ФИЛЬТР-ГРЯЗЕВИК ИНЕРЦИОННО-ГРАВИТАЦИОННЫЙ

Техническое решение относится к области средств обслуживания трубопроводных сетей, предназначенных для транспортировки жидких сред, и может быть использовано, в частности, в качестве вспомогательных устройств, предотвращающих накопление грязи в трубопроводах подачи воды теплотехнического оборудования котельных, тепловых сетей, центральных тепловых пунктов и тепловых узлов зданий, а также технологических водных потоках и водооборотных циклах промышленных предприятий.
Разработанное устройство может быть также использовано и в системах транспортировки других жидких средств.
Известен (RU, патент 115038, опубл. 20.04.2012) фильтр-грязевик вертикальный инерционный, содержащий вертикально расположенный цилиндрический корпус с верхним и нижним днищами, а также с входным и выходным патрубками, при этом часть выходного патрубка выполнена как вертикально расположенный внутри корпуса отрезок трубы, в стенках которой образованы перфорированные участки в виде горизонтально расположенных рядов сквозных отверстий, причем верхний конец трубы расположен под входным патрубком и снабжен коническим отбойным козырьком, а вдоль трубы между ней и цилиндрическим корпусом в зонах расположения перфорированных участков размещены конусообразные расширяющиеся книзу элементы. При этом патрубок выполнен L-образной формы для возможности бокового отвода очищенной воды, а под каждым конусообразным элементом вдоль трубы установлены конусообразные расширяющиеся кверху элементы, причем максимальный диаметр каждого конусообразного расширяющегося книзу элемента превышает максимальный диаметр расположенного под ним конусообразного расширяющегося кверху элемента.
Известен также (RU, патент 123889, опубл. 19.09.2012) фильтр-грязевик инерционно-гравитационный, содержащий вертикально расположенный цилиндрический корпус с верхним и нижним днищами, на днищах которого соосно расположены входной и выходной штуцера очищаемой жидкости, соосно с корпусом установлена труба, соединенная с выходным штуцером, верхний конец трубы закрыт конусообразной крышкой, направленный основанием вниз, на нижнем конце трубы установлен усеченный конус, на трубе жестко установлены, по меньшей мере, два усеченных защитных конуса, направленных основаниями вниз, в стенке трубы, под конусами, выполнен, по меньшей мере, один ряд отверстий, в нижней части корпуса выполнен патрубок для удаления загрязнений. Усеченный конус на трубе установлен основанием вниз, ряды отверстий под усеченными защитными конусами защищены кольцами с отверстиями, крепящимися к внутренней стороне усеченного защитного конуса, в верхнем днище установлены дренажные штуцера для удаления всплывающих загрязнений и воздуха, причем указанные кольца отстоят от трубы в зависимости от пропускной способности грязевика, а отверстия колец расположены на одном уровне с отверстиями в трубе.
Наиболее близким аналогом разработанного устройства можно признать (RU, патент 2298721, опубл. 10.05.2007) фильтр-грязевик инерционно-гравитационный, содержащий вертикально расположенный цилиндрический корпус с днищем, причем в корпусе расположены на одной оси патрубки ввода и вывода жидкости, а также патрубок вывода грязи, при этом грязевик содержит трубу, установленную в корпусе между входным и выходным патрубками, верхний конец которой закрыт отбойным кожухом, по длине трубы закреплены конусообразные элементы, образующие острый угол с трубой со стороны днища, на участках трубы, расположенных под конусообразными элементами, выполнены продольные отверстия, а на нижней части трубы после последнего конусообразного элемента и над входом патрубка вывода грязи установлен элемент, предназначенный для предотвращения попадания ранее осевших на днище частиц в очищаемую среду. Труба и выходной патрубок соединены герметично, острый угол между образующей конусообразного элемента и днищем составляет от 50 до 70°, расстояние между нижней границей продольных отверстий в трубе и границей проекцией конусообразного элемента на поверхность трубы составляет не менее половины расстояния от нижней границы конусообразного элемента до поверхности трубы, при этом элемент, предназначенный для предотвращения попадания ранее осевших на днище частиц в очищаемую среду, представляет собой перфорированное кольцо, на нижней поверхности которого с возможностью смещения вокруг вертикальной оси установлено второе перфорированное кольцо, снабженное приводом перемещения его вокруг оси, причем в рабочем состоянии отверстия перфорации колец не совпадают.
Недостатком всех перечисленных устройств следует признать накопление на дне корпуса фильтра загрязнений коллоидного типа с плотностью, близкой к плотности очищаемой жидкости, которые при нарушении ламинарности потока очищаемой жидкости склонны переходить обратно в очищаемую жидкость, делая тем самым процесс очистки бесполезным.
Техническая задача, решаемая с использованием заявленной конструкции, состоит в разработке фильтров-грязевиков инерционно-гравитационных нового типа.
Технический результат, достигаемый при реализации разработанной конструкции, состоит в уменьшении содержания в очищенной жидкости коллоидных загрязнений с плотностью, близкой к плотности очищаемой жидкости.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать фильтр-грязевик инерционно-гравитационный разработанной конструкции. Разработанная конструкция содержит корпус, на внешней поверхности которого размещены патрубок подвода очищаемой жидкости, патрубок отвода очищенной жидкости, внутри корпуса размещена система очистки жидкости, при этом нижняя плоскость корпуса расположена под углом к продольной оси корпуса.
