ФИЛЬТР ЩЕЛЕВОЙ ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ
CENTRIFUGAL EDGE FILTER

Изобретение относится к фильтрованию, а именно к патронным фильтрам, предназначенным для очистки кислых растворов в радиохимической и других отраслях промышленности.
Полученный в процессе растворения азотнокислый раствор ядерного топлива направляют на экстракционную переработку с целью очистки и разделения. Однако наличие в растворе иглоподобных имеющих склонность к адгезии недорастворившихся веществ вызывает различные нарушения как при подготовке, так и при проведении экстракционной очистки. Для обеспечения бесперебойной работы оборудования раствор необходимо предварительно очистить от недорастворившихся примесей.
Известны пульсационные фильтры-сгустители непрерывного действия (В.И.Землянухин, Е.И.Ильенко и др. «Радиохимическая переработка ядерного топлива АЭС», М., Энергоиздат, 1989, стр.73). Наложение пульсаций на подаваемую в фильтр исходную суспензию позволяет избежать накопления большого слоя осадка на фильтрующей поверхности, а периодическая подача импульса в направлении, обратном фильтрованию, позволяет регенерировать фильтрующую перегородку. Скорость фильтрования практически неизменна. К недостатку данных устройств следует отнести образование при регенерации фильтров дополнительных объемов высокоактивных сбросов.
Известно устройство для разделения агрессивных сред, содержащее цилиндрический корпус, внутри которого расположен сепарирующий элемент, выполненный из коаксиально установленных труб, образующих равномерные кольцевые щели (а.с. СССР №570378, опубл. 30.08.1977).
Недостатком данного устройства является невозможность уловить иглоподобные компоненты недорастворившихся примесей, прохождение которых приводит к выходу отсечной трубопроводной арматуры из работоспособного состояния.
Известен щелевой фильтровальный патрон (пат. РФ №2196631, опубл. 20.01.2003), содержащий цилиндрический фильтрующий элемент, имеющий равномерно распределенные поперечные прорези и вставку, перфорация которой выполнена в виде поперечных прорезей, которые смещены вдоль вертикальной оси относительно прорезей фильтрующего элемента. Частицы фильтрующего материала, имея размеры больше, чем размеры фильтрующих щелей патрона, остаются за пределами фильтрующего элемента и частично в его прорезях.
Недостатками щелевого фильтровального патрона являются:
- сложность в изготовлении;
- быстрое закупоривание щелей фильтрующего элемента твердыми частицами, что ведет к снижению производительности и ресурса работы фильтра.
Наиболее близким к заявляемому устройству является фильтр щелевой центробежный (пат. РФ №2335329, опубл. 10.10.2008), выбранный за прототип. Фильтр содержит корпус с патрубком для подачи очищаемой среды, патрубком отвода механических примесей и грязевую камеру, коаксиально расположенный фильтровальный патрон, который имеет трубчатую форму с продольными щелями определенного размера. К корпусу фильтра присоединена камера завихрения в виде трубы, в которой установлен завихритель потока, выполненный из лопастей, закрепленных на центрирующем стержне ступенчатой формы. Поток очищаемой среды попадает на лопасти, приобретает вращательно-поступательное движение. За счет центробежной силы частицы механических примесей отбрасываются к стенке корпуса фильтра и попадают в патрубок отвода механических примесей и далее в грязевую камеру.
Прототип имеет ряд недостатков:
- расположение лопастей в камере завихрения, ступенчатый обтекатель, патрубок отвода механических примесей усложняют конструкцию устройства;
- эффективность сепарации снижается по мере удаления от устройства, закручивающего поток из-за снижения скорости потока очищаемой жидкости;
- данное устройство неспособно перевести накопленные недорастворившиеся вещества в фильтруемый раствор, что приводит к их потере;
- горизонтальное конструктивное исполнение фильтра приведет в случае аварийной остановки к осаждению всех механических примесей, находящихся в растворе, на фильтрующем элементе и на внутренней поверхности корпуса, что существенно снизит работоспособность фильтра в целом и возможность улавливать примеси с адгезионными свойствами, в частности.
Задачей изобретения является разработка фильтра, для которого характерны высокая эффективность очистки кислых растворов от недорастворившихся примесей, возможность растворения собранного осадка, увеличение ресурса работы фильтра и простота конструкции.
