ФИЛЬТРУЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ ОЧИСТКИ ЖИДКОСТЕЙ ИЛИ ГАЗОВ Российский патент 1997 года по МПК B01D29/52 

Изобретение относится к технике фильтрации и касается конструкции фильтрующего элемента для очистки жидкостей и газов от всевозможных примесей.

Фильтрующий элемент модуль для очистки жидкостей и газов предназначен для монтажа в фильтрующие пакеты или системы в качестве их взаимозаменяемых конструкционных составных частей и может быть использован в любых отраслях промышленности, где необходимо применение конструкционных фильтрующих систем, выполняющих функцию очистки рабочих жидкостей или газов, например воды, топлива или масел, природного газа или же воздуха, а также при решении технических и экологических проблем.

Известен фильтрующий элемент модуль, например, для очистки топлива и масел [1] выполненный в виде фигурного диска со сквозным осевым отверстием, изготовленного из нескольких слоев пористой керамики с размерами зерен наполнителя, соответствующими заданной тонкости очистки, на торцах которого имеются углубленные, образующие в диске полости, кольцевые проточки, а также радиальные пазы, необходимые для образования отверстий для входа или выхода флюида, а также соединения элементов друг с другом. Из подобных взаимозаменяемых элементов модулей в дальнейшем монтируют фильтрующие системы пакеты с заданной фильтрующей поверхностью путем стягивания в эластичных прокладках, вмонтированных в кольцевые проточки.

Однако известный фильтрующий элемент имеет ряд существенных недостатков, ограничивающих эффективность применения материала из пористой керамики, а также затрудняющих его эксплуатацию и снижающих надежность, а именно:
1. Значительные усилия при монтаже фильтроэлементов в пакет и наличие технологической деформации не позволяет изготавливать элементы толщиной менее 10 мм вследствие разрушения последних при стягивании. Это снижает эффективность фильтроэлемента по производительности.

2. Наличие деформации фильтроэлементов уменьшает надежность последних в эксплуатации вследствие нарушения герметичности как в прокладках, так и возможного нарушения пластин в процессе работы в напряженном состоянии, в особенности когда имеются локальные нагрузки, удары или же вибрации. Все это в общей сложности приводит к нестабильности эффективности фильтроэлементов в процессе службы по показателям очистки.

3. Сложность конструкции фильтроэлемента требует применения для их изготовления метода прессования и соответственно сложной, трудоемкой и дорогостоящей технологической оснастки: пресс-форм, матриц и т.д. Это значительно повышает стоимость фильтроэлемента, а следовательно и фильтрующих систем, где они применяются.

Целью изобретения является повышение эффективности и надежности в эксплуатации, а также снижение стоимости фильтрующего элемента модуля.

Цель достигается тем, что предлагаемый фильтрующий элемент- модуль ( со сквозным осевым отверстием) выполнен в виде полого чечевичноподобного тела с внутренней кольцевой полостью, выполненной как одно целое со сквозным отверстием, причем боковая поверхность внутренней полости имеет в плоскости симметрии кольцевое ребро жесткости.

На фиг.1 изображен фильтроэлемент, смонтированный в систему пакет с соседним подобным фильтрующим элементом; на фиг.2 фильтроэлемент, имеющий полую чечевичноподобную форму, осевой разрез.

Фильтрующий элемент модуль для очистки жидкостей и газов (фиг.1, 2) содержит выпуклое полое тело 1 со сквозным осевым отверстием 2, выполненным из однослойной или многослойной (фиг.2) пористой керамики. Полое, чечевичноподобное тело 1 имеет внутреннюю кольцевую полость 3, предназначенную для формирования толщины фильтрующей перегородки и снижения гидравлического сопротивления конструкции, она выполнена как одно целое со сквозным отверстием 2, причем боковая поверхность внутренней кольцевой полости имеет ребро жесткости 4.

На фиг.1 фильтроэлемент модуль смонтирован в фильтрующую систему - пакет с соседним подобным фильтрующим элементом. При этом оба фильтроэлемента стянуты в эластичных прокладках 5 с помощью перфорированной детали 6, предназначенной для соединения областей загрязненного и чистого флюида, и крепежного устройства (не показано) силой P-P в пакет, который тем же крепежным устройством герметично связан с непроницаемой поверхностью 9, разделяющей две полости фильтрации: 7 для чистого флюида и 8 -для загрязненного флюида. Крепежное устройство может быть выполнено, например, в виде любого болта с гайкой.

