БЛОК ТОНКОЙ ФИЛЬТРАЦИИ
FINE FILTER

Изобретение относится к автоматизированным фильтрующим устройствам с возможностью регенерации фильтрующих элементов и может быть использовано в энергетике, транспорте, нефтехимической и других отраслях промышленности для тонкой очистки топлив, масел и других жидкостей.
Известен автоматический самоочищающийся фильтр с регенерацией фильтроэлементов противоточной промывкой (патент РФ №2064325, МПК B01D 37/04). Фильтр представляет собой цилиндрический корпус, разделенный по высоте перегородкой с отверстиями на верхнюю и нижнюю камеры, по оси отверстий на перегородке установлены цилиндрические фильтроэлементы. Фильтроэлементы сгруппированы, например, в 6 групп по 5 фильтроэлементов в каждой группе. Очищаемая жидкость поступает через патрубок в нижнюю камеру, а очищенная отводится из верхней камеры через отводной патрубок.
Регенерация фильтроэлементов осуществляется противотоком поочередно по заданной схеме с помощью специального устройства, состоящего из установленного на валу поворотного патрубка с расположенным на нем зубчатым патрубком-сателлитом и приемной подпружиненной втулкой. Расположение фильтроэлементов в фильтре и траектория движения втулки таковы, что для регенерации каждого из фильтроэлементов необходимо поворотный патрубок поворачивать на один и тот же угловой шаг столько раз, сколько фильтроэлементов в фильтре.
Устройство, обеспечивающее противоточную промывку фильтроэлементов, отличается сложностью в изготовлении и эксплуатации.
Известно устройство для фильтрации жидкости, содержащее несколько фильтрующих модулей, установленных параллельно и имеющих общую сливную линию для удаления осадка (Патент Франции №2716385, МПК B01D 35/12, 1994). Устройство имеет два резервуара, внутренняя полость которых разделена мембраной на два объема, один из которых соединен с сетью, а другой - с фильтрующими модулями. Регенерация фильтрующих элементов осуществляется обратным током воды поочередно, с предварительным выводом фильтрующего элемента из рабочего цикла.
Недостатком этого устройства для фильтрации является также сложность его конструкции.
Известен автоматический фильтр, в котором фильтрация и обратная промывка идут одновременно и независимо друг от друга, без прерывания рабочего процесса. В корпусе фильтра помещаются несколько отдельно расположенных фильтровальных камер. В каждой камере есть свой фильтроэлемент. Одна из камер, содержащая загрязненный фильтр, на время выключается из работы и переводится в режим промывки противотоком, в то время как остальные камеры, ранее уже промытые, принимают на себя функции временно изолированной камеры. В ходе работы осуществляется поочередная промывка всех фильтровальных камер. В системе обратной промывки используются шаровые клапаны (Патент DE №10325525, МПК B01D 35/12, опубл. 05.01.2005).
Недостатком является сложность конструкции и невозможность быстрого доступа для замены или оценки состояния фильтроэлементов без демонтажа основных узлов.
Задачей изобретения является создание устройства, обеспечивающее скоростную тонкую качественную очистку больших объемов жидкости, удобство обслуживания и возможность замены изношенных элементов без разборки корпуса.
Данная задача решается за счет того, что в блоке тонкой фильтрации, содержащем корпус, нижнюю камеру, патрубок входа загрязненной среды, патрубок выхода очищенной среды, трубопровод обратной промывки, штуцер обратной промывки, дренажный штуцер, крышку, установленную на ней опору для мотора-редуктора и фильтровальные камеры с фильтрующими элементами, внутри корпуса расположена камера для очищенной среды, патрубок входа загрязненной среды и патрубок выхода очищенной среды, расположены на одной оси в верхней части корпуса, причем другой конец патрубка выхода очищенной среды соединен с камерой для очищенной среды, фильтрующие элементы выполнены трубчатой формы, с заданной тонкостью фильтрации, имеющие пористую структуру, выполненные из сетки нержавеющей стали, подвергшейся процессу спекания, пористостью 30-80%, с фильтрацией снаружи внутрь, на крышке установлен воздушный ресивер, соединенный трубопроводом подачи сжатого воздуха с каждой из фильтровальных камер, по оси симметрии блока тонкой фильтрации расположен вал-коллектор, состоящий из ступенчатого вала и присоединенного к нему сваркой коллектора, расположенного в корпусе ниже камеры для очищенной среды, для процесса регенерации фильтровальной камеры установлен узел позиционирования трубопровода обратной промывки, на трубопроводе для выхода очищенной среды установлен запорный элемент.
