Гідродинамічний фільтр

1. Гідродинамічний фільтр, що містить конічний корпус з впускним патрубком з боку більшої основи конуса, випускним і зливним патрубками з боку його меншої основи і коаксіально розташований у корпусі циліндричний фільтроелемент з плоскими основами, бокова проникна поверхня якого разом з внутрішньою боковою поверхнею корпусу утворюють кільцевий канал з зменшуваною у напрямку руху рідини площею перерізу, який відрізняється тим, що плоска основа фільтроелемента, що розташована з боку вхідного кінця зливного патрубка, виконана з проникною поверхнею і разом з плоскою торцевою поверхнею корпусу утворюють додатковий канал з зменшуваною у напрямку руху рідини площею перерізу, сполучений безпосередньо з порожниною зливного патрубка. U 2 (19) 1 3 потребує і можливо меншої ширини каналу між корпусом і фільтроелементом без зміни її кількості. При цьому, такий фільтроелемент повинен мати значний габарит по висоті. Останнє суперечить сутності конструкції фільтра, так як ширина каналу в ньому не зворотно пропорційна, а прямо пропорційна висоті каналу. Це означає, що при незмінній ефективності роботи фільтра, чим більший розмір забруднень у рідині, то тим більшою має бути висота фільтра. Значні втрати тиску і габарит по висоті стримують використання фільтра, особливо у випадках очищення значних потоків рідини. Крім того, відсутність безперервного зливу забруднень з бункера потребує обслуговування фільтра і те ж зменшує можливості його використання. Відомий також гідродинамічний фільтр, який містить циліндричний корпус з розміщеними на протилежних боках радіальними впускним та зливним патрубками і прикріпленим до торцевого боку випускним патрубком, установлений у корпусі ексцентричне фільтроелемент, виконаний у вигляді перфорованого циліндра з непроникливими зонами з боку впускного і зливного патрубків і утворюючий разом з корпусом два серпоподібних канали, кожний з змінною у напрямку руху рідини площею перерізу (Патент України №46507, МПК7 B01D29/23, 35/02. Опублікований 15.05.2005. Бюл. №2, 2005p.). Одними з переваг відомого фільтра є незначні втрати тиску рідини і оптимальна висота. Останнє досягнуто тим, що ширина виходу з каналу, через який зливаються забруднення, прямо пропорційна діаметру фільтроелемента і зворотно пропорційна його висоті, що дозволяє розробляти фільтри для очищення рідин з більш крупними за розміром забрудненнями без потреби значного збільшення висоти фільтра. Тобто, збільшення ширини каналу можливе без збільшення висоти фільтроелемента, що розширяє можливості застосування фільтра. Недолік фільтра полягає у тому, що для забезпечення ефективності принципу гідродинамічного очищення рідин, бокова поверхня фільтроелемента має непроникні зони, що збільшують загальну площу бокової поверхні на 12-17%. Останнє збільшує габарити, вагу і вартість фільтра. Крім того, наявність ексцентриситету збільшує втрати часу на виготовлення, необхідного для технологічних перестановок деталей фільтра при обробці. До того ж, наявність двох каналів з однаковими виходами з них для безперервного зливу частки рідини і забруднень з фільтра збільшує у два рази втрати рідини в порівнянні з тими, що мали б місце при одному каналі, і зменшує висоту зазору у два рази у порівнянні з висотою, яка була б у одного каналу при загальній кількості втрат рідини. Найбільш близьким до запропонованої корисної моделі за технічною сутністю і досягнутим результатам є гідродинамічний фільтр, що містить конічний корпус з впускним патрубком з боку більшої основи конуса, випускним і зливним патрубками з боку його меншої основи і коаксіальне розташований у корпусі циліндричний фільтроелемент з плоскими основами, бокова проникна поверхня якого разом з внутрішньою боковою поверхнею 54092 4 корпусу утворюють кільцевий канал з зменшуваною у напрямку руху рідини площею перерізу (Авторское свид. СССР, №1291182 А1, МПК4 B01D35/22, 27/12, опубл. 