Поставленная задача решается тем, что в фильтре щелевом центробежном, содержащем корпус с патрубком для подачи очищаемой среды, коаксиально расположенный фильтровальный патрон с равномерно распределенными прорезями, обтекатель, завихритель потока, выполненный из лопастей и приемную камеру, вертикально расположенный корпус состоит из верхней цилиндрической части, нижней части в виде перевернутого усеченного конуса, верхней крышки и нижней крышки, к которой присоединен патрубок для подачи очищаемой среды. Лопасти завихрителя потока стационарно установлены на обтекателе и имеют торцевые конусные скосы. Фильтр дополнительно содержит сопло, входной раструб которого присоединен к нижней крышке корпуса и снабжен по периметру пазами, а выходной раструб сопла имеет угол наклона, равный углу наклона конусных скосов лопастей, при этом сопло и коническая стенка корпуса образуют кольцевой карман, являющийся приемной камерой.
Входной раструб сопла сцентрирован в кольцевой канавке, проточенной в нижней крышке корпуса.
На чертеже показан общий вид устройства.
Устройство содержит корпус 1, состоящий из двух частей: верхней цилиндрической части 2 и нижней части 3, выполненной в форме перевернутого усеченного конуса. Верхняя цилиндрическая часть 2 имеет верхнюю крышку 4. Нижняя часть 3 имеет нижнюю крышку 5. К нижней крышке 5 присоединен напорный патрубок 6 ввода очищаемого раствора. Коаксиально расположенный фильтровальный патрон 7 с равномерно распределенными прорезями 8 закреплен в верхней крышке 4 и имеет обтекатель 9, выполненный в виде наконечника фильтровального патрона 7. Лопасти 10 с конусными скосами торцов стационарно установлены под углом к горизонтальной плоскости на обтекателе 9. Нижняя крышка 5 имеет кольцевую канавку 11, в которой сцентрирован входной раструб 12 сопла 13. Сопло 13 установлено на ребрах 14, расположенных на корпусе 1. Для надежной фиксации сопла 13 углы наклона конусных скосов лопастей 10 равны углу наклона верхнего раструба 15 сопла 13. Отсутствие сварных соединений повышает коррозионную устойчивость устройства. Сопло 13 образует с корпусом 1 кольцевой карман 16. Входной раструб 12 сопла 13 снабжен по периметру пазами 17.
Устройство работает следующим образом.
Азотнокислый раствор, содержащий недорастворившиеся примеси, подают через напорный патрубок 6 в сопло 13, где скорость потока раствора повышается благодаря обтекателю 9. Одновременно обтекатель 9 предохраняет фильтровальный патрон 7 от гидромеханического воздействия потока. Попадая на лопасти 10, раствор получает вращательно-поступательное движение. Компактное внутреннее устройство фильтра обеспечивает высокую скорость движения закрученного потока, что способствует его эффективной очистке. Центробежная сила, создаваемая закрученным потоком, отбрасывает иглоподобные частицы недорастворившихся примесей к стенке корпуса 1, вдоль которой происходит их осаждение и накапливание в кармане 16. Через прорези 8, которые выполнены под углом и образуют шевронную оптически плотную конструкцию без уменьшения проходного сечения, раствор дополнительно отфильтровывается, попадает во внутреннюю полость фильтровального патрона 7 и далее в транспортную магистраль.
Азотнокислый раствор, циркулирующий в кармане 16, растворяет осажденные частицы недорастворившихся примесей. Через пазы 17 за счет эффекта эжектора происходит засасывание раствора из кармана 16, тем самым усиливается процесс движения раствора в кармане 16 и увеличивается скорость растворения осажденных недорастворившихся частиц.
Конструктивное вертикальное исполнение фильтра щелевого центробежного, при аварийной остановке позволяет недорастворившимся примесям осесть или в кольцевом кармане, или по входному патрубку опуститься в аппарат-растворитель, не засоряя фильтровальный патрон.
Предлагаемое устройство позволяет предварительно очистить раствор до его подхода к фильтровальному патрону, тем самым, увеличивая срок работы устройства между очередными промывками фильтровального патрона.
Конструкция кольцевого кармана обеспечивает эффективное растворение осадка, предотвращая унос и потерю дорогостоящего вещества.
Таким образом, применение предлагаемого устройства позволяет при упрощении конструкции увеличить его пропускную способность и повысить эффективность очистки от недорастворившихся примесей азотнокислых растворов, полученных в процессе растворения ядерного топлива.