ФИЛЬТР С УСТРОЙСТВОМ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ
FILTER WITH AUTOMATIC CLEANER

Область техники
Изобретение относится к фильтру с автоматическим промыванием обратным потоком (далее - обратная промывка). Предлагаемый фильтр относится к типу, имеющему по меньшей мере одну пару фильтрующих элементов, по существу, кольцевой плоской формы, причем каждый элемент снабжен экраном, а все они уложены в стопу, ориентированную вдоль оси устройства. Более конкретно, изобретение относится к конструкции средства, предназначенного для автоматической обратной промывки данных экранов.
Уровень техники
В патенте Франции №2779359 описана конструкция фильтра, использующая кольцевые плоские фильтрующие элементы, каждый из которых имеет "внутреннюю" поверхность, "наружную" поверхность и экран. Экран выполнен в виде кольца, расположенного между двумя концентричными круглыми кромками (внутренней кромкой и внешней кромкой). Между данными концентричными кромками выполнены радиальные перемычки, равномерно распределенные по периметру и расположенные одна напротив другой по обе стороны экрана и предназначенные для формирования секторов на внутренней и наружной поверхностях. Фильтрующие элементы сконструированы с возможностью установки напротив друг друга таким образом, чтобы их внутренние стороны формировали камеру, которая разделена на секторные отсеки приведенными в контакт радиальными перемычками внутренних поверхностей. Для каждого сектора во внутренней и внешней кромках выполнены проходы. Укладывая в стопу выбранное количество пар фильтрующих элементов, получают площадь фильтра, требуемую для конкретного приложения. В типичной ситуации фильтруемая текучая среда проникает в стопу через радиальные проходы на внутренней стороне, проходит через экраны и, после очистки, попадает в несколько упомянутых камер, выходя из них через проходы, выполненные на наружной стороне. Разумеется, поток текучей среды между экранами можно направить и в обратном направлении или каким-то другим путем.
В этом устройстве, известном из уровня техники, обратная промывка используется для очистки фильтра посредством применения чистой текучей среды, подающейся под давлением на выход из фильтра. В частности, внутри стопы, вдоль ее оси может быть установлен распределитель, приводящийся во вращение. Он имеет продольное отверстие, которое может приводиться в сообщение со всеми проходами, выполненными во внутренних кромках один над другим, вдоль образующих кольцевой стопы. Распределитель сообщается также с выпускным отверстием для текучей среды, переносящей загрязнения, которые попадают в нее в ходе обратной промывки, сектор за сектором. Во время вращения распределителя сектора изолируются друг за другом, и предназначенная для очистки текучая среда в них не поступает, но, наоборот, в изолированный сектор проникает в виде обратной промывки часть только что очищенной текучей среды, проходящей по всей высоте стопы и прочищающей участки экрана, выделенные секторами.
Текучую среду, переносящую загрязнения, удаленные в ходе обратной промывки, можно обработать на второй стадии фильтрации или с использованием системы с центрифугой. Для очистки системы от этих загрязнений используют периодические промывки.
Для описанной конструкции фильтра требуется поворотный распределитель, проходящий вдоль оси по всей длине стопы фильтрующих элементов. Таким образом, его длина зависит от размера фильтра, что не позволяет уменьшить себестоимость изготовления известного фильтра.
В документе FR2902024 предложен поворотный распределитель другого типа, в котором каждый фильтрующий элемент сопряжен с сегментами продольных каналов, прилегающих к внутренней или внешней кромке, и сообщается с выполненными в этих кромках проходами.
В такой конструкции стопа фильтрующих элементов образует комплект параллельных распределительных колонок, проходящих по периметру рядом друг с другом вдоль направлений, параллельных оси стопы. Поворотный распределитель обратной промывки установлен с возможностью вращения у одного конца стопы, причем так, что его отверстие периодически и селективно приходит в сообщение с каждой из распределительных колонок.
Это техническое решение удовлетворительно для фильтрующих элементов небольшого размера. Однако, как известно, такой элемент содержит радиальные и периферийные перемычки, сформованные на фильтрующем экране, причем во время этой формующей операции нужно выполнить еще и сегмент канала. Было показано, что при изготовлении фильтрующих элементов большого размера возникают затруднения, которые связаны с инжектированием материала, составляющего эти перемычки и сопряженные с ними сегменты каналов.
Раскрытие изобретения
Изобретение направлено, прежде всего, на решение именно этой проблемы.
