Фильтрующий модуль, патронный фильтр, многосекционный фильтр и многокамерный фильтр с использованием патронного фильтра
FILTERING MODULE, CARTRIDGE FILTER, MULTI-SECTIONAL FILTER, AND MULTI-CHAMBER FILTER USING A CARTRIDGE FILTER

Изобретение относится к конструкции фильтрующих элементов и может быть использовано для тонкой очистки воды, содержащей взвешенные и органические вещества, ионы тяжелых металлов и может быть использовано в технологии очистки природных вод и сточных вод предприятий электронной промышленности, приборостроительной, машиностроительной, химической и других отраслей промышленности.
Известен фильтр для очистки жидкости, содержащий корпус с патрубками для подачи очищаемой и отвода очищенной жидкости, подачи и отвода промывного раствора, перегородку в верхней части корпуса для отделения камеры очищенной жидкости, размещенные в корпусе вертикальные патронные фильтрующие элементы, каждый из которых содержит микрофильтрующий пористый цилиндр, внутри которого установлен стержневой каркас, образованный из вертикальных стержней, расположенных в углах равностороннего пятиугольника и обтянутых послойно активированной тканью, установленной снаружи стержневого каркаса, пористые цилиндры заглушены в нижней части и закреплены в верхней части на перегородке (патент РФ №2082481). Недостаточная эффективность фильтра в его низкой производительности, малый срок фильтрования ориентировочно три дня, необходимость намывки вспомогательного материала, что увеличивает расходы на эксплуатацию фильтра.
Наиболее близким заявляемому изобретению является патронный фильтрующий элемент и фильтр с использованием патронного фильтрующего элемента для тонкой очистки воды по патенту РФ №2710196. Патронный фильтрующий элемент содержит
- закрепленную на каркасе фильтрующую поверхность, сформированную путем укладки по спирали нержавеющей проволоки треугольного сечения с фильтрующей щелью между витками проволоки,
- фильтрующий элемент выполнен многослойным;
- каркас каждого фильтрующего слоя включает жестко установленные вертикальные стержни из нержавеющей стали, между которыми установлены, за исключением последнего слоя, волнообразные или зигзагообразные проволочные элементы с поперечным сечением того же типоразмера, что и вертикальные стержни, с возможностью разделения объема между вертикальными стержнями на отдельные ячейки,
- на наружной поверхности каркаса каждого фильтрующего слоя жестко закреплена фильтрующая поверхность путем укладки по спирали нержавеющей проволоки треугольного/ трапецеидального сечения с фильтрующей щелью между витками проволоки с расширением щели в направлении фильтрации,
- все фильтрующие слои, включающие каркас и фильтрующую поверхность из треугольной/трапецеидальной проволоки, размещены в патроне коаксиально с зазором между слоями, достаточным для сборки слоев без натяга,
- внутренняя поверхность последнего слоя с наименьшей щелью между витками проволоки образует канал выхода очищенной воды, при этом сечение канала по оси патрона превышает суммарное живое сечение фильтрующих щелей в последнем слое в направлении фильтрации, причем сечение выходного канала выбрано из условия, что скорость потока в канале не более 1 метра в секунду с обеспечением режима ламинарного потока воды в выходном канале,
- каждый фильтрующий слой закрыт сверху и снизу торцевыми кольцевыми заглушками, а патрон в целом в нижней части закрыт заглушкой, выполненной заодно с пробкой, совмещаемой без натяга с внутренней поверхностью выходного канала, а в верхней части патрон снабжен герметичной крышкой с патрубком для выхода очищенной воды, снабженной средствами установки и крепления патрона в рабочем вертикальном положении в фильтруемой среде.
Также в патенте РФ №2710196 описан фильтр с использованием вышеназванного патронного фильтрующего элемента, сходный с заявляемым патронным фильтром. Известный фильтр содержит цилиндрический корпус, разделенный перегородкой на нижнюю камеру подачи очищаемой воды и верхнюю камеру отвода очищенной воды, герметичную крышку корпуса, фильтрующие элементы, закрепленные на перегородке, патрубки подвода и отвода воды, отличающийся тем, что фильтрующие элементы выполнены в виде патронных фильтрующих элементов по пп. 1-3, патронные фильтрующие элементы размещены вертикально в рабочем положении в нижней камере и герметично скреплены с перегородкой посредством резьбового соединения, включающего патрубок выходного канала с наружной резьбой, при этом указанный патрубок обеспечивает сообщение каналов выхода очищенной воды патронных фильтрующих элементов с верхней камерой отвода очищенной воды, патронные фильтрующие элементы размещены с обеспечением равной удаленности друг от друга и между корпусом фильтра и патронными фильтрующими элементами, патрубки подвода очищаемой воды и отвода очищенной воды снабжены запорной трубопроводной арматурой с возможностью осуществления периодического реверсирования режима подачи очищенной воды в верхнюю камеру и отвода очищаемой воды из нижней камеры.
