые не заметны как таковые при режиме фильтрации в области впускного и выпускного канала, но видны только при дальнейшем повороте через зону блокировки, возможен квазинепрерывный режим, поскольку ни при каком положении барабанного сита канал течения не перекрывается полностью.
Таким образом, важным принципом изобретения согласно второму варианту осуществления является то, что в определенном рабочем положении барабанного сита все ситовые полости одной фильтровальной группы омываются одновременно, а другая фильтровальная группа находится в зоне обслуживания. Переход между ними происходит без полного прерывания потока жидкости.
Хотя при описании настоящего изобретения рассматривается сегмент в форме кольца, это понятие относится обычно к разделению круглого диска барабанного сита с центральной ступицей на несколько участков без указания при этом на точную форму кольцевого сегмента. Для разделения на предусмотренные согласно изобретению участки на барабанном сите подходят также трапецеидальные формы или другие аппроксимации.
Воображаемые или видимые (в форме уплотнительных перемычек и т.п.) разделительные линии между сегментами предпочтительно проходят как радиальные лучи. Однако в реальности можно также сместить разделительные линии относительно радиуса и/или образовать разные кольцевые сегменты . Например, для усиления уплотняющего эффекта может быть выгодным сделать блокирующие сегменты больше, чем оснащаемые фильтрующими элементами участки, так называемые ситовые полости.
Наконец, отверстия в барабанном сите, которые можно использовать для фильтрации, которые снабжены ситами и другими фильтрующими элементами, могут быть также в форме не только кольцевого сегмента, но и круглыми. Форма кольцевого сегмента позволяет наилучшим образом использовать доступную площадь, но допустимы также круглые вырезы и соответствующие вставки, такие как свечные фильтры или уложенные друг на друга фильтрующие диски. Важно, чтобы независимо от конкретной формы ситовых отверстий на обращенных к барабанному ситу внутренних сторонах деталей корпуса имелись контурная линия и линия уплотнения, которая может охватывать и, тем самым, уплотнять несколько ситовых полостей. В пределах этой контурной линии поверхность корпуса не должна прерываться перемычками или подобным, что предпочтительно достигается тем, что возможно имеющиеся перемычки прорезаны, например, перепускными каналами или тем, что на внутренних поверхностях половин корпуса образовано по одному углублению по всей поверхности.
Далее изобретение поясняется более подробно на примерах осуществления, показанных на чертежах. На фигурах конкретно показано:
фиг. 1:
вид в перспективе фильтрующего устройства по первому варианту осуществления;
фиг. 2:
барабанное сито для фильтрующего устройства по первому варианту осуществления, вид сверху;
фиг. 3:
вид спереди фильтрующего устройства в первом положении барабанного сита;
фиг. 4:
вид спереди фильтрующего устройства во втором положении барабанного сита;
фиг. 5:
вид в перспективе фильтрующего устройства по второму варианту осуществления;
фиг. 6:
барабанное сито для фильтрующего устройства по второму варианту осуществления, вид сверху;
фиг. 7:
вид спереди фильтрующего устройства с фиг. 5 в первом положении барабанного сита; и
фиг. 8:
вид спереди фильтрующего устройства с фиг. 5 во втором положении барабанного сита.
Фигура 1 показывает вид в перспективе фильтрующего устройства 100 в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения. Базовая конструкция соответствует известному типу фильтрующего устройства со сменным барабанным ситом и включает в качестве основных компонентов:
- корпус 10 с передним корпусным элементом 11 в форме пластины, через который проходит впускной канал 15, и с задним корпусным элементом 12, также в форме пластины, через который проходит выпускной канал;
- барабанное сито 20, находящееся в зазоре 13 между плоскопараллельными корпусными элементами 11, 12, способное вращаться вокруг оси вращения 14.
Отличительной чертой изобретения является наличие в фильтрующем устройстве 100 с фиг. 1, во-первых, отверстия 16 в корпусе 10 для обслуживания, имеющего в виде сбоку форму трапеции. Кроме того, барабанное сито 20 фильтрующего устройства 100 отличается от уровня техники тем, что часть барабанного сита 20, видимая при режиме фильтрации в отверстии 16 для обслуживания, образует так называемый блокирующий сегмент 23, то есть, там нет ситовых полостей.
