УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ ФИЛЬТРАЦИИ Российский патент 1997 года по МПК B01D33/19 

Изобретение касается создания устройства непрерывной фильтрации, содержащего:
фильтрующие ячейки в форме кювет, каждая из которых имеет отверстие, направленное вверх во время фильтрации, и снабжена фильтрующим слоем, ячейки расположены на карусели вокруг вертикальной оси вращения, причем каждая из них имеет горизонтальную ось опрокидывания, которая пересекает ось вращения карусели;
рычаг, жестко закрепленный на каждой ячейке таким образом, чтобы пересекать ось опрокидывания в точке опрокидывания;
элементы слежения, установленные на рычаге и расположенные на нем с одной и другой стороны от точки опрокидывания;
по крайней мере один стационарный направляющий элемент на каждый следящий элемент рычага ячейки, причем эти направляющие элементы расположены относительно друг друга в определенной зоне карусели таким образом, чтобы получить опрокидывание каждой ячейки в этой зоне вокруг ее оси опрокидывания;
по меньшей мере одну полость, предусмотренную в первом из направляющих элементов для размещения соответствующего следящего элемента, причем эта полость расположена таким образом, чтобы позволить осуществление поворота рычага вокруг следящего элемента в положении нахождения в этой полости;
по меньшей мере одну зону приложения усилия, действующего на второй направляющий элемент со стороны его соответствующего следящего элемента, когда соответствующий следящий элемент выходит из его полости или соответственно проникает в нее;
средства приведения во вращение фильтрующих ячеек вокруг оси вращения.

В течение значительного времени уже известны устройства этого типа, используемые в фильтрах, именуемых фильтрами Бед-Прейона, которые поставляются на рынок фирмами Бед Машин, Прейон и Проусес Филтрейшн энд Ликвид Эквипмент.

Такие фильтры используются главным образом в промышленных установках по производству фосфорной кислоты. Они позволяют идеальным образом осуществить отделение твердых частиц от жидкости при фильтрации в вакууме, затем промывку осадка фильтрации, образованного в ячейке, с последующим опрокидыванием ячеек для разгрузки осадка.

В ходе этого опрокидывания направляющие рельсы в определенных местах подвергаются значительным усилиям, что может приводить к возникновению ударов и вибраций и вызывать быстрый износ движущихся деталей. Эти усилия имеют место особенно в момент, когда задний ролик рычага поворота ячейки входит в контакт с его направляющим рельсом, во время опрокидывания ячейки, или когда передний ролик входит в контакт с его направляющим рельсом, чтобы позволить осуществить возврат ячейки в ее горизонтальное положение.

Риск ударов, вибраций и преждевременного износа движущихся деталей приводит к необходимости ограничения скорости вращения фильтра. В результате, так как емкость фильтрации установки пропорциональна квадратному корню из скорости вращения фильтра, уменьшается производительность фильтрации.

Известно устройство, в котором предусмотрено переворачивание ячеек вперед в направлении вращения карусели, то есть в направлении соседней, находящейся в состоянии чистки, ячейки. Однако в течение длительного времени предусматривают скорее переворачивание ячеек назад, то есть к соседней ячейке, которая должна быть еще очищена. Рычаг V-образной формы с плечом малого размера, который предусмотрен в этом устройстве, если и годится для опрокидывания небольших ячеек, не подходит для ячеек больших размеров и большого веса, используемых в современных установках [1]
Известно устройство непрерывной фильтрации на карусели, в котором имеется этап переворота кювет, управляемых при помощи направляющих рельсов при помощи рычага переворота, снабженного на двух своих концах роликами [2] Применяемые в устройстве по этому патенту ролики и направляющие рельсы подвергаются указанным усилиям.

Задачей изобретения является создание устройства непрерывной фильтрации, в котором уменьшены или преодолены указанные ранее недостатки. Преимущественно в изобретении предусмотрены средства для разрешения проблемы, которые могут быть применимы к известным установкам при малой стоимости необходимого оборудования.

