Изобретение относится к устройствам для фильтрации жидких сред, содержащих твердую дисперсную фазу, газовую и/или парогазовую фазу, а также посторонние жидкие примеси. Частный случай - устройства для фильтрации, сопровождаемой деаэрацией очищаемой среды и десорбцией из нее газовых и жидких компонентов загрязнений. Преимущественная область применения - фильтрация масла в системах смазки двигателей внутреннего сгорания (ДВС).
Деаэрация масла и десорбция из него посторонних примесей (растворенных газов, топлива и воды) в системах смазки ДВС является актуальной задачей. Такая обработка смазочной жидкости замедляет образование в масле кислот и уменьшает коррозионный износ пар трения. Это увеличивает ресурс работы двигателя и смазки, а также уменьшает вредное воздействие на человека масла как канцерогенной среды при регламентном обслуживании двигателя.
Вода в масле находится в растворенном виде и в виде дисперсной парогазовой фазы. Взаимодействуя с газами типа СО, СO2, NO, NO2, SO, SO2, присутствующими в смазочной жидкости, вода образует различные кислоты, которые при последующем растворении становятся сильными электролитами с высокой степенью диссоциации ионов. Это делает масло коррозионно-активной средой. Особенно высокий коррозионный износ наблюдается при работе непрогретого двигателя, когда создаются благоприятные условия для конденсации электролитов на деталях. В то же время известно, что благодаря высокой дисперсности парогазовой фазы площадь ее поверхности весьма велика. Она во много раз превосходит площадь свободной поверхности масла в картере ДВС, с которой происходит удаление системой вентиляции испаряющихся летучих компонентов. Представляет интерес воздействие на межфазовую границу дисперсной фазы с целью интенсифицировать десорбцию растворенных в масле компонентов внутрь парогазовых пузырьков с последующим отводом этих примесей из напорного потока системы смазки ДВС.
В жидкой среде, содержащей твердую дисперсную фазу, газ может существовать в виде мельчайших, порядка долей микрона, газовых зародышей, адсорбированных на поверхности микропримесей. Поскольку эти твердые частицы, прежде чем попасть в жидкость, контактируют с газовой средой, то подавляющая часть твердой фазы содержит газовые и/или парогазовые зародыши. Они становятся центрами десорбции газов и растворенных жидких примесей при различных возмущениях в жидкости, когда резкое увеличение скорости ее движения относительно твердых частиц вызывает активное газовыделение на имеющейся межфазной границе. Это есть явление фильтрационного эффекта. На его использовании основано известное применение самоочищающегося фильтра в качестве средства дегазации дисперсной системы с жидкой дисперсионной средой (RU 2141864 C1, B 01 D 19/00, 1996). "Движущей силой" указанного процесса является скорость фильтрации, определяемая отношением расхода очищаемой жидкости к площади фильтрующей поверхности. Увеличение этой скорости с целью интенсифицировать фильтрационный эффект сопровождается ростом энергозатрат на очистку жидкости и в этом состоит недостаток указанного применения.
Представляет интерес ускорение рассматриваемых процессов массообмена в самоочищающемся фильтре, но без увеличения скорости фильтрации. Такая возможность имеется благодаря тому, что самоочищающийся фильтр содержит механизм самоочистки фильтрующей поверхности, потенциальные возможности которого по его использованию для дегазации фильтруемой жидкой среды в существующих конструкциях фильтров еще не использованы.
Известно (ЕР 0460842 А1, B 01 D 29/11, 1990) средство очистки фильтрующей поверхности самоочищающегося фильтра для жидкости, содержащее два сопла, установленных вблизи фильтрующей поверхности со стороны очищаемой среды. Одно из сопел используется для периодического смывания задержанных загрязнений тангенциальным потоком всей фильтруемой жидкости, а другое используется в качестве входного отверстия грязеотводящего канала, сообщенного с источником давления, меньшего чем давление в фильтре. Фильтр выполнен с возможностью относительного перемещения фильтрующей поверхности и указанных сопел. Канализация из фильтра загрязнений осуществляется путем воздействия на них обратным током части фильтрата. Тангенциальный поток, создаваемый этим средством, может также интенсифицировать образование на фильтрующей поверхности газовых и/или парогазовых пузырьков.