Принцип действия фильтров-грязевиков инерционно-гравитационных основан на использовании и комбинировании естественных процессов - гравитации и инерции частиц загрязнений - для их улавливания в аппарате. В отличие от сетчатых фильтров, предназначенных для удаления из потока жидкости грубых Механических примесей путем удерживания их сеткой фильтра, очистка жидкости от механических примесей в фильтре-грязевике инерционном происходит в непрерывном режиме и не сопровождается нарастанием гидравлического сопротивления аппарата по мере накопления уловленного шлама. Благодаря достаточно длительному времени прохождению очищаемой жидкости внутри корпуса фильтра-грязевика инерционного достигается высокая эффективность очистки от тяжелых механических примесей (до 95%) и легко всплывающих загрязнений. Обычно удаление накопленных в аппарате загрязнений производят кратковременным (на 10-15 сек.) открыванием дренажей для слива шлама. Аппарат при этом не нужно останавливать, выводить из работы; считается, что не меняется также режим работы системы. Однако все же при открытии дренажей происходит нарушение ламинарности потока очищаемой жидкости, и часть осевших загрязнений, особенно с плотностью, близкой к плотности очищаемой жидкости, снова переходит в объем очищаемой жидкости. По этой причине желательно создать условия осуществления очистки жидкости, максимально препятствующие переходу осевших коллоидных загрязнений обратно в очищаемую среду. Для этого предложено выполнять нижнее днище корпуса скошенным, что препятствует переходу осевших загрязнений с поверхности днища в объем очищаемой жидкости. Угол скоса зависит от вида очищаемой жидкости, а также от природы удаляемых загрязнений. Чем больше плотность жидкости и плотность загрязнений, тем большим может быть угол скоса, поскольку «тяжелые» частицам загрязнения сложнее подняться из скошенного углубления в днище.
На корпусе фильтра-грязевика может быть дополнительно размещено средство отбора твердых загрязнений. Оно может быть выполнено в виде люка или патрубка подключения внутреннего объема корпуса к канализации.
На корпусе фильтра-грязевика также может быть размещено средство удаления газовой фазы, выделенной из очищаемой жидкости. Указанное средство может быть выполнено в виде патрубка, предпочтительно, с предохранительным клапаном, или в виде люка, который дополнительно позволит удалять отделенные от жидкости загрязнения с плотностью, меньшей плотности очищаемой жидкости.
В корпусе фильтра-грязевика может быть дополнительно расположен смотровой люк, позволяющий, при необходимости, производить осмотр состояния внутренней части фильтра-грязевика, ее очистку и ремонтные работы.
Система очистки жидкости, входящая в состав фильтра-грязевика, может быть выполнена различным образом. Желательно, чтобы очищаемая жидкость проходила по максимально протяженной траектории, сохраняя при этом ламинарность потока. В некоторых вариантах реализации разработанного устройства система очистки жидкости представляет собой установленную внутри корпуса соосно ему трубу, жестко соединенную с патрубком отвода очищенной жидкости и закрытую сверху конусообразной крышкой, обращенной основанием вниз, причем диаметр основания конусообразной крышки превышает диаметр трубы, а часть конусообразной поверхности крышки расположена ниже верхнего торца трубы, на трубе под конусообразной поверхностью крышки выполнена первая область перфорации, на области перфорации с зазором относительно поверхности трубы установлен первый перфорированный стакан, при этом ниже первой области перфорации в трубе выполнена, по меньшей мере, одна дополнительная область перфорации, на которой с зазором относительно поверхности центральной трубы установлен второй перфорированный стакан, вокруг каждого перфорированного стакана установлена закрепленная на поверхности трубы крышка в форме усеченного конуса, обращенного большим основанием вниз, при этом к нижним основаниям конусообразной крышки и крышки в форму усеченного конуса прикреплены с возможностью прохода очищаемой жидкости дополнительные кожуха в форме усеченного конуса, обращенного большим основанием вверх. Размер и количество, а также место размещения отверстий перфорации в указанной системе очистки зависит от вида очищаемой жидкости, а также от содержания, размера и природы загрязнений.
Корпус фильтра-грязевика может быть встроен в магистраль очищаемой жидкости или укреплен на опорах.
С использованием выше указанной системы очистки жидкости разработанное устройство работает следующим образом.
3
3
Через патрубок входа в корпус поступает загрязненная жидкость. В процессе ее прохождения внутри корпуса от жидкости отделяются загрязнения удельным весом менее 1 г/см и воздух, которые, поднимаясь в верхнюю часть корпуса, собираются под верхним днищем. Всплывающие загрязнения и воздух периодически удаляют из корпуса через средство удаления газовой фазы. Далее, во время прохода по корпусу загрязненной жидкости, от нее под действием сил инерции и гравитации отделяются примеси с удельным весом более 1 г/см и собираются на нижнем днище, скатываясь в скошенную часть корпуса, откуда их удаляют любым известным способом, в том числе и через дренажный патрубок. Далее отчищенная жидкость, пройдя через отверстия в перфорированных стаканах и отверстия в трубе, поступает в трубу и через штуцер выходит из корпуса.
Сравнение эффективности разработанного фильтра-грязевика инерционно-гравитационного и устройства, используемого в качестве ближайшего аналога, показало, что фильтр-грязевик инерционный гравитационный разработанной конструкции очищает жидкость от коллоидных загрязнений в 2,6 раза лучше, чем устройство, используемое в качестве ближайшего аналога.