23.02.87. Бюл. №7). Перевага цього фільтра у порівнянні з фільтром з серпоподібними каналами полягає у тому, що при однаковій їх продуктивності по фільтрату його загальна площа бокової циліндричної поверхні фільтроелемента на 10-15% менша, так як вона не має непроникних зон. Це сприяє зменшенню ваги і вартості фільтра. Деталі фільтра також не мають ексцентриситету, що не потребує додаткового часу на виготовлення. Але довжина фільтроелементу цього фільтра у декілька разів більша його діаметра. І це не випадковість, а результат особливостей таких фільтрів. Так як втрати тиску рідини прямо пропорційні довжині руху рідини, то при значній довжині мають місце і значні втрати ії тиску. Робоче положення фільтра - горизонтальне. Це підкреслює, що застосування вантажопідйомних пристроїв для демонтажу фільтроелемента або корпусу для обслуговування фільтроелемента не можливе і такий фільтр можливо використовувати для очищення тільки дуже незначних потоків рідин, коли вага фільтроелемента незначна і відповідає ручним роботам по його обслуговуванню. Причому для обслуговування фільтроелемента необхідне від'єднання щонайменше одного патрубка від мережі трубопроводів, яке потребує втрат часу. Значні габарити фільтра по довжині, втрати тиску рідини та зайвий час на обслуговування фільтроелемента стримують використання фільтра, особливо у випадках очищення значних потоків рідин і з крупними за розмірами забрудненнями, коли довжина, з метою застосування вантажопідйомних пристроїв для обслуговування фільтроелементу, стане значною висотою, і матимуть місце і значні втрати рідини на саморегенерацію. Останнє пояснюється тим, що ширина виходу каналу, через який зливаються забруднення, зворотно пропорційна діаметру фільтроелемента і прямо пропорційна його висоті. Тому, що б у такому фільтрі був фільтроелемент по висоті, як у другому згадуваному вище фільтрі з оптимальною висотою, при однакових у них кількості зливу забрудненої рідини і ширині каналу, тобто при однаковому розміру забруднень, потрібно збільшити в декілька разів витрати рідини на саморегенерацію. Наприклад, для такого фільтра продуктивністю 2000м3/год води висотою каналу або фільтроелементу 1,92м і шириною виходу каналу 0,015м втрати води приблизно в 2 рази більші, ніж у другому фільтрі. Якщо втрати рідини не збільшувати, а залишити однаковими (10%), то у ньому висота фільтроелементу буде приблизно в 2 рази більшою і досягатиме 3,85м, а його діаметр буде більш ніж в 6 разів меншим від неї і дорівнюватиме 0,6м. Зрозуміло, що така конструкція фільтра не доцільна, наприклад, з огляду будівельної стійкості та значної висоти. Технічним завданням корисної моделі є удосконалення конструкції гідродинамічного фільтра, у якому, завдяки конструктивним особливостям корпусу і фільтроелемента і раціональному розміщенню патрубків, досягається підвищення продук 5 тивності фільтра за рахунок зниження втрат рідини на саморегенерацію і розширення можливостей використання фільтра за рахунок зменшення його висоти і здатності до очищення рідин з більш крупними за розміром забрудненнями. Поставлене завдання досягається тим, що у гідродинамічному фільтрі, що містить конічний корпус з впускним патрубком з боку більшої основи конуса, випускним і зливним патрубками з боку його меншої основи і коаксіальне розташований у корпусі циліндричний фільтроелемент з плоскими основами, бокова проникна поверхня якого разом з внутрішньою боковою поверхнею корпусу утворюють кільцевий канал з зменшуваною у напрямку руху рідини площею перерізу, згідно з корисною моделлю, плоска основа фільтроелемента, що розташована з боку вхідного кінця зливного патрубка, виконана з проникною поверхнею і разом з плоскою торцевою поверхнею корпусу утворюють додатковий канал з зменшуваною у напрямку руху рідини площею перерізу, сполучений безпосередньо з порожниною зливного патрубка, випускний і зливний патрубки розташовані з боку впускного патрубка, при цьому зливний патрубок, який розташований концентричне у випускному патрубку, вхідним кінцем виступає у порожнину фільтроелементу на всю його висоту та з'єднаний з його проникливою основою, корпус фільтра виконаний у вигляді перевернутого стакана з можливістю зняття, одна з утворюючих додатковий канал