ПАТРОННЫЙ ФИЛЬТРУЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ (ВАРИАНТЫ)

Заявляемая полезная модель относится к фильтровальной технике, предназначенной для очистки жидкостей (растворов или суспензий), и может быть использована в различных отраслях промышленности в конструкциях фильтров, в частности, в распределительных устройствах «лучевого» типа осветлительных фильтров, используемых в системах водоподготовки для энергетических установок.
Известен патронный фильтрующий элемент, содержащий полый перфорированный каркас, на внешней стороне которого спирально навита виток к витку проволока многогранного сечения, на поверхности которой на определенном расстоянии выполнены периодические выступы и углубления, обеспечивающие наличие фильтрующих щелей между соседними витками проволоки. Фильтрующие щели заполнены минеральным порошком вспомогательного фильтрующего вещества. (Описание к авторскому свидетельству SU №986454 по кл. B01D 25/20, опубликовано 07.01.1983 г.)
Недостатком конструкции является высокое гидравлическое сопротивление фильтрующего элемента, его относительно быстрое засорение и, как следствие, необходимость частой промывки с заменой фильтрующего вещества. Это обуславливается формированием фильтрующих щелей между витками проволоки периодическими выступами и углублениями на поверхности последней, в результате чего площадь фильтрующих щелей составляет малую часть общей площади наружной поверхности фильтрующего элемента. Кроме того, известные фильтрующие элементы сложны технологически, т.к. требуют специальной обработки поверхности проволоки, что вносит ограничения в перечень используемых материалов по составу.Известно также использование патронного фильтрующего элемента в дренажно-распределительном устройстве водоподготовительного фильтра, выполненный в виде присоединенных к коллектору труб с отверстиями, расположенными по верхней образующей, и заглушками на концах и герметично присоединенный к трубам над отверстиями желобок со щелями, в котором над щелями, методом выштамповки, выполнены козырьки, кромка которых расположена параллельно образующей трубы под козырьком. Полость, образованная дренажной трубой и желобком, герметизируется с торцов компаудными пробками (Описание к патенту RU N 2119373 по кл. B01D 24/38, опубликовано 27.09.1998 г.).
К недостаткам данного решения можно отнести сложность изготовления патронных фильтрующих элементов, обусловленная соединением трубы с тонкостенными выштампованными козырьками и герметизирующими элементами по их торцам - компаундными пробками. Кроме того, использование компаунда для обеспечения герметичности соединение желобка с трубой снижает надежность конструкции и вносит ограничения по давлению в область использования устройства. Ненадежным элементом конструкции является также выступающий над поверхностью трубы желобок, который подвержен различного рода повреждениям при транспортировке, складировании, монтаже и т.д.
Наиболее близким по назначению, технической сущности и достигаемому результату к заявляемому в качестве полезной модели фильтрующему элементу является фильтрующий элемент, используемый в дренажно-распределительном устройстве. Известный фильтрующий элемент выполнен в виде трубы с перфорированной продольно оси поверхностью и расположенными на участках перфорации щелевыми перегородками, выполненными в виде размещенных на расстоянии друг от друга и дистанционированных ребрами от поверхности трубы цилиндров, сформированных витками проволоки треугольного сечения, установленными с зазором между соседними рядами проволоки. (Описание к патенту на изобретение КП №2375098 по кл. B01D 24/38, опубликовано 10.12.2009 г.)
Недостатками известной конструкции является неэффективное использование поверхности щелевых перегородок, выполненных в виде цилиндров из рядами уложенной проволоки, дистанционированной от поверхности трубы ребрами. Щелевая поверхность из жестко закрепленной на ребрах проволоки работает только в зоне перфорации трубы, что обусловлено присутствием ребер в щелевой перегородке, разделяющих ее на секции, при этом часть секций щелевой перегородки, расположенных вне зоны перфорирующих отверстий, не являются работающими. Недостатком конструкции является также возможность повреждения фильтрующего элемента из-за смещения цилиндрических щелевых перегородок при складировании или транспортировке.