Техническая задача изобретения состоит в том, чтобы увеличить живое сечение поверхности фильтрующего слоя, а следовательно, и производительность очистки, снижение времени на очистку и регенерацию фильтра, увеличение времени цикла между регенерациями фильтра Упрощение процесса промывки фильтра.
Для достижения технической задачи предложено следующее техническое решение.
Заявляется:
Фильтрующий модуль содержащий, как и в прототипе,
- закрепленную на каркасе фильтрующую поверхность,
- внутренняя поверхность фильтрующего модуля образует канал выхода очищенной воды,
- фильтрующий модуль в нижней части закрыт заглушкой, а в верхней части снабжен герметичной крышкой с патрубком для выхода очищенной воды из канала по оси модуля,
отличающийся тем, что
- сборный каркас состоит из двух частей, внутренней и наружной, сопрягаемых в части верхнего и нижнего торцевых дисков,
- внутренняя часть выполнена в виде множества вертикальных пластин, в плане расположенных радиально относительно продольной вертикальной оси модуля так, что внутренние ребра пластин геометрически размещены по образующим выходного канала для отвода очищенной воды, при этом вертикальные пластины скреплены двумя торцевыми дисками с боковыми внешними зигзагообразными пазами, причем нижний диск выполнен меньшего размера, чем верхний диск, ввиду сужения общего контура внутренней части книзу для обеспечения свободного относительного перемещения обеих частей при сборке, кроме того все элементы внутренней части выполнены преимущественно как единое целое,
- наружная часть выполнена в виде множества вертикальных пластин в количестве, равном числу пластин внутренней части, в плане пластины расположены радиально относительно продольной вертикальной оси модуля так, что внутренние ребра пластин геометрически размещены между пластинами внутренней части и образуют общий сужающийся книзу контур, а внешние ребра пластин размещены по наружному контуру модуля вдоль образующих вертикальной цилиндрической поверхности, при этом вертикальные пластины скреплены двумя торцевыми дисками с боковыми внутренними зигзагообразными пазами и одним или более кольцевыми ребрами жесткости, расположенными равномерно по высоте модуля, также все элементы наружной части выполнены как единое целое, причем форма зигзагообразных пазов двух верхних дисков аналогична друг другу, и также форма зигзагообразных пазов двух нижних дисков аналогична друг другу с обеспечением полного совмещения дисков при сборке модуля путем осевого относительного перемещения обеих частей,
- фильтрующая поверхность в виде ситовой ткани размещена между наружной и внутренней частями зигзагообразно с натягом, обеспечивающим устойчивое положение под напором очищаемой воды, и закреплена между внутренними ребрами наружной части и внешними ребрами внутренней части последовательно между смежными ребрами.
Заявляется также:
Патронный фильтр, включающий цилиндрический корпус, камеру подачи очищаемой воды и камеру отвода очищенной воды, герметичную крышку корпуса, вертикально установленный, по крайней мере, один фильтрующий элемент, патрубки подвода и отвода воды, отличающийся тем, что вертикальный фильтрующий элемент выполнен в виде заявляемого фильтрующего модуля, модуль установлен в корпусе и в нижней части закрыт заглушкой, а в верхней части корпус герметично закрыт головкой с разделением на входной канал подачи воды в полость корпуса и выходной канал отвода очищенной воды, сообщающийся с выходным каналом модуля.
Заявляется также:
Многосекционный патронный фильтр, включающий цилиндрический корпус, камеру подачи очищаемой воды и камеру отвода очищенной воды, герметичную крышку корпуса, вертикально установленные фильтрующие элементы, патрубки подвода и отвода воды, отличающийся тем, что фильтрующие элементы выполнены в виде одной или более вертикальных колонок, образованных установкой друг над другом по одной оси в виде заявляемых фильтрующих модулей, разделенных между собой герметизирующими уплотнительными кольцами и сообщающихся выходными каналами с образованием общего осевого канала выхода очищенной воды,
одна или более вертикальных колонок установлены в корпусе и в нижней части закрыта/закрыты заглушкой, а в верхней части корпус герметично закрыт головкой с разделением на входной канал подачи воды в полость корпуса и выходной канал отвода очищенной воды, сообщающийся с одним или более осевыми каналами выхода очищенной воды.