поверхонь може бути виконана конусоподібною у бік іншої, або обидві поверхні, що утворюють додатковий канал, виконані конусоподібними, конусності яких направлені всередину корпусу або у протилежний від неї бік, поверхні, що утворюють додатковий канал, виконані або еліптично - чи сферичноподібними. На Фіг.1 показаний один з варіантів запропонованого гідродинамічного фільтра, вертикальний розріз; на Фіг.2, 3, 4 - елементи фільтра. Фільтр містить конічний корпус у вигляді перевернутого стакана 1 з дном 2, закріпленого з можливістю зняття до ємності 3 з впускним 4, зливним 5 і випускним 6 патрубками. У корпусі концентричне встановлений фільтроелемент 7 діаметром D (Фіг.2), циліндрична проникна поверхня 8 якого разом з внутрішньою конічною поверхнею стакана 1 утворюють кільцевий канал 9 з зменшуваною у напрямку руху рідини площею перерізу, який сполучається з додатковим каналом 10 теж з зменшуваною у напрямку руху рідини площею перерізу, утвореним проникною основою 11 фільтроелемента 7 і дном 2 стакана 1. При цьому, дно і основа можуть бути плоскими, конічними у вигляді прямого або зворотного конуса (Фіг.3, 4), еліптичними і сфероподібними (Фіг.1), а вихід шириною h (Фіг.2) утвореного ними додаткового каналу 10 безпосередньо сполучається з порожниною зливного патрубка 5, вхідний кінець якого виступає у порожнину 12 фільтроелемента 7 на всю його висоту і з'єднаний з проникною основою 11. Друга основа фільтроелемента 7 виконана непроникною для рідини, а його порожнина 12 сполучена з порожниною випускного патрубка 6. 54092 6 Забруднену механічними домішками рідину під тиском і безперервним потоком через патрубок 4 подають у ємність 3, звідкіля вона поступає у кільцевий канал 9 і рухається уздовж проникної поверхні 8 фільтроелемента 7, а потім попадає у додатковий канал 10, де рухається над проникною основою 11. При цьому, за допомогою регулюючого дроселя 13, більша частка рідини у вигляді фільтрату проникає через поверхні 8 і 11 і потрапляє у порожнину 12 фільтроелемента 7, а потім через випускний патрубок 6 подається споживачу. Друга частка рідини, рухаючись у кільцевому 9 і додатковому 10 каналах, поступово збагачується забрудненнями і разом з ними з виходу шириною h додаткового каналу 10 потрапляють у зливний патрубок 5, через дросель 13 якого направляється в каналізацію, зворотний цикл або на рециркуляцію. Для забезпечення рівномірності входу рідини в кільцевий канал 9, ємність 3 у верхній частині обладнана радіальними ребрами 14, а для видалення з неї негабаритних забруднень без зупинки роботи фільтра або без його розбору - шламовим патрубком 15. Виконанням плоскої основи 11 з проникною для фільтрату поверхнею досягається збільшення загальної проникливої площі фільтроелемента 7 і можливість утворення разом з плоскою торцевою поверхнею корпусу додаткового каналу 10 для гідродинамічного очищення рідини. Перше забезпечує зниження висоти фільтра, а друге, в порівнянні з прототипом, дозволяє отримати в декілька разів меншу площу зливу рідини з додаткового каналу 10 у зливний патрубок 5 при незмінній його ширині h, або, навпаки, при незмінній площі зливу рідини, тобто виходу каналу 10, отримати більшу у декілька разів ширину h каналу. Це пояснюються тим, що у прототипі площа виходу з каналу, як наприклад з кільцевого каналу 9, визначається діаметром D (Фіг.2) фільтроелемента 7, а у запропонованому фільтрі вона визначається діаметром d вхідного кінця зливного патрубка 5, який набагато менший діаметра D фільтроелемента 7. У першому випадку має місце зниження в декілька разів втрат рідини на саморегенерацію, а у другому можливість очищувати рідину з забрудненнями в декілька разів більшими, тобто розширити можливості використання фільтра. Крім того, наявність додаткового каналу 10 усуває ультимативність залежності висоти фільтроелемента від його діаметра, що при необхідності дозволяє зменшити габарит фільтра по висоті за рахунок збільшення діаметру і розширити можливості його використання. Перехід потоку рідини з кільцевого каналу 9 в додатковий канал 10, розташований під кутом до