Загрязненный флюид проходит через полость 8 и далее через все наружное поверхности фильтроэлемента (направление движения показано стрелкой) и затем попадает во внутренние полости фильтроэлементов.

В случае грубой очистки, например, топлива или воды флюид проходит через один слой керамики с размером зерен 0,3-0,4 мм, а затем при тонкой очистке флюид вначале проходит через слой керамики с размером зерен 0,3-0,4 мм, а затем через слой 0,1-0,2 мм, далее очищается и попадает во внутренние полости фильтроэлементов, а затем через перфорацию детали 6 крепежного устройства (не показано) попадает в полость 7 (область очищенного флюида).

Предлагаемый фильтроэлемент модуль для очистки жидкостей и газов имеет следующие преимущества перед прототипом:
1. Фильтрующий элемент имеет чечевичноподобную полую форму (фиг.1, 2). Наличие такой формы выполнения позволяет увеличить жесткость фильтроэлемента, так как каждая его симметричная половина, представляющая собой тело вращения (верх и низ), имеет выпуклую форму, обеспечивающую высокую прочность при сжатии. Это позволяет исключить повреждение элементов при монтаже в эластичных прокладках. С другой стороны, повышенная механическая прочность конструкции фильтроэлемента дает возможность значительно уменьшить толщину керамики (до 4-5 мм) без значительного снижения жесткости конструкции. Такая возможность позволяет применительно к одному материалу соответственно в 2-2,5 раза увеличить производительность элемента в сравнении с известной конструкцией. Жесткость и прочность элемента еще более будет увеличена за счет имеющегося внутреннего ребра жесткости 4.

2. Значительный запас прочностных свойств фильтрующего элемента существенно увеличивает его надежность и практически полностью исключает нестабильность последнего по параметрам очистки даже при многократном перемонтаже, необходимом для регенерации.

3. Наконец, наличие простой кольцеобразной полости внутри элемента, выполненной как одно целое со сквозным отверстием, позволяет существенно упростить технологию изготовления фильтрующего элемента, а следовательно уменьшить трудоемкость изготовления последнего практически в 2-3 раза и соответственно стоимость.

Обычным способом приготавливают пластичную массу или две массы для формования двухслойных элементов. Затем формуют пластическим способом две симметричные половины со сквозными отверстиями и кольцевыми выступами (ребрами жесткости), указанными выше, получаемые с помощью шаблона. После формования обе половины фильтроэлемента, находящиеся в формах, соединяют по наружным выступам отформованных половин, выступающих из форм.

Соединенные изделия затем сушат в формах до их отделения. После отделения фильтрующего элемента осуществляют зачистку облоя.

Возможность такой реализации позволяет:
а) сформовать фильтрующий элемент в целом без применения операции склеивания, причем с одновременным получением кольцевого ребра жесткости 4 в плоскости симметрии внутренней полости фильтроэлемента и без нарушения сплошности и однородности материала по поверхности соединения;
б) позволяет применить для изготовления фильтрующих элементов метод пластического формования в пористой форме, что значительно увеличивает производительность изготовления фильтроэлементов, уменьшает их трудоемкость и стоимость.

В качестве базового объекта выбран войлочный фильтрующий элемент, используемый в дизельных двигателях Д-6 и Д-12 (тонкость отсева составляет 4-5 мкм), при сравнении заявляемого фильтрующего элемента с базовым объектом видно, что тонкость отсева резко снижается и достигает 1-2 мкм, причем начальное гидравлическое сопротивление уменьшается в 2-3 раза, а срок службы с учетом регенерации увеличивается в 3-4 раза.

Предлагаемое изобретение прошло опытные испытания на катере, где оно было использовано в качестве керамического фильтрующего элемента в дизеле Д-6.

Показано, что фильтр успешно проработал с регенерацией три навигации без нарушения целостности значительно более эффективнее, чем войлочный, и не терял прочностных свойств при монтаже и демонтаже.

Сущность изобретения: фильтрующий элемент для очистки жидкостей или газов выполнен из однослойной или многослойной керамики в виде полого чечевицеподобного тела, имеющего центральное сквозное отверстие и во внутренней полости - кольцевое ребро жесткости. 2 ил.

Фильтрующий элемент для очистки жидкостей или газов, выполненный из однослойной или многослойной пористой керамики в виде тела вращения с центральным сквозным отверстием, отличающийся тем, что он выполнен в виде полого чечевицеподобного тела, имеющего во внутренней полости кольцевое ребро жесткости.