Устройство фильтрования больших объемов воды
DEVICE FOR FILTRATION OF LARGE VOLUMES OF WATER

Изобретение относится к устройствам фильтрования жидкостей и может быть использовано в различных отраслях промышленности, где требуется эффективная очистка жидкостей от механических примесей в широком диапазоне тонкостей фильтрации, при непрерывном процессе фильтрования.
Известен фильтр по патенту РФ №2592632, который включает корпус с присоединенными штуцерами входа среды загрязненной, выхода среды очищенной, выхода промывочной среды, дренажным штуцером, крышку с установленными на ней опорой привода и мотор-редуктором, штуцером выхода воздуха, вал-коллектор, включающий центральный ступенчатый вал, на котором расположен узел позиционирования, представляющий собой звезду с зубьями. Внутри корпуса расположены фильтрующие элементы с внутренней поверхностью фильтрации в сменном картридже, установленном на опорном фланце внутри корпуса и зафиксированном сверху прижимной неразборной доской, в центральных сквозных отверстиях которой закреплена центральная труба. Нижний конец центральной трубы картриджа, закрепленный в нижней трубной решетке и соединен со штуцером выхода промывочной среды. На верхний конец центральной трубы установлена опора скольжения для вала-коллектора, нижний полый участок которого соединен с отводами. Количество отводов соответствует числу концентрических окружностей, по которым расположены фильтрующие элементы. Технический результат: снижение массогабаритных характеристик, увеличение ресурса работы фильтра. Однако, наличие мотор-редуктора, коллектора, подкладных тарелок, втулок из антифрикционного неметаллического материала для скольжения относительно отводов и других узлов усложняют конструкцию регенерируемого фильтра.
Наиболее близким по конструктивным признакам является патронный фильтр по патенту РФ на полезную модель 137477. Фильтр относится к жидкостным фильтрам, предназначенным для очистки природных и сточных вод, а также нефтепродуктов от взвешенных загрязнений. Патронный фильтр содержит корпус, имеющий форму трубы, фильтрующие элементы в виде фильтрующих патронов, расположенные внутри корпуса и имеющие направление фильтрации изнутри наружу, а направление промывки снаружи вовнутрь, патрубок подачи очищаемой жидкости к входам фильтрующих элементов, патрубки отвода фильтрата из корпуса, патрубок сброса в дренаж грязи через автоматические запорные клапаны после промывки патронов.
Снаружи корпуса расположенные датчики, фиксирующие разность между давлениями фильтрата внутри корпуса и очищаемой жидкости внутри каждого фильтрующего элемента. Датчики связаны с автоматическими запорными клапанами отдельных патрубков сброса в дренаж грязи после промывки. Фильтрующие элементы расположены и закреплены в два ряда под углом к друг к другу. Для изготовления фильтрующего элемента используются любые полимерные материалы, при этом их конструкции могут быть мембранными, сетчатыми, щелевыми и другими. Сложность конструкции фильтра, его эксплуатации и обслуживания объясняется наличием датчиков давления и запорных клапанов для каждого фильтрующего элемента, закрепление патрубков под углом не способствует компактности и затрудняет обслуживание. Работа запорных клапанов, работающих в загрязненной среде, затруднена.
Техническая задача изобретения состоит в том, чтобы обеспечить высокое качество и тонкость фильтрования при упрощении конструкции фильтра, уменьшение затрат времени на очистку фильтра, увеличение периода регенерации, упрощение обслуживания, а также упростить задачи проектирования фильтра для фильтрования больших объемов жидкости.
Для решения поставленной задачи заявляется устройство фильтрования.
