ФИЛЬТРУЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ С ТОРЦОВОЙ КРЫШКОЙ В СБОРЕ И ЛИТОЙ ПРОКЛАДКОЙ
FILTER ELEMENT WITH END CAP ASSEMBLY AND CAST GASKET

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к фильтрам и, частности, к устройствам фильтрации текучей среды.
Предпосылки создания изобретения
Фильтры картриджного типа для текучей среды, например, топливные или смазочные фильтры, соединенные с двигателем, обычно содержат сменный фильтрующий элемент, находящийся внутри корпуса, который крепится к двигателю резьбовым соединением. Нефильтрованная жидкая среда, например, топливо или смазка, подается в фильтр через впускное отверстие, твердые частицы удаляются из нефильтрованной жидкости фильтрующим элементом, а отфильтрованная жидкая среда подается в двигатель через выпускное отверстие. Фильтрующий элемент обычно содержит цилиндрический фильтрационный материал, например, ткань или другой пористый материал, удерживаемый внутри корпуса одной или несколькими торцовыми крышками таким образом, что нефильтрованная жидкая среда обычно протекает через фильтрационный материал в радиальном направлении. Торцовая крышка обычно удерживает и/или позиционирует фильтрационный материал внутри корпуса по отношению к впускным и выпускным отверстиям. Фильтры текучей среды обычно содержат одно или несколько уплотнений, которые герметично разделяют впускное и выпускное отверстия, чтобы уменьшить или исключить возможность обхода фильтрационного материала нефильтрованной жидкой средой.
Обычно фильтрующие элементы таких фильтров текучей среды часто заменяют для уменьшения падения давления в фильтрационном материале, чтобы исключить общий износ уплотнений и/или иным образом попытаться обеспечить штатную работу фильтра текучей среды. Для замены фильтрующего элемента его корпус обычно отвинчивают от двигателя, снимают уплотнения между впускным и выпускным потоками, удаляют из корпуса старый фильтрующий элемент и вставляют новый фильтрующий элемент, а корпус повторно привинчивают к двигателю. Оператор, заменяющий картридж фильтра, может заполнить корпус текучей средой, чтобы избежать и/или уменьшить захват воздуха жидкостной системой. Эта текучая среда для заливки часто представляет собой бывшую в употреблении и/или нефильтрованную текучую среду, и заливка корпуса требует большой осторожности, чтобы избежать попадания текучей среды для заливки на сторону выхода фильтрационного материала, т.е. сторону отфильтрованной текучей среды. Кроме того, штатная повторная установка старых или новых уплотнений во время замены картриджа фильтра необходима для создания достаточного уплотнения между впускным и выпускным отверстиями и, таким образом, для уменьшения объема нефильтрованной текучей среды, проходящей в обход фильтрационного материала. Наличие после фильтрационного материала нефильтрованной текучей среды /или текучей среды для заливки из-за недостаточного уплотнения и/или заливки оператором способно привести к повреждению одного или нескольких компонентов двигателя во время эксплуатации.
В патенте США № 6 626 299 («патент 299»), выданный автору Brown et al. раскрывается картридж фильтра для использования в фильтрующем устройстве. Гофрированный бумажный фильтрационный материал формируют в цилиндр, а торцовые крышки на осевых торцах цилиндра сохраняют профиль фильтра. Уплотнительные прокладки соответствуют торцовым крышкам. По меньшей мере, одна сторона имеет радиальное уплотнение, выполненное на внешней окружности картриджа фильтра для защиты соответствующей торцовой крышки от области более высокого давления на его внешней окружности. Другой осевой торец может иметь аналогичный радиальный фильтр в некоторых устройствах, а в других устройствах в которых поток на этом торце фильтра нежелателен, можно использовать осевое уплотнение, специально выполненное для защиты соответствующей торцовой крышки от области более высокого давления на его внешней окружности. Поддержание более низкого давления на соответствующих торцовых крышках приводит к возникновению разных осевых нагрузок на фильтр, работающий на растяжение, и, таким образом, предотвращает приложение осевых разрушающих нагрузок на картридж фильтра.
Настоящее изобретение направлено на разрешение одной или более проблем, обнаруженных авторами изобретения.
Краткое изложение существа изобретения
Предлагается фильтрующий элемент для использования в раскрытом здесь устройстве фильтрации текучей среды. Фильтрующий элемент содержит фильтрационный материал, имеющий первый торец и второй торец напротив первого торца и продольную ось между первым торцом и вторым торцом, и, по меньшей мере, одну торцовую крышку в сборе, неподвижно прикрепленную, по меньшей мере, к одному торцу фильтрационного материала. По меньшей мере, одна торцовая крышка в сборе, содержащая: торцовую крышку, имеющую первый тороидальный профиль с выпускным отверстием фильтрующего элемента, совмещенным с продольной осью и рядом, по меньшей мере, с одним торцом фильтрационного материала; первый элемент, имеющий второй тороидальный профиль, соосный торцовой крышке относительно продольной оси; первый элемент расположенный в радиальном направлении в стороне от торцовой крышки и фильтрационного материала и расположенный в осевом направлении между торцовой крышкой и другим торцом фильтрационного материала; и множество опорных плеч, соединяющих торцовую крышку с первым элементом, где каждое опорное плечо содержит первый участок, простирающийся от торцовой крышки до участка пересечения, и второй участок, простирающийся от участка пересечения до первого элемента, причем второй участок смещен под углом относительно первого участка.
В другом аспекте раскрывается сменный фильтрующий элемент для использования в устройстве фильтрации текучей среды. Устройство фильтрации текучей среды содержит корпус и опорную пластину для размещения между ними фильтрующего элемента внутри камеры фильтрующего элемента. Фильтрующий элемент содержит: фильтрационный материал, имеющий первый торец и второй торец, расположенные напротив первого торца в осевом направлении и предназначенные для фильтрации нефильтрованной текучей среды; фильтрационный материал окружающий внутреннее пространство, предназначенное для вмещения фильтрованной текучей среды из фильтрационный материал; первую торцовую крышку, состыкованную с первым торцом фильтрационного материала и совмещенную с внутренним пространством; первую торцовую крышку выполненную для подачи отфильтрованной текучей среды в машину; первый элемент, соосный первой торцовой крышке и расположенный в радиальном направлении в стороне от торцовой крышки и фильтрационного материала и смещенный в осевом направлении от первой торцовой крышки ко второму торцу фильтрационного материала; первый элемент, содержащий уплотнительные средства, способные входить в зацепление с опорной пластиной и корпусом, и уплотнять устройство фильтрации текучей среды; и средства выравнивания, содержащие множество опорных плеч, соединяющих торцовую крышку с первым элементом и выполненных, по меньшей мере, для скручивания, изгиба, удлинения, сжатия или комбинированного воздействия для центровки фильтрующего элемента относительно корпуса и опорной пластины за счет устранения отклонений в соосности, по меньшей мере, между опорной пластиной и корпусом.
В другом аспекте, здесь раскрывается устройство фильтрации текучей среды. Устройство фильтрации текучей среды содержит: корпус, имеющий торцовую стенку и внешнюю стенку, соединяющую торцовую стенку с выступом, образующим полость корпуса, причем корпус имеет первую продольную ось между торцовой стенкой и полостью корпуса; опорную пластину, имеющую полость опорной пластины, отцентрованную относительно продольной оси и примыкающую к полости корпуса, причем опорная пластина содержит верхнюю стенку напротив полости опорной пластины, которая соединена с боковой стенкой опорной пластины, где опорная пластина, соединена с корпусом и образует между ними камеру; и фильтрующий элемент, расположенный внутри камеры. Фильтрующий элемент содержит: фильтрационный материал, имеющий первый торец, примыкающий к торцовой стенке корпуса; второй торец, примыкающий к опорной пластине; вторую продольную ось между первым торцом и вторым торцом; и торцовую крышку в сборе, неподвижно прикрепленную к первому торцу фильтрационного материала. Торцовая крышка в сборе содержит: первую торцовую крышку, имеющую выпускное отверстие фильтрующего элемента, совмещенное со второй продольной осью и рядом с первым торцом фильтрационного материала; первый элемент, соосный первой торцовой крышке относительно второй продольной оси и боковой стенки опорной пластины и выступа корпуса; первый элемент, расположенный в радиальном направлении в стороне от первой торцовой крышки и фильтрационного материала, и расположенный в осевом направлении между первой торцовой крышкой и вторым торцом фильтрационного материала; множество опорных плеч, содержащих эластомерный материал и соединяющих первую торцовую крышку с первым элементом, причем каждое опорное плечо содержит первый участок, простирающийся в осевом направлении от первой торцовой крышки до участка пересечения, и второй участок, простирающийся в радиальном направлении от участка пересечения до первого элемента, причем второй участок смещен под углом относительно первого участка, при этом множество опорных плеч выполняются для центровки фильтрующего элемента относительно опорной пластины и корпуса.
Краткое описание рисунков
Детали вариантов осуществления настоящего изобретения, как в отношении их структуры, так и функционирования, могут быть частично почерпнуты при изучении прилагаемых рисунков, на которых одинаковые позиции, как правило, обозначены одинаковыми цифрами.
