Фильтр-сепаратор

 

Изобретение относится к устройствам для очистки углеводородных жидкостей, преимущественно топлив, от свободной (нерастворенной) воды и механических загрязнений и предназначено для применения в авиации, железнодорожном, автомобильном, водном транспорте, нефтеперерабатывающей и др. отраслях промышленности при заправке техники топливом. Технический результат - повышение эффективности очистки топлива от свободной воды. Фильтр-сепаратор содержит горизонтально расположенный корпус, разделенный вертикальной перегородкой, жестко связанной с крышкой, в которой размещены входной и выходной патрубки. На перегородке параллельно горизонтальной оси корпуса закреплены в нижней части фильтрующие коагулирующие элементы (ФКЭ), а в верхней - сепарирующие элементы (СЭ). Нижняя образующая СЭ удалена от верхней образующей ФКЭ на расстояние В, равное В=0,15-0,22 (l) диаметра D корпуса фильтра-сепаратора. Диаметр (d_сэ) и длину образующей (l_сэ) каждого СЭ определяют из следующих соотношений: d_сэ=(0,2-0,4)D, l_сэ=(0,9-1,3)D. 3 табл., 2 ил.

Изобретение относится к устройствам для очистки углеводородных жидкостей в потоке, преимущественно топлив, от свободной воды и механических загрязнений, и может быть применено в авиации, железнодорожном, автомобильном, водном транспорте, а также нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности, где осуществляют заправку техники топливом.

Известен фильтр-сепаратор, имеющий сепарирующую ступень, содержащую пористую основу с прямыми открытыми порами, покрытую гидрофобным слоем, работающую при высоких скоростях потока (1. А.С. СССР 1063441, B 01 D 39/00, 1980).

Известен также фильтр-сепаратор, содержащий вертикальный корпус с фильтрующим элементом, состоящим из фильтрующего, коагулирующего, дренажного и водоотталкивающих слоев (2. А.С. СССР 1161142, B 01 D 25/00, 1985).

Недостатком известных фильтров-сепараторов является низкая эффективность водоотделения, обусловленная малым промежутком времени прохождения потока к водоотталкивающему слою.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению и, взятым за прототип, является фильтр-сепаратор, содержащий горизонтальный корпус, входной и выходной патрубки, фильтрующие-коагулирующие элементы и водоотталкивающие (сепарирующие) элементы (3. Рыбаков К.В. и др. Обезвоживание авиационных горюче-смазочных материалов. М., "Транспорт", 1979, с. 152-156 - прототип).

Недостатком известного фильтра-сепаратора, является недостаточно высокая эффективность водоотделения, вследствие малого отрезка времени нахождения жидкости внутри фильтра-сепаратора в результате чего капли воды, масса которых не позволила им под действием силы тяжести опуститься в отстойник, потоком топлива уносятся к сепарирующим элементам (СЭ), где часть капель осаждается на наружной поверхности СЭ, а часть проникает сквозь поры последнего и попадает в выходной патрубок. Часть капель воды остается в фильтрующих коагулирующих элементах (ФКЭ) - задерживается в нем силами межмолекулярного сцепления. Однако под действием возникающих импульсов (транспортная тряска, гидроудар и т. п.) эти капли отрываются от волокон ФКЭ со скоростью, в 2-6 раз превышающей скорость потока топлива, и проникают через СЭ в выходной патрубок, повышая допустимую величину обводненности топлива.

Технический результат изобретения - повышение эффективности очистки топлива от свободной воды.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном фильтре-сепараторе, состоящем из горизонтального корпуса, разделенного вертикальной перегородкой, жестко связанной с крышкой, в которой размещены входной и выходной патрубки, и закрепленных на перегородке параллельно горизонтальной оси корпуса в нижней части фильтрующих коагулирующих элементов (ФКЭ), а в верхней - сепарирующих элементов (СЭ), согласно изобретению СЭ и ФКЭ закреплены на вертикальной перегородке таким образом, что нижняя образующая СЭ удалена от верхней образующей ФКЭ на расстояние В=0,15-0,22 диаметра (D) корпуса фильтра-сепаратора, а диаметр (d_cэ) и длину (l_сэ) образующей каждого СЭ определяют из следующего соотношения: d_cэ=(0,2-0,4)D; l_сэ=(0,9-1,3)D, где d_cэ - диаметр сепарирующего элемента, мм; l_сэ - длина образующей сепарирующего элемента, мм; D - внутренний диаметр корпуса фильтра-сепаратора, мм.

На фиг. 1 представлен фильтр-сепаратор (продольный разрез); на фиг.2 - фильтр-сепаратор (поперечный разрез по А-А).

Фильтр-сепаратор содержит горизонтальный корпус 1, разделенный вертикальной перегородкой 2, жестко связанной с крышкой 3, в которой размещены входной 4 и выходной 5 патрубки.

Параллельно горизонтальной оси корпуса на вертикальной перегородке 2 закреплены сепарирующие элементы СЭ и фильтрующие коагулирующие ФКЭ элементы 6 и 7 соответственно.