Недостаток указанного средства заключается в затратах большого количества энергии на фильтрацию из-за дросселирования всей очищаемой жидкости через сопло тангенциального потока. Второй недостаток состоит в невозможности локализовать вблизи отверстия грязеотводящего канала загрязнения, смываемые тангенциальным потоком. В результате компоненты задержанной дисперсной фазы лишь перемещаются из одной зоны фильтрующей поверхности в другую. Твердые частицы под действием перепада давления на фильтровальной перегородке вновь уплотняются, что затрудняет их удаление обратным током фильтрата, а газовые и/или парогазовые пузырьки разрушаются и выносятся в фильтрат. Третий недостаток состоит в зависимости эффективности регенерации фильтрующей поверхности от давления в фильтре на стороне очищенной жидкости, поскольку оно определяет энергию обратного тока той части фильтрата, которая используется для преодоления сил адгезии между загрязнениями и фильтрующей шторой. Работа самоочищающегося фильтра при малых давлениях фильтрата характерна, например, для транспортного дизеля с приводимым от этого двигателя масляным насосом. В этом случае с уменьшением частоты вращения коленчатого вала до минимального значения давление масла в полости фильтрата снижается до 0,10-0,15 МПа. При таком давлении энергии обратного тока фильтрата недостаточно для преодоления указанных сил адгезии.
Известно (RU 2114679 C1, B 01 D 35/12, 1995) также средство очистки фильтрующей поверхности самоочищающегося фильтра для жидкости, содержащее опорный каркас на стороне фильтрата для этой поверхности, сопло постоянного тангенциального подвода всей фильтруемой среды к фильтрующей поверхности, канал концентрата для удаления смытых этим соплом загрязнений, а также грязеотводящий канал с входным отверстием, через которое осуществляется удаление с фильтрующей поверхности более мелких загрязнений обратным током части фильтрата. Фильтр выполнен с возможностью перемещения фильтрующей поверхности относительно сопла тангенциального потока и грязеотводящего канала. Особенностью средства является локализация смываемых тангенциальным потоком загрязнений внутри канала концентрата. Тангенциальный поток, создаваемый этим средством, может также интенсифицировать образование на фильтрующей поверхности газовых и/или парогазовых пузырьков, удаление которых осуществляется через канал концентрата.
Недостаток указанного средства, как и в случае предыдущего аналога, заключается в затратах большого количества энергии на фильтрацию из-за дросселирования всей очищаемой жидкости через сопло тангенциального потока. Второй недостаток состоит в том, что из-за неустранимой негерметичности канала концентрата относительно полости загрязненной жидкости не удается полностью локализовать внутри этого канала смываемые тангенциальным потоком загрязнения, часть которых повторно возвращается на фильтровальную перегородку. Этим снижается эффективность процесса дегазации очищаемой среды и удаления из нее посторонних жидких примесей. Третий недостаток повторяет таковой для предыдущего аналога. Четвертый недостаток заключается в том, что указанный выше каркас используется только для закрепления на нем фильтрующей поверхности. Влияние этого каркаса на гидродинамику обратного тока фильтрата через очищаемый участок фильтрующей поверхности, расположенный против отверстия грязеотводящего канала, сводится к созданию дополнительного сопротивления обратному току фильтрата и ухудшению промывки фильтрующей поверхности. В то же время имеется возможность превращения этого “минуса” в “плюс” путем позитивного использования указанного недостатка.
Согласно ЕР 0164932 B1 (B 01 D 29/38, 1984) известно средство очистки фильтрующей поверхности (прототип) самоочищающегося фильтра для жидкости, содержащее опорный каркас на стороне фильтрата для этой поверхности и, по меньшей мере, один грязеотводящий канал с входным отверстием, расположенным вблизи очищаемого участка фильтровальной перегородки. Фильтр выполнен с возможностью перемещения отверстия канала относительно фильтрующей поверхности и промывки указанного участка обратным током фильтрата.