Более конкретно, изобретение предлагает фильтр, содержащий по меньшей мере одну пару плоских фильтрующих элементов, каждый из которых имеет "внутреннюю" поверхность, "наружную" поверхность, экран, расположенный между двумя концентричными круглыми кромками (внутренней кромкой и внешней кромкой), и радиальные перемычки, равномерно распределенные по периметру, обращенные одна к другой и расположенные по обе стороны экрана и между данными концентричными кромками, формируя сектора на внутренней и наружной поверхностях фильтрующего элемента. Эти фильтрующие элементы установлены напротив друг друга таким образом, чтобы их внутренние стороны образовывали пространство (камеру), которое (которая) разделено (разделена) на секторные отсеки взаимно контактирующими радиальными перемычками внутренних поверхностей. Во внутренней и внешней кромках выполнены проходы, сообщающиеся с соответствующими секторами. Кроме того, фильтр содержит параллельные распределительные колонки, ориентированные в осевом направлении, и поворотный распределитель обратной промывки, снабженный отверстием. Распределитель установлен с возможностью вращения таким образом, чтобы его отверстие периодически и селективно приводилось в сообщение с каждой распределительной колонкой. Фильтр характеризуется тем, что распределительные колонки образованы посредством стационарного делителя, установленного соосно по отношению к стопе фильтрующих элементов фильтра, а делитель снабжен отделенными друг от друга каналами, устанавливающими сообщение между вращающимся распределителем и группами упомянутых проходов стопы, расположенных, один над другим, вдоль образующих стопы.
Каналы предпочтительно образованы пластинами, которые равномерно распределены по периметру устройства и расположены в плоскостях, содержащих продольную ось фильтра.
В таком фильтрующем элементе количество пластин равно количеству радиальных перемычек.
Фильтрующий элемент представляет собой обычную конструкцию, т.е. не имеет упомянутых выше сегментов каналов, и, таким образом, проще в изготовлении (в особенности за счет возможности инжектировать материал от центра). Кроме того, в нем значительно уменьшены утечки, поскольку существенно уменьшена длина поверхностей, обеспечивающих герметизацию между каналами.
В варианте осуществления изобретения указанный делитель расположен внутри стопы дисков, составляющих фильтрующие элементы. Таким образом, такие элементы, объединенные в пары, скомпонованы вокруг делителя.
Более конкретно, фильтр по изобретению в плане его преимуществ характеризуется тем, что делитель составлен из упомянутых пластин, прикрепленных к осевому цилиндрическому сердечнику, при этом их кромки приведены в контакт с внутренней цилиндрической поверхностью стопы фильтрующих элементов таким образом, чтобы двумя смежными пластинами и внутренней поверхностью стопы формировалась распределительная колонка, сообщающаяся с проходами, выполненными во внутренних кромках наружных поверхностей фильтрующих элементов. При этом все колонки ориентированы в одном направлении, параллельно продольной оси.
Фильтр предпочтительно характеризуется также тем, что каждая свободная кромка пластины снабжена планкой, ориентированной в продольном направлении и составляющей участок цилиндрической внешней поверхности, радиус кривизны которой идентичен радиусу кривизны внутренней цилиндрической поверхности стопы, причем планка упирается в эту поверхность стопы.
Следует отметить, что предлагаемый делитель с планками представляет собой узел, который легко изготовить. В сечении - это компонент с постоянным профилем, и его можно выполнить с большой длиной, например, посредством экструзии, что существенно понижает затраты. Длину делителя можно регулировать в зависимости от длины фильтра, причем для этого нужно только отрезать от такого секционного компонента сегмент требуемой длины.
К преимуществам относится также возможность приводить распределитель в движение посредством гидравлического двигателя, для которого энергию может поставлять сама отфильтрованная текучая среда.
Согласно другой своей позитивной особенности фильтр характеризуется тем, что пара (пары) фильтрующих элементов, уложенных в стопу, зажата (зажаты) между крышкой и распределительной проставкой, данная проставка снабжена проходами, ведущими к распределительным колонкам и открытыми в их кольцевую поверхность, а поворотный распределитель имеет выпускной канал, сообщающийся с отверстием, выполненным в поверхности распределителя, находящейся в герметичном и скользящем контакте с кольцевой поверхностью распределительной проставки, в которую раскрываются указанные каналы.
Данное отверстие расположено между двумя обтюрирующими зонами поверхности распределителя, в результате чего можно изолировать конкретный участок фильтра до его обратной промывки (во время обратной промывки соседних участков). Это позволяет избежать какого-либо смешивания чистой текучей среды и текучей среды, используемой в ходе обратной промывки.
