УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ЖИДКОСТЕЙ
WATER TREATMENT PLANT

Изобретение относится к устройствам для очистки жидкостей от механических примесей и может быть использовано в нефтеперерабатывающей и химической промышленности, в сфере нефтепродуктообеспечения и в других отраслях, связанных с разделением малоконцентрированных суспензий методом фильтрования.
Потребность в совершенствовании средств очистки технических жидкостей, используемых при эксплуатации различной техники (топлив, смазочных и гидравлических масел, охлаждающих составов и т.п.) вызвана повышением требований к чистоте указанных жидкостей, обусловленных усложнением узлов и агрегатов техники, где эти жидкости применяются.
Перед авторами стояла задача разработать устройство для очистки жидкостей от загрязнений, обладающее большим ресурсом работы при заданной тонкости очистки. Изучение технической и патентной литературы показало, что для очистки технических жидкостей весьма эффективным средством являются фильтры.
Известны фильтры для очистки жидкостей с цилиндрическими или дисковыми фильтрующими элементами, у которых жидкость поступает к пористой перегородке в радиальном направлении, т.е. перпендикулярно к ее поверхности (Рыбаков К.В., Фильтрация авиационных топлив. М.: Транспорт, 1983, с.136-141).
Недостатком таких фильтров является довольно быстрое закупоривание пор этой перегородки частицами загрязнений, что требует остановки процесса очистки жидкости для замены или регенерации фильтрующего элемента.
Известны также фильтры, получившие название гидродинамических, у которых удаление частиц загрязнений с пористой перегородки происходит непрерывно за счет перемещения очищаемой жидкости параллельно поверхности этой перегородки. Этот эффект может быть достигнут или благодаря перемещению пористой перегородки относительно потока жидкости, или путем подвода потока жидкости к перегородке параллельно ее поверхности (Финкельштейн З.Л., Применение и очистка рабочих жидкостей для горных машин, М.: Недра, 1986 г., с.166-171).
Недостатками гидродинамических фильтров с движущейся пористой перегородкой являются сложность конструкции и потребность в посторонних источниках энергии, а фильтров с неподвижной перегородкой - необходимость отвода части жидкости на сброс для создания ее потока вдоль всей поверхности перегородки.
Наиболее близким по технической сущности и взятым за прототип является гидродинамический фильтр, включающий суживающийся в направлении движения потока жидкости корпус с входным, выходным и сливным патрубками, и цилиндрический фильтрующий элемент в виде неподвижной пористой перегородки, поток жидкости вдоль которой движется в суживающемся зазоре, что обеспечивает постоянную скорость потока по всей длине перегородки (Коваленко В.П., Турчанинов В.Е., Очистка нефтепродуктов от загрязнений. М.: Недра, 1990 г., с.140-141, рис.16а).
Несмотря на преимущества прототипа по сравнению как с фильтрами традиционной конструкции (большой ресурс работы и возможность регулирования тонкости очистки жидкости за счет изменения скорости ее потока), так и с гидродинамическими фильтрами, снабженными подвижной пористой перегородкой (отсутствие потребности в посторонних источниках энергии), его недостатками являются необходимость отвода части жидкости на сброс и сложность изготовления корпуса криволинейной формы для создания суживающегося зазора.
Технический результат изобретения - повышение эффективности очистки жидкости фильтрованием за счет исключения отвода части жидкости на сброс с одновременным упрощением технологии создания суживающегося зазора для движения потока жидкости.
Указанный технический результат достигается тем, что известный гидродинамический фильтр, содержащий корпус, в вертикальной стенке которого выполнен патрубок выхода очищенной жидкости, герметично установленную на корпусе крышку с патрубком подачи очищаемой жидкости, цилиндрический фильтрующий элемент в виде пористой перегородки, размещенный внутри корпуса с образованием кольцевого зазора, и выполненный в днище корпуса патрубок сброса части очищаемой жидкости, согласно изобретению дополнительно содержит струйный аппарат, полую вставку в виде параболоида вращения, установленную внутри фильтрующего элемента соосно, вершиной к патрубку подачи очищаемой жидкости, в котором размещен струйный аппарат, и гидроциклон, а цилиндрический корпус отделен от днища, выполненного в виде ассиметричного конуса, в вершине которого размещен патрубок сброса части очищаемой жидкости, подпружиненной со стороны днища горизонтальной перегородкой, на которой герметично закреплены нижние торцы фильтрующего элемента и полой вставки, образующие своими боковыми поверхностями полость, суживающуюся в сторону днища, гидроциклон закреплен на внешней поверхности днища, соединен питающим патрубком с патрубком сброса части очищаемой жидкости, а вертикальной выходной трубой, герметично установленной в стенке днища и жестко закрепленной в горизонтальной перегородке, соединен с внутренней полостью полой вставки, в вершине которой вертикально размещена всасывающая трубка струйного аппарата, при этом суживающаяся полость между стенками фильтрующего элемента и полой вставки сообщена с патрубком подачи очищаемой жидкости, а через выполненные в горизонтальной перегородке отверстия сообщена с внутренней полостью днища.