Для разрешения проблем предусмотрено в соответствии с изобретение создание устройства такого, как описанное в преамбуле изобретения, которое, кроме того, включает в себя:
первый дополнительный рычаг, жестко связанный с каждой фильтрующей ячейкой, поблизости от оси опрокидывания или на самой оси;
первую перемещаемую опору /упор/ и
упругий элемент, соединяющий первую опору со стационарной опорой и воздействующий на первую опору в первом направлении;
первый дополнительный рычаг взаимодействует с первой опорой и воздействует на нее в направлении, приблизительно всегда противоположном первому направлению, в то время как следящий элемент, соответствующий второму направляющему элементу, действует в соответствующей зоне приложения усилия. Уравновешивание веса ячейки и сил инерции, возникающих в конце ее опрокидывания, осуществляется только за счет следящего ролика, например заднего по ходу вращения карусели следящего ролика, воздействующего на его направляющий рельс. Первый дополнительный рычаг, воздействующий на подвижный упор, возвращаемый упругим образом, способствует этому уравновешиванию, в результате испытываемое направляющим рельсом усилие уменьшается.

В соответствующем изобретению устройстве, в котором предусмотрена по меньшей мере одна полость во втором направляющем элементе для вхождения соответствующего следящего элемента, причем эта полость расположена таким образом, чтобы позволить осуществление поворота рычага вокруг следящего элемента в положении нахождения в этой полости, предусмотрена также по меньшей мере одна зона приложения усилия на первом направляющем элементе, зона, на которую воздействует ее соответствующий следящий элемент, когда следящий элемент, соответствующий второму направляющему элементу, проникает или, соответственно, выходит из его полости, причем это устройство может предусматривать, кроме того
второй дополнительный рычаг, жестко связанный с каждой фильтрующей ячейкой, поблизости от оси опрокидывания или же на этой оси;
второй перемещаемый упор;
упругий элемент, соединяющий второй упор со стационарной опорой и воздействующий на второй упор во втором направлении;
второй дополнительный рычаг, взаимодействующий с вторым упором и действующий на него в направлениях, всегда ориентировочно противоположных второму направлению, в то время как следящий элемент, соответствующий первому направляющему элементу, действует на эту соответствующую зону приложения усилия.

Уравновешивание веса ячейки и силы инерции, которую она вызывает в начале возврата ячейки из ее перевернутого состояния в ее горизонтальное состояние в данном случае осуществляется единственно при помощи следящего ролика, например при помощи переднего следящего ролика, воздействующего на свой направляющий рельс. Второй дополнительный рычаг также способствует этому уравновешиванию, уменьшая усилие, которому подвергается направляющий рельс.

Первый и второй дополнительные рычаги расположены с одной и другой стороны от оси опрокидывания. Преимущественно они выполнены таким образом, чтобы образовывать единую деталь.

В соответствии с преимущественной формой реализации изобретения рычаг и дополнительные рычаги расположены в горизонтальной проекции в виде креста вокруг оси опрокидывания.

В соответствии с частной формой осуществления изобретения каждый упор образован цилиндрическим роликом, имеющим возможность осуществления поворота относительно оси, параллельной оси опрокидывания. Преимущественно в соответствии с изобретением каждый дополнительный рычаг имеет изогнутую опорную поверхность для осуществления взаимодействия с его упорным роликом, причем ролик и опорная поверхность взаимно устроены таким образом, что дополнительный рычаг поворачивается приблизительно вокруг точки касания опорной поверхности и ролика при их взаимодействии. В этом предпочтительном варианте осуществления изобретения действие рычага является почти точечным на цилиндрическую поверхность ролика и изменение направления этого действия относительно направления действия упругого элемента является минимальным во время всей длительности контакта между упорным роликом и дополнительным рычагом.

В соответствии с другой формой осуществления изобретения каждый упругий элемент является предварительно напряженным.

На фиг.1 схематически изображено устройство фильтрации; на фиг.2 - управление ячейками во время их опрокидывания в известном устройстве; на фиг.3 управление ячейками во время их опрокидывания в устройстве, соответствующем изобретению; на фиг.4 в увеличенном масштабе разложение сил, действующих в месте наибольшего нагружения направляющих рельсов в известном устройстве; на фиг.5 то же, в предложенном; на фиг.6 одна из форм осуществления упора и дополнительного рычага.

На фиг.1 схематически показано устройство непрерывной фильтрации, которое используется, например, для фильтрации фосфорной кислоты.

В показанном на фиг.1 примере осуществления устройства фильтрующие ячейки 1 в форме кювет имеют отверстие, направленное вверх во время фильтрации, и располагаются на карусели вокруг вертикальной оси вращения 2. Эти ячейки 1 снабжены горизонтальным фильтрующим слоем 3, под который собирается жидкость фильтрации. Каждая ячейка 1 имеет также горизонтальную ось опрокидывания 4, которая пересекает ось вращения 2 карусели.

В показанном на фиг.1 примере осуществления устройства вращение фильтра обеспечивается зубчатой рейкой 5 /частично изображенной на чертеже/, которая приводится во вращение в направлении стрелки F вокруг оси 2 при помощи зубчатого колеса 6.