Устройство фильтрования больших объемов воды, содержащее корпус, фильтрующие элементы, расположенные внутри корпуса, патрубок подачи очищаемой жидкости, патрубок отвода фильтрата из корпуса, патрубок отвода осадка после промывки патронов,
отличающееся тем, что
каждый фильтрующий элемент выполнен в виде вложенных один в другой цилиндрических патронов, размещенных между собой коаксиально с зазором,
каждый цилиндрический патрон образован из сетки, закрепленной снаружи цилиндрического каркаса из вертикальных ребер в виде прутков, круглых или ленточных стержней, причем нижняя часть каждого цилиндрического патрона закрыта заглушкой, жестко соединенной с патроном,
цилиндрические патроны каждого фильтрующего элемента размещены относительно друг друга с уменьшением размера ячеек сетки в соответствии с направлением фильтрации снаружи вовнутрь, а внутренний слой с наименьшим размером ячеек сетки образует центральный канал фильтрующего элемента,
в верхней части корпуса установлены трубные доски с отверстиями, герметично разделяющими полость корпуса на разноуровневые зоны, и каждая зона снабжена, по крайней мере, двумя патрубками с вентилями для подвода и отвода воды, при этом любое отверстие на трубных досках выполнено соосно соответствующим отверстиям прочих уровней,
в отверстиях одной трубной доски закреплены цилиндрические патроны, выполненные из сетки с одинаковым размером ячеек, при этом на нижней доске закреплены цилиндрические патроны с наибольшим размером ячеек сетки, а на каждой следующей по уровню доске закреплены цилиндрические патроны с последовательным уменьшением размера ячеек сетки, при этом цилиндрические патроны одного фильтрующего элемента установлены на трубных досках соосно,
фильтрующие элементы размещены в корпусе с обеспечением равной удаленности друг от друга и с корпусом устройства фильтрования, по крайней мере, в соответствии с топологией размещения элементов в плане по шестилучевой симметрии в узлах и центре сотовой шестигранной решетки,
кроме того в зазоре между цилиндрическими патронами размещены элементы позиционирования для обеспечения коаксиального положения цилиндрических патронов, образующих один фильтрующий элемент, например цилиндрическая пружина,
верхняя часть каждого цилиндрического патрона скреплена с трубной доской посредством герметичного соединения, реализуемого с использованием известных технологий: или резьбовое соединение, или клеевое соединение, или с помощью сварки, которые в одинаковой мере обеспечивают герметичную установку цилиндрических патронов на перегородке.
На фиг. 1 показан общий вид устройства фильтрования, на фиг. 2 показана схема закрепления цилиндрических патронов на разноуровневых трубных досках, на фиг. 3 показана схема топологии цилиндрических патронов в плане в узлах шестигранной решетки.
Устройство фильтрования содержит корпус 1, фильтрующие элементы 2. В верхней части корпуса установлены трубные доски 3-6 с отверстиями 7. Трубные доски герметично разделяют полость корпуса на разноуровневые зоны 8. Каждая зона 8 снабжена, по крайней мере, двумя патрубками с вентилями для подвода и отвода воды: патрубки 9-11 для подвода промывной воды и патрубки 12-14 для отвода промывной воды. Верхняя часть корпуса 1 снабжена патрубком 15 для отвода очищенной воды, в части сужающегося днища имеется патрубок 16 отвода осадка после промывки патронов, в нижней части корпуса выполнены патрубки 17, 18 подвода очищаемой воды и вывода промывной воды, Любое отверстие 7 на трубных досках выполнено соосно соответствующим отверстиям 19-21 на досках других уровней,
Каждый фильтрующий элемент 2 выполнен в виде вложенных один в другой цилиндрических патронов 22, размещенных между собой коаксиально с зазором 23.
Цилиндрический патрон 22 образован из сетки 24, закрепленной снаружи цилиндрического каркаса 25 из вертикальных ребер в виде прутков, круглых или ленточных стержней, причем нижняя часть каждого цилиндрического патрона закрыта заглушкой 26.
Цилиндрические патроны 22 в каждом фильтрующем элементе 2 размещены относительно друг друга с уменьшением размера ячеек сетки в соответствии с направлением фильтрации снаружи вовнутрь. Внутренний слой с наименьшим размером ячеек сетки образует в структуре фильтрующего элемента центральный канал 27 вывода очищенной воды в зону 28 и ее отвода через патрубок 15.
В отверстиях одной трубной доски закреплены цилиндрические патроны, выполненные из сетки с одинаковым размером ячеек. На нижней доске 3 закреплены цилиндрические патроны с наибольшим размером ячеек сетки, например 50 мкм, а на каждой следующей по уровню доске закреплены цилиндрические патроны с последовательным уменьшением размера ячеек сетки, например, на доске 4 закреплены патроны с фильтрующей сеткой с ячейкой 25 мкм, на доске 5 закреплены патроны с фильтрующей сеткой с ячейкой 10 мкм, на доске 6 закреплены последние патроны в цепочке фильтрации, выполненные из сетки, например, с ячейкой 5 мкм. Закрепление цилиндрических патронов на трубных досках 3-6 может быть выполнена с использованием известных технологий: или посредством резьбового соединения, или клеевого соединения, или с помощью сварки, которые в одинаковой мере обеспечивают герметичную установку цилиндрических патронов на перегородке.