На фиг. 2 барабанное сито 20 показано в виде сверху. Базовая конфигурация предусматривает разделение кольцевой зоны вокруг центральной ступицы 25 на n одинаковых кольцевых сегментов. В примере осуществления, показанном на фиг. 2, было выбрано n=10, так что каждый сегмент охватывает угол 36°. Три сегмента 23.1, 23.2, 23.3 образуют вместе блокирующий сегмент 23. Во всех других кольцевых сегментах образованы ситовые полости 21.1, ..., 21.7, каждая из которых имеет отверстие, проходящее по всей ширине барабанного сита 20, которое может перекрываться просеивающим элементом. Все ситовые полости 21.1,...,21.7 образуют вместе фильтровальную группу 2, поток через которую может протекать как через единое целое, но, тем не менее, каждая ситовая полость 21.1,...,21.7 ограничена по периметру уплотнительной перемычкой. Уплотнительная перемычка для каждой отдельной ситовой полости состоит из:
- внутреннего дугообразного участка, проходящего вокруг ступицы 25,
- внешнего дугообразного участка на внешнем краю барабанного сита 20, и
- по меньшей мере одной радиальной уплотнительной перемычки 22.1, ..., 22.6.
Соседние ситовые полости 21.1,...,21.7 имеют между собой общую радиальную уплотнительную перемычку. Крайние ситовые полости 21.1, 21.7 ограничены с одной стороны радиальными краями блокирующего сегмента 23, которые в контексте изобретения служат также уплотнительной перемычкой.
Фигура 3 показывает в виде сверху передний корпусной элемент 11 корпуса 10, при этом показано также расположенное за ним скрытое барабанное сито 20. Барабанное сито 20 на фиг. 3 находится в рабочем положении для режима фильтрования. Фильтровальная группа 2 барабанного сита 20 накрыта зоной фильтрации 17 в корпусе 10. При этом имеется в виду вырез в обращенной к барабанному ситу 20 контактной поверхности корпусных элементов, который гидравлически сообщается с впускным каналом 15 или с выпускным каналом в заднем корпусном элементе. Через углубление в зоне фильтрации 17 поток переливается через уплотнительные перемычки 22.1,...,22.6 между ситовыми полостями 21.1,...,21.7, так что поток течет через все ситовые полости 21.1,...,21.7 фильтровальной группы 2 от единственного впускного канала 15. Сторона слива образована аналогично, чтобы жидкость, в частности, расплавленный пластик, профильтрованная на разных ситовых полостях 21.1,...,21.7, снова объединялась и отводилась через выпускной канал из корпуса 10.
На корпусе 10 с обеих сторон отверстия 16 для обслуживания образованы зоны блокировки 18.1, 18.2. В них обращенная к барабанному ситу 20 поверхность корпусного элемента является гладкой и почти полностью прилегает к уплотнительным перемычкам. Это исключает вытекание среды через барабанное сито 20 сбоку. Хотя для достижения запирающего эффекта зоны блокировки 18.1, 18.2 могут быть заметно уже, но в описанном разделении барабанного сита 20 на n=10 одинаковых кольцевых сегментов их размер сохраняется.
Преимущество такого разделения четко следует из следующей иллюстрации. На фиг. 4 фильтрующее устройство 100 показано в переходной стадии. По сравнению с положением на фиг. 3, барабанное сито 20 повернуто на два угловых шага по 36° каждый против часовой стрелки. В результате теперь часть блокирующего сегмента 23 барабанного сита 20 находится внутри зоны фильтрации 17. Ситовые полости 21.3,...,21.7 остаются в ней как используемые фильтрующие поверхности. Таким образом, режим фильтрации может быть продолжена в пяти оставшихся ситовых полостях 21.3, ..., 21.7.
Ситовая полость 21.1 путем поворота установлена в области отверстия 16 для обслуживания, чтобы там можно было заменить или очистить просеивающий элемент. Трапециевидная форма отверстия 16 для обслуживания необходима, чтобы занимать как можно меньше места и сделать доступной всю соседнюю площадь в корпусе 10, соответствующей кольцевому сегменту, как зону блокировки 18.1 18.2. Таким образом, площадь в зоне блокировки 18.1, 18.2 больше или равна площади, ограниченной периметром уплотнительных перемычек, которые окружают ситовую полость 21.2, чтобы ситовые полости вместе с уплотнительными перемычками были полностью перекрыты с обеих сторон пластины барабанного сита. Перекрывание закрывает ровно одну ситовую полость 21.2. Хотя конструктивно ситовая полость 21.2 является частью используемой совместно фильтровальной группы 2, в этом положении она полностью заблокирована и функционально отделена от фильтровальной группы 2.
Для дальнейшего обслуживания барабанное сито 20 поворачивается дальше всегда на один угловой шаг, так что ситовые полости 21.3, ..., 21.7 по очереди появляются в отверстии 16 для обслуживания. За это время блокирующий сегмент 23 один раз полностью проходит через зону фильтрации 17.