Каждая из ячеек 1 снабжена также рычагом поворота 7, из которых один показан на фиг.1. Этот рычаг жестко связан с фильтрующей ячейкой таким образом, чтобы пересекать ее ось опрокидывания в точке опрокидывания 8. Каждый конец рычага поворота снабжен следящим элементом, в показанном на чертеже случае передним роликом 9 и задним роликом 10, если принять во внимание направление вращения F и горизонтальное положение фильтрации ячеек.

Как можно видеть из фиг.1, три фильтрующих ячейки, показанные внизу этого чертежа, прекратили фильтрацию и претерпевают опрокидывание назад вокруг их оси 4 для осуществления выгрузки осадка от фильтрации 11 и промывки 12 фильтрующего слоя.

Опрокидывание фильтрующих ячеек осуществляется при управлении следящими роликами 9 и 10 при помощи стационарных элементов управления, расположенных, например, снаружи от карусели, там, где проходит рычаг поворота 7 ячеек. Можно, например, предусмотреть для устройства, показанного на фиг.1, напротив трех ячеек, находящихся в состоянии опрокидывания, два управляющих элемента 13 и 14, которые показаны на фиг.2.

Как можно видеть из рассмотрения фиг.2, элементы управления 13 и 14 образованы каждый из нескольких изогнутых секций направляющего рельса, по которым скользят соответственно передний ролик 9 и задний ролик 10. В ходе перемещения в направлении стрелки F горизонтальная ось опрокидывания 4 и, следовательно, рычаг 7, который пересекает эту ось в точке опрокидывания 8, перемещаются по горизонтальной траектории, обозначенной позицией 15 и показанной штрих-пунктирной линией.

Передний следящий ролик 9 в ходе своего перемещения встречает полость 16 между двумя секциями рельса 13, расположенными вертикально. При попадании переднего ролика 9 в полость ячейка и задний ролик 10 могут опрокидываться в направлении против часовой стрелки на фиг.2. В конце опрокидывания задний ролик 10 в месте 17 встречает отрезок направляющего рельса 14. Возникает значительное усилие между этим роликом и этим отрезком рельса во время выхода переднего ролика 9 из своей полости 16.

Дальше вправо на фиг.2 задний следящий ролик 10 должен зайти в полость 18, предусмотренную между расположенными вертикально отрезками рельса 14. В ходе этого проникновения передний ролик 9 упирается в месте 19 в отрезок направляющего рельса 13, при этом возникает значительное усилие между этим роликом и этим отрезком рельса.

При заходе заднего ролика 10 в его полость происходит опрокидывание ячейки и переднего ролика таким образом, чтобы возвратить фильтрующую ячейку в ее первоначальное положение.

На фиг.4 показано в увеличенном масштабе место 17 рельса 14 и полость 16 рельса 13 в момент наибольшего нагружения рельса 14. Ячейка 1 показана на этом чертеже схематически. Нужно отметить, что центр тяжести ячейки 20 располагается снаружи от указанной точки 8 опрокидывания ячейки 1. В положении 17 следящий ролик 10 должен уравновешивать усилие, создаваемое весом и силой инерции ячейки, возникающей при опрокидывании, в момент встречи с рельсом 14. Можно записать следующее соотношение (1):
P•X=R•D₁, (1)
где P вес ячейки + сила инерции;
x расстояние, проецируемое вертикально, от расстояния между точкой опрокидывания 8 и центром тяжести 20 ячейки;
R воздействие следящего ролика 10 в месте 17 на рельс 14 (R является результирующей силы F₁, перпендикулярной рельсу, и F₂, силы, действующей по оси рычага поворота 7);
D₁ расстояние между центром заднего следящего ролика 10 и точкой опрокидывания 8 ячейки 1.

На фиг.4 D₂ обозначено расстояние между центром переднего следящего ролика 9 и точкой опрокидывания 8 ячейки 1.

Следует заметить, что в дополнение к тому, что сила действия R ролика 10 на рельс 14 в положении 17 является значительной, она и ориентирована неблагоприятным образом относительно наклона рельса 14 в этом месте.

На фиг.3 в качестве примера показана схематично форма осуществления устройства, соответствующего изобретению, которое может перемещаться по существующим направляющим рельсам, таким как показанные на фиг.2.