Цилиндрические патроны 22 одного фильтрующего патрона установлены на трубных досках соосно, что обеспечивает в условиях создания потока воды под напором равномерное распределение давления воды по всей фильтрующей поверхности сетки, что соответственно приводит к наилучшему режиму фильтрации (и режиму промывки) с максимальной производительностью. Целесообразно в зазоре 23 между цилиндрическими патронами разместить элементы позиционирования, например, цилиндрическую пружину 29, что упрощает сборку устройства фильтрования с обеспечением коаксиального положения цилиндрических патронов в фильтрующем элементе (для упрощения схемы пружина 29 показана только на внутреннем патроне).
Задача создания наилучших режимов очистки и промывки также решается путем рационального размещения фильтрующих элементов 2 в корпусе 1. Предлагается фильтрующие элементы 2 размещать в объеме корпуса 1 с обеспечением равной удаленности друг от друга и с корпусом так, чтобы в плане они были размещены в соответствии с топологией элементов по шестилучевой симметрии в узлах и центре сотовой шестигранной решетки (фиг. 3). Такое размещение фильтрующих элементов 2 также позволяет использовать их максимальное количество на круговой площади в сечении корпуса, создает равную нагрузку на каждый фильтроэлемент 2 и, как следствие, равную производительность фильтроэлементов с любой координатой в устройстве фильтрования.
В режиме фильтрования через открытый патрубок 17 очищаемая вода поступает в нижнюю часть корпуса ниже трубной доски 3. Патрубки 9-14, 16, 18 закрыты. Вода проходит через слои сеток фильтрующих элементов 2 с последовательным увеличением тонкости очистки и через центральный канал 27 внутреннего цилиндрического патрона поступает в верхнюю зону 28 и выводится через патрубок 15 отвода чистой воды. В зонах выше трубных досок 3, 4, 5 находится вода с разной степенью очистки, но перемещение воды отсутствует, так как каждая разноуровневая зона сообщается только с внутренними объемами цилиндрических патронов с одинаковой фильтрующей сеткой и патрубки этих зон закрыты.
Режим промывки фильтрующих элементов может быть определен, как и в известных фильтрах, с помощью датчика перепада давления или сброса давления на выходе любого из центральных каналов 27.
В режиме промывки закрыты патрубки подвода очищаемой воды 17 и отвода чистой воды 15. Процедура промывки осуществляется отдельно для совокупности цилиндрических патронов, скрепленных с одной перегородкой.
Режим промывки начинают с цилиндрических патронов с фильтрующей сеткой с наименьшим размером ячеек и скрепленных с последней по уровню трубной доской 6. В этом режиме открыт патрубок 15 с реверсной подачей чистой воды в верхнюю часть корпуса выше трубной доски 6 и открыт патрубок отвода промывной воды 12. Промывная вода проходит только через сетку внутреннего цилиндрического патрона, далее через зазор смежного патрона поступает в зону между 5 и 6 трубными досками и выводится через патрубок 12. Для промывки цилиндрических патронов на трубной доске 5 открыт патрубок 9 подвода промывной воды и патрубок 13 отвода промывной воды. И далее соответственно: для промывки патронов любого уровня промывная вода заполняет зону над доской крепления патронов, а выводится через зону и патрубок отвода промывной воды ниже зоны крепления патронов.
В заявляемом устройстве происходит классификация осаждаемых частиц и их послойное размещение в зазорах между цилиндрическими патронами. Это существенно снижает массу осадка на поверхности сетки внутреннего патрона с наименьшим размером ячеек, что приводит к более длительному функционированию этого слоя фильтрования, к увеличению цикла фильтрации и повышению качества и тонкости очистки воды. Сокращается время и энергозатраты на очистку устройства фильтрования. Отслоение и вывод осадка осуществляется эффективнее ввиду их послойного удаление. Так как промывка осуществляется на одном слое сетки, напор промывной воды может быть снижен в 4-5 раз, что позволяет снизить мощности используемого напорного оборудования, а также снижается давление на сетки и каркас патронов. Показано, что устройство фильтрования включает простые по конструкции и технике изготовления и монтажа однослойные цилиндрические патроны и при этом имеет широкие возможности по выбору объемов фильтрования, в том числе для фильтрования больших объемов жидкости.