При создании заявляемых в качестве вариантов полезной модели конструкций патронного фильтрующего элемента решалась задача повышения надежности конструкции при упрощении технологии изготовления и снижении себестоимости.
Техническим результатом при использовании заявляемой полезной модели является упрощение конструкции патронного фильтрующего элемента и повышение надежности при обеспечении экономии материалов.
Технический результат обеспечивается тем, что в патронном фильтрующем элементе, содержащем трубчатый каркас с перфорацией, на поверхности которого размещена фильтрующая перегородка, согласно полезной модели фильтрующая перегородка разделена на отдельные щелевые накладки для группы соосных прорезей перфорации или для каждой прорези, и каждая щелевая накладка сформирована рамкой с уложенными в ней с фиксированным зазором и жестко закрепленными отрезками проволоки с сечением, формирующим трапецеидальную форму сечений зазоров между соседними отрезками проволоки, при этом боковые поверхности щелевых накладок по торцам отрезков проволоки закрыты полосовыми элементами и контактирующие с торцами отрезков проволоки стенки рамки по высоте равны или превышают высоту отрезков уложенной в ней проволоки, щелевые накладки жестко закреплены поверх прорезей трубчатого каркаса, и элементы щелевых накладок выполнены из коррозионно-стойких материалов или с антикоррозионным покрытием, а размеры фиксированных зазоров между соседними отрезками проволоки сформированы с допусками, не превышающими ±0,015 мм, при этом в щелевых накладках использована проволока с треугольным сечением, закрепленная в рамке вершиной треугольника вниз, или с трапецеидальным сечением с креплением в рамке меньшим основанием трапеции вниз.
В варианте исполнения патронного фильтрующего элемента, содержащего трубчатый каркас с перфорацией, на поверхности которого размещена фильтрующая перегородка, согласно полезной модели фильтрующая перегородка разделена на отдельные щелевые накладки, прикрепленные к трубчатому каркасу в зоне группы соосных прорезей перфорации или в зоне каждой прорези, и каждая щелевая накладка выполнена в виде секторной части продольно разрезанного цилиндра, предварительно сформированного из спирально навитой проволоки с сечением, формирующим трапецеидальную форму сечений зазоров между соседними отрезками проволоки, при этом отрезки спирально навитой проволоки скреплены между собой по линиям разреза цилиндра и хотя бы по одной образующей цилиндрической поверхности между упомянутыми линиями крепления по линиям разреза цилиндра, кроме того, трапецеидальная форма сечений зазоров между соседними витками проволоки задана боковой поверхностью проволоки с треугольным или трапецеидальным сечением из коррозионно-стойких материалов или с коррозионно-стойким покрытием и при предварительной спиральной навивке проволока уложена вершиной треугольника или меньшим основанием трапеции внутрь цилиндрической поверхности с расстоянием между соседними витками с допуском, не превышающим±0,015 мм.
Выполнение патронного фильтрующего элемента по первому варианту - с фильтрующими перегородками в виде отдельных щелевых накладок, которые сформированы из отрезков проволоки, зафиксированных в рамках, жестко закрепленных на поверхности трубчатого каркаса в зоне группы соосных прорезей перфорации или в зоне каждой прорези перфорации, упрощает конструкцию и позволяет повысить ее прочность и надежность. При этом использование для изготовления щелевых накладок отрезков проволоки с треугольным или трапецеидальным сечением, определяющими трапецеидальную форму сечения зазоров между соседними отрезками проволоки, исключает возникновение завихрений при истечении жидкости, из-за чего сопротивление потоку становится малым и стабильным. Кроме того, попадающие в зазор частицы соизмеримых размеров и «опирающиеся» только на ребра сечений проволоки, не будут застревать в нем, т.к. зазор имеет расширение, что не позволяет уплотняться отфильтровываемому осадку и снижается заиливание поверхности отрезков проволоки. При этом увеличивается производительность и обеспечивается равномерность распределения скоростей фильтрации жидкости. Выполнение элементов щелевых накладок из коррозионно-стойких материалов обеспечивает сохранность зазоров в щелевых накладках, что также определяет надежность конструкции фильтрующего элемента, обеспечивает упрощение процесса очистки и стабильность гидродинамического сопротивления в процессе эксплуатации. Кроме того, изготовление щелевых накладок в виде закрепленных в рамках отрезков проволоки упрощает технологию изготовления фильтрующего элемента благодаря возможности разделения подготовительных и сборочных операций.