Особенность этого средства - наличие зазора между краями отверстия канала и очищаемым участком для предотвращения износа фильтрующей шторы. Использование зазора только для этой цели является недостатком указанного средства, поскольку не учитывается возможность образования в зазоре тангенциально ориентированного к промываемому участку потока фильтруемой жидкости. Последний может суммироваться на входе в отверстие грязеотводящего канала с промывным потоком части фильтрата, образуя результирующий поток самоочистки. Вторым недостатком является то, что не используется возможность изменять с помощью опорного каркаса соотношение между указанными составляющими потока самоочистки. Третий недостаток заключается в неиспользовании возможностей по интенсификации массообмена в потоке самоочистки за счет характеристик тангенциального потока в зазоре.
Целью изобретения является обеспечение регенерации фильтрующей поверхности потоком самоочистки, меньшим чем поток фильтруемой жидкости, улучшение деаэрации этой жидкости и десорбции газов и/или посторонних жидких примесей из ее дисперсионной среды.
Указанная цель достигается тем, что в известном средстве очистки фильтрующей поверхности самоочищающегося фильтра для дисперсной системы с жидкой дисперсионной средой и, по меньшей мере, твердой дисперсной фазой, содержащем опорный каркас на стороне фильтрата для этой поверхности и, по меньшей мере, один грязеотводящий канал с входным отверстием, расположенным вблизи ее очищаемого участка, причем фильтр выполнен с возможностью перемещения указанного отверстия и фильтрующей поверхности относительно друг друга, согласно изобретению входное отверстие расположено с образованием зазора между очищаемым участком и краями этого отверстия, а опорный каркас выполнен с возможностью обеспечения меньшей средней скорости обратного тока фильтрата по сравнению со средней скоростью тангенциально ориентированного к очищаемому участку потока дисперсной системы в зазоре в сторону входного отверстия.
Решение поставленной задачи облегчается, если входное отверстие выполнено в виде щели с длиной вдоль протяженности фильтрующей поверхности, перпендикулярной направлению перемещения отверстия и фильтрующей поверхности относительно друг друга, причем длина щели не меньше, чем указанная протяженность, а боковые стенки щели выполнены с возможностью образования каверн внутри грязеотводящего канала.
Наилучший результат обеспечивает выполнение фильтрующей поверхности щелевой с длиной фильтрующих щелей, направленной непараллельно длине щели входного отверстия грязеотводящего канала. Примером такого технического решения является поверхность, выполненная в виде проволоки с возможностью ее закрепления на опорном каркасе с ребрами. При этом щель целесообразно выполнять с длиной вдоль протяженности ребер. Подобная конструкция фильтрующей перегородки создает также возможность изменения зазора между краями входного отверстия канала и очищаемым участком фильтрующей поверхности при перемещении этой поверхности и указанного отверстия относительно друг друга.
Отделение таких примесей, как вода или кислоты, облегчается, если фильтрующая поверхность выполнена гидрофобной.
Дополнительным сопутствующим эффектом является возможность очистки фильтрующей поверхности при давлении фильтрата, меньшем чем давление в грязеотводящем канале.
Изобретение иллюстрируется чертежами. На них изображено следующее.
На фиг.1 - продольный разрез самоочищающегося фильтра, являющегося примером конструкции, в которой использовано заявляемое средство.
На фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1.
На фиг.3 - разрез по Б-Б на фиг.2.
На фиг.4 - фрагмент I на фиг.2.
На фиг.5 - зависимость скорости тангенциального потока самоочистки от величины зазора между краями отверстия грязеотводящего канала и очищаемым участком фильтрующей поверхности.
На фиг.6 - зависимость скорости нормального потока самоочистки от величины зазора между краями отверстия грязеотводящего канала и очищаемым участком фильтрующей поверхности.
На фиг.7 - упрощенное изображение фрагмента I на фиг.2 для случая, когда давление фильтрата меньше давления в грязеотводящем канале.
На фиг.8 - зависимость скорости тангенциального потока самоочистки от величины зазора между краями отверстия грязеотводящего канала и очищаемым участком фильтрующей поверхности для случая, когда давление фильтрата меньше давления в грязеотводящем канале.
Самоочищающийся фильтр (фиг.1-фиг.3), в котором использовано заявляемое средство, содержит корпус 1, патрубок 2 для подачи дисперсной системы 3 с жидкой дисперсионной средой и, по меньшей мере, твердой дисперсной фазой, патрубок 4 для отвода фильтрата 5, патрубок 6 для отвода смываемых загрязнений, полость 7 дисперсной системы, полость 8 фильтрата. Эти полости разделены цилиндрической фильтрующей поверхностью 9.