При установке в корпусе колонок более одной они преимущественно равноудалены друг от друга и в плане образуют в совокупности сотовую шестигранную решетку.
Заявляется также:
Многокамерный фильтр, содержащий цилиндрический корпус, разделенный перегородкой на камеры, герметичную крышку корпуса, фильтрующие элементы, закрепленные на перегородке, патрубки подвода и отвода воды, отличающийся тем, что фильтрующие элементы выполнены в виде заявляемых многосекционных патронных фильтров, фильтрующие элементы герметично скреплены с одной и более межкамерными перегородками, при этом на перегородках установлены патронные фильтры с фильтрующими элементами, различающимися тонкостью очистки с обеспечением увеличения тонкости очистки воды в направлении фильтрации.
Фильтрующие элементы герметично скреплены с одной и более перегородками посредством соединений, применяемых при монтаже трубопроводов, например, резьбовое крепление или с применением разрезных пружинных шайб.
Изобретение поясняется фигурами. На фиг. 1-4 показана наружная часть каркаса фильтрующего модуля и его виды.
На фиг. 5-8 показана внутренняя часть каркаса фильтрующего модуля и его виды.
На фиг. 9-13 показан каркас фильтрующего модуля в сборе и его виды.
На фиг. 14 показана конструкция патронного фильтра с использованием заявляемого фильтрующего модуля.
На фиг. 15 показана конструкция патронного фильтра, включающая одну вертикальную колонку, фиг. 16 - вид сверху отдельного модуля в колонке с уплотнительным кольцом.
На фиг. 17, 18 показана конструкция патронного фильтра, включающая более одной вертикальной колонки (показаны 7 колонок) с разными вариантами запорной арматуры для подвода воды и вывода очищенной воды.
На фиг. 19 показано размещение вертикальных колонок по сечению корпуса многосекционного патронного фильтра.
На фиг. 20 показана конструкция многокамерного патронного фильтра.
Описание изобретения и полученных технических результатов.
Сборный каркас фильтрующего модуля (фиг. 1-8) включает соосные наружную 1 и внутреннюю 2 части.
Наружная часть 1 выполнена в виде множества вертикальных пластин 3, расположенных радиально относительно продольной вертикальной оси модуля. Внешние ребра 4 пластин размещены по наружному контуру 5 модуля вдоль образующих вертикальной цилиндрической поверхности. Внутренние ребра 6 пластин 3 расширяются книзу и образуют общий сужающийся книзу контур (фиг. 2), что позволяет производить сборку модуля свободно без трения с плотной посадкой только по месту полного совмещения торцевых дисков наружной и внутренней частей. Вертикальные пластины 3 скреплены двумя торцевыми дисками 7 и 8, имеющими боковые сквозные внутренние зигзагообразные пазы соответственно 9 и 10. Для увеличения жесткости пластины 3 скреплены также одним (или более) кольцевым ребром жесткости 11. Пластины 3, диски 7, 8 и ребра жесткости 11 преимущественно выполнены как единое целое.
Внутренняя часть 2 (фиг. 5-8) выполнена в виде множества вертикальных пластин 12, расположенных радиально относительно продольной вертикальной оси модуля.
Внутренние ребра 13 пластин геометрически размещены по образующим выходного канала 14 для отвода очищенной воды. Внешние ребра 15 имеют уклон с образованием сужения общего контура внутренней части 2 книзу для обеспечения свободного совмещения обеих частей 1 и 2 при сборке (сужение показано на фиг. 6).
Пластины 12 скреплены двумя торцевыми дисками 16 и 17 с боковыми внешними сквозными зигзагообразными пазами 18. Пластины 12, диски 16, 17 преимущественно выполнены как единое целое. Ввиду уклона пластин 12 по ребру 15 нижний диск 17 выполнен меньшего размера, чем верхний диск, и как указано выше, это обеспечивает свободное совмещения обеих частей при сборке. При сборке внутреннюю часть вставляют в соосную наружную часть, при этом выступы зигзагообразного паза диска 16, 17 (крайние точки ребер 15) свободно совмещаются с впадинами 19 зигзагообразного паза дисков 7, 8 (фиг. 4). Зазор между дисками по зигзагообразной линии совмещения может быть пренебрежимо малым. Но при повышенных требованиях по тонкости очистки зазор может быть закрыт, например, наплавлением, напылением, приклеиванием герметика.