Фильтрующие - коагулирующие 7 и сепарирующие 6 элементы представляют собой изделия, выпускаемые промышленностью - ФКЭ по ТУ 5252-004-45180465-99 "Элементы фильтрующие коагулирующие", СЭ по ТУ 5252-003-45180465-99 "Элементы сепарирующие".

ФКЭ состоят из 2-х слоев гофрированного фильтрующего материала, в которых происходит очистка жидкости от механических загрязнений и двух слоев стекловолокнистых матов, в которых происходит коагулирование капель влаги.

СЭ состоят из металлической сетки, покрытой фторопластовой эмульсией.

Для сбора свободной воды в нижней части фильтра-сепаратора размещен отстойник 8.

Входная и выходная полости фильтра разделены перегородкой 9, размещенной в крышке 3.

Для пояснения работы и сути изобретения введены следующие условные обозначения: D - диаметр корпуса фильтра-сепаратора; l_сэ - длина образующей сепарирующего элемента 6; d_cэ - диаметр сепарирующего элемента 6; В - расстояние между нижней образующей сепарирующего 6 и верхней образующей фильтрующего коагулирующего 7 элементами.

Фильтр-сепаратор работает следующим образом.

Загрязненное и обводненное топливо через входной патрубок 4 поступает в ФКЭ 7, проходя через которые очищается от механических загрязнений. В коагулирующем слое происходит укрупнение капель воды, большинство из которых после прохождения ФКЭ под действием собственного веса, преодолевая скорость потока топлива, осаждается в отстойник 8.

Для устранения проникновения мелких капель воды через СЭ, скорость которых превышает в 2-6 раз скорость потока топлива в фильтре-сепараторе, нижняя образующая СЭ размещается от верхней образующей ФКЭ на расстояние B= 0,15-0,22D (1), в результате чего капли воды не успевают достичь нижней образующей СЭ и под действием силы тяжести опускаются в отстойник.

Для снижения скорости потока через СЭ с целью уменьшения возможности прохождения через него мелких капель воды, размеры СЭ выбирают из следующего соотношения:
d_cэ=0,2-0,4D(2)
l_сэ=0,9-1,3D(9),
полученного в результате исследования потока в фильтре-сепараторе.

Для обоснования заявленных соотношений были приготовлены образцы фильтров-сепараторов, в которых СЭ и ФКЭ размещались на различном расстоянии друг от друга, а также изменялись размеры СЭ (диаметр d_сэ и длина l_сэ). Экспериментальные исследования проводились на фильтре-сепараторе (водоотделителе) марки ФВГ-120 (фильтр-водоотделитель горизонтальный, пропускной способностью 120 м³/ч). D корпуса фильтра - 600 мм. В фильтр-сепаратор устанавливалось два СЭ и пять ФКЭ.

В процессе испытаний использовались: реактивное топливо ТС-1, фильтр-водоотделитель (сепаратор) марки ФВГ-120, элементы фильтрующие коагулирующие марки ФКЭ-375-5М (5 штук), сепарирующие элементы СЭ-300А (2 штуки).

Загрязненность и обводненность топлива до фильтра-водоотделителя составляла 0,015 и 0,1 мас.% соответственно. В качестве загрязнителя использовалась кварцевая пыль ГОСТ 8002-74 "Двигатели внутреннего сгорания, воздухоочистителя, методы стендовых испытаний".

При проведении исследований варьировались диаметр и длина СЭ.

Результаты исследований приведены в табл. 1-3.

При проведении исследований (табл. 1) длина СЭ l_сэ составляла 696 мм, а диаметр СЭ - d_cэ - 178 мм в соответствии с ТУ 5252-003-45180465-99.

Как показали испытания, наилучшая эффективность очистки достигается на образцах 11, 12, 15, 16 табл. 2 и 24, 25, 26 табл. 3.

Таким образом, заявленная конструкция фильтра-сепаратора позволяет снизить содержание свободной воды в конечном продукте за счет того, что время нахождения капель внутри корпуса увеличивается вследствие оптимизации расстояния между нижней образующей СЭ и верхней образующей ФКЭ, что подтверждается результатом испытаний.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР 1063441, кл. В 01 D 39/00, В 01 D 37/02, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР 1161142, кл. В 01 D 25/00, 1985.

3. Рыбаков К.В. и др. Обезвоживание авиационных горюче-смазочных материалов. М., "Транспорт", 1979, с. 152-156 - прототип.

Формула изобретения

Фильтр-сепаратор, состоящий из горизонтального цилиндрического корпуса, разделенного вертикальной перегородкой, жестко связанной с крышкой, в которой размещены входной и выходной патрубки, и закрепленных на перегородке параллельно горизонтальной оси корпуса в нижней части фильтрующих коагулирующих элементов, а в верхней - сепарирующих элементов, отличающийся тем, что нижняя образующая сепарирующих элементов удалена от верхней образующей фильтрующих коагулирующих элементов на расстояние В= 0,15-0,22 D, а диаметр и длину образующей каждого сепарирующего элемента определяют из следующего соотношения:
d_сэ= (0,2-0,4)D,
l_сэ= (0,9-1,3)D,
где d_сэ - диаметр сепарирующего элемента, мм;
l_сэ - длина образующей сепарирующего элемента, мм;
D - диаметр корпуса фильтра-сепаратора, мм.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4