Изготовление патронного фильтрующего элемента по второму варианту - с закрепленными на группе соосных прорезей или на каждой прорези перфорации щелевыми накладками в виде секторной части продольно разрезанного предварительно сформированного цилиндра из спирально навитой и скрепленной между собой по линиям разреза и по хотя бы одной между этими линиями разреза образующей цилиндрической поверхности проволоки, обуславливает повышение надежности конструкции фильтрующего элемента благодаря соединению соседних витков проволоки между собой. Использование проволоки с сечением, формирующим трапецеидальную форму сечений зазоров между соседними отрезками проволоки стабилизирует гидродинамическое сопротивление и пропускную способность фильтрующего элемента, благодаря уменьшению заиливания поверхности щелевых накладок и снижению степени уплотнения отфильтровываемого осадка. Выполнение щелевых накладок из коррозионно-стойких материалов или с коррозионно-стойким покрытием также обеспечивает стабилизацию пропускной способности фильтрующего элемента за счет сохранности размеров зазоров и повышения стойкости самих элементов щелевых накладок. Кроме того, выполнением щелевых накладок в виде секторной части продольно разрезанного цилиндра, сформированного из предварительно спирально навитой и скрепленной между собой проволоки, решается задача упрощения технологии изготовления фильтрующего элемента, собираемого из технологически простых деталей посредством традиционных технологических операций.
Пример выполнения патронного фильтрующего элемента по обоим вариантам поясняется эскизами.
На фиг.1 представлен общий вид фильтрующего элемента по первому варианту;
На фиг.2 показан продольный разрез фильтрующего элемента по первому варианту;
На фиг.3 представлен поперечный разрез фильтрующего элемента по первому варианту
На фиг.4 приведена выноска А с фиг.1. в увеличенном масштабе: вид сверху участка накладки.
На фиг.5 представлен общий вид фильтрующего элемента по второму варианту.
На фиг.6 показано сечение накладки в фильтрующем элементе по второму варианту.
Фильтрующий элемент по первому варианту содержит трубчатый каркас 1 с перфорацией в виде группы соосных прорезей 2, выполненных продольно относительно оси трубчатого каркаса, на поверхности которого сваркой закреплены щелевые накладки 3, сформированные в рамках 4 из металлических полосовых элементов, на поверхности которых, с фиксированным зазором 5, закреплены сваркой отрезки проволоки 6 с треугольным или трапецеидальным сечением, которыми формируется трапецеидальная форма сечения зазоров 5. Щелевые накладки 3 могут соответствовать по размеру размерам прорезей 2 и крепятся непосредственно в прорези 2 перфорации (на фиг 2) или их размеры превышают размеры прорезей, тогда они крепятся поверх прорезей. Полосовые элементы рамки 4, расположенные по боковым сторонам щелевых накладок, равны или превышают высоту отрезков проволоки, при этом они закрывают проход фильтруемой жидкости в боковые зазоры между отрезками проволоки 6. Рамки 4 и отрезки проволоки 6 выполнены из коррозионно-стойкой стали или с антикоррозионным покрытием. Отрезки проволоки 6, при использовании проволоки с треугольным сечением, укладываются и крепятся в рамке одной из вершин вниз, к поверхности трубчатого каркаса, или меньшим основанием трапеции вниз, если используется проволока с трапецеидальным сечением. Для увеличения жесткости щелевых накладок отрезки проволоки 6 могут быть скреплены по продольной оси накладки сварным швом 7. Благодаря жесткой фиксации отрезков проволоки 6 с треугольным или трапецеидальным сечением в полосовых элементах рамки 4 выдерживаются размеры зазоров с допуском, не превышающим ±0,015 мм, между отрезками проволоки, укладываемых с шагом 0,2 мм или 0,4 мм, которые определяются фильтруемой средой и размерами частиц наполнителя фильтра.