Показанное на фиг.3 соответствующее изобретению устройство содержит дополнительный рычаг 21, жестко связанный с каждой ячейкой 1 на оси опрокидывания 4 или поблизости от нее. Может быть также предусмотрен второй дополнительный рычаг 22, также жестко соединенный с каждой фильтрующей ячейкой /см. правую часть фиг.3/. В последнем случае первый и второй дополнительные рычаги 21 и 22 могут располагаться с одной и другой стороны относительно оси опрокидывания 4, образовывая, например, единую деталь, для которой они служат двумя плечами рычага. В показанном справа на фиг.3 примере осуществления изобретения рычаг 7 и дополнительные рычаги 21 и 22 расположены в горизонтальной проекции в виде креста вокруг оси опрокидывания.

В этом примере реализации изобретения дополнительные рычаги 21 и 22 имеют слегка изогнутую форму. В момент, когда соответствующий следящий ролик 9 или 10 резко нагружает один из направляющих рельсов 13 или 14, один из дополнительных рычагов 21 или 22 входит в контакт с перемещаемым упором 23 или 24.

В показанном на фиг.3 примере осуществления этот упор образован в виде упорного ролика, имеющего возможность свободно поворачиваться вокруг его оси 27 или 28 и связанного со стационарной опорой 25 или 26, показанной схематично, при помощи упругого элемента. Оси поворота 27 или 28 упорных роликов расположены параллельно оси опрокидывания 4 ячеек в момент действия этих упорных роликов.

В соответствии с иллюстрируемым примером упругим элементом, соединяющим упорный ролик с его стационарной опорой, является пружина сжатия 29 или 30, которая воздействует на упорный ролик таким образом, чтобы удалить его от стационарной опоры, и которая позволяет осуществить перемещение упорного ролика в направлении к его опоре при нагружении этого ролика.

Дополнительные рычаги 21 или 22 и соответствующие упоры 23 и 24 взаимодействуют друг с другом таким образом, что при их контактировании дополнительный рычаг действует в направлении, противоположном или почти противоположном направлению действия пружины 29 или 30 /направлению f/.

На фиг. 5 показано положение 17 рельса 14 соответствующего изобретению устройства, причем этот вид аналогичен фиг.4.

Равновесие сил здесь отвечает следующему равенству (2):
P•x=RD₁+F₃D₃, (2)
где величины P, x, R и D₁ имеют то же значение, что данное ранее,
F₃ действие упорного ролика 23 на пружину сжатия 29 от оси поворота ролика 27 при опоре на этот ролик дополнительного рычага 21,
D₃ равно горизонтальной проекции расстояния между точкой опрокидывания 8 ячейки 1 и направлением приложения силы F₃, воздействующей перпендикулярно рычагу 21 в точке его контакта с упорным роликом 23.

Так как величины P, x и D₁ являются неизменными, из уравнения (2) вытекает, что величина R значительно уменьшена по сравнению с уравнением (1). В результате направляющий рельс 14 претерпевает значительно меньшую нагрузку в положении 17 и риск ударов и вибраций при опрокидывании ячеек значительно сокращается. Это позволяет увеличить скорость вращения фильтра и, следовательно, производительность фильтрации.

Все описанное относительно рычага 21 и упорного ролика 23 в равной мере применимо к рычагу 22 и упорному ролику 24.

На фиг. 6 показан более детально пример реализации перемещаемого упора, предусмотренного в соответствии с изобретением для осуществления устройства.

Здесь упорный ролик 23 связан со стационарной опорой 25 при помощи изогнутой детали 31. Ролик устроен таким образом, что он может поворачиваться вокруг своей оси 27 на одном из концов изогнутой детали 31, которая на другом своем конце шарнирно установлена в подпятнике 32, закрепленном на опоре.

Пружина сжатия 29 связана на одном своем конце с осью 27 при помощи вилки 33, которая может свободно поворачиваться вокруг этой оси. Другим своим концом пружина шарнирно соединена с подпятником 34, закрепленным на опоре 25.

Наконец, изогнутый рычаг 31 снабжен пластинкой 35, закрепленной на нем в виде выступа. Регулировочный винт 36, ввинченный в резьбовое отверстие серьги 37, установленной на стационарной опоре 25, воздействует на пластинку 35 таким образом, чтобы осуществлять начальное сжатие пружины 29. В результате может быть осуществлено предварительное нагружение пружины, что позволяет регулировать силу действия упорного ролика при его входе в контакт с дополнительным рычагом и осуществлять идеальное опрокидывание и восстановление каждой ячейки.

В показанном на фиг.6 примере реализации дополнительный рычаг 21 имеет изогнутую опорную поверхность 38, взаимодействующую с упорным роликом 23.