Кроме того, коллектор установлен с возможностью скольжения в нижней опоре, прикрепленной к трубопроводу обратной промывки, соединенному со штуцером обратной промывки, а к боковой поверхности корпуса коллектора присоединен трубопровод обратной промывки г-образной формы.
Кроме того, на конце участка трубопровода обратной промывки, параллельного оси вала-коллектора, закреплен стакан ступенчатой формы, во внутреннее сквозное отверстие которого вставлена с возможностью перемещения втулка с прикрепленной к ней при помощи сварки чашей, на торце которой закреплено кольцо из антифрикционного неметаллического материала.
Кроме того, плотный контакт кольца из антифрикционного неметаллического материала трубопровода обратной промывки с нижней поверхностью крышки обеспечивает пружина, установленная между ступенчатым стаканом, закрепленным на конце участка трубопровода и упорным стаканом.
Кроме того, тонкость фильтрации составляет 1-200 мкм.
Кроме того, в опоре для мотора-редуктора выполнены смотровые отверстия.
Кроме того, узел позиционирования трубопровода обратной промывки выполнен в виде звезды, неподвижно закрепленной на ступенчатом валу, представляющей собой диск с зубьями треугольной формы, расположение и количество которых определяются расположением и количеством фильтровальных камер.
Кроме того, узел позиционирования трубопровода обратной промывки установлен на вал мотора-редуктора в виде энкодера, предназначенный для преобразования угла поворота вращающегося вала в электрические сигналы, позволяющие определить угол его поворота.
Кроме того, запорный элемент выполнен в виде запорной арматуры.
Кроме того, запорный элемент может быть выполнен в виде коромысла, закрепленного на ступенчатом валу с возможностью поворота.
Изобретение поясняется чертежами.
Фиг.1 - общий вид блока тонкой фильтрации, запорный элемент выполнен в виде запорной арматуры.
Фиг.2 - общий вид блока тонкой фильтрации, запорный элемент выполнен в виде коромысла.
Фиг.3 - вид А, соединение трубопровода обратной промывки г-образной формы с крышкой корпуса.
Фиг.4 - вид Б, узел позиционирования трубопровода обратной промывки в виде звезды.
Фиг.5 - сечение В-В фильтровальной камеры.
Фиг.6 - сечение Г-Г, узел позиционирования трубопровода обратной промывки в виде звезды.
Фиг.7 - установка энкодера.
Блок тонкой фильтрации содержит сварной цилиндрический корпус 1, к которому присоединена нижняя камера 2 с установленными в ней штуцером обратной промывки 3 и дренажным штуцером 4. Внутри корпуса 1 расположена камера 5 для очищенной среды, в верхней части корпуса расположены на одной оси патрубок входа загрязненной среды 6 и патрубок выхода очищенной среды 7, причем другой конец патрубка 7 соединен с камерой 5 для очищенной среды.
Сверху корпус 1 закрыт крышкой 8, на которой в сквозных, расположенных по окружности отверстиях, служащих для входа загрязненной среды, установлены фильтровальные камеры 9.
В верхней части каждой фильтровальной камеры 9 установлена трубная решетка 10, имеющая сквозные отверстия, в которые установлены фильтрующие элементы 11 трубчатой формы, с заданной тонкостью фильтрации, например 1-200 мкм, имеющие пористую структуру, выполненные из сетки нержавеющей стали, подвергшейся процессу спекания, пористостью 30-80%, с фильтрацией снаружи внутрь, что обеспечивает большую площадь фильтрации. Количество и взаимное расположение отверстий в трубной решетке соответствуют количеству и расположению фильтрующих элементов. К верхней части каждой фильтровальной камеры 9, выше расположения трубной решетки 10, присоединен трубопровод 12 для выхода очищенной среды, другой конец которого соединен с камерой 5 для очищенной среды.
На крышке 13 фильтровальной камеры 9 установлен автоматический клапан выпуска воздуха 14. Для замера давления на входе в фильтровальные камеры 9 в корпусе 1 установлен датчик давления 15. Для замера давления на выходе из фильтровальной камеры установлен датчик давления 16
На крышке 8 установлены воздушный ресивер 17, соединенный трубопроводом подачи сжатого воздуха 18 с каждой из фильтровальных камер 9, и опора 19, со смотровым отверстием на боковой поверхности для мотора-редуктора 20. Трубопровод 18 присоединен к верхней части каждой фильтровальной камеры 9, выше расположения трубной решетки 10.