Краткое описание чертежей
Лучше понять сущность изобретения и остальные его преимущества позволяет представленное далее описание, приведенное только в качестве примера и составленное со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 иллюстрирует, на виде сверху, "внутреннюю" поверхность фильтрующего элемента, использованного для изготовления фильтра согласно изобретению,
фиг.2 иллюстрирует, на виде сверху, "наружную" поверхность этого же элемента,
фиг.3А иллюстрирует, в перспективном изображении, два фильтрующих элемента, подлежащих сборке,
фиг.3В иллюстрирует, в перспективном изображении, два фильтрующих элемента после в сборе,
фиг.4 иллюстрирует, в перспективном изображении, основную часть фильтра, представленную с пространственным разделением компонентов,
фиг.5 иллюстрирует, в разрезе, полностью собранный фильтр,
фиг.6 иллюстрирует распределитель на виде снизу,
фиг.7-9 схематично иллюстрируют автоматическую обратную промывку, выполняемую посредством непрерывного вращения распределителя,
фиг.10А и 10В иллюстрируют, в перспективном изображении, внешний вид фильтрующего устройства,
фиг.11 иллюстрирует вариант стационарного делителя.
Осуществление изобретения
Как наиболее наглядно показано на фиг.1-3, фильтрующий элемент 11, используемый для изготовления фильтра 15 или 115 согласно изобретению, имеет, в целом, форму плоского кольца с осью X. У него имеется внутренняя поверхность 17, наружная поверхность 19 и кольцевой экран 20, расположенный между двумя концентричными кольцевыми кромками (внутренней кромкой 21 и внешней кромкой 23), которые выходят на обе торцевые стороны экрана. Кроме того, фильтрующий элемент содержит радиальные перемычки 25, равномерно распределенные по его периметру и расположенные напротив перемычек, находящихся на противоположной стороне экрана. Они проходят от одной кольцевой кромки до другой, образуя сектора (секторные отсеки) на внутренней и наружной сторонах элемента 11. Высота кольцевых кромок 21 и 23 в осевом направлении равна высоте пар противолежащих радиальных перемычек 25, находящихся на обеих сторонах экрана 20. Поэтому, когда по меньшей мере два фильтрующих элемента 11 этого типа скомпонованы в виде единого узла, в котором они находятся напротив друг друга, а их внутренние поверхности обращены одна к другой, между элементами формируется пространство (камера) 27, разделенное (разделенная) приведенными в контакт радиальными перемычками 25 внутренних поверхностей на сектора (секторные отсеки). В описанном примере во всех камерах 27 или в каждой из них оказывается очищенная текучая среда, а загрязнения задерживают на своих наружных поверхностях два экрана 20.
Как показано на чертежах, во внешней кромке 23 каждого фильтрующего элемента выполнены проходы 33, сообщающиеся с соответствующими секторами внутренних поверхностей, а внутренняя кромка 21 того же элемента снабжена проходами 31, сообщающимися с соответствующими секторами наружных поверхностей. Более конкретно, данные проходы имеют форму щелей, вырезанных в наружной и внутренней кромках на одной или на другой стороне плоскости экрана.
В зоне внешней кромки 23 каждого фильтрующего элемента выполнены отверстия 37, через которые проведены монтажные стержни, в типичном случае снабженные резьбой. Данные отверстия образованы при формовании материала, из которого получены кольцевые кромки и радиальные перемычки.
Вокруг этих отверстий выполнены охватываемые и охватывающие крепежные втулки 39, 40, предназначенные для фиксации положения двух фильтрующих элементов относительно друг друга.
В приведенном примере, не имеющем ограничивающего характера, каждый фильтрующий элемент 11 разделен на шестнадцать секторов и имеет четыре отверстия с переходными втулками, равномерно распределенные по периметру.
На каждой стороне экрана выполнен кольцевой буртик 45, толщина которого меньше, чем у радиальных перемычек, соединяющих внутреннюю и внешнюю кромки. Данный буртик придает жесткость фильтрующему элементу.
Фильтр 15 получен путем сборки по меньшей мере двух фильтрующих элементов 11 в единый узел, представленный на фиг.3В. Чтобы получить фильтр 115 (см. фиг.4), отвечающий желаемой производительности, достаточно уложить в стопу и собрать в единый узел требуемое количество индивидуальных фильтров 15, подобных фильтру по фиг.3В.
Фильтрующие элементы 11 выполнены посредством формования, включающего стадию формования кольцевого экрана в средней плоскости. Формуемая деталь может быть выполнена из металла (например из алюминиевого сплава) или из пластика. Чтобы предотвратить утечки между фильтрующими элементами, предусмотрена возможность нанести на перемычки и кромки эластомерное покрытие.
