Фильтрующий колпачок

Изобретение относится к конструкциям дренажно-распределительных устройств в области фильтрации. Может использоваться в установках очистки газов, воды или других жидкостей в промышленности, энергетике и коммунальном хозяйстве. Сущность изобретения заключается в том, что в фильтрующем колпачке, состоящем из корпуса с закрепленным на нем пакетом плоских пластин с центральным отверстием, пакет пластин набран из поочередно расположенных фильтрующих и дистанционирующих пластин, где взаимная конфигурация дистанционирующих пластин и внутренних отверстий фильтрующих пластин выбраны таким образом, чтобы полость внутренних отверстий фильтрующих пластин сообщалась с фильтрующей поверхностью, причем наружные размеры дистанционирующих пластин меньше наружных размеров фильтрующих пластин на величину, равную, по крайней мере, десятикратной толщине дистанционирующей пластины. Фильтрующие пластины могут быть выполнены в виде круга с центральным отверстием в форме звезды с прямыми лучами, а дистанционирующие пластины выполнены в виде звезды с радиальными или тангенциально изогнутыми лучами или фильтрующие пластины выполнены в виде круга с центральным отверстием, а дистанционирующие пластины выполнены в виде звезды с радиально или тангенциально расположенными лучами и центральным отверстием, равным диаметру корпуса. При необходимости исключения застойных зон пластины в пакете следует располагать попеременно с противоположным направлением тангенциальных потоков. При этом корпус выполнен в виде штуцера, на верхнюю часть которого опирается пакет поочередно расположенных фильтрующих и дистанционирующих пластин. Предложенное выполнение фильтрующего колпачка позволяет удешевить изделие, сохранить высокое качество фильтрации и срок службы при работе в особо агрессивных средах. 4 з.п. ф-лы, 17 ил.

 

Изобретение относится к конструкциям дренажно-распределительных устройств в области фильтрации и может быть использовано в установках очистки газов, воды или других жидкостей в промышленности, энергетике и коммунальном хозяйстве.

Известны насыпные фильтры, работоспособность и продолжительность фильтроциклов которых определяется качеством отмывки и регенерации фильтрующего слоя, что, в свою очередь, зависит от равномерности распределения промывной жидкости или регенеранта по сечению фильтра. Равномерность распределения обеспечивается конструкцией внутрикорпусного распределительного устройства (РУ) и дренажно-распределительного устройства (ДРУ). На практике применяются ДРУ сетчатые и тонкостенные щелевые.

Сетчатые конструкции (см., например, а.с. СССР №292349, 1971 г.) подвержены забиванию дренажных отверстий измельчающимися в процессе работы частицами фильтрующего материала, особенно осколками зерен ионообменных смол. Это приводит к росту гидродинамического сопротивления сетчатой перегородки (и ДРУ в целом), что вызывает деформации и нарушение целостности конструкции.

Известно устройство по патенту №2058187, кл. В 01 d 24/38 1996 г., которое содержит корпус с закрепленным на нем пакетом плоских пластин с центральным отверстием и дистанционирующими элементами. Дистанционирующие элементы выполнены в виде кольцевого выступа. На кольцевом выступе под углом к радиусу кольца расположены канавки, обеспечивающие вращательное движение и равномерное распределение в фильтре выходящего потока.

Из практики известно, что подобные тонкостенные конструкции не выдерживают перепадов давления в фильтрах свыше 0,2-0,4 МПа. Недостаточная толщина их стенок обусловлена технологией получения дренажных щелей шириной 0,2-0,4 мм (как правило, листовой штамповкой). В то же время при высоких динамических нагрузках фильтрующего материала, которые возникают в переходных режимах работы фильтра, вклинившиеся в неглубокие щели частицы легко вымываются и выносятся с фильтратом, тем самым загрязняя его. Кроме того, наблюдается постепенное увеличение ширины щелей вследствие гидроэрозионного износа, что неизбежно приводит к увеличению выноса из фильтра частиц фильтрующего материала. Следует отметить, что площадь поверхности фильтрации по отношению к объему колпачка в известном устройстве не является оптимальной, что приводит к повышению гидродинамического сопротивления и, соответственно, к сокращению срока службы устройства.