На рис. 1 представлен вид в перспективе устройства фильтрации текучей среды в соответствии с настоящим изобретением.
На рис. 2 представлен вид в разобранном состоянии устройства фильтрации текучей среды, изображенного на рис. 1.
На рис. 3 представлен вид в разрезе устройства фильтрации текучей среды, изображенного на рис. 1, вдоль секущей плоскости A.
На рис. 4 представлен частичный вид в разрезе примерной прокладки для устройства фильтрации текучей среды, изображенного на рис. 1, со снятым корпусом и опорной пластиной.
На рис. 5 представлен, увеличенный вид в разрезе устройства фильтрации текучей среды, изображенного на рис. 1, вдоль секущей плоскости A и В.
На рис. 6 представлен вид в перспективе фильтрующего элемента устройства фильтрации текучей среды с снятым корпусом и опорной пластиной, изображенного на рис. 1.
На рис. 7 и рис. 8 представлен вид в разобранном состоянии примерного варианта фильтрующего элемента для устройства фильтрации текучей среды, изображенного на рис. 1, со снятым корпусом и опорной пластиной.
На рис. 9 представлен вид в разрезе устройства фильтрации текучей среды, изображенного на рис. 1, вдоль секущей плоскости В, имеющего другой вариант прокладки.
Подробное описание изобретения
Подробное описание изобретения, изложенное ниже с прилагаемыми чертежами, предназначено для описания различных вариантов осуществления изобретения и не предназначено для представления только единственных вариантов осуществления, в которых раскрытие можно реализовывать на практике. Подробное описание изобретения включает в себя конкретные детали с целью обеспечения полного понимания вариантов осуществления изобретения. Очевидно, что специалисты в данной области техники смогут понять раскрытие без этих конкретных деталей. В некоторых случаях хорошо известные конструкции и компоненты показаны в упрощенной форме для краткости описания. Для ясности и простоты объяснения некоторые из поверхностей были опущены или увеличены.
В контексте данного документа термин «тороидальный» используется для обозначения плоскости, которая по существу или полностью окружает центральную или продольную ось и имеет отверстие (называемое здесь проемом, выпускным отверстием, пространством и т.д.), образуя твердое тело. В контексте данного документа, тороидальный профиль может относиться к тороидальной или кольцевой структуре, тороиду (напр., любой геометрической плоскости, повернутой вокруг продольной оси, и образующей твердое тело) и/или тороидальному многограннику (напр., кольцеобразному профилю, имеющему вид многоугольника в плане, если смотреть в плоскости, перпендикулярной продольной оси). Геометрические профили для формирования тороида могут, не ограничиваясь, представлять собой квадраты, прямоугольники, пятиугольники и т.д. Кроме того, тороидальные профили могут быть цилиндрическими или трубообразными и могут иметь любой вид профиля в плане, например, не ограничиваясь, круглый, квадратный, прямоугольный, пятиугольный, шестиугольный и т.д.
Используемый здесь термин «соосный» может использоваться для обозначения любого одного или нескольких профилей или структур, имеющих общий центр, так что большая структура по существу или полностью окружает меньшую структуру.
На рис. 1 представлен вид в перспективе варианта осуществления устройства 100 фильтрации текучей среды машины (напр., двигателя). Устройство 100 фильтрации текучей среды содержит опорную пластину 500, корпус 700 и торцовую крышку в сборе 150, отцентрованную относительно перпендикулярной оси 110. В раскрытии есть ссылки на верхний торец или верх и нижний торец или низ. Обычно ссылки на верхний торец и верх относятся к верхней стенке 515 опорной пластины 500. Обычно ссылки на нижний торец и низ относятся к торцовой стенке 720 опорной пластины 700. На рис. 1 также показан примерный вариант секущей плоскости A и плоскости В, имеющих угол α между ними. Угол между ними выбран только для иллюстрации раскрытых здесь вариантов осуществления и может быть различным для различных реализаций в пределах объема настоящего изобретения.
Устройство 100 фильтрации текучей среды может представлять собой один из нескольких компонентов жидкостной системы (не показано) и может быть выполнено: для приема нефильтрованной текучей среды из одного или нескольких компонентов выше по потоку от жидкостной системы; улавливания частиц, взвешенных в нефильтрованной текучей среде; фильтрования текучей среды; и подачи отфильтрованной текучей среды к одному или нескольким компонентам ниже по потоку от жидкостной системы. Жидкостная система может представлять собой любой тип жидкостной системы, например, систему подачи топлива, систему смазки и/или систему охлаждающей жидкости, и может быть функционально связана с двигателем или нет (не показано). Кроме того, устройство 100 фильтрации текучей среды может выполняться способным фильтровать текучую среду любого типа, например, бензин, дизельное топливо, смазочное масло, воду, охлаждающая жидкость и/или любой другой тип текучей среды. Предполагается, что текучая среда в жидкостной системе может находиться под давлением или без него, и если да, то под любым давлением.
На рис. 2 представлен вид в разобранном состоянии устройства 100 фильтрации текучей среды. Как показано на рис. 1, устройств 100 фильтрации текучей среды содержит корпус 700 и опорную пластину 500. Устройство 100 фильтрации текучей среды также содержит фильтрующий элемент 200 и выпускной отсек 600, отцентрованный относительно перпендикулярной оси 110, и расположенный между опорной пластиной 500 и корпусом 700. Кромка 710 внешней стенки 715 соединяется с боковой стенкой 524 опорной пластины 500, по меньшей мере, с помощью части сборки 150 крышки между ними, чтобы обеспечить жидкостное уплотнение (напр., герметичное) устройства 100 фильтрации текучей среды. Кроме того, корпус 700 может содержать бобышку 740 сливной пробки на торцовой стенке 720, приспособленную для ввинчивания сливной пробки 800. Бобышка 740 сливной пробки может быть уплотнена первым тороидальным уплотнительным элементом 830 и вторым тороидальным уплотнительным элементом 840, каждый из которых расположен внутри первого паза 824 под уплотнение и второго паза 822 под уплотнение сливной пробки 800, соответственно. Фильтрующий элемент 200 может содержать первый фильтрационный материал 210, имеющий внутреннее пространство 218, в котором находится гильза 220. Фильтрационный материал 210 и внутреннее пространство 218 расположены между торцовой крышкой в сборе 150 и второй торцовой крышкой 240 на первом торце и втором торце, соответственно. Торцовая крышка в сборе 150 содержит первую торцовую крышку 400, расположенную рядом с опорной пластиной 500 и сформированную на литой прокладке 300, причем прокладка 300 расположена между первой торцовой крышкой 400 и фильтрационным материалом 210. Каждый из компонентов устройства 100 фильтрации текучей среды может иметь соответствующую продольную ось, которая отцентрована относительно продольной оси 110.
На рис. 3 представлен вид в разрезе устройства 100 фильтрации текучей среды вдоль секущей плоскости A, изображенного на рис. 1.
Опорная пластина 500 содержит боковую стенку 524, верхнюю стенку 515 и проем 540 напротив верхней стенки 515, формирующие между ними полость 540 опорной пластины. Боковая стенка 524 может в целом иметь тороидальный профиль и содержать утопленную и входящую в зацепление поверхность сопряжения 560, приспособленную для зацепления с седлообразной поверхностью сопряжения 350, включая прокладку 300, тем самым обеспечивая средство для уплотнения устройства 100 фильтрации текучей среды. Опорная пластина 500 может дополнительно содержать впускное отверстие 510 на боковой стенке 524 и выпускное отверстие 520 на верхней стенке 515. Впускное отверстие 510 и выпускное отверстие 520 выполняются способными соединять устройство 100 фильтрации текучей среды, например, с двигателем с помощью одного или нескольких отверстий под болты (не показано). В некоторых вариантах осуществления, каждое впускное отверстие 510 и выпускное отверстие 520 может содержать внутреннюю резьбу, приспособленную для приема соответствующего сопла или компонента двигателя таким образом, чтобы устройство 100 фильтрации текучей среды находилось в жидкостном соединении с двигателем. Впускное отверстие 510 может выполняться способным принимать нефильтрованную текучую среду от одного или нескольких компонентов жидкостной системы, расположенных выше по потоку, и способным направлять нефильтрованную текучую среду к фильтрующему элементу 200 через впускную камеру 530. В частности, впускная камера 530 может представлять собой в целом кольцевое пространство, окруженное боковой стенкой 524 и верхней стенкой 515, относительно продольной оси 110.