Фильтрующая поверхность в виде ситовой ткани размещена между наружной и внутренней частями модуля, а именно между пластинами 3 и 12. Ситовая ткань 20 размещена зигзагообразно с натягом, обеспечивающим устойчивое положение под напором очищаемой воды, и закреплена между внутренними ребрами 6 наружной части и внешними ребрами 15 внутренней части 2 последовательно между смежными ребрами.
Зигзагообразная укладка фильтрующей ситовой ткани 20 значительно увеличивает производительность очистки воды при прочих равных параметрах очистки. Так если изгиб ситовой ткани имеет в плане форму, например, равностороннего треугольника (фиг. 13, условно форма показана заливкой) со стороной, например, равной 3 мм, площадь фильтрующей поверхности увеличивается в два раза и производительность очистки увеличивается не менее, чем в два раза по сравнению с конструкцией, при которой фильтрующий материал размещен по цилиндрической поверхности патронного фильтра. Но при этом заявляемый модуль представляет собой легко разборный базовый элемент, что позволяет сокращать время ремонта и восстановления фильтрующего модуля. А также как базовый элемент он представляет интерес для создания высокопроизводительных фильтров путем простого набора типовых модулей.
С использованием фильтрующего модуля выполнен заявляемый патронный фильтр (фиг. 14).
В цилиндрическом корпусе 21 патронного фильтра вертикально установлен, по крайней мере, один фильтрующий элемент 22, выполненный в виде вышеописанного фильтрующего модуля, включающего установленную зигзагообразно ситовую ткань 20.
Модуль установлен в корпусе и в нижней части 23 закрыт заглушкой 24, а в верхней части корпус герметично через уплотнительное кольцо 25 закрыт головкой 26 с разделением на входной канал 27 подачи воды в полость корпуса и выходной канал 28 отвода очищенной воды, сообщающийся с выходным каналом модуля 29. На фиг. 14 показано также резьбовое крепление 30 головки 26 на корпусе патронного фильтра. Патронный фильтр характеризуется простотой и надежностью сборки, а использование фильтрующего модуля с фильтрующей поверхностью в виде зигзагообразно установленной ситовой ткани увеличивает производительность очистки воды не менее, чем в два раза по сравнению с фильтрами равных габаритов.
С использованием фильтрующего модуля выполнен заявляемый многосекционный патронный фильтр 31 (фиг. 15-19), фильтрующие элементы которого выполнены в виде одной или более вертикальных колонок 32, образованных установкой друг над другом по одной оси вышеописанных фильтрующих модулей 33, включающих установленную зигзагообразно ситовую ткань 20 (фиг. 13) и размещенных в корпусе 34.
Модули 33 разделены между собой герметизирующими уплотнительными кольцами 35 (фиг. 16). Все модули осуществляют фильтрацию независимо друг от друга и сообщаются выходными каналами с образованием общего осевого канала 36 выхода очищенной воды. Независимость функционирования модулей в патроне реализует принцип структурирования объема фильтрации и позволяет задавать и проектировать любую производительность фильтрации, по крайней мере, подбором расчетного количества фильтрующих модулей, установленных в корпусе соответствующих габаритов и плотно поджатых между нижней заглушкой и разделительной головкой. Системы фильтрации и очистки во многих случаях имеют ограничения по габаритным размерам, и одновременное решение задачи по обеспечению заданной производительности и качества очистки воды и существенного уменьшения массогабаритных характеристик достигается предложенным многосекционным патронным фильтром.
На фиг. 17, 18 показаны многосекционные патронные фильтры, в корпусах которых размещены несколько вертикальных колонок (например, семь, фиг. 19), образованных установкой друг над другом по одной оси фильтрующих модулей 33, разделенных между собой герметизирующими уплотнительными кольцами 35. Равноудаленное, равномерное размещение колонок относительно друг друга по схеме сотовой шестигранной решетки (фиг. 19) позволяет выравнивать напор и нагрузку на фильтрующую поверхность в виде ситовой ткани 20. Фильтрующие модули в вертикальных колонках могут быть снабжены средствами позиционирования и обеспечения вертикальной устойчивости. Для этого в основании патронов и в их верхней части установлены решетки, отверстия которых сориентированы в корпусе с осями модулей, а горизонтальный сдвиг модулей может предотвратить выступ (или шпилька) на одном диске модуля, сопряженный с ответным отверстием диска смежного модуля.