Средство очистки фильтрующей поверхности 9 содержит опорный для этой поверхности каркас 10 со стороны полости 8 фильтрата, неподвижно прикрепленный к корпусу 11 гидропривода 12, и грязеотводящий канал 13, который сообщен с патрубком 6. В данном случае таких каналов два, поскольку самоочищающийся фильтр имеет два параллельно работающих фильтроэлемента с фильтрующими поверхностями 9. Канал 13 выполнен с входным отверстием 14 (фиг.4), расположенным вблизи очищаемого участка 15 фильтрующей поверхности 9 с зазором ″а″ между очищаемым участком 15 и краями 16 отверстия 14. Очищаемый участок 15 представлен той частью фильтрующей поверхности 9, которая расположена против отверстия 14 канала 13. Указанный зазор ″а″ может быть как переменным по периметру отверстия 14, так и постоянным (в случае эквидистантного расположения отверстия 14 относительно очищаемого участка 15). Наличие зазора ″а″ обусловлено необходимостью исключить быстрый износ поверхности 9 при ее перемещении относительно отверстия 14.
Фильтр выполнен с возможностью перемещения фильтрующей поверхности 9 относительно отверстия 14 с помощью гидропривода 12, вал которого 17 неподвижно закреплен в корпусе 1, а корпус 11 жестко связан с каркасом 10. Питание гидропривода осуществляется фильтратом через отверстия 18 в корпусе 11. Выход фильтрата из гидропривода 12 осуществляется по каналу 19, выполненному внутри вала 17.
Промывка очищаемого участка 15 фильтрующей поверхности 9 осуществляется обратным током 20 фильтрата через грязеотводящий канал 13 (назовем этот поток нормальным потоком самоочистки, поскольку он направлен к очищаемому участку 15 по нормали, то есть перпендикулярно) и тангенциально ориентированным в зазоре “а” к очищаемому участку 15 потоком 21 (назовем этот поток тангенциальным потоком самоочистки, то есть потоком, направленным по касательной к указанному участку в зоне зазора “a”).
Средство очистки фильтрующей поверхности работает следующим образом.
Фильтруемая дисперсная система 3 поступает в полость 7 самоочищающегося фильтра с давлением p1. Затем она проходит через фильтрующую поверхность 9 и образует фильтрат 5 с давлением р2, который через канал 22 в крышке 23 каркаса 10 поступает к патрубку 4 отвода фильтрата. Некоторая часть 20 фильтрата отводится в канал 13, смывая загрязнения на участке 15, которые были задержаны поверхностью 9 со стороны полости 7. Эти загрязнения выводятся потоком самоочистки 24 из фильтра на их утилизацию по грязеотводящему каналу 13 под давлением p3. Между указанными тремя давлениями выполняется соотношение:p1>р2>р3.
Поток самоочистки 24 складывается из двух потоков: нормального потока самоочистки 20 и тангенциального 21. Поскольку: (p1-р3)>(р2>р3), выгоднее увеличивать тангенциальный поток за счет уменьшения нормального потока, чтобы интенсифицировать регенерацию фильтрующей поверхности. Требуемое доминирование тангенциального потока самоочистки обеспечивается выполнением опорного каркаса 10 с продольными ребрами 25, имеющими, например, поперечное сечение в виде треугольника с основанием 26 на стороне фильтрата 8. Такая форма ребер придает опорному каркасу гидравлическое сопротивление при обратном токе фильтрата, большее чем при движении дисперсионной среды в противоположном направлении, то есть в сторону фильтрата (Девнин С.И. Аэрогидромеханика плохообтекаемых конструкций: Справочник. - Л.: Судостроение, 1983, с.79-83). В результате каркас, не влияя на гидравлическое сопротивление фильтра в режиме фильтрации, создает определенное загромождение проходного сечения для обратного тока фильтрата.