Выпускное отверстие 520 может находится в жидкостном соединении с выпускным отсеком 600. Выпускной отсек 600 может содержать боковую стенку 620, торцовую стенку 640 и проем 605 напротив торцовой стенки 640. Выпускной отсек 600 может в целом представлять собой кольцевое пространство, окруженное боковой стенкой 620 и торцовой стенкой 640, относительно продольной оси 110. Кольцевая камера может выполняться как выпускная камера 630, способная осуществлять жидкостное соединение фильтрующего элемента с выпускным отверстием 520. То есть выпускное отверстие 520 может выполняться способным принимать фильтрованную текучую среду из фильтрующего элемента 200 через выпускную камеру 630 и способным направлять фильтрованную текучую среду к одному или нескольким находящимся ниже по потоку компонентам жидкостной системы. Боковая стенка 620 может иметь тороидальную поверхность 650, простирающуюся перпендикулярно продольной оси вокруг проема 605. Тороидальная поверхность 650 может входить в зацепление с верхней стенкой 515 опорной пластины 500, чтобы уплотнить выпускную камеру 630 относительно впускной камеры 530. Например, тороидальная поверхность 650 может иметь одно или несколько сквозных отверстий 655, равномерно расположенных в радиальном направлении на тороидальной поверхности 650, через которые крепежные элементы (напр., винты, болты, заклепки и т.д.) могут прикреплять выпускной отсек 600 к опорной пластине 500. В другом варианте осуществления, клей, отдельно или в комбинации, может прикреплять выпускной отсек 600 к опорной пластине 500. Предполагается, что и впускная, и выпускная камеры 530, 630 могут формировать пространство внутри опорной пластины 500, имея любой профиль и/или контур, напр., многогранный, по меньшей мере, в пределах выпускного отсека 600 и опорной пластины 500.
Выпускной отсек 600 может также содержать выпускную бобышку 610, выступающую из торцовой стенки 640 в сторону от выпускной камеры 630. Выпускная бобышка 610 может быть приспособлена для сопряжения с торцовой крышкой в сборе 150, например, путем установки внутри выпускного отверстия 405 фильтрующего элемента (напр., отверстия, осуществляющего жидкостное соединение внутренней части 118 с выпускной камерой 630) первой торцовой крышки 400. В некоторых вариантах осуществления, выпускная бобышка 610 способна образовывать уплотнение внутри выпускного отверстия 405 фильтрующего элемента, чтобы уплотнить ниже по потоку канал фильтрованной текучей среды к одному или нескольким компонентам жидкостной системы.
Как показано на рис. 3, опорная пластина 500 содержит бобышку 553 сливной пробки, способную вмещать сливную пробку 800. Бобышка 5x53 сливной пробки простирается от верхней стенки 515 в сторону, а в некоторых вариантах осуществления, в выпускную камеру 630. Бобышка 553 сливной пробки содержит полость 550, способную вмещать сливную пробку 800. В различных вариантах осуществления, полость 550 имеет участок 555 с внутренней резьбой.
Корпус 700 может иметь внешнюю стенку 715 с кромкой 710 и торцовую стенку 720, образуя между ними полость 730 корпуса. Внешняя стенка 715 в целом имеет тороидальный профиль вокруг полости 730 корпуса, смежной с опорной пластиной 500, и способна осуществлять сопряжение и/или иным образом входить в зацепление с прокладкой 300 через седлообразную поверхность сопряжения 350 на кромке 710. Торцовая стенка 720 может располагаться на торце внешней стенки 715 напротив полости 730 корпуса. При соединении полости 730 корпуса и полости 540 опорной пластины обычно формируется внутренняя камера (напр., камера 750 фильтрующего элемента) для размещения фильтрующего элемента 200.
Корпус 700 может содержать cливное отверстие, которое выполняется для облегчения слива текучей среды из корпуса 700 и/или может содержать любой перепускной клапан (не показано) для ограничения давления текучей среды в жидкостной системе. Например, корпус 700 содержит бобышку 740 сливной пробки, выполненную как сливное отверстие, и способную вмещать сливную пробку 800 в сливное отверстие 745 с гладкими стенками.
На рис. 3 представлен вариант осуществления сливной пробки 800. Сливная пробка 800 содержит хвостовик 850, имеющий участок 810 с резьбой на конце 812, приспособленный для зацепления с дополнительным участком 555 с резьбой в гнезде 550, и противоположный конец 812 головки 820, предназначенный для уплотнения сливного отверстия 745. Сливная пробка 800 также содержит множество участков 805 и 827 с гладкими стенками и с разными диаметрами, предназначенных для сопряжения со сливным каналом 745 и каналом 227 фильтрующего элемента в бобышке 222 фильтрующего элемента, соответственно. Выступ 809 находится между участками 805, 827 с гладкими стенками, в которые входит канал 227 фильтрующего элемента, и соединяет их. Диаметр участка 827 с гладкими стенками может быть больше диаметра участка 805 с гладкими стенками. Участок 827 с гладкими стенками также может быть окружен второй торцовой крышкой 240 внутри отверстия 245. В некоторых вариантах осуществления, диаметр участка 827 с гладкими стенками может быть меньше диаметра отверстия 245. Сливная пробка 800 также содержит первый паз 824 под уплотнение и второй паз 822 под уплотнение. Первый паз 824 под уплотнение принимает первый тороидальный уплотнительный элемент 830, а второй паз 822 под уплотнение принимает второй тороидальный уплотнительный элемент 840, например, кольцевое уплотнение. Первый тороидальный уплотнительный элемент 830 способен обеспечить жидкостное уплотнение между сливной пробкой 800 и каналом 227 фильтрующего элемента. Второй тороидальный уплотнительный элемент 840 способен обеспечить жидкостное уплотнение между сливной пробкой 800 и сливным каналом 745. Сливная пробка 800 может быть вывинчена из гнезда 550 и извлечена из устройства 100 фильтрации текучей среды. Первый тороидальный уплотнительный элемент 830 и второй тороидальный уплотнительный элемент 840, соответственно, выходят из канала 227 фильтрующего элемента и сливного канала 745 таким образом, что текучая среда вытекает через сливной канал 745 из устройства 100 фильтрации текучей среды, тем самым облегчая удаление текучей среды.
Фильтрующий элемент 200 может содержать торцовую крышку в сборе 150, вторую торцовую крышку 240 и фильтрационный материал 210 между ними. Торцовая крышка в сборе 150 может располагаться рядом с опорной пластиной 500 и выполняться способной удерживать фильтрационный материал 210 равномерно внутри корпуса 700, а также способной обеспечивать уплотнение между опорной пластиной 500 и корпусом 700, а также между впускной камерой 530 и выпускной камерой 630, соответственно. Фильтрационный материал 210 может выполняться способным улавливать твердые частицы и/или другие частицы, взвешенные в текучей среде, и в целом может иметь тороидальный профиль (например, цилиндрический), расположенный вокруг и простирающийся вдоль продольной оси 110. Фильтрующий элемент 200 может также содержать гильзу 220. Гильза 220, как правило, может представлять собой тороидальную трубку, расположенную радиально внутри внутреннего пространства 218 или радиально вне фильтрационного материала 210, и может содержать одно или несколько перфорационных отверстий 226, выполненных для обеспечения протекания текучей среды через них, напр., из фильтрационного материала 210 во внутреннее пространство 218. Первый торец 212 фильтрационного материала 210, расположенный рядом с опорной пластиной 500, может входить в зацепление, напр., взаимодействовать, с торцовой крышкой в сборе 150, а второй торец 214 фильтрационного материала 210, расположенный рядом с торцовой стенкой 720 корпуса 700, может входить в зацепление, напр., взаимодействовать, напр., со второй торцовой крышкой 240. Второй торец гильзы 220 может содержать бобышку 222 фильтрующего элемента, в которой имеется канал 227 фильтрующего элемента, взаимодействующий с поверхностью 827 с гладкими стенками сливной пробки 800. Вторая торцовая крышка 240 может располагаться рядом с торцовой стенкой 720 корпуса 700 и выполняться способной удерживать фильтрационный материал 210 равномерно внутри корпуса 700. Вторая торцовая крышка 240 содержит отверстие 245, через которое проходит хвостовик 850 сливной пробки 800. Фильтрационный материал 210 может представлять собой любой фильтрационный материал и/или материал, известный в данной области техники, например, ткань или другой пористый материал, который может быть гофрированным или нет. Также предполагается, что вторая торцовая крышка 240 и гильза 220 могут изготавливаться из любого подходящего материала, например, полимера или другого пластика, и могут отливаться под давлением. Кроме того, предполагается, что перфорационные отверстия 226 могут иметь любой профиль, размер и/или количество, а гильза 220 может выборочно не использоваться.