На фиг. 15, 17 колонки в корпусе 34 закрыты заглушкой 37, а в верхней части многосекционный патронный фильтр закрыт головкой с разделением каналов на входной 38 и канал выхода очищенной воды 39, аналогично описанному выше.
На фиг. 18 показан многосекционный патронный фильтр, в котором вертикальные колонки размещены в герметичном корпусе 40 с конусным днищем 41 для сбора и удаления осадка. Крышка корпуса 42 имеет фланцевое соединение 43 с корпусом через уплотнительную решетку 44. Циркуляция воды следующая: трубопровод 45 подачи воды в корпус, патрубок 46 отвода очищенной воды и трубопроводы 47, 48 подачи и отвода промывной воды в направлении через осевые каналы 36 в корпус фильтра.
При этом технологическое решение, которое обеспечивается заявляемым многосекционным патронным фильтром, заключается в структурировании объема фильтрации и повышении производительность фильтрации на единицу габарита конструкции (высота патрона) не менее, чем в два раза.
Заявленный многокамерный фильтр (фиг. 20) содержит фильтрующие элементы в виде многосекционных патронных фильтров 49. Герметичный цилиндрический корпус 50 разделен межкамерными перегородками 51 с отверстиями 52, соосными с патронными фильтрами 49. Перегородка 53 без отверстий, без установки патронных фильтров, отделяет камеру тонкой очистки от других камер. Для перегородок предусмотрены уплотнительные кольца (на фиг. не показаны ввиду общеизвестности) для герметичного крепления патронных фильтров и обеспечения сообщения между камерами через осевые каналы патронных фильтров. Тонкость очистки в каждой камере различна ввиду применения в патронных фильтрах 48 фильтрующих ситовых тканей с разными заданными размерами ячеек, уменьшающимися в направлении фильтрования, и тонкость очистки воды увеличивается в направлении фильтрования. Выравнивание производительности процесса фильтрации во всех камерах 54-56 достигается выравниванием "живого сечения" фильтрующей поверхности всех фильтров в отдельной камере. Ввиду этого в первой входной камере очистки 54 размеры патронных фильтров меньше, чем в других камерах, а в последней по ходу процесса в выходной камере 56 размеры ячеек ситовой ткани наименьшие, площадь фильтрующей поверхности должна быть увеличена, соответственно наполненность фильтровальными модулями больше и размеры многосекционных патронных фильтров больше, чем в предыдущих камерах. Но при этом сохраняется преимущество фильтрующих модулей в том, что на единицу объема многокамерный фильтр обеспечивает повышение производительности очистки не менее, чем в два раза по сравнению с однокамерным.
В процессе очистки вода поступает в нижнюю камеру 54 по напорному трубопроводу 57, далее после первой ступени фильтрации поступает в камеру 55 через осевые каналы и фильтрующие модули патронных фильтров. Напор потока воды после прохождения двух ступеней очистки значительно ослабевает. Восстанавливая напор с помощью насоса, вторым напорным трубопроводом 58 воду подают в камеру 56 тонкой очистки, из которой очищенная вода поступает через осевые каналы многосекционных патронных фильтров камеры 56 в верхнюю часть корпуса и выводится трубопроводом 59 очищенной воды. Периодическую промывку патронных фильтров раздельно по камерам осуществляют при перекрытом трубопроводе 57 обратной подачей воды отдельно через напорные трубопроводы 60 в верхнюю часть корпуса, трубопроводы 61, 62 в камеру 55 и камеру 54 и вывод смытого осадка через трубопровод 63. При этом промывная вода воздействует неснижаемым напором на одну фильтрующую поверхность каждого из патронных фильтров. Такая схема независимой покамерной промывки приводит к упрощению, ускорению процесса промывки фильтра и улучшению качества промывки.
Использование фильтрующих модулей во всех заявленных объектах позволяет существенно увеличить производительность очистки, снижает время на очистку и регенерацию фильтра, увеличивает время цикла между регенерациями фильтра.
Фильтрующий модуль, патронный фильтр, многосекционный патронный фильтр и многокамерный фильтр могут быть изготовлены с использованием известных материалов и оборудования.