Вал мотора-редуктора 20 соединен по оси симметрии блока тонкой фильтрации с валом-коллектором 21, состоящим из ступенчатого вала 22 и присоединенного к нему сваркой коллектора 23, расположенного в корпусе 1 ниже камеры 5.
К боковой поверхности корпуса коллектора 23 присоединен трубопровод обратной промывки 24 г-образной формы. На конце участка трубопровода 24, параллельного оси вала-коллектора 21, закреплен стакан 25 ступенчатой формы, во внутреннее сквозное отверстие которого вставлена с возможностью перемещения втулка 26 с прикрепленной к ней при помощи сварки чашей 27, на торце которой закреплено кольцо 28 из антифрикционного неметаллического материала. На втулке 26 неподвижно закреплен упорный стакан 29, между упорным стаканом и стаканом ступенчатой формы установлены пружина 30, обеспечивающая плотный контакт кольца 28 трубопровода обратной промывки с нижней поверхностью крышки 8, и осесимметричная упругая оболочка в виде сильфона 31.
Коллектор 23 установлен с возможностью скольжения в нижней опоре 32, прикрепленной к трубопроводу обратной промывки 33, соединенному со штуцером обратной промывки.
Вал-коллектор 21, ось которого совпадает с осью симметрии блока, имеет в качестве верхней радиальной опоры подшипник 34, установленный в стакане 35 и зафиксированный крышкой подшипникового узла 36. При фильтрации взрывоопасных и пожароопасных жидкостей на вал привода дополнительно ставится сухое торцовое уплотнение 37, имеющее свой подшипниковый узел и свою систему уплотнения.
При регенерации фильтровальной камеры 9 установлен узел позиционирования трубопровода обратной промывки 24.
Узел позиционирования трубопровода обратной промывки 24 может быть выполнен в виде звезды 38, неподвижно закрепленной на ступенчатом валу 22, представляющей собой диск с зубьями треугольной формы, расположение и количество которых определяются расположением и количеством фильтровальных камер 9. В опору 19 вмонтирован бесконтактный датчик положения 39, чувствительный элемент которого расположен в одной горизонтальной плоскости со звездой 38 и обращен к ее боковой поверхности. Узел позиционирования может быть установлен на вал мотора-редуктора 20 в виде энкодера 40, предназначенный для преобразования угла поворота вращающегося объекта (вала) в электрические сигналы, позволяющие определить угол его поворота.
На трубопроводе 12 для выхода очищенной среды для перекрытия его в момент регенерации фильтровальной камеры 9 установлен запорный элемент. Он может быть выполнен в виде запорной арматуры 41.
Запорный элемент может быть выполнен в виде коромысла 42, закрепленного на ступенчатом валу 22 с возможностью поворота и расположенного в одной плоскости с трубопроводом обратной промывки 24, с уплотняющим элементом на конце коромысла, обеспечивающим герметичность в месте соединения коромысла и трубопровода для выхода очищенной среды 12. На патрубке входа загрязненной среды 6 установлен кран 43.
Принцип работы заключается в следующем.
В процессе нормального режима фильтрования загрязненная жидкость под давлением через патрубок входа загрязненной среды 6 поступает в нижнюю камеру 2 и далее снизу вверх во внутренние полости фильтровальных камер 9. На крышке 13 фильтровальной камеры 9 установлен автоматический клапан выпуска воздуха 14, предназначенный для удаления воздуха из фильтровальных камер 9 перед началом работы при их заполнении загрязненной жидкостью. Загрязненная жидкость проходит через поры фильтрующих элементов 11, с фильтрацией снаружи внутрь, что обеспечивает большую площадь фильтрации, и очищается от примесей. Очищенная жидкость отводится из корпуса фильтровальной камеры 9 через трубопровод 12, а механические примеси остаются на наружных полостях фильтрующих элементов 11. Горизонтальное направление фильтрования, обусловленное конструкцией блока, не совпадает с направлением силы тяжести (осаждения) частиц, поэтому перепад давления, возникающий на фильтрующей поверхности, может удержать на ней лишь определенный слой осадка. Таким образом, в процессе нормального режима работы часть механических примесей остается на наружной поверхности фильтрующих элементов 11, а остальные примеси находятся во взвешенном состоянии в полостях фильтровальной камеры 9 и нижней камеры 2. Очищенная жидкость поступает через трубопровод 12 в камеру 5 для очищенной среды и далее через патрубок выхода очищенной среды 7 потребителю.