На рис. 4 показан вид в перспективе варианта осуществления прокладки 300, имеющий вид сбоку в разрезе седлообразной поверхности сопряжения 350. Прокладка 300 может иметь корпус, содержащий множество элементов (напр., элементы 310, 320 и 330), которые соосны и разнесены друг от друга в радиальном направлении, и имеют общий радиальный центр, отцентрованный относительно продольной оси 390. Каждый элемент по существу или полностью окружает по периметру каждый меньший элемент в нем. Внешний и наиболее соосный первый элемент может иметь второй тороидальный профиль или структуру, которая дополняет и стыкуется с корпусом 700 и опорной пластиной 500, и окружает или по существу окружает периметр, если смотреть в плоскости, перпендикулярной продольной оси 110, фильтрационного материала 210. По меньшей мере, два соосных элемента разнесены в осевом направлении вдоль продольной оси на расстоянии «H» по направлению ко второму торцу 214 фильтрационного материала 210. Расстояние H может зависеть, например, от: размеров фильтрующего элемента; размеров корпуса, крышки и других компонентов устройства фильтрации текучей среды и/или предполагаемой сферы использования фильтрующего элемента (напр., фильтрующий элемент для использования в устройстве фильтрации текучей среды на основе смазочного масла может быть больше по размеру, чем фильтрующий элемент для использования в устройстве фильтрации текучей среды на основе топлива. Тело прокладки 300 также содержит множество опорных плеч (напр., опорных плеч 340a-f, совместно именуемых здесь «опорным плечом 340»), расположенных с определенным шагом вокруг продольной оси 390 и простирающихся от нее в радиальном направлении. Множество опорных плеч могут располагаться в радиальном направлении с определенным шагом вокруг продольной оси 390 и соединять друг с другом множество соосных элементов, образуя цельное тело. Каждое опорное плечо 340 может содержать первый участок 342, простирающийся в радиальном направлении, по меньшей мере, от второго элемента 310 в первом направлении, по меньшей мере, в сторону первого элемента 320, и второй участок 344, простирающийся в осевом направлении от первого элемента 320 в сторону второго элемента 310 во втором направлении смещенном (напр., под углом θ) относительно первого направления, и встречающееся с первым участком 344 на участке 346 пересечения (напр., месте скручивания, повороте и т.д.). В некоторых вариантах осуществления, угол θ может представлять собой тупой углом, а в других вариантах осуществления угол θ может составлять примерно 90 градусов. По меньшей мере, один из соосных элементов содержит седлообразную поверхность сопряжения 350, например, самый внешний элемент (напр., первый элемент 320) относительно продольной оси 390 может содержать седлообразную поверхность сопряжения 350. Тело прокладки 300 может выполняться из любого гибкого эластомерного материала, который способен выдерживать длительное воздействие текучей среды, для фильтрации которой и предназначен фильтрующий элемент (напр., материала не ухудшающего свои свойства в ответ на воздействие отфильтрованной текучей среды). В различных вариантах осуществления, тело прокладки 300 может выполняться из материала, обладающего эластомерными свойствами, например, полимера с высокой эластичностью (напр., эластомера), например, нитрильного каучука (NBR), гидрированного бутадиен-нитрильного каучука (HNBR), сополимеров каучука, фторэластомеров (FKM), фторсиликонового или фторвинилметилсилоксанового каучука (FVMQ) и т.п.
В частности, в варианте осуществления, изображенном на рис. 4, прокладка 300 может содержать: второй элемент 310 (который упоминается здесь как «центрирующий элемент»), обычно тороидального профиля, имеющий второе отверстие 312, и смежный с продольной осью 390; первый элемент 320 обычно тороидального профиля (который упоминается здесь как «внешний уплотнительный элемент»), расположенный на радиальной наружной кромке прокладки 300; и третий элемент 330, обычно тороидального профиля, расположенный между центрирующим элементом 310 и внешним уплотнительным элементом 320. В предложенном варианте осуществления, центрирующий и третий элементы 310, 330 имеют похожие тороидальные профили с разными радиусами (напр., радиусы R310 и R330 соответственно), где R330 больше, чем R310. Размеры различных радиусов могут зависеть от размера и профиля получаемого фильтрующего элемента 200, который зависит от требуемой сферы применения и размеров устройства фильтрации текучей среды. Однако центрирующие и третьи элементы 310, 330 могут иметь разные профили. Третий элемент 330 можно формировать с выравниванием по плоскости с центрирующим элементом 310, например, одна или несколько поверхностей элементов 310 и 330 могут иметь общую плоскость поверхности, или центр масс центрирующего элемента 310, а третий элемент 330 можно выравнивать на общей плоскости (напр., выверка в одной плоскости). Внешний уплотнительный элемент 320 примыкает к третьему элементу 330 напротив центрирующего элемента 330 и располагается в поперечном направлении вдоль продольной оси 390 на расстоянии H от центрирующего элемента 310. Как показано выше, внешний уплотнительный элемент 320 может быть шире в радиальном направлении, чем центрирующий и/или третий элемент 310, 330. Однако возможны и другие конфигурации, например, каждый элемент может иметь одинаковую или разную ширину.
Опорные плечи 340a-f простираются в радиальном направлении от центрирующего элемента 310 и физически соединяют центрирующий элемент 310 с внешним уплотнительным элементом 320. Опорные плечи 340a-f располагаются в радиальном направлении с определенным шагом вокруг продольной оси, например, там, где имеется шесть опорных плеч 340, как изображено на рис. 4, опорные плечи могут располагаться с шагом в 60 градусов. Однако прокладка 300 может содержать большее или меньшее число опорных плеч 340, например, два, три, четыре, семь, восемь и т.д. Каждое опорное плечо 340 содержит: первый участок 342, простирающийся в радиальном направлении от центрирующего элемента 310, в направлении, по существу параллельном центрирующему элементу 310 (напр., перпендикулярно продольной оси 390) в сторону внешнего уплотнительного элемента 320; и второй участок 344, простирающийся в осевом направлении от внешнего уплотнительного элемента 320 в сторону центрирующего элемента 310 в направлении, смещенном (напр., под углом θ) от первого участка 342. Первый и второй участки 342, 344 пересекаются на участке 346 пересечения. Угол θ может представлять собой прямой или тупой угол по отношению к первому участку 342. В некоторых вариантах осуществления, угол θ может составлять примерно 90 градусов или максимально приближаться к 90 градусам в пределах производственных допусков, что позволяет опорным плечам 340 выходить за пределы первой торцовой крышки 400 без увеличения общего диаметра фильтрующего элемента 200 вместе с прокладкой 300, как подробно описано в данном документе. Каждое опорное плечо 340 может соединяться с внешним уплотнительным элементом 320 на соответствующем элементе 360 сопряжения. Элемент 360 сопряжения может иметь сопрягаемую поверхность 361 и место пересечения 362 опорным плечом одной или обоих поверхностей 363, противоположных сопрягаемой поверхности 316 и верхней поверхности 364. Место пересечения 362, как правило, находится по центру между двумя скругленными торцами 365 и 366, соединяющими поверхность 363 с сопрягаемой поверхностью 361. Элемент 360 сопряжения выполняется способным физически и неподвижно соединять внешний уплотнительный элемент 320 с опорными плечами 340. Каждый элемент 360 сопряжения, напр., по меньшей мере, сопрягаемая поверхность 361, может быть шире в плоскости, пересекающей продольную ось 390, чем соответствующее опорное плечо 340, чтобы избежать разрыва, поломки или другого отделения опорного плеча 340 от внешнего уплотнительного элемента 320 во время использования прокладки 300. При наличии третьего элемента 330, как показано на рис. 4, опорные плечи 340 могут пересекаться с третьим элементом 330, например, на первом участке 342 в месте пересечения 348. В некоторых вариантах осуществления, третий элемент 330 может располагаться вдоль продольной оси 390 сбоку от центрирующего элемента, а опорные плечи 340 могут пересекать третий элемент 330 на втором участке 344. Плечи 340 могут иметь любой геометрический профиль, длину и/или их количество.
Внешний уплотнительный элемент 320, третий элемент 330 и опорные плечи 340 могут обступать множество первых отверстий 322 любого профиля, длины и/или количества между соседними отверстиями. Точно так же центрирующий элемент 310, третий элемент 330 и опорные плечи 340 могут обступать множество третьих отверстий 332 любого профиля, длины и/или количества между соседними отверстиями.
Внешний уплотнительный элемент 320 имеет тороидальный профиль, зависящий от профиля и конфигурации седлообразной поверхности сопряжения 350. То есть, внешний уплотнительный элемент 320 имеет тороидальный профиль, зависящий от движущего по кругу профиля поперечного сечения седлообразной поверхности сопряжения 350 (напр., как показано на виде сбоку в разрезе на рис. 3). Седлообразная поверхность сопряжения 350 может выполняться способной, например, входить в зацепление с соответствующими поверхностями сопряжениями опорной пластины 500 и/или корпуса 700 для уплотнения устройства 100 фильтрации текучей среды. На рис. 4 представлен неограничивающий пример седлообразной поверхности сопряжения 350, которая содержит: первую входящую в зацепление поверхность сопряжения 352 (также называемую здесь выступающей и входящей в зацепление поверхностью сопряжения 352) на верхней поверхности 355 внешнего уплотнительного элемента 320 с центром по радиусу R352; и вторую входящую в зацепление поверхность сопряжения 354 (также называемую здесь утопленной и входящей в зацепление поверхностью сопряжения 354) напротив выступающей и входящей в зацепление поверхностью сопряжения 352 (напр., на нижней поверхности 357) с центром по радиусу R354 между первой боковой стенкой 356 и второй боковой стенкой 358. Как указано выше на рис. 3, седлообразная поверхность сопряжения 350 может входить в зацепление с опорной пластиной 500 с помощью выступающей и входящей в зацепление поверхности сопряжения 352 и соответствующий утопленной и входящей в зацепление поверхности сопряжения 560 и входить в зацепление с корпусом 700 с помощью утопленного и входящего в зацепление поверхности сопряжения 354, выполненной способной вмещать кромку 710 внешней стенки 715 между боковыми стенками 356. и 358. Введение в зацепление участка 810 с резьбой сливной пробки 800 в гнезде 550 заставляет опорную пластину 500 и корпус 700 сжимать внешний уплотнительный элемент 320, удерживаемый на месте с помощью седлообразной поверхности сопряжения 350, для создания уплотнения устройства 100 фильтрации текучей среды. Хотя пример седлообразной поверхности сопряжения 350, изображен на рис. 4, следует понимать, что возможны другие конфигурации, не выходящие за пределы объема настоящего изобретения, при условии, что прокладка 300 выполняется способной уплотнять устройство 100 фильтрации текучей среды с помощью седлообразной поверхности сопряжения 350.