Как это уже было показано, во время прохода следящего ролика в зоне приложения усилия к направляющему рельсу, опорная поверхность 38 и вместе с ней рычаг 21 поворачиваются вокруг одной и той же точки касания, которая расположена приблизительно напротив пружины сжатия в точке контактирования с роликом.

Таким образом, в течение всего действия упора на дополнительный рычаг получают чрезвычайно благоприятную ориентацию приложения сил.

Изобретение не ограничено описанными формами его осуществления и в него могут быть внесены изменения, не выходящие за его рамки.

Так, например, могут быть предусмотрены упоры не в виде вращающихся роликов, а в форме неподвижных кулачков.

Можно также использовать другие упругие элементы вместо пружин сжатия, а именно пружины растяжения, пневматические или гидравлические амортизаторы и т.п.

Можно также выполнить рычаг поворота и два дополнительных рычага в виде единой детали.

Использование: устройство для фильтрации. Сущность изобретения: устройство непрерывной фильтрации, содержащее ячейки, расположенные на карусели вокруг оси вращения, каждая из которых имеет горизонтальную ось опрокидывания, следящие элементы, установленные на рычаги, по меньшей мере один стационарный направляющий элемент для каждого следящего элемента, дополнительный рычаг, жестко соединенный с каждой ячейкой, перемещаемый упор и упругий элемент, соединяющий упор со стационарной опорой и воздействующий на упор в первом направлении, причем дополнительный рычаг при взаимодействии с упором воздействует на него в направлении, всегда приблизительно противоположном первому направлению. 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство непрерывной фильтрации, содержащее расположенные на карусели с вертикальной осью вращения фильтрующие ячейки в форме кювет, каждая из которых имеет направленное вверх во время фильтрации отверстие, снабжена фильтрующим слоем, имеет горизонтальную ось опрокидывания, пересекающую ось вращения карусели, и рычаг, жестко соединенный с каждой ячейкой и пересекающий ось опрокидывания в точке опрокидывания, установленные на рычаге с двух сторон от точки опрокидывания следящие элементы, по меньшей мере один стационарный направляющий элемент для каждого следящего элемента, причем направляющие элементы расположены относительно друг друга с возможностью обеспечения опрокидывания каждой ячейки относительно ее оси опрокидывания, по меньшей мере одну полость в каждом направляющем элементе для размещения соответствующего следящего элемента, причем полости расположены с возможностью обеспечения поворота рычага вокруг соответствующего следящего элемента при нахождении его в этой полости, и средства для приведения во вращение фильтрующих ячеек вокруг оси вращения, отличающееся тем, что каждая фильтрующая ячейка снабжена жестко связанным с ней на ее оси опрокидывания или вблизи от этой оси дополнительным рычагом, при этом устройство содержит перемещаемый упор и упругий элемент, соединяющий упор со стационарной опорой, а дополнительный рычаг установлен с возможностью взаимодействия с упором. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждая фильтрующая ячейка снабжена жестко связанным с ней на ее оси опрокидывания или вблизи от этой оси вторым дополнительным рычагом, при этом устройство снабжено вторым перемещаемым упором и упругим элементом, соединяющим второй упор со стационарной опорой, а второй дополнительный рычаг установлен с возможностью взаимодействия с вторым упором. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что первый и второй дополнительные рычаги расположены с одной и другой стороны относительно оси опрокидывания. 4. Устройство по пп.2 и 3, отличающееся тем, что первый и второй дополнительные рычаги выполнены с возможностью образования в совокупности единой детали. 5. Устройство по пп.2 4, отличающееся тем, что рычаг образован шатуном, который проходит практически прямолинейно между двумя следящими элементами. 6. Устройство по пп.4 и 5, отличающееся тем, что основной и дополнительный рычаги в горизонтальной плоскости расположены в форме креста вокруг оси опрокидывания. 7. Устройство по пп.2 6, отличающееся тем, что основной и дополнительные рычаги выполнены с возможностью образования в совокупности единой детали. 8. Устройство по пп.2 7, отличающееся тем, что каждый упор выполнен в виде цилиндрического ролика, установленного с возможностью поворота вокруг оси, параллельной оси опрокидывания. 9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что каждый дополнительный рычаг выполнен с изогнутой опорной поверхностью, взаимодействующей с упором, при этом рычаг поворачивается вокруг точки касания опорной поверхности и упора при их взаимодействии. 10. Устройство по пп.1 9, отличающееся тем, что каждый упругий элемент выполнен предварительно напряженным.