Расположение патрубков 6 и 7 входа выхода на одной оси позволяет производить монтаж в существующий трубопровод без изменения обвязки. Через дренажный штуцер 4 происходит слив остатка жидкости и механических примесей при опорожнении фильтра. С помощью смотрового отверстия в опоре 19 производится контроль за состоянием герметичности в системе уплотнения вала-коллектора 21.
Процесс регенерации происходит следующим образом.
При загрязнении блока тонкой очистки внутри него происходит возрастание перепада давления между входящей загрязненной средой и выходящей очищенной средой.
При достижении заданного перепада давления, определяемого по показаниям датчиков 15 и 16, от датчиков давления поступает сигнал, одна из фильтровальных камер, содержащая загрязненные фильтрующие элементы, на время выключается из работы и переводится в режим промывки противотоком. При этом мотор-редуктор 20 начинает вращать вал-коллектор 21, а вместе с ним узел позиционирования - звезду 38, неподвижно закрепленную на ступенчатом валу 22. Чувствительный элемент бесконтактного датчика положения 39 настроен на определенный зазор между ним и зубьями звезды 38. При совпадении вершины зуба с чувствительным элементом датчика 39 происходит остановка вала-коллектора 21, при этом происходит отсечение фильтровальной камеры 9 от основного процесса фильтрации.
Как вариант, предусматривается установка на вал мотора-редуктора 21 энкодера 40. Энкодер представляет собой устройство, предназначенное для преобразования угла поворота вращающегося объекта (вала) в электрические сигналы, позволяющие определить угол его поворота.
При этом закрывается запорный элемент, который может быть выполнен в виде запорной арматуры 41.
Как вариант, запорный элемент может быть выполнен в виде коромысла 42, закрепленного на ступенчатом валу 22 с возможностью поворота и расположенного в одной плоскости с трубопроводом обратной промывки 24, с уплотняющим элементом на конце коромысла, обеспечивающим герметичность в месте соединения коромысла и трубопровода для выхода очищенной среды 12.
В то же время отверстие в трубопроводе обратной промывки 24 совмещается с сквозным отверстием крышки 8, пружина 30 обеспечивает плотный контакт кольца 28 с нижней поверхностью крышки 8.
Из ресивера 17 подается сжатый воздух по трубопроводу 18, который присоединен к верхней части фильтровальной камеры 9, выше расположения трубной решетки 10, при этом осуществляется промывка фильтрующих элементов обратным потоком очищенной жидкости и сжатым воздухом изнутри наружу. Происходит вывод загрязнений с частью очищенной среды через трубопровод обратной промывки, коллектор 23, трубопровод обратной промывки 33 и штуцер обратной промывки 3. Через промежуток времени, определяемый настройкой, открывается запорный элемент, закрывается кран 43 и происходит заполнение фильтровальной камеры 9 по трубопроводу 12 чистой жидкостью из камеры 5. При заполнении жидкостью фильтровальной камеры 9 воздух удаляется через автоматический клапан выпуска воздуха 14. После завершения регенерации фильтровальной камеры 9 происходит поворот вала-коллектора 21 до совмещения следующего зуба звезды 38 с чувствительным элементом датчика 39. Процесс повторяется в следующей фильтровальной камере.
Процесс очистки повторяется для всех фильтровальных камерах 9 до тех пор, пока перепад давления не снизится до заданного значения и блок тонкой очистки не перейдет в нормальный режим фильтрования.
Конструкция блока тонкой очистки позволила реализовать циклический режим фильтрации. Это означает, что одна из камер, содержащая загрязненный фильтр, на время выключается из работы и переводится в режим промывки противотоком, в то время как остальные камеры, ранее уже промытые, принимают на себя функции временно изолированной камеры. В ходе работы осуществляется поочередная промывка всех фильтровальных камер. Поэтому уровень загрязнения фильтра никогда не достигает критического значения.
Преимуществами блока тонкой фильтрации являются:
1. Эффективность фильтрации при меньших габаритах аппарата за счет применения фильтроэлемента высокой пористости, изготовленного из спекаемых материалов.
2. Возможность быстрого доступа для замены или оценки состояния фильтрующих элементов без демонтажа основных узлов.
3. Малый расход рабочей жидкости на обратную промывку за счет применения сжатого воздуха.
4. Простота конструкции механизма обратной промывки, удобство обслуживания и замены изношенных элементов без разборки корпуса.
5. Расположение патрубков входа/выхода на одной оси. Монтаж в существующий трубопровод без изменения обвязки.
6. Сварная конструкция корпуса позволяет применять большие размеры корпусов и, как следствие, увеличение производительности фильтра за счет увеличения площади фильтрации.