Таким образом, недостатком устройства по патенту №2058178 является снижение его работоспособности и срока службы при высоких гидродинамических нагрузках. Предлагаемое устройство позволяет устранить недостатки известной конструкции и решает задачу увеличения срока службы фильтрующих устройств и повышения качества фильтрации при высоких гидродинамических нагрузках.

Новым по сравнению с ближайшим аналогом является выполнение дистанционирующих элементов в виде плоских пластин соответствующей конфигурации, а внутренние отверстия фильтрующих пластин выбраны таким образом, чтобы их полость сообщалась с фильтрующей поверхностью, причем наружные размеры дистанционирующих пластин меньше наружных размеров фильтрующих на величину, равную, по крайней мере, десятикратной толщине дистанционирующей пластины.

Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемой конструкции колпачка, состоящей из корпуса с закрепленным на нем пакетом плоских пластин с центральным отверстием, дистанционирующие пластины и внутренние отверстия фильтрующих пластин выполнены такой конфигурации, чтобы обеспечить постоянное сообщение между полостями фильтрующих пластин и фильтрующей поверхностью.

Конфигурация дистанционирующих пластин и отверстий фильтрующих пластин в зависимости от существующих дополнительных условий фильтрации может быть различной.

При необходимости осуществления тангенциального выхода регенерирующего раствора для исключения застойных зон корпус выполнен в виде штуцера с отверстиями, фильтрующие пластины выполнены в виде круга с центральным отверстием в форме звезды с прямыми лучами, где внутренний описывающий диаметр d равен диаметру D корпуса, а дистанционирующие пластины выполнены в виде звезды с тангенциально или радиально расположенными лучами, при этом диаметр d центрального отверстия дистанционирующих пластин больше диаметра D корпуса на величину, равную, по крайней мере, десяти толщинам дистанционирующей пластины.

Тангенциальный выход регенерирующего потока можно осуществить и при выполнении фильтрующих пластин в виде круга с центральным отверстием, диаметр d которого больше диаметра D корпуса (п.3 формулы изобретения).

Отверстия фильтрующих пластин находятся в глубине колпачка. Дистанционирующие пластины меньше фильтрующих (описывающий внешний диаметр их меньше внешнего диаметра фильтрующих пластин). Это позволяет более равномерно распределять фильтрующий поток и не уменьшать площадь фильтрации. Щель между торцами фильтрующих пластин ничем не перекрывается. Площадь фильтрации равна полной площади всех щелей между торцами фильтрующих пластин. Свободное прохождение фильтруемого потока обеспечивается тем, что поверхность дистанционирующих пластин полностью не перекрывает сечение внутренних отверстий фильтрующих пластин. То есть фильтруемый поток из щели, расположенной по краю колпачка, далее попадает через неперекрытые участки во внутренние отверстия фильтрующих пластин и далее по ним движется к корпусу (штуцеру) и выходному патрубку.

В случае необходимости создания разнонаправленных тангенциальных потоков для исключения застойных зон дистанционирующие пластины в пакете следует располагать попеременно с противоположным отклонением лучей от радиального (п.4 формулы изобретения).

Для обеспечения минимизации фильтрующего колпачка корпус рекомендуется выполнять в виде штуцера, на верхнюю часть которого опирается пакет поочередно расположенных фильтрующих и дистанционирующих пластин, где фильтрующие пластины выполнены в виде круга с набором произвольно расположенных отверстий, а дистанционирующие пластины выполнены в виде круга с одним отверстием, соосным центральному и служащему для крепления и стяжки (п.5 формулы изобретения)

На фиг.1 представлен фильтрующий колпачок, где

1 - корпус,

2 - фильтрующие пластины,

3 - дистанционирующие пластины,

4 - крышка корпуса,

5, 6 - опорные шайбы,

7 - втулка,

9 - участки отверстий фильтрующих пластин, неперекрываемые плоскостями дистанционирующих пластин,

11 - фильтрующая поверхность, образованная торцами фильтрующих пластин.

На фиг.2 и 3 представлены соответственно фильтрующие и дистанционирующие пластины, выполненные по п.2 формулы изобретения, где 8 - отверстия фильтрующих пластин, 10 - технологические отверстия.

Фиг.4 иллюстрирует расположение фильтрующих и дистанционирующих пластин относительно друг друга по п.2.

На фиг.2а, 4а изображены поперечные разрезы соответственно фильтрующей пластины и фильтрующей и дистанционирующей пластин в сборке.

На фиг.5 и 6 представлены соответственно фильтрующие и дистанционирующие пластины по п.3 формулы.

На фиг.7 - их взаимное расположение относительно друг друга.

На фиг.8 изображен фильтрующий колпачок по п.5, где 1 - корпус, 2 - фильтрующие пластины, 3 - дистанционирующие пластины, 4 - крепежная шайба.

На фиг.9 и 10 - соответственно фильтрующие и дистанционирующие пластины, а на фиг.11 - взаимное расположение отверстий фильтрующих и дистанционирующих пластин по п.5 формулы изобретения, где 8 - отверстия фильтрующих пластин, 9 - участки отверстий фильтрующих пластин, неперекрываемые плоскостями дистанционирующих пластин.

Фильтрующий колпачок (фиг.1) представляет собой корпус 1 с крышкой. На корпусе при помощи опорных шайб 5 и 6 и втулки 7 закреплен пакет плоских пластин с центральным отверстием. Фильтрующие пластины 2 и дистанционирующие 3 установлены на корпусе поочередно.

В соответствии с п.2 фильтрующие пластины (фиг.2) выполнены в виде круга с отверстием в форме звезды с прямыми лучами, а внутренний описывающий диаметр d равен диаметру D корпуса. Дистанционирующие пластины (фиг.3) выполнены в виде звезды с тангенциально или радиально расположенными лучами, а диаметр d₁ центрального отверстия больше диаметра D корпуса на величину, равную, по крайней мере десяти толщинам дистанционирующей пластины.

В соответствии с п.3 формулы изобретения фильтрующие пластины (фиг.5) выполнены в виде круга с центральным отверстием, диаметр d которого больше диаметра D корпуса на величину не менее десяти толщин дистанционирующей пластины.

Дистанционирующие пластины (фиг.6) выполнены в виде звезды с радиально или тангенциально расположенными лучами и центральным отверстием d₁, равным диаметру D корпуса. Расположение пластин относительно друг друга показывает, что внутренние отверстия фильтрующих пластин не перекрываются дистанционирующими пластинами (фиг.7) поз.9.

Маленькие отверстия 10, показанные на изображениях пластин, предназначены для центровки пластин относительно друг друга при сборке фильтрующих колпачков.

Фильтрующий колпачок по п.5 (минимизированный вариант), изображенный на фиг.8, представляет собой корпус 1 в виде штуцера, на верхнюю часть которого опирается пакет плоских поочередно набранных фильтрующих 2 и дистанционирующих 3 пластин. Фильтрующие пластины (фиг.9) выполнены в виде диска с набором произвольно расположенных отверстий, а дистанционирующие (фиг.10) - в виде круга с одним отверстием, соосным центральному, которое служит для крепления и стяжки пластин. На фиг.11 видно, что дистанционирующая пластина 3 не перекрывает отверстий 8 фильтрующей пластины 2 (открытые полости 9).

Принцип работы фильтрующего колпачка следующий.

Фильтрат проходит через фильтрующую поверхность 11, образованную торцами фильтрующих пластин, попадает в глубину щелей и движется по этим щелям до внутренних отверстий 8, имеющихся в фильтрующих пластинах (фиг.2, 5, 9). Через участки отверстий фильтрующих пластин 9, не перекрытых плоскостями дистанционирующих пластин, фильтрат попадает в полость внутренних отверстий 8 фильтрующих пластин и по ним проходит к корпусу 1 (штуцеру) колпачка и далее на выход.

При регенерации или промывке движение потока регенерирующего или промывочного раствора имеет обратное направление: корпус - внутреннее отверстие фильтрующей пластины - неперекрытые участки фильтрующих пластин - глубина щели - фильтрующая поверхность колпачка.

Выбор размера дистанционирующей пластины относительно размера фильтрующей обусловлен двумя факторами, а именно:

- дистанционирующие пластины равного или большего размера перекрывали бы какую-то часть фильтрующей поверхности, которая образована торцами фильтрующих пластин, и тем самым снижали бы производительность фильтрующего колпачка;

- при дистанционирующих пластинах меньшего размера необходимо выравнивание фильтрационных микропотоков по всей поверхности фильтрации, которое происходит, как показали эксперименты, в глубине щели на расстоянии 7-10 размеров ее высоты.

Расположение дистанционирующих пластин попеременно с противоположным направлением потоков (п.4 формулы) позволяет избежать застойных зон и выровнять поле скоростей регенерирующего или отмывающего потока.

Выполнение всех пластин плоскими достаточно несложной конфигурации значительно упрощает изготовление фильтрующих колпачков, при этом сохраняются высокое качество фильтрации и срок службы устройства при работе в агрессивных средах.

Конкретных форм фильтрующих и дистанционирующих пластин можно выбрать большое количество вариантов. Необходимо при этим соблюдать основной принцип действия фильтрующего колпачка: поверхность дистанционирующих пластин не должна перекрывать полностью сечение внутренних отверстий фильтрующих пластин и тем самым обеспечивать сообщение внутреннего объема фильтрующих пластин с фильтрующей поверхностью.

На фиг.12, 13, 14, 15, 16 и 17 показаны некоторые возможные варианты выполнения фильтрующих и дистанционирующих пластин и их взаимного расположения.

1. Фильтрующий колпачок, состоящий из корпуса с закрепленным на нем пакетом плоских пластин с центральным отверстием, отличающийся тем, что пакет пластин набран из поочередно расположенных фильтрующих и дистанционирующих пластин, где взаимная конфигурация дистанционирующих пластин и внутренних отверстий фильтрующих пластин выбраны таким образом, чтобы полость внутренних отверстий фильтрующих пластин сообщалась с фильтрующей поверхностью, причем наружные размеры дистанционирующих пластин меньше наружных размеров фильтрующих пластин на величину, равную, по крайней мере, десятикратной толщине дистанционирующей пластины.

2. Фильтрующий колпачок по п.1, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде штуцера с отверстиями, фильтрующие пластины выполнены в виде круга с центральным отверстием в форме звезды с прямыми лучами, где внутренний описывающий диаметр d равен диаметру D корпуса, а дистанционирующие пластины выполнены в виде звезды с радиальными или тангенциально изогнутыми лучами, при этом диаметр d₁ центрального отверстия дистанционирующих пластин больше диаметра D корпуса на величину, равную, по крайней мере, десяти толщинам дистанционирующей пластины.

3. Фильтрующий колпачок по п.1, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде штуцера с отверстиями, фильтрующие пластины выполнены в виде круга с центральным отверстием, диаметр d которого больше диаметра D корпуса, а дистанционирующие пластины выполнены в виде звезды с радиально или тангенциально расположенными лучами и центральным отверстием, равным диаметру корпуса.

4. Фильтрующий колпачок по пп.1 - 3, отличающийся тем, что дистанционирующие пластины с тангенциально изогнутыми лучами уложены попеременно с противоположным от радиального отклонением лучей.

5. Фильтрующий колпачок по п.1, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде штуцера, на верхнюю часть которого опирается пакет плоских, поочередно набранных фильтрующих и дистанционирующих пластин, где фильтрующие пластины выполнены в виде круга с набором произвольно расположенных отверстий, а дистанционирующие выполнены в виде круга с одним отверстием, соосным центральному, служащему для крепления и стяжки.