ФИЛЬТРОВАЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ Российский патент 2001 года по МПК B01D29/48 B01D46/24 

Изобретение относится к технике фильтрования жидкостей и газов, в частности к фильтровальным элементам из полимерных волокон, используемых в технических устройствах очистки жидкостей и газов от механических частиц, и может использовано в различных отраслях промышленности, где необходима тонкая очистка жидкостей и газов.

Известный уровень техники.

При промышленном использовании фильтровальных элементов основные требования к конструкции сводятся к следующему:
- фильтровальные элементы должны обеспечивать высокую эффективность очистки и иметь небольшое значение гидравлическое сопротивление;
- обеспечивать надежность фильтрования за счет уменьшающейся в радиальном направлении пористости фильтровального материала.

Таким образом, проблема эффективности очистки и надежности элемента, может быть решена путем улучшения конструкции фильтровального материала, входящего в фильтровальный элемент.

Известен нетканый волокнистый фильтр, состоящий из концентрично расположенных цилиндрических слоев хаотически уложенных волокон синтетического полимерного материала, в котором с целью улучшения эксплуатационных свойств фильтра его плотность составляет от 5 до 50% от плотности полимерного материала, при этом отклонение по плотности между двумя любыми точками по толщине фильтра составляет по крайней мере 10%, причем плотность уменьшается от внутреннего слоя к наружному (патент США N 3904798 по кл. МКИ 39/16, класс НКИ 428/36).

Недостатками известного устройства является повышенное гидравлическое сопротивление фильтра, обусловленное тем, что для поддержания самосвязанной структуры плотность внутреннего слоя необходимо поддерживать на уровне 50%, что снижает производительность фильтра и повышает его гидравлическое сопротивление.

Известен также фильтрующий элемент, содержащий перфорированный каркас с послойно намотанной нитью, которая выполнена гофрированной из полипропилена и уложена с переменной плотностью, уменьшающейся к периферии фильтрующего элемента (А.с. СССР 971434 по кл. B 01 D 39/16).

Недостатком известного технического решения является невысокая эффективность фильтрования, обусловленная тем, что нить в местах контакта не закреплена, вследствие чего при эксплуатации фильтрующего элемента при движении пульсирующего потока происходит сброс накопившегося осадка в фильтрат. Кроме того, слои не закреплены между собой, что также приводит к расслаиванию между витками и каналированию части фильтруемой жидкости без очистки от твердых частиц.

Известен также фильтровальный элемент, содержащий перфорированную трубу и размещенный на ней фильтрующий элемент с переменной пористостью в радиальном направлении, в котором фильтрующий элемент выполнен в виде ленты с радиально направленными волокнами, закрепленными на основе, которая размещена по спирали. (А.с. СССР N 1341802, кл. B 01 D 27/00, 1996).

Недостатками известного технического решения, принятого за прототип, является уменьшение эффективности при фильтровании пульсирующего потока жидкости, обусловленное тем, что вследствие радиального расположения волокон и их незакрепленности происходит расслаивание фильтровального материала и попадание твердых частиц в фильтрат. Кроме того, по мере попадания частиц между волокнами происходит увеличение пористости, что снижает тонкость фильтрования и надежность, а также уменьшает эффект глубинного фильтрования, при котором твердые частицы большого размера должны задерживаться верхними слоями элемента, а более мелкие по размеру - внутренними, т.е. глубинными слоями.

Цель изобретения - повышение эффективности фильтрования и повышение надежности.

Поставленная цель достигается тем, что в фильтровальном элементе согласно изобретению нетканая лента в каждом слое уложена по спирали с перекрытием смежных витков, а полимерные волокна в ленте расположены параллельно поверхности каркаса и скреплены между собой в точках контакта аутогезионной склейкой, причем перекрытие смежных витков составляет от 1 до 50% ширины ленты, а количество волокон, скрепленных аутогезионной склейкой, уменьшается от центра к периферии.

Применение в конструкции нового существенного признака, заключающегося в том, что нетканая лента в каждом слое уложена по спирали с перекрытием смежных витков, увеличивает фильтрующую поверхность, увеличивает захватывающую способность элемента, что обеспечивает повышение эффективности и надежности фильтрования. В отличие от прототипа укладка ленты с перекрытием смежных витков препятствует расслоению слоев в фильтровальном элементе, что также повышает надежность фильтрования.

Укладка фильтрующего материала в виде ленты по спирали с перекрытием смежных витков позволяет исключить образование ромбовидных ячеек при перекрестном расположении материала и повысить надежность фильтрования. При этом перекрытие смежных витков позволяет исключить случайное каналирование жидкостей в стыке между витками, что увеличивает надежность очистки жидкостей.