Фильтруемая среда, поступающая под давлением на поверхность трубчатого каркаса 1, очищается от механических примесей, проходя через продольные прорези 2 равномерно по всей поверхности накладок 3 через фиксированные зазоры 5 между отрезками проволоки 6, жестко зафиксированными на полосовых элементах в рамках 4. Боковой поток через зазоры между торцами отрезков проволоки отсекается закрепленными на торцах отрезков проволоки полосовыми элементами рамки 4, высота которых равна или превышает высоту отрезков проволоки 6. При необходимости очистки поверхности фильтрующего элемента от отложений используется обратный поток фильтруемой среды. Могут использоваться и инструментальные методы очистки, допустимые при жесткой фиксации щелевых накладок на поверхности трубчатого каркаса.
Фильтрующий элемент, выполненный по второму варианту, (Фиг.5 и 6) содержит трубчатый каркас 1 с перфорацией в виде группы соосных прорезей 2, выполненных продольно относительно оси трубчатого каркаса, на поверхности которого сваркой закреплены щелевые накладки 3, сформированные из множества отрезков проволоки 6, образующих секторный участок поверхности цилиндра, навитого предварительно на технологической оснастке (на чертежах не показана) и уложенных с фиксированным зазором 5. Отрезки проволоки 6 (на фиг.5 и 6) с треугольным или трапецеидальным сечением скреплены между собой сварным швом 7 по одной из образующих цилиндрической поверхности, например, по продольной оси щелевой накладки, и сварными швами 8 по торцам отрезков проволоки 6, которые выполняются также предварительно на технологической оснастке во время формирования щелевых накладок в виде секторных участков цилиндра. Отрезки проволоки 6 треугольного или трапецеидального сечения при формировании цилиндра на технологическом приспособлении (на чертежах не показано) укладываются по спирали вершиной внутрь цилиндра - при использовании проволоки с треугольным сечением, или меньшим основанием трапеции внутрь, если используется проволока с трапецеидальным сечением, при этом расстояние между соседними витками проволоки, указанное в примере реализации по первому варианту, выдерживается с допуском, не превышающим ±0,015 мм. Для изготовления щелевых накладок используется проволока из коррозионно-стойких материалов или с коррозионным покрытием. Боковые стороны щелевых накладок, образованные торцами отрезков проволоки, закрыты скрепляющими их сварными швами 8.
При использовании фильтрующего элемента фильтруемая среда, подаваемая на его наружную поверхность, проходит в щелевые прорези 2 через зазоры 5 между отрезками проволоки 6, оставляя на поверхности частицы примесей. Благодаря использованию проволоки из коррозионно-стойких материалов или с коррозионно-стойким покрытием и жесткой фиксации отрезков проволоки в щелевых накладках и на поверхности трубчатого каркаса 1 обеспечивается стабильная скорость потока фильтруемой среды. При некотором заиливании поверхности фильтрующего элемента и необходимости ее очистки, поток фильтруемой среды подается в обратном направлении, не производя воздействия на расположение витков проволоки в накладках.
Таким образом, благодаря упрощению конструкции патронного фильтрующего элемента повышается его надежность, упрощается технология изготовления, так как возможно использование технологической оснастки, а благодаря надежному креплению всех составных частей фильтрующий элемент выдерживает значительные перепады давления, имеет стабильное гидродинамическое сопротивление, обуславливаемое сохранностью зазоров и возможностью их формирования с задаваемой точностью, а также коррозионной стойкостью материалов, используемых для изготовления щелевых накладок. Кроме того, использование указанных конструкций щелевых накладок снижает себестоимость патронного фильтрующего элемента, так как суммарная площадь поверхности фильтрующей перегородки в виде щелевых накладок соотнесена с суммарной площадью поверхности перфорации трубчатого каркаса.