Как показано на фиг.4 и 5, пары фильтрующих элементов уложены в стопу и зажаты между крышкой 59 и распределительной проставкой 60. Стационарный делитель 47 состоит из плоских пластин 48, равномерно распределенных по периметру фильтра в плоскостях, в которых лежит общая продольная ось Х всех фильтрующих элементов при правильной компоновке их в виде фильтра, причем пластины расположены соосно по отношению к стопе 49. Более конкретно, в данном примере делитель находится внутри цилиндрического пространства, образованного комплектом внутренних кромок 21 всех фильтрующих элементов. Совместно со стопой 49 делитель образует комплект, состоящий из шестнадцати распределительных колонок 50, т.е. количество колонок равно количеству секторов, сформированных в фильтрующих элементах.
Таким образом, каждая распределительная колонка 50 сформирована между двумя смежными пластинами и участком внутренней цилиндрической поверхности стопы 49 фильтрующих элементов.
Более конкретно, пластины 48 прикреплены к осевому цилиндрическому сердечнику 54, а их кромки приведены в контакт с внутренней цилиндрической поверхностью стопы.
Каждая распределительная колонка, ориентированная в общем для колонок направлении параллельно продольной оси X, сообщается с проходами 31 внутренних кромок наружных поверхностей фильтрующих элементов.
Данные проходы представляют собой все входные отверстия индивидуальных фильтров стопы 49, соответствующие заданному угловому сектору фильтра и выполненные с возможностью перекрывания для проведения процедуры обратной промывки посредством изменения направления потока отфильтрованной жидкости на обратное.
Предпочтительно снабдить свободную кромку каждой пластины 48 планкой 56, ориентированной в продольном направлении и составляющей участок цилиндрической внешней поверхности, радиус кривизны которой идентичен радиусу кривизны внутренней цилиндрической поверхности стопы 49. Данная планка прижата к стопе, улучшая тем самым герметизацию между распределительными колонками 50.
В распределительной проставке 60 выполнены расположенные веерообразно проходы 62, проходящие до распределительных колонок 50 и открытые со стороны внешней поверхности 63 проставки. Эта поверхность снабжена отверстиями 73, предназначенными для проведения через них винтов 74, которые при сборке устройства вводятся в глухие резьбовые отверстия 75, расположенные у концов некоторых пластин 48. В такой конструкции делитель прикреплен винтами к внутренней поверхности проставки 60 с приведением полостей отсеков между пластинами и, тем самым, распределительных колонок 50 в соответствие с соответствующими проходами 62.
Далее, поворотный распределитель 65 обратной промывки, снабженный отверстием 66, установлен, с возможностью вращения, напротив внешней поверхности распределительной проставки 60 таким образом, чтобы его отверстие 66 периодически приходило в сообщение с чередующимися распределительными колонками 50.
Отверстие 66 выполнено в плоской поверхности распределителя, находящейся в скользящем контакте с той плоской поверхностью 63 распределительной проставки, на которую выходят проходы проставки. В поворотном распределителе 65 выполнен выпускной канал 68, сообщающийся с данным отверстием.
Распределитель 65 имеет цилиндрический вал 61, закрепленный в центральном цилиндрическом направляющем подшипнике 64 опоры 80. Между подшипником 64 и кольцом 82, прикрепленным по периметру распределительной проставки 60, на опоре 80 выполнены ручки 81. Назначение опоры 80 заключается в центрировании распределителя 65 относительно фильтра. Между подшипником и заплечиком распределителя установлена пружина в виде гофрированного диска, прижимающая распределитель к поверхности распределительной проставки.
В цилиндрическом сердечнике 54 выполнен канал 84, проходящий по оси X. По оси этого канала установлена приводная тяга 85, проходящая насквозь через канал и присоединяющая вал гидравлического двигателя 86 к поворотному распределителю 65 обратной промывки. К наружной стороне распределительной проставки 60 прикреплена сетка 87, охватывающая также и сам распределитель 65 и предназначенная для удерживания наиболее объемных загрязнений.
Описанный узел фильтра помещен в двухкомпонентный кожух 90, компоненты которого соединены друг с другом посредством фланцев. Одним из компонентов кожуха является корпус 91, имеющий входное отверстие 92 и выпускное отверстие 93, сформированные для пропускания жидкости, подлежащей обработке. Второй компонент выполнен в виде колпака 94, в котором сформировано выпускное отверстие 95 для выведения жидкости, используемой в ходе обратной промывки. Кроме того, на колпаке 94 установлен, по оси фильтра, гидравлический двигатель 86, присоединенный к одному из концов приводной тяги 85. Крышка 59 стопы изготовлена из двух частей, коаксиально соединенных одна с другой и образующих между собой кольцевую камеру 97, которая сообщается (через наклонные отверстия 98) с пространством внутри колпака, а также с каналом 84, сформированным в делителе. Зона, в которой узел соединения гидравлического двигателя с тягой проходит через крышку 59, герметизована.