Хотя седлообразная поверхность сопряжения 350 и показана как соответствующая (напр., расположенная) всей длине внешнего уплотнительного элемента 320, следует понимать, что возможны и другие конфигурации. Например, седлообразная поверхность сопряжения 350 может содержать множество секций, расположенных с определенным шагом (с одинаковым или разным) вдоль верхней поверхности 355 и/или нижней поверхности 357. Точно так же выступающая и входящая в зацепление поверхность сопряжения 352 и утопленная и входящая в зацепление поверхность сопряжения 354 не обязательно должны перекрываться друг с другом и могут располагаться таким образом, как требуется для конкретного применения.
Прокладка 300 также содержит множество выступающих поверхностей 370, расположенных на верхней поверхности прокладки 300. Например, множество выступающих поверхностей 370 могут выступать из любой одной или нескольких поверхностей прокладки 300 и могут быть разнесены с одинаковым интервалом в радиальном направлении вокруг продольной оси 390. На рис. 4 иллюстративно показаны шесть выступающих поверхностей 370, разнесенных с одинаковым интервалом в радиальном направлении и выступающих из центрирующего элемента 310 в сторону от внешнего уплотнительного элемента 320. Однако в некоторых вариантах осуществления, выступающие поверхности 370 могут иметь любой профиль, конфигурацию, поступательную или радиальную направленность и/или количество. Например, выступающие поверхности 370 не обязательно должны быть расположены с одинаковым интервалом друг от друга, а могут быть расположены беспорядочно вокруг прокладки 300. Выступающие поверхности 370 можно формировать на центрирующем элементе 310, внешнем уплотнительном элементе 320, третьем элементе 330 и/или на одном или нескольких опорных плечах 340. Кроме того, выступающие поверхности 370 могут иметь обычно коробчатую, в основном куполообразную форму (напр., часть сферы или овал), обычно пирамидальную и т.д.
Хотя вышеприведенное описание сделано со ссылкой на вариант осуществления, показанный на рис. 4, следует понимать, что возможны и другие конфигурации. Например, каждый элемент 310, 320, 330 может иметь любой требуемый геометрический профиль, например, обычно тороидальный профиль (напр., кольцевой), имеющую прямоугольное поперечное сечение с кромкой, параллельной продольной оси 390, с образованием твердого тела вокруг продольной оси 390, как показано на рис. 4. Хотя в другом варианте осуществления, один или несколько элементов могут иметь, как правило, тороидальный профиль. Кроме того, если смотреть вдоль продольной оси 390, центрирующий элемент, внешний уплотнительный элемент и третьи элементы 310, 320, 330 могут представлять собой концентрические круги (как показано на рис. 4), концентрические многоугольники одного или разных типов (например, концентрические квадраты, концентрические пятиугольники, концентрические шестиугольники и т.д.) или любую их комбинацию. Кроме того, множество элементов может содержать любое количество элементов. Например, хотя на рис. 4 и показаны три элемента, прокладка 300 может содержать только центрирующий и внешний уплотнительные элементы 310, 320 или может содержать дополнительные элементы помимо центрирующего элемента, внешнего уплотнительного элемента и третьих элементов 310-330.
На рис. 5 представляет собой увеличенный вид в перспективе устройства 100 фильтрации текучей среды в поперечном разрезе вдоль секущих плоскостей A и B, показанных на рис. 1. На рис. 5 показаны секущие плоскости A и В, имеющие угол α между ними. Плоскость A используется для иллюстрации поперечного сечения вдоль плоскости, параллельной продольной оси 110 и простирается между выступающей поверхностью 370 и продольной осью 110. Точно так же, плоскость B используется для иллюстрации поперечного сечения вдоль плоскости, параллельной продольной оси 110 и простирается вдоль центра масс опорного плеча 340. Таким образом, поскольку имеется шесть иллюстративных выступающих поверхностей 370 и шесть иллюстративных опорных плеч 340, то в этом примере угол между плоскостями A и B составляет 150 градусов. Возможны и другие иллюстративные схемы.
Как показано на рис. 2, торцовая крышка в сборе 150 может находиться рядом с фильтрационным материалом 210 и между фильтрационным материалом 210 и опорной пластиной 500, а более конкретно, между фильтрационным материалом 210 и выпускным отсеком 600. Торцовая крышка в сборе 150 может взаимодействовать, входить в зацепление, или иным образом соединяться с первым торцом фильтрационного материала 210.
Торцовая крышка в сборе 150 может содержать прокладку 300 и первую торцовую крышку 400. Прокладка 300 может быть, по меньшей мере, частично заключена в первую торцовую крышку 400. Первая торцовая крышка 400 содержит: первую поверхность 410, входящую в зацепление, напр., взаимодействующую с фильтрационным материалом 210; и вторую поверхность 420, противоположную первой поверхности 410. Первая торцовая крышка 400 может быть сформирована (напр., соединена, прикреплена, состыкована, сопряжена), как описано ниже, на первом торце 212 фильтрационного материала 210. Первая торцовая крышка 400 содержит внутреннюю уплотнительную поверхность 430, которая входит в зацепление с выпускной бобышкой 610 внутри второго отверстия 312, чтобы создать жидкостное уплотнение между впускной камерой 530 и выпускной камерой 630, обеспечивая герметичное течение отфильтрованной текучей среды через внутреннее пространство 118 к выпускной камере 630. В частности, первая торцовая крышка 400 может содержать: корпус, имеющий, как правило, тороидальный профиль, и имеющий внутреннюю уплотнительную поверхность 430, рядом с продольной осью 110; и внешнюю поверхность 440, соединенную с ней с помощью первой и второй поверхностей 410, 420. Внутренняя уплотнительная поверхность 430 может иметь радиус R430, который по существу равен или даже меньше радиуса R610 выпускной бобышки 610, так что при зацеплении выпускная бобышка 610 оказывает радиальное давление на внутреннюю уплотнительную поверхность, тем самым обеспечивая жидкостное уплотнение впускной камеры 530 от выпускной камеры 630. Размеры различных радиусов могут зависеть от размера и профиля получаемого фильтрующего элемента 200, который зависит от требуемой сферы применения и размеров устройства фильтрации текучей среды (напр., радиусы R430 и R610 задаются таким образом, что выпускная бобышка 610 плотно прилегает к внутренней уплотнительной поверхности 430 для жидкостного уплотнения фильтрующего элемента 200). В различных вариантах осуществления, первая торцовая крышка 400 может выполняться из отверждаемого полимерного материала, например, полимера, уретана, полиуретана, силикона и т.д.
Первая торцовая крышка 400 может по существу заключать (напр., окружать, охватывать или иным образом заключать), по меньшей мере, часть прокладки 300. То есть, по меньшей мере, часть прокладки 300 может по существу находиться внутри материала первой торцовой крышки 400 таким образом, что часть прокладки будет заключена между поверхностями 410-440 первой торцовой крышки 400. Например, центрирующий элемент 310 может располагаться рядом с первым торцом 212 фильтрационного материала 210. В некоторых вариантах осуществления, нижняя поверхность центрирующего элемента 310 может взаимодействовать с фильтрационным материалом 210, в то время как в других вариантах может иметь зазор между ними. Первая торцовая крышка 400 может выполняться вокруг центрирующего элемента 310, как описано ниже, тем самым по существу заключая в себя центрирующий элемент 310. Таким образом, когда центрирующий элемент 310 соприкасается с фильтрационным материалом 210, материал первой торцовой крышки 400 может не охватывать область контакта (напр., поверхность центрирующего элемента 310, взаимодействующая с фильтрационным материалом 210, может находиться в одной плоскости со второй поверхностью 420). В некоторых вариантах осуществления, третий элемент 330 также может взаимодействовать с фильтрационным материалом (или иметь зазор) на одной линии с центрирующим элементом 310 таким образом, что третий элемент 330 аналогичным образом будет заключен в первую торцовую крышку 400. Кроме того, первый участок 342 опорных плеч 340 может быть аналогичным образом заключен в первую торцовую крышку 400, а в некоторых вариантах осуществления часть участка 346 пересечения и/или часть второго участка 344 может находиться внутри первой торцовой крышки 400. Количество плеч 340 в ней зависит от заданного профиля прокладки 300.