Для силового воздействия на загрязнения при промывке участка 15 значение имеют скорости обоих составляющих суммарного потока самоочистки 24, которые в зависимости от величины зазора “а” показаны на фигурах 5 и 6. Как следует из этих графиков, средняя скорость тангенциального потока 21 значительно превышает таковую для нормального потока 20 и находится в области значений, рекомендуемых при промывке гидросистем от загрязнений (Белянин П.Н., Данилов В.М. Промышленная чистота машин. - М.: Машиностроение, 1992, - 224 с.).
В целях ускорения самоочистки фильтрующей поверхности входное отверстие 14 грязеотводящего канала 13 целесообразно выполнять в виде щели 27 (фиг.3) с длиной вдоль и не меньше той протяженности этой поверхности, которая перпендикулярна направлению перемещения щели и фильтрующей среды. Применительно к конструкции самоочищающегося фильтра согласно фигурам 1-3 это соответствует исполнению начального участка грязеотводящего канала в виде щелевого сопла 28 (фиг.1) со стенками 29 и 30 (фиг.4), сокращающего время "опроса" всей фильтрующей поверхности 9 за один ее проход указанной щелью.
Указанное на фиг.4 исполнение стенок 29 и 30 обеспечивает их плохую обтекаемость тангенциальным потоком 21. В результате в зоне входного участка грязеотводящего канала 13 в области отрыва потока от внутренних поверхностей этих стенок образуются каверны 31 и 32, имеющие протяженность вдоль всей щели 27. Через поверхность раздела фаз внутрь каверн происходит десорбция растворенных в дисперсионной среде примесей. Концентрация растворенного газа пропорциональна давлению в жидкости. Поскольку на фазовых поверхностях кавитационных зон 31 и 32 со стороны жидкости давление меньше, чем в ядре потока 21 при внезапном расширении последнего, то образуется локальная разность концентраций растворенного газа. Это вызывает конвективный массообмен между дисперсионной средой и внутренней поверхностью каверн. Десорбция газов и/или выделение паров посторонних жидких примесей внутрь кавитационной зоны постепенно увеличивает размеры области отрыва потока 21. Газовая и/или парогазовая среда по мере ее накопления в каверне частично сносится потоком 24 в канал 13 в виде дополнительных пузырьков, увеличивающих в потоке 13 количество дисперсной газовой и/или парогазовой фазы.
Дополнительной особенностью средства самоочистки является динамическое воздействие потока 21 в зазоре “а” на те газовые и/или парогазовые пузырьки, которые ранее были задержаны фильтровальной перегородкой 9. Эти пузырьки деформируются и дробятся под воздействием сил, обусловленных ускорением потока 21 при изменении на 90° направления его вектора скорости при входе в канал 13. В зазоре “а” происходит наибольшая трансформация кинетической энергии тангенциального потока 21 в энергию разрушения дисперсных включений - пузырьков на поверхности 9. Дробление этих включений также увеличивает межфазовую поверхность в потоке 24.
Обе особенности, присущие средству самоочистки, приводят в итоге к увеличению общей поверхности дисперсной газовой и/или парогазовой фазы в грязеотводящем канале 13. Это дополнительно активизирует десорбцию уже в потоке 24, поскольку скорость десорбции пропорциональна указанной поверхности.
Способность средства самоочистки формировать внутри канала 13 две постоянно существующие кавитационные зоны большой протяженности (вдоль всей фильтрующей поверхности), а также способность дробить задержанные этой поверхностью пузырьки, качественно отличается от фильтрационного эффекта, на использовании которого основано известное применение согласно патенту RU 2141864 C1 (B 01 D 19/00) устройства в виде центробежного очистителя и самоочищающегося фильтра. Отличие заключается в том, что заявляемое средство самоочистки обеспечивает дегазацию очищаемой среды не только при отсутствии центробежного очистителя, но и при отсутствии фильтрационного эффекта. Последнее имеет место, если фильтрации подвергается жидкость с твердой дисперсной фазой, размеры частиц которой меньше тонкости отсева фильтровальной перегородки 9 в самоочищающемся фильтре. В этом случае дегазация очищаемой среды осуществляется только благодаря “работе” кавитационных зон 31 и 32 внутри грязеотводящего канала 13.
Если фильтрующая поверхность 9 выполнена щелевой с длиной щелей, направленной непараллельно (например, перпендикулярно) длине щели 27 входного отверстия 14 грязеотводящего канала 13, то улучшение самоочистки и ускорение массообмена будет происходить за счет более легкого удаления с такой поверхности потоком 21 загрязнений и пузырьков. Еще одним преимуществом подобной поверхности является простота ее изготовления.