Второй существенный признак, заключающийся в расположении полимерных волокон параллельно поверхности каркаса, обеспечивает в предложенном техническом решении наименьшую парусность и гидравлическое сопротивление. Кроме того, способствует наибольшей укладке волокон в ленте, что повышает эффективность фильтрования за счет увеличения площади контакта.

Третий существенный признак, заключающийся в том, что полимерные волокна скреплены между собой в точках контакта аутогезионной склейкой, позволяет закрепить волокна в большом количестве как внутри ленты, так и при контакте соседних слоев. Большое количество волокон закрепляется подобным образом для предотвращения расслаивания, что создает самосвязанную цилиндрическую конструкцию и исключает каналирование жидкости при фильтровании.

Выполнение фильтровального элемента, в котором перекрытие смежных витков составляет менее 1% от ширины ленты фильтровального материала, увеличивает вероятность проскока в межвитковом пространстве, а осуществление перекрытия более 50% увеличивает плотность фильтровального элемента и снижает его производительность. Поэтому оптимальной является конструкция фильтроэлемента, в котором перекрытие смежных витков составляет от 1% до 50% ширины ленты фильтрующего материала.

Наличие признака, заключающегося в том, что количество волокон, скрепленных аутогезионной склейкой, уменьшается от центра к периферии, придает конструкции эффект глубинного фильтрования, при котором плотность элемента уменьшается от центра к периферии и при этом крупные частицы при фильтровании осаждаются в верхних слоях; а более мелкие частицы - во внутренних, глубинных слоях элемента, чем обеспечивается высокая эффективность фильтрования.

Таким образом, наличие новых существенных признаков в предложенном техническом решении, позволяющих решить проблему повышения эффективности и надежности, свидетельствует о соответствии критерию новизны.

Представленное техническое решение поясняется чертежами, где на фиг. 1, 2 представлен поперечный разрез и вид фильтрозлемента сверху.

Устройство содержит жесткий перфорированный каркас 1, на поверхности которого концентрично расположены слои фильтрующего материала 3, выполненного в виде нетканой ленты. Нетканый материал уложен в слои по спирали с перекрытием 4 смежных витков, причем перекрытие составляет от 1 до 50% от ширины ленты. Полимерные волокна как в самой ленте, так и между слоями 2 скреплены между собой в точках контакта аутогезионной склейкой. При этом количество волокон, скрепленных аутогезионной склейкой, уменьшается от центра к периферии фильтровального элемента.

Фильтровальный элемент работает следующим образом.

Загрязненная твердыми частицами жидкость подается к внешней поверхности фильтрующего элемента, далее через фильтрующие слои жидкость поступает к внутреннему перфорированному каркасу. Твердые частицы осаждаются в фильтрующих слоях, причем в верхних слоях осаждаются крупные твердые частицы, а во внутренних - более мелкие по размеру. В связи с тем, что фильтрующий материал выполнен в виде нетканой ленты и уложен в слои по спирали с перекрытием смежных витков, исключается возможность расслоения материала и каналирование жидкости в межвитковом пространстве, чем обеспечивается высокая эффективность фильтрования. Кроме того, фильтруемая жидкость, проходя через полимерные волокна, неспособна "раздвинуть" волокна, так как они закреплены в точках контакта аутогезионной склейкой.

Таким образом, выполнение устройства по вышеописанному образу доказывает очевидную работоспособность и соответствует критерию "промышленная применимость".

Изобретение относится к технике фильтрования жидкостей и газов и может быть использовано для тонкой механической очистки жидкостей или газов. Фильтрующий элемент содержит жесткий перфорированный каркас, на поверхности которого по спирали уложена нетканая лента из полимерных волокон с перекрытием смежных витков, составляющим 1-50% от ширины ленты. Волокна в ленте скреплены между собой в точках контакта аутогезионной склейкой, при этом количество скрепленных волокон выполнено уменьшающимся от центра к периферии. Такое выполнение фильтрующего элемента обеспечивает его надежность в работе. 2 ил.

Фильтровальный элемент, содержащий жесткий перфорированный каркас, на поверхности которого по спирали уложен фильтрующий материал в виде нетканой ленты, выполненной из полимерных волокон, отличающийся тем, что лента уложена по спирали с перекрытием смежных витков, составляющем 1 - 50% от ширины ленты, и волокна в ленте скреплены между собой в точках контакта аутогезионной склейкой, при этом количество скрепленных волокон выполнено уменьшающимся от центра к периферии.