На чертеже представлено устройство для очистки жидкостей в разрезе.
Устройство для очистки жидкостей состоит из цилиндрического корпуса 1 с патрубком выхода очищенной жидкости 2 и съемным ассиметричным коническим днищем 3, в нижней точке которого расположен патрубок сброса части очищаемой жидкости 4. На корпусе герметично установлена крышка 5 с патрубком подачи очищаемой жидкости 6. Внутри корпуса 1 с кольцевым зазором относительно его стенки размещен фильтрующий элемент 7 в виде полого цилиндра, во внутренней полости которого размещена полая вставка 8, имеющая форму параболоида вращения. Между верхней торцевой поверхностью фильтрующего элемента 7 и крышкой 5 установлена уплотнительная прокладка 9. Фильтрующий элемент 7 и вставка 8 установлены на горизонтальной перегородке 10, имеющей кольцевую канавку для установки фильтрующего элемента 7, круглую проточку для установки вставки 8 и отверстия для прохода жидкости в коническое днище 3, которая удерживается в верхнем положении нажимной пружиной 11. На наружной поверхности конического днища 3 с помощью винтов 12 закреплен гидроциклон 13, питающий патрубок 14 которого соединен с патрубком сброса части очищаемой жидкости 4, а выходная труба 15, герметично установленная посредством уплотняющего устройства 16 в стенке днища 3 и жестко закрепленная в горизонтальной перегородке 10, соединена с внутренней полостью вставки 8. В нижней части гидроциклона 13 размещен отстойник 17 с сливным краном 18. На входном патрубке 6 размещен струйный аппарат 19, всасывающая трубка 20 которого также соединена с внутренней полостью вставки 8.
Эффект, получаемый при работе устройства, достигается благодаря тому, что поступающая на сброс часть очищаемой жидкости, посредством которой производится смыв загрязнений с поверхности фильтрующего элемента, дополнительно очищается в гидроциклоне и с помощью струйного аппарата подается в поток очищаемой жидкости.
В качестве пористой перегородки используют, как вариант, высокопористые полимеры с пространственно-глобулярной структурой (ПГС-полимеры), имеющие пористость до 90% при малом отклонении размера пор от номинального, что обеспечивает их высокую проницаемость при малом сопротивлении (Коваленко В.П., Улюкина Е.А. «Очистка нефтепродуктов и регенерация отработанных масел с помощью пористых полимеров», в кн. «Вестник МГАУ», 2005, №1 (11). с.138-141).
Выбор формы полой вставки в виде параболоида вращения, вершина которого направлена в сторону патрубка входа очищаемой жидкости, обусловлен необходимостью создания продольного потока этой жидкости, перемещающегося с постоянной скоростью вдоль поверхности фильтрующего элемента, что обеспечивает одинаковое гидравлическое сопротивление во всех точках этой поверхности.
Установка гидроциклона обусловлена необходимостью очистки той части жидкости, которая создает продольный поток и в неполнопоточных гидродинамических фильтрах составляет 8-10% от общего количества поступающей для очистки жидкости, а наличие струйного аппарата позволяет исключить сброс этой жидкости в постороннюю емкость. Поскольку поступающая из гидроциклона жидкость имеет более высокую степень чистоты, чем очищаемая жидкость на входе в устройство, при их смешении достигается дополнительный эффект - снижается нагрузка на фильтрующий элемент.
Устройство для очистки жидкостей работает следующим образом. Загрязненная жидкость под давлением поступает в патрубок подачи очищаемой жидкости 6, откуда подается в суживающуюся полость между фильтрующим элементом 7 и вставкой 8, проходит через поры фильтрующего элемента 7, поступает в кольцевой цилиндрический зазор между корпусом фильтра 1 и фильтрующим элементом 7 и отводится через патрубок 2, а часть жидкости создает продольный поток в суживающемся зазоре вдоль внутренней поверхности фильтрующего элемента 7 и в виде концентрированной суспензии, насыщенной частицами загрязнений, через патрубок 4 поступает в гидроциклон 13, где от нее отделяются частицы загрязнений, оседающие в отстойник 17, а очищенная жидкость через выходную трубу 15 подается во внутреннюю полость вставки 8, откуда через всасывающую трубку 20 засасывается сопловым аппаратом 19 и смешивается во входном патрубке 6 с жидкостью, поступающей в фильтр для очистки.
Устройство для очистки жидкостей подтвердило свою эффективность в ходе проведенных сравнительных стендовых испытаний. При одинаковых показателях по пропускной способности и тонкости очистки безвозвратные потери очищаемого продукта (рапсового метилэфира) у гидродинамического фильтра, не оборудованного гидроциклоном и струйным аппаратом, составили 8,3%, а у заявленного устройства - 0,53% (при удалении загрязнений из отстойника гидроциклона).