Торцовая крышка в сборе 150 содержит прокладку 300 с продольной осью 390, совмещенной с продольной осью 110. Прокладка 300 содержит внешний уплотнительный элемент 320, соединенный с опорной пластиной 500 и корпусом 700, создающий жидкостное уплотнение между опорной пластиной 500 и корпусом 700, как описано выше. Например, утопленная и входящая в зацепление поверхность сопряжения 354 вмещает в себя кромку 710 внешней стенки 715 на дальнем торце около полости 730 корпуса. Утопленная и входящая в зацепление поверхность сопряжения 354 имеет радиус R354, который по существу равен радиусу R715 внешней стенки 715 и совмещен с ним. Первая боковая стенка 356 и вторая боковая стенка 358 выступают из опорной пластины 500 по направлению к торцовой стенке 720 корпуса и перекрывают вмещаемую часть внешней стенки 715. Таким же образом, находящаяся напротив утопленной и входящей в зацепление поверхности сопряжения 354, выступающая и входящая в зацепление поверхность сопряжения 352 вмещается в утопленную и входящую в зацепление поверхность сопряжения 560 в боковой стенке 524 опорной пластины 500. Таким образом, утопленная и входящая в зацепление поверхность сопряжения 560 имеет радиус R560, который по существу равен радиусу R352 выступающей и входящей в зацепление поверхности сопряжения 352 и совмещен с ним. Как описано выше, ввинчивание сливной пробки 800 в гнезде 550 заставляет опорную пластину 500 поджиматься к корпусу 700 и наоборот таким образом, что боковая стенка 524 и внешняя стенка 715 оказывают зажимное или сжимающее усилие на внешний уплотнительный элемент 320, тем самым осуществляя жидкостное уплотнение или герметизацию устройства 100 фильтрации текучей среды.
Центр масс внешнего уплотнительного элемента 320 может располагаться сбоку относительно центра масс центрирующего элемента 310 вдоль продольной оси 110 на расстояние Н. Как описано выше, опорные плечи 340 соединяют внешний уплотнительный элемент 320 с центрирующим элементом 310, и соответственно с первой торцовой крышкой 400. Таким образом, первая торцовая крышка 400 и прокладка 300 могут образовывать неразделимое тело торцовой крышки в сборе 150. В некоторых вариантах осуществления, внешний уплотнительный элемент располагается на расстоянии от фильтрационного материала 210, при этом часть фильтрационного материала 210 располагается в первых отверстиях 322. Первые отверстия 322 осуществляют жидкостное соединение впускной камеры 530 с полостью 730 корпуса, чтобы фильтрационный материал 210 мог принимать нефильтрованную текучую среду из впускной камеры 530.
На рис. 6 показан вид в перспективе фильтрующего элемента 200 без корпуса 700, опорной плиты 500, выпускного отсека 600 и сливной пробки 800. Как описано в данном документе, фильтрующий элемент 200 содержит: фильтрационный материал 210, гильзу 220, торцовую крышку в сборе 150 и вторую торцовую крышку 240. В различных вариантах осуществления, фильтрующий элемент 200 выполняется в виде неподвижного цельного тела, содержащего, по меньшей мере, фильтрационный материал 210 и торцовую крышку в сборе 150. В дополнительных вариантах осуществления, фильтрационный материал 210, гильза 220, торцовая крышка в сборе 150 и вторая торцовая крышка 240 выполняются как единое целое. Фильтрационный материал 210 может содержать множество радиально расположенных ребер 216, простирающихся в осевом направлении вдоль продольной длины фильтрационного материала 210. Ребра 216 могут крепиться к множеству опорных колец 215, расположенных с определенным шагом вдоль продольной длины фильтрационного материала 210, образующих несущую конструкцию для ребер.
Как показано на рис. 6, фильтрующий элемент 200 содержит фильтрационный материал 210, имеющий первый торец 212 и второй торец 214, противоположный первому торцу 212 по вертикали (напр., продольной оси 390). Торцовая крышка в сборе 150 неподвижно крепится и/или стыкуется с первым торцом 212 фильтрационного материала 210 и содержит первую торцовую крышку 400, имеющую первый тороидальный профиль с выпускным отверстием 405 фильтрующего элемента, совмещенным с продольной осью 390 и находящимся рядом с первым торцом 212 фильтрационного материала 210 (напр., совмещенным с внутренним пространством 218). Торцовая крышка в сборе 150 также содержит, по меньшей мере, первый элемент 320, соосный первой торцовой крышке 400 и сформированный в радиальном направлении отдельно от первой торцовой крышки 400 и фильтрационного материала 210, и смещенный в осевом направлении от первой торцовой крышки 400 ко второму торцу 214 фильтрационного материала. Первый элемент 320 может содержать седлообразную поверхность сопряжения 350. Первый элемент 320 может по существу окружать и перекрывать периметр фильтрационного материала 210, если смотреть вдоль плоскости, перпендикулярной продольной оси 390, и может выполняться между первой торцовой крышкой 400 и вторым торцом 214. Множество опорных плеч 340 может выполняться для соединения первой торцовой крышки 400 с первым элементом 320. Каждое опорное плечо 240 может иметь первый участок 342, простирающийся в радиальном направлении от первой торцовой крышки 400 до участка 346 пересечения, и второй участок 344, простирающийся от участка пересечения до первого элемента 320 таким образом, что второй участок 344 смещен под углом относительно первого участка 342. В некоторых вариантах осуществления, опорные плечи 240 и первый элемент 320 могут использоваться как часть прокладки 300, например, имеющей множество элементов, как описано в данном документе.
Фильтрующий элемент 200 можно изготавливать в ходе любых технологических процессов, неограничивающий пример которого представлен в данном документе. Прокладку 300 можно изготавливать, например, литьем под давлением с использованием материала, обладающего эластомерными свойствами (напр., NBR, HNBR, сополимеров каучука и т.п., в литейную форму прокладки 300 (напр., литейную форму, дополняющую и инвертированную относительно прокладки 300). Отлитая прокладка 300 затем может помещаться в литейную форму для торцовой крышки 400. В некоторых вариантах осуществления, литейная форма для торцовой крышки 400 может изготавливаться из уретана (напр., из политетрафторэтилена). Литейная форма содержит выступ, инвертированный относительно выпускного отверстия 405 фильтрующего элемента (называемый здесь выпускным выступом), окруженный инвертированный стороной требуемой литейной формы первой торцовой крышки 400 (называемой здесь выступом торцовой крышки). Прокладку 300 можно размещать внутри выступа торцовой крышки путем совмещения второго отверстия 312 с выступом, инвертированным относительно выпускного отверстия 405 фильтрующего элемента, и совмещения продольной оси 390 прокладки 300 с выпускным выступом. Выступающие поверхности 370 могут взаимодействовать с поверхностью прессования для создания надлежащего осевого совмещения между прокладкой 300 и окончательным вариантом первой торцовой крышки 400. Жидкий материал (напр., отверждаемый полимерный материал, например, не ограничиваясь, полимер, уретан, полиуретан, силикон и т.д.) для первой торцовой крышки 400, затем может быть залит (напр., отлит) в литейную форму с заключенной в ней прокладкой 300. После заливки фильтрационный материал 210 может быть помещен в литейную форму таким образом, чтобы выпускной выступ находился внутри внутреннего пространства 218 (напр., отцентрован относительно продольной оси 110). Первый торец 212 взаимодействует с жидким материалом внутри литейной формы, образуя поверхность раздела между ними. В некоторых вариантах осуществления, как описано выше, фильтрационный материал 210 может также взаимодействовать с прокладкой 300. Затем жидкий материал подвергают отверждению с использованием известных методов для затвердевания и схватывания жидкого материала, формируя тем самым первую торцовую крышку 400. По существу, первая торцовая крышка 400 неподвижно прикреплена (напр., состыкована) к первому торцу 212 фильтрационного материала 210 на поверхности раздела, а отлитая прокладка 300 заключена в материал первой торцовой крышки 400. В результате процесса отверждения, прокладка 300 целиком заключается в торцовую крышку в сборе 150 и целиком соединяется с фильтрационным материалом 210, образуя цельное тело фильтрующего элемента 200, которое может оставаться неотделимым во время эксплуатации и замены. В некоторых вариантах осуществления, вторая торцовая крышка 240 может быть аналогичным образом залита без прокладки 300 на втором торце 214 фильтрационного материала 210 с использованием того же или другого жидкого материала. Хотя в других вариантах осуществления вторая торцовая крышка 240 может быть сформирована и другими способами.
Хотя фильтрующий элемент 200, изображенный на рис. 6, имеет торцовую крышку в сборе 150 на первом торце 212 фильтрационного материала 210, однако возможны и другие конфигурации. Например, на рис. 7 и 8 представлены виды в перспективе в разобранном состоянии примерных фильтрующих элементов 250 и 260, которые используются в устройстве фильтрации текучей среды, показанной на рис. 1. По существу фильтрующие элементы 250 и 260 могут быть аналогичны фильтрующему элементу 200, за исключением того, что конфигурация торцовой крышки в сборе 150 и второй торцовой крышки 240 может отличаться. На рис. 7 представлена торцовая крышка в сборе 152, сформированная на втором торце 214 фильтрационного материала 210. Таким образом, в некоторых вариантах осуществления торцовая крышка в сборе 152 может содержать прокладку 300, заключенную во второй торцовой крышке 240 и неподвижно прикрепленную ко второму торцу 214 фильтрационного материала 210 способом, по существу, аналогичному описанному выше. В этом варианте осуществления, первые отверстия 322 могут не представлять собой часть первичного канала потока текучей среды (напр., принимать нефильтрованную текучую среду из впускной камеры), а вместо этого позволять текучей среде стекать через отверстия 322 во время замены. В проиллюстрированном примере внешний уплотнительный элемент 320 может быть расположен в осевом направлении между второй торцовой крышкой 240 и первым торцом 212 фильтрационного материала.
