КОРПУСНОЙ ФИЛЬТР
HEAD FILTER

Изобретение относится к фильтровальному оборудованию, применяемому для очистки подтоварной или пластовой воды в системе поддержания пластового давления (ППД).
Известен корпусной фильтр, содержащий трубчатый корпус, щелевой фильтроэлемент, патрубки исходной и очищенной воды, регуляторы расхода и датчики давления (патент на ПМ №102529 РФ, B01D 36/00, 2011).
Недостатком корпусного фильтра является низкая эффективность регенерации, которая включает остановку процесса очистки воды и создание противотока очищенной воды одновременно через всю поверхность щелевого фильтроэлемента.
Известен корпусной фильтр, состоящий из трубчатого корпуса, на крышке которого установлен наружный привод вращения, приводного элемента с насаженным на него щелевым фильтроэлементом, реечной щетки, закрепленной на трубчатом корпусе, патрубков исходной и очищенной воды, регуляторов расхода и давления (Патент на ПМ №107067 РФ, B01D 29/44, 2011).
Недостатком корпусного фильтра является то, что при его регенерации необходимо не только прервать процесс очистки воды для включения противотока, но и приложить значительный крутящий момент для вращения массивного щелевого фильтроэлемента, трущегося о неподвижную реечную щетку.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому и принятым за прототип является корпусной фильтр, состоящий из трубчатого корпуса, коаксиального щелевого фильтроэлемента с обращенной внутрь фильтрующей поверхностью, наружного привода вращения, приводного вала, охваченного по длине спиралеобразной щеткой, входного и выходного патрубков (Патент на ПМ №134437 РФ, B01D 29/60, 2013).
Применение в корпусном фильтре вращающейся спиралеобразной щетки улучшает регенерационную способность щелевого фильтроэлемента, однако удаление задержанных частиц противотоком происходит, как и в рассмотренных выше случаях, одновременно со всей поверхности фильтроэлемента, что требует прерывания основного процесса очистки воды на период регенерации для снижения ее потерь. Устранение указанного недостатка особенно важно для корпусного фильтра, через который циркулирует вода под высоким давлением, содержащая к тому же механические частицы различной дисперсности, растворенные соли и нефть, в совокупности образующие крепкие конгломераты.
Задачей настоящего изобретения является обеспечение оперативной регенерации щелевого фильтроэлемента в корпусном фильтре и расширение функциональных возможностей последнего в целом.
Указанный технический результат достигается тем, что в корпусном фильтре, состоящем из трубчатого корпуса, щелевого фильтроэлемента, контактирующего с его внутренней поверхностью устройства очистки, приводного элемента, наружного привода вращения, входного и выходного патрубков, согласно изобретению приводным элементом служит винт, трубчатый корпус разделен поперечной перегородкой на фильтровальную камеру, содержащую входной и выходной патрубки, щелевой фильтроэлемент, продольные направляющие стержни и устройство очистки, и камеру сброса с перфорированным стаканом и патрубком сброса, камеры сообщены посредством продольной телескопической трубки, составленной из внутренней, наружной и промежуточных трубок, свободный конец наружной трубки вмонтирован в перегородку, а к свободному концу внутренней трубки присоединено устройство очистки, сопряженное с винтом и направляющими стержнями с возможностью возвратно-поступательного движения при реверсивном вращении винта.
В корпусном фильтре устройство очистки включает ступицу с внутренней резьбой, навернутую на винт и скрепленную спицами с полым кольцевым диском, между основаниями которого размещены втулки, а к внешней стороне прикреплены дисковые щетки
На фиг. 1 схематично изображен корпусной фильтр, продольное сечение; на фиг. 2, 3 - устройство очистки, продольное и поперечное сечения.
Корпусной фильтр содержит трубчатый корпус 1, разделенный поперечной перегородкой 2 на фильтровальную камеру 3 и камеру сброса 4, наружный привод вращения 5 и связанный с ним винт 6, который служит приводным элементом и проходит через обе вышеназванные камеры (фиг. 1). Гладкие концы винта 6 уложены в подшипники 7, установленные в перегородке 2 и крышке трубчатого корпуса 1. В фильтровальной камере 3 установлены входной патрубок 8, выходной патрубок 9, неподвижный щелевой фильтроэлемент 10, устройство очистки 11 и не менее двух продольных направляющих стержней 12. Камера сброса 4 снабжена патрубком сброса 13 и перфорированным стаканом 14, причем перфорации, например, в форме щели выполнены на боковой поверхности стакана.
Камеры 3 и 4 сообщены посредством продольной телескопической трубки 15. Продольная телескопическая трубка 15 составлена из внутренней 16, наружной 17 и промежуточных трубок 18. Свободный конец наружной трубки 17 вмонтирован в перегородку 2 между камерами 3 и 4, а свободный конец внутренней трубки 16 жестко прикреплен к устройству очистки 11.