Наличие ребер 25 на опорном каркасе 10 превращает фильтрующую поверхность 9 после намотки проволоки в поверхность, периметр поперечного сечения которой выполнен в виде многогранника (не показано). Перемещение фильтрующей шторы в направлении, перпендикулярном щели 27 с длиной, параллельной ребрам каркаса, сопровождается периодическим изменением зазора "а" между стенками 29 и 30 щели и очищаемым участком 15 фильтрующей поверхности 9. Такое изменение зазора обусловлено тем, что края щели перемещаются по описанной вокруг указанного многогранника окружности. Результатом этого является изменение давления р3 внутри грязеотводящего канала 3, что делает тангенциальный поток самоочистки 21 пульсирующим. Наложение пульсаций скорости потока 21 на ее среднюю стационарную составляющую способствует ускорению самоочистки и массообмена в этом потоке за счет разрушения плотных структур твердой дисперсной фазы и соответственно увеличения поверхности твердых частиц, взаимодействующих с этим потоком.
Если фильтрующая поверхность выполнена гидрофобной, то относительно малая скорость фильтрации основного потока 3 будет способствовать задержке фильтрующей поверхностью 9 капель воды и/или кислот, а значительно более высокая скорость тангенциального потока самоочистки 21 будет обеспечивать не только быстрый вынос этих капель в канал 13, но и дальнейшую десорбцию в этом канале через их межфазовую поверхность растворенных в масле жидких примесей.
Многочисленными исследованиями установлено, что деаэрация масла и десорбция из него газов и/или посторонних жидких примесей улучшает эксплуатационные свойства масла и снижает износ деталей ДВС (см., например, Дуркин В.А. и Данилова Е.В. Браковочные параметры работавших масел в дизелях типа Ч и ЧН15/18. - Двигатели внутреннего сгорания. - М.: ЦНИИТЭИтяжмаш, 1979, № 18, стр. 12-15; Дьяков Р.А. и др. "Совершенствование систем очистки воздуха, масла и топлива в дизелях." - Двигатели внутреннего сгорания. - М.: ЦНИИТЭИтяжмаш, 1982, № 32, стр. 13-21; Григорьев М.А. и Зайчик Л.А. Аэрация масла и способы ее предотвращения. - Автомобильная промышленность, 1996, № 3, с.22-24; G. Richard. The effect of water in lubricating oil on bearing fatugue life. - ASLE TRANS, 1977, 20, № 3, р.244-248; R. Johnnes, M. Manfred. Entwicklung eines Fassenstoessels mit hydraulischem Ventilspielausgleich. - MTZ, 1983, 44, № 7-8. S.293-297; P. Mulins. Purifiner designed to eliminate lube oil changes. - DIESEL PROGRESS, September-October, 1997, p.78-79). Поэтому применение указанного средства самоочистки фильтрующей поверхности самоочищающегося фильтра будет способствовать увеличению ресурса работы масла до замены за счет повышения стойкости масла к окислению и/или замедления срабатывания присадок и способствовать тем самым увеличению эксплуатационного ресурса двигателя за счет улучшения эксплуатационных свойств масла.
При использовании самоочищающихся фильтров с очисткой фильтрующей поверхности обратным током фильтрата проблему создает случай, когда давление фильтрата р2 слишком мало (менее 0,2 МПа), чтобы получить скорость обратного тока, достаточную для смывания загрязнений. Регенерация этой поверхности полностью прекращается, если давление очищенной жидкости р2 становится меньше давления р3 на входе в грязеотводящий канал. Такие режимы характерны для питания фильтратом потребителя с малым гидравлическим сопротивлением. Примером является использование самоочищающегося фильтра при заправке емкостей для хранения горючесмазочных материалов или при подаче масла в системе смазки ДВС, имеющего увеличенные в результате износа зазоры в парах трения.
Для возможности промывки фильтрующей поверхности обратным током фильтрата в таких случаях иногда повышают давление последнего специальным подпорным клапаном, устанавливаемым на выходе самоочищающегося фильтра (DE 3431396 С2, B 01 D 