кільцевого, потребує втрат тиску рідини, але це компенсується покращенням умов очищення рідини, що найменше на початку каналу 10, за рахунок використання швидкісних властивостей рідини, що діють на частинки забруднень і віддаляють їх від проникливої поверхні основи 11, покращуючи умови очищення рідини. Виконанням додаткового каналу 10 паралельними плоскими поверхнями забезпечило лінійне зменшення його площі перерізу у напрямку руху рідини, при чому більш ефективному, ніж це має 7 місце у основному каналі, за рахунок зниження втрат тиску рідини завдяки постійності швидкості рідини у каналі, що забезпечена лінійним зменшенням площі перерізу додаткового каналу 10. Постійна швидкість рідини уздовж проникної поверхні доцільна при незначних втратах рідини, тобто у разі її незначного значення, що можливе при очищенні малов'язких рідин, рідин незначної забрудненості і інших, тобто рідин з хорошою здатністю до очищення. У іншому випадку будуть мати місце значні втрати рідини на саморегенерацію і її тиску. Так як додатковий канал 10 розташований після кільцевого каналу 9, а концентрація забруднень збільшується у напрямку руху рідини, то зрозуміло, що умови очищення рідини у додатковому каналі 10 гірші, ніж у кільцевому 9. Тому, у випадку очищення важко очищуваної рідини без значних її втрат, потрібно підвищити ефективність очищення рідини, яка прямо пропорційна швидкості рідини у каналі 10 і зворотно пропорційна швидкості фільтрату через проникну поверхню основи 11, тобто площі цієї поверхні. І чим більші швидкість рідини у каналі 10 і площа перфорованої основи 11 фільтроелемента 7, тим вище ефективність очищення рідини. При цьому, швидкість рідини на виході каналу 10 шириною h і діаметром d для незмінності втрат рідини не повинна збільшуватись. Виконання однієї з поверхонь, що утворюють додатковий канал 10, конічною у бік іншої з них (Фіг.2), дозволяє отримати швидкості рідини на вході каналу 10 і далі більшими за значеннями, ніж на його виході. Але відомо, що підвищення швидкості рідини у каналі призводить до підвищення втрат тиску. Тому, кращим може бути підвищення ефективності очищення рідини за рахунок збільшення площі проникної поверхні основи 11. Виконання поверхонь дна 2 і основи 11, що утворюють додатковий канал 10, конусними (Фіг.3, 54092 8 4), еліптичними і сферичними (Фіг.1) дозволяє збільшити вище згадувану площу проникної поверхні основи 11 фільтроелемента 7 у порівнянні з плоскою її поверхнею і утворити канал 10, що забезпечує принцип гідродинамічного очищення рідин від твердих забруднень. І, яка з цих їх форм більш прийнятна, вирішується у конкретних випадках в залежності від здатності рідини до очищення, місця монтажу фільтра, можливості виготовлення фільтра, початкових умов замовника фільтра. Розташування випускного патрубка 6 з боку впускного патрубка 4 корпусу, тобто на ємності 3, забезпечує зменшення діаметра d виходу каналу 10, тобто його площі, в порівнянні з тим, коли б він був розміщений на дні 2 стакана 1 концентричне у зливному, чим досягається зниження втрат рідини або розширення можливостей очищення рідин з більш крупними за розміром забрудненнями. Це спонукає розширенню можливостей використання фільтра. Розташування зливного 5 і випускного 6 патрубків з боку більшої основи конуса корпусу, тобто на ємності 3 і з боку впускного патрубка 4, дає можливість при необхідності обслуговування фільтроелемента 7 знімати корпус без від'єднання цих патрубків від мережі трубопроводів і без витрат на це часу та застосовувати при цьому вантажопідйомні пристрої, тобто покращити умови обслуговування фільтра. Таким чином, запропоновані відмітні ознаки разом з відомими забезпечують підвищення продуктивності фільтра за рахунок зниження втрат рідини на саморегенерацію і розширення можливостей використання фільтра за рахунок здатності його до очищення рідин з більш крупними за розміром забрудненнями і їх значних потоків, зменшення його висоти і покращення умов обслуговування фільтроелемента. 9 Комп’ютерна верстка Н. Лиcенко 54092 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601