Распределитель 65 установлен, с возможностью вращения, на оси фильтра у соответствующего конца внутреннего канала 84. Текучая среда, используемая при очистке, попадает в стопу 49 через проходы 62, сформированные в распределительной проставке 60.
Очищаемая жидкость вводится через входное отверстие 92 корпуса 91, проходит через сетку 87 и входит в те сформированные между пластинами распределительные колонки 50, которые не перекрыты распределителем 65 обратной промывки. Очищенная жидкость выводится из стопы наружу и удаляется через выпускное отверстие 93 корпуса 91. Одновременно с этим двигатель 86 приводит в медленное вращение распределитель 65 обратной промывки.
Как показано на фиг.6, отверстие 66 распределителя, сообщающееся с проходами 62, выполненными в распределительной проставке 60, расположено между двумя обтюрирующими зонами 88 и 89 плоской поверхности, контактирующей с поверхностью проставки. В данном примере отверстие 66 имеет контур в виде радиальной прорези. Кроме того, распределитель имеет периферийную опорную поверхность 99, которая диаметрально противоположна указанной плоской поверхности и опирается на проставку в радиальном направлении, но только на участках, расположенных за выходами проходов 62. Выпускной канал 68 распределителя находится в постоянном сообщении с каналом 84 делителя.
На фиг.7-9 показано, каким образом распределитель 65 приводится в сообщение с разными секторами фильтра.
В положении, представленном на фиг.7, с отверстием 66 сообщается только один сектор. Соседние сектора частично изолированы, однако через них продолжает протекать загрязненная текучая среда, в то время как через сектор, сообщающийся с распределителем, в виде обратной промывки протекает чистая текучая среда, промывая в обратном направлении соответствующие части экрана.
На фиг.8 показано, что, когда отверстие 66 проходит от одного сектора к другому, обтюрирующими зонами 88 и 89 изолированы два смежных сектора. На фиг.9 в сообщении с распределителем находится весь следующий сектор, предыдущий сектор начинает возвращение к сообщению с текучей средой, подлежащей очистке, а прилегающий к нему сектор перед обратной промывкой начинает переходить в перекрытое состояние. Таким образом, конфигурация распределителя выбрана так, чтобы она предотвращала любое смешивание отфильтрованной текучей среды и текучей среды, используемой для обратной промывки.
На фиг.10А и 10В представлен предпочтительный вариант изобретения в виде фильтрующего устройства. В нем основной фильтр 115, описанный выше, имеет продолжение в виде вспомогательного фильтра 117, у которого производительность меньше, а местоположение позволяет принимать жидкость, использованную для обратной промывки секторов основного фильтра. Таким образом, в данный вспомогательный фильтр поступает загрязненная жидкость, полученная изнутри в результате обратной промывки. После фильтрования этой текучей среды она вытекает из вспомогательного фильтра 117 наружу. Вспомогательный фильтр также может иметь автоматическую систему обратной промывки, подобную системе, описанной выше. В этом случае узел фильтра, как показано на чертежах, содержит поворотный распределитель 65, 165 у каждого конца стопы, содержащей основной фильтр 115 и вспомогательный фильтр 117. Оба распределителя приводятся в движение одной и той же приводной тягой, присоединенной к валу гидравлического двигателя.
Форма делителя может отличаться от показанной на фиг.4 при условии, что она обеспечивает сопряжение между поворотным распределителем и проходами, выполненными в поверхности стопы фильтрующих элементов. Точнее, необходимо, чтобы делитель был выполнен с отделенными друг от друга каналами, каждый из которых устанавливает сообщение между одним из проходов распределительной проставки, имеющих надлежащую форму, и группой проходов стопы фильтрующих элементов, согласованных по положению вдоль образующих цилиндрического фильтра. Количество групп соответствует количеству секторов, которые выделены в фильтрующих элементах, наложенных друг на друга. Например, в варианте осуществления, представленном на фиг.11, стационарный делитель 47А выполнен в виде цилиндра 119, диаметр которого равен диаметру внутренней цилиндрической поверхности стопы 49. Каждая распределительная колонка 50А образует канал 120, параллельный оси, и содержит ряд отверстий 122, ориентированных радиально от внешней поверхности цилиндра 119 и открытых со стороны канала 120. Все отверстия ряда обращены к проходам 31, выполненным во внутренней поверхности стопы фильтрующих элементов, и соответствуют тому же угловому сектору фильтра.