Устройство очистки 11 содержит ступицу 19 и открытый снаружи полый кольцевой диск 20, которые скреплены радиальными спицами 21 (фиг. 2, 3). В ступице 19 выполнена внутренняя резьба 22, посредством которой устройство очистки 11 навернуто на винт 6. Полый кольцевой диск 20 состоит из двух кольцевых оснований 23, скрепленных втулкой по внутреннему контуру и радиальными ребрами жесткости 24 по периферии. Величина зазора между основаниями 23 не превышает 5…7 мм. Между основаниями 23 установлены втулки 25, сквозь которые проходят продольные направляющие стержни 12. Полость полого кольцевого диска 20 сообщается с внутренней трубкой 16 через отверстие 26, выполненное в основании 23. Снаружи к каждому основанию 23 прикреплена дисковая щетка 27, гибкие ворсинки 28 которой соприкасаются с внутренней поверхностью щелевого фильтроэлемента 10.
Щелевой фильтроэлемент 10 состоит из внутреннего навитого профиля 29 и приваренных к нему снаружи аксиальных профилей 30, при этом щель 31 между витками расширяется изнутри наружу (фиг. 1, 2). Возможно выполнение щелевого фильтроэлемента из внутренних аксиальных профилей, отстоящих друг от друга на ширину щели, и навитого с большим шагом наружного профиля (не показано). В обоих случаях поверхность щелевого фильтроэлемента, с которой соприкасаются дисковые щетки, образована профилем с полированной поверхностью для минимизации потерь на трение.
Корпусной фильтр работает следующим образом.
Вода с присутствующими в ней твердыми частицами (черная стрелка) под давлением поступает через входной патрубок 8 в фильтровальную камеру 3, проходит между спицами 21 устройства очистки 11 внутрь щелевого фильтроэлемента 10 и фильтруется наружу через щель 31 (фиг. 1). Содержащиеся в воде твердые частицы размером более ширины щели остаются на внутренней поверхности щелевого фильтроэлемента 10, а очищенная вода (пунктирная стрелка) попадает в кольцевой зазор между ним и корпусом 1 и выводится из фильтровальной камеры 3 через выходной патрубок 9. Увеличение толщины осадка из задержанных твердых частиц над щелью 31 приводит к возрастанию гидравлических потерь в корпусном фильтре. Когда потери напора достигнут предельно допустимой величины, начинается регенерация щелевого фильтроэлемента 10. При этом на патрубке сброса 13 открывается клапан (не показано), сообщенный с атмосферой, и включается наружный привод 5.
За счет высокой разности давлений между фильтровальной камерой 3 и атмосферой скопившиеся над щелью 31 твердые частицы вместе с водой всасываются в зазор между основаниями 23 полого кольцевого диска 20 (фиг. 2). Зазор перекрывает участок щелевого фильтроэлемента с 2…3 витками щели. Оказавшиеся в полости кольцевого диска 20 твердые частицы с водой движутся к отверстию 26, попадают через него в телескопическую трубку 15 (фиг. 3) и перемещаются по ней в перфорированный стакан 14, находящийся в камере сброса 4 (фиг. 1). Через щели в боковой поверхности стакана 14, патрубок сброса 13 и клапан (не показано) твердые частицы (стрелки с закрашенным наконечником) вместе с водой выбрасываются наружу. Благодаря тому, что удаление частиц с поверхности щелевого фильтроэлемента 10 осуществляется через узкий зазор в полом кольцевом диске 20 и далее по телескопической трубке 15 с ограниченным поперечным сечением, объем сбрасываемой вместе с частицами воды оказывается минимальным, что улучшает экологичность процесса очистки воды.
Наружный привод 5 приводит во вращение винт 6, в результате устройство очистки 11, навернутое на винт 6 и насаженное втулками 25 на направляющие стержни 12, совершает поступательное движение, например, слева направо. Движущееся устройство очистки 11 давит на телескопическую трубку 15, опирающуюся в неподвижную перегородку 2, вследствие чего вышеназванная трубка складывается, но течение по ней воды с твердыми частицами не прерывается. При продвижении устройства очистки 11 вдоль щелевого фильтроэлемента 10 гибкие щетинки 28 дисковой щетки 27 разрушают скопления частиц над витками щели 31 непосредственно перед тем, как они окажутся в зоне всасывания напротив зазора между основаниями 23. За счет механического и гидравлического воздействия на скопления частиц повышается эффективность регенерации щелевого фильтроэлемента 10, в том числе обеспечивается возможность разрушения и удаления прочных конгломератов из частиц. По достижению устройством очистки 11 крайнего правого положения наружный привод 5 переключается на обратное вращение и устройство очистки перемещается справа налево, что сопровождается удлинением телескопической трубки 15. Процесс регенерации щелевого фильтроэлемента 10 продолжается до тех пор, пока гидравлическое сопротивление корпусного фильтра не снизится до начального значения. По завершению регенерации щелевого фильтроэлемента 10 клапан в патрубке сброса 13 закрывается и наружный привод 5 отключается.
В заявляемом корпусном фильтре при регенерации щелевого фильтроэлемента 10 не используется противоток очищенной воды, а также не прекращается процесс очистки воды, что благоприятно влияет на производительность процесса.