На рис. 8 представлен другой пример фильтрующего элемента 260, имеющего первую торцовую крышку в сборе, например, торцовую крышку в сборе 150 и вторую торцовую крышку в сборе, например, торцовую крышку в сборе 152, сформированных, соответственно, на первом торце 212 и втором торце 214 фильтрационного материала 210. То есть в некоторых вариантах осуществления, первая торцовая крышка в сборе 150 может быть такой, как описано в данном документе, а вторая торцовая крышка в сборе 152 может быть такой, как описано выше, со ссылкой на рис. 7. Хотя здесь представлены иллюстративные примеры, следует понимать, что фильтрующие элементы 200, 250 и 260 не являются взаимно-исключающими, и возможны иные конфигурации каждого из них. Например, в любом из предыдущих вариантов осуществления, прокладка 300 может быть перевернута в вертикальной плоскости таким образом, что внешний уплотнительный элемент 320 будет располагаться в осевом направлении, чтобы не быть перекрытым фильтрационным материалом 210 (напр., между второй торцовой крышкой 240 и первым торцом 214), то есть в стороне от второго торца 214 и первого торца 212 фильтрационного материала.
На рис. 9 представлен вид в разрезе устройства фильтрации текучей среды, изображенного на рис. 1, вдоль секущей плоскости В, имеющего дополнительный вариант осуществления прокладки 900. Прокладка 900 может быть по существу аналогична прокладке 300, за исключением того, что конфигурация опорных плеч 940 отличается от конфигурации опорных 340 прокладки 300. Прокладка 900 может содержать одинаковые детали и одинаковые номера позиции, которые используются для прокладки 300, за исключением случаев, предусмотренных здесь. Например, прокладка 900 содержит внешний уплотнительный элемент 310, имеющий и седлообразную поверхность сопряжения 350 и центрирующий элемент 320, соосный внешнему уплотнительному элементу 310 вокруг продольной оси 390. Прокладка 900 также содержит множество опорных плеч 940, каждое из которых содержит первый участок 942 и второй участок 944. Первый участок 944 может простираться в осевом направлении от первой поверхности 410 первой торцовой крышки 400 по направлению к внешнему уплотнительному элементу 320 до участка 946 пересечения. Второй участок 944 может простираться в радиальном направлении от внешнего уплотнительного элемента 320 по направлению к первой торцовой крышке 400 и встречаться с первым участком 944 на участке 946 пересечения (напр., изгибе, повороте и т.д.). В некоторых вариантах осуществления, второй участок 944 может выполняться, по существу, перпендикулярно продольной оси 390 прокладки 900. В некоторых вариантах осуществления, отдельно или в комбинации, первый участок 942 может выполняться, по существу, параллельно продольной оси 390. Таким образом, первый участок 942 и второй участок 944 могут быть смещены под углом примерно 90 градусов. Поскольку опорные плечи выполнены из гибкого материала, то относительные ориентации могут быть изменены при установке в устройстве 100 фильтрации текучей среды, чтобы устранить несоответствие допусков и отклонений в соосности между различными компонентами устройства. В некоторых вариантах осуществления, угловое смещение между вторым участком 944 и первым участком 942 может представлять собой тупой угол, так что первый участок 944 простирается под углом 90 градусов относительно внешнего уплотнительного элемента 320.
Прокладка 900 также содержит третий участок 945, заключенный внутри первой торцовой крышки 400, которая простирается в радиальном направлении от центрирующего элемента 310 (напр., аналогично первому участку 342 прокладки 300) к внешнему уплотнительному элементу 320, пересекает третий элемент 330 в пересечении 348, и встречается с первым участком 942 на участке 949 пересечения. В различных вариантах осуществления, первый участок 942 может быть смещен под углом примерно в 90 градусов относительно третьего участка 945, тогда как в других вариантах осуществления угловое смещение может осуществляться под тупым углом по отношению к внешнему уплотнительному элементу 320.
Промышленная применимость
Раскрытое устройство фильтрации текучей среды применимо для фильтрации текучей среды любого типа и способно обеспечивать уплотнение между потоком нефильтрованной текучей среды и потоком отфильтрованной текучей среды без необходимости использования множества компонентов со сложным профилем и/или компонентов, требующих высоких производственных допусков. Функционирование устройства 100 фильтрации текучей среды разъясняется ниже.
На рис. 1, устройство 100 фильтрации текучей среды может принимать нефильтрованную текучую среду во впускное отверстие 510 и впускную камеру 530 от одного или нескольких компонентов выше по потоку жидкостной системы. Нефильтрованная текучая среда может вытекать из впускной камеры 530 радиально наружу и может направляться торцовой крышкой в сборе 150 таким образом, чтобы течь в сторону корпуса 700 через первые отверстия 322. Нефильтрованная текучая среда может течь через одно или несколько первых отверстий 322, например, по существу в осевом направлении через первые отверстия 322, 922 в радиальное пространство между корпусом 700 и фильтрационным материалом 210. Нефильтрованная текучая среда затем может течь, как правило, радиально через фильтрационный материал 210, а фильтрационный материал 210 может улавливать частицы, взвешенные в нефильтрованной текучей среде, для фильтрации текучей среды. Отфильтрованная текучая среда может затем течь через перфорационные отверстия 226 и, таким образом, через гильзу 220 во внутреннее пространство 218. Отфильтрованная текучая среда может течь из внутреннего пространства 218 к компонентам, расположенным ниже по потоку, например, через выпускное отверстие 405 фильтрующего элемента торцовой крышки в сборе 150 и через выпускную бобышку 610 выпускного отсека 600 в выпускную камеру 630. Отфильтрованная текучая среда может далее течь через выпускное отверстие 520 к одному или нескольким компонентам жидкостной системы, расположенным ниже по потоку.
Может возникнуть необходимость замены фильтрующего элемента 200 в результате: насыщения фильтрационного материала 210 захваченными частицами; износа внешнего уплотнительного элемента 320, 920 или прокладки 300, 900, наступления срока технического обслуживания и /или любой другой причины, известный в данной области техники. Оператор может отвинтить сливную пробку 800 от опорной пластины 500, отделить опорную пластину 500 от корпуса 700, извлечь старый или использованный фильтрующий элемент 200 из корпуса 700 и может вставить новый или неиспользованный фильтрующий элемент 200 в корпус 700. По существу, кромка 710 и утопленная и входящая в зацепление поверхность сопряжения 560 могут быть смещены с места посадки и/или отсоединены от седлообразной поверхности сопряжения 350, 950 внешнего уплотнительного элемента 320, 920 в ходе удаления старой торцовой крышки в сборе 150 вместе со старым фильтрующим элементом 200. Оператор может вставить новый фильтрующий элемент 200 в корпус 700, установив утопленную и входящую в зацепление поверхность сопряжения 354, 954 на кромку 710 и зацепив утопленную и входящую в зацепление поверхность сопряжения 560 опорной пластины 500 с выступающей и входящей в зацепление поверхностью сопряжения 352, 952 прокладки 300, 900. Затем оператор может вставить сливную пробку 800 в сливной канал 745 и повторно подтянуть торец 812 к опорной пластине 500, ввинтив ее в гнездо 550. По существу, внешний уплотнительный элемент 320, 920 может быть сжат в результате зажима между опорной пластиной 500 и корпусом 700, как новая торцовая крышка в сборе 150 между опорной пластиной 500 и корпусом 700. Предполагается, что оператор удалит часть или всю текучую среду, удерживаемую в корпусе 700, в ходе и/или после удаления старого фильтрующего элемента 200, например, через сливной канал 745 или полость 730 корпуса. В различных вариантах осуществления, как описано выше, старая торцовая крышка в сборе 150 удаляется вместе со старым фильтрующим элементом 200 из-за неподвижного блокирующего соединения между ними.
Однако колебания и несоответствия в допусках между компонентами устройства 100 фильтрации текучей среды (напр., корпуса 700, опорной пластины 500, выпускного отсека 600, сливной пробки 800, фильтрационного материала 210 и т.д.) в ходе производства могут вызвать смещения внутри устройства 100 фильтрации текучей среды. Например, бобышка 740 сливной пробки и гнездо 550 могут быть неточно отцентрованы относительно продольной оси 110, а кромка 710 или радиально обращенная поверхность боковой стенки 524 могут быть неточно отцентрованы относительно друг друга или перпендикулярно продольной оси 110, а боковая стенка 620 может быть в осевом направлении длиннее, чем предполагалось, или может присутствовать множество других смещений. В качестве другого примера, в обычных фильтрующих устройствах, если верхняя торцовая крышка расположена не под прямым углом относительно фильтрующего элемента (например, не под углом 90 градусов), то тогда обычный жесткий материал между корпусом и опорной пластиной способен привести к смещению нижнего торца фильтрующего элемента и к отсутствию совмещения с продольной осью корпуса. Это может вызвать ненадлежащее уплотнение и утечку текучей среды в верхней, так и в нижней торцовой крышке.