Фигура 5 показывает вид в перспективе фильтрующего устройства 100' в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения. Его базовая конструкция такая же, как и в первом варианте, и включает:
- корпус 10' с передним корпусным элементом 11' в форме пластины, через который проходит впускной канал 15', и задним корпусным элементом 12', также в форме пластины, через который проходит выпускной канал;
- барабанное сито 20', находящееся в зазоре 13' между плоскопараллельными корпусными элементами 11', 12' и способное вращаться вокруг оси вращения 14'.
Отличительной чертой изобретения в случае фильтрующего устройства 100' с фиг. 5 является отверстие 16' для обслуживания с левой стороны корпуса 10', имеющее в виде сбоку форму игрушки диаболо. Часть барабанного сита 20', видимая при режиме фильтрования в отверстии 16' для обслуживания, включает полную фильтровальную группу 2, которая содержит четыре отдельных и индивидуально блокируемых, но также используемых совместно ситовых полостей 21.1',...,21.4', которые все одновременно открыты и доступны в отверстии 16' для обслуживания.
На фиг. 6 барабанное сито 20' показано в виде сверху. Базовая конфигурация также предусматривает разделение кольцевой зоны вокруг центральной ступицы 25' на n одинаковых кольцевых сегментов. В показанном примере осуществления было выбрано n=10, так что каждый сегмент охватывает угол 36°.
Два сегмента в диаметрально противоположных положениях "0 часов" и "6 часов" образуют по блокирующему сегменту 23.1', 23.2'. Блокирующие сегменты 23.1', 23.2' разделяют барабанное сито 20' на две фильтровальные группы 2', 4' с четырьмя ситовыми полостями 21.1',...,21.4', 21.5',...,21.8' каждая. Каждая имеет ситовое отверстие, которое проходит по всей ширине барабанного сита 20' и которое оснащено вставным фильтрующим или просеивающим элементом.
Соседние ситовые полости 21.1',...,21.4' или 21.5',..., 21.8' образуют фильтровальную группу 2', соответственно 4', поток через которую может протекать как через единое целое, но, тем не менее, каждая ситовая полость 21.1',...,21.8' ограничена отдельно по периметру. Граница состоит из внутреннего дугообразного участка, внешнего дугообразного участка и двух радиальных уплотнительных перемычек 22.1',...,22.6. Соседние ситовые полости 21.1',...,21.4' или 21.5',...,21.8' имеют между собой общую радиальную уплотнительную перемычку. Кроме того, краевые ситовые полости 21.1', 21.4' или 21.5', 21.8' ограничены снаружи радиальными краями соседнего блокирующего сегмента 23.1', 23.2'.
На фиг. 7 барабанное сито 20' внутри корпуса 10' показано в виде сбоку, в положении, когда фильтрующее устройство 100' находится в режиме фильтрования. Левая фильтровальная группа 2' с четырьмя ситовыми полостями 21.1'...21.4' полностью свободна в отверстии 16' для обслуживания. На внешнем краю корпуса выше и ниже оси вращения 14' образованы зоны блокировки 18.1', 18.2'. К ним герметично прилегают блокирующие сегменты 23.1', 23.2' барабанного сита 20'. В результате другая фильтровальная группа 4', которая со своими ситовыми полостями 21.5'...21.8' полностью лежит в зоне фильтрации 17' в корпусе 10', уплотнена с боков. Поток течет через все ситовые полости 21.5'...21.8' фильтровальной группы 4', начиная с впускного канала 15'.
Для положения барабанного сита 20', показанного на фиг. 8, по сравнению с фиг. 7 был выполнен поворот на три сегментных шага. При таком промежуточном положении уже можно провести обслуживание ситовых полостей 21.1', 21.2', 21.8', позиционированных в отверстии 16' для обслуживания. Однако предпочтительно всегда поворачивать барабанное сито 20' на 180°, чтобы положение фильтровальных групп 2', 4' менялось на обратное, и всегда все ситовые полости находились или в зоне фильтрации 17', или в отверстии 16' для обслуживания. Таким образом, согласно фиг. 8, положение барабанного сита 20' показывает только положение пропускания. Однако для изобретения существенно, чтобы в зоне фильтрации 17' в этом и в других промежуточных положениях всегда оставался возможным поток через несколько ситовых полостей. Максимум один из двух блокирующих сегментов 23.1, 23.2 может попасть в зону фильтрации, так что при всех положениях барабанного сита 3 из 4 ситовых полостей остаются проточными и, таким образом, для выбранного в данном примере осуществлении сегментировании, в зоне фильтрации 17' доступно по меньшей мере 75% площади.