Предлагается торцовая крышка в сборе 150, обладающая эластомерными свойствами (напр., эластичностью, прочностью на разрыв, растягиваемостью, упругостью и т.д.), для обеспечения осевого и радиального смещения при самоцентрировании торцовой крышки в сборе 150 (и присоединенного к ней фильтрующего элемента 200) относительно различных компонентов устройства 100 фильтрации текучей среды, например, во время замены и вставки в нее нового фильтрующего элемента 200. То есть внешний уплотнительный элемент 320, 920 и/или опорные плечи 340, 940 могут изгибаться, скручиваться, сжиматься, удлиняться и т.д. в соответствии со свойствами используемого материала, чтобы компенсировать отклонения в допусках между сопрягаемыми компонентами устройства 100 фильтрации текучей среды, тем самым обеспечивая выравнивание и самоцентрирование фильтрующего элемента 200 относительно устройства 100 фильтрации текучей среды. Это позволяет во время установки с помощью прокладки 300, 900 осуществлять осевую и радиальную регулировку позиции и ориентации фильтрующего элемента 200 относительно других компонентов. Например, как показано на рис. 3 и 7, после удаления старого или использованного фильтрующего элемента 200 новый фильтрующий элемент 200 можно вставить в корпус 700 в результате соединения второго торца 214 фильтрующего элемента 200 с корпусом 700 рядом с торцовой стенкой 720. Внешний уплотнительный элемент 320, 920 торцовой крышки в сборе 150 может соприкасаться с внешней стенкой 715 в результате зацепления седлообразной поверхности сопряжения 350, 950 и кромки 710, что способствует центрированию фильтрующего элемента 200 внутри корпуса 700 и удержанию фильтрующего элемента 200 примерно по центру во время замены. Опорную пластину 500 (и/или выпускной отсек 600) можно устанавливать в полости 730 корпуса 700, прикрепляя ее к фильтрующему элементу 200, а из-за несоответствия допусков она может оказывать воздействие в осевом и/или радиальном направлении на фильтрующий элемент 200 для его штатной посадки. Прокладка 300, 900, таким образом, позволяет фильтрующему элементу 200 компенсировать эти воздействия в осевом и радиальном направлении и сдвигать фильтрующий элемент 200 относительно корпуса 700 и/или опорной пластины 500 для штатного центрирования (напр., самоцентрирования) и установки внутри обоих компонентов. Например, сливную пробку 800 можно ввинчивать в резьбовое соединение в гнезде 550, подтягивая опорную пластину 500 к корпусу 700 вдоль продольной оси 110. Такое осевое смещение подтягивает выпускную бобышку 610 к выпускному отверстию 405 фильтрующего элемента и оказывает давление вдоль оси по направлению к фильтрующему элементу 200 и по направлению к торцовой стенке 720. Эластомерные свойства прокладки 300, 900, напр., сжатие опорных плеч 340, 940 и/или внешнего уплотнительного элемента 320, 920, допускают, по мере необходимости, перемещение фильтрующего элемента 200 в требуемое положение. Опорные плечи 340, 940 также могут быть сжаты, изогнуты и/или удлинены в направлении, перпендикулярном продольной оси 110 (напр., радиально вокруг, наружу или внутрь к продольной оси 110) для облегчения самоцентрирования фильтрующего элемента 200 относительно продольной оси 110. Точно так же внешний уплотнительный элемент 320, 920 может быть сжат, удлинен или деформирован по мере необходимости для обеспечения штатной посадки между опорной пластиной 500 и корпусом 700. В другом примере, даже если первая торцовая крышка 400 или вторая торцовая крышка 240 не расположены не под прямым углом относительно фильтрующего элемента 200 (напр., не под углом 90 градусов), то прокладка 300, 900 через опорные плечи 340, 940 и/или внешний уплотнительный элемент 320, 920 способна компенсировать отклонения в соосности между ними и способствовать центрированию фильтрующего элемента 200 вдоль продольной оси 110 и обеспечению надлежащего уплотнения внутри устройства 100 фильтрации текучей среды.
Поскольку корпус 700 и фильтрующий элемент 200 соединены с опорной пластиной 500, то внешний уплотнительный элемент 320 способен образовывать уплотнение между опорной пластиной 500 и корпусом 700, напр., между устройством 100 фильтрации текучей среды и окружающей средой, а первая торцовая крышка 400 и вторая торцовая крышка 240 могут образовывать уплотнение между впускной камерой 530 и камерой 630, напр., между нефильтрованными и фильтрованными потоками текучей среды. Например, внешний уплотнительный элемент 320, 920 может быть расположен на верху внешней стенке 715 в верхней части 710 и между внешней стенкой 715 и опорной пластиной 500. Внешний уплотнительный элемент 320, 920 между ними может сжиматься в зависимости от того, насколько сливная пробка 800 входит в резьбовое зацепление с опорной пластиной 500 на торце 812, напр., в гнезде 550, в то время как головка 820 сливной пробки 800 входит в зацепление или соединяется с бобышкой 740 сливной пробки у торцовой стенки 720. Сжатие внешнего уплотнительного элемента 320, 920 между корпусом 700 и опорной пластиной 500 способно образовать одну или несколько обращенных в осевом направлении поверхностей уплотнения, напр., уплотнение обращенной в осевом направлении поверхности корпуса 700 и/или опорной пластины 500 (напр., обращенной в осевом направлении утопленной и входящей в зацепление поверхности сопряжения 560). Внешний уплотнительный элемент 320, 920 может также быть прижат к корпусу 700 или к опорной пластине 500, или к обоим вместе, причем этот внешний уплотнительный элемент 320, 920 может дополнительно и/или альтернативно устанавливать обращенную в радиальном направлении поверхность уплотнения по отношению к корпусу 700 (напр., поверхности на кромке 710) или к опорной пластине 500 (напр., обращенной в осевом направлении утопленной и входящей в зацепление поверхности сопряжения 560) или к обоим вместе. Кроме того, выпускная бобышка 610 может быть совмещена с внутренней уплотнительной поверхностью 430 и может быть вставлена в нее в качестве первой поверхности 410 (напр., как граница раздела между фильтрационным материалом 210 и первой торцовой крышкой 400). Вставка выпускной бобышки 610 позволяет сжимать в радиальном направлении первую торцовую крышку 400 в зависимости от расстояния между обращенной в осевом направлении внутренней уплотнительной поверхности 430 и обращенной в осевом направлении поверхности выпускной бобышки 610, и позволяет, например, создавать обращенные в осевом направлении поверхности уплотнения, напр., торцовое уплотнение по отношению к осевой поверхности внутренней уплотнительной поверхности 430.
Поскольку прокладка 300, 900 может составлять единое целое с первой торцовой крышкой 400, то корпус 700 и фильтрующий элемент 200 могут быть уплотнены относительно опорной пластины 500, а устройство 100 фильтрации текучей среды может представлять собой менее сложное устройство фильтрации текучей среды. Кроме того, встроенный фильтрующий элемент 200 устраняет несоответствие допусков и отклонений в соосности между компонентами устройства 100 фильтрации текучей среды и самоцентрирование фильтрующего элемента 200 текучей среды относительно этих компонентов.
Хотя это изобретение было показано и описано в отношении его подробных вариантов осуществления и примеров, специалистам в данной области техники очевидно, что различные изменения формы объекта изобретения и его деталей могут быть сделаны без выхода за пределы существа и объема заявленного изобретения. Соответственно, предшествующее подробное описание носит лишь иллюстративный характер и не предназначено для ограничения объема изобретения или объема применения и использования настоящего изобретения. В частности, описанные варианты осуществления не ограничены использованием определенного типа двигателя. Например, описанные варианты осуществления могут применяться к генераторам, двигателям, машинам, механическому оборудованию или их любому варианту. Кроме того, не существует никакого намерения связать его с какой-либо теорией, представленной в любом предшествующем разделе. Следует также понимать, что иллюстрации могут включать преувеличенные размеры и графическое представление, чтобы лучше проиллюстрировать представленные ссылочные позиции, и не рассматриваются как ограничивающие объем изобретения, если иное не указано в качестве таковых.
Следует понимать, что описанные выше выгоды и преимущества могут относиться к одному варианту осуществления или могут относиться к нескольким вариантам осуществления. Понятно, что признаки, показанные или обсуждаемые в одном варианте осуществления или примере, могут объединяться с другими признаками, показанными или обсуждаемыми в других вариантах осуществления и примерах. Варианты осуществления не ограничиваются только теми вариантами, которые решают любую или все заявленные проблемы, или теми, которые имеют любые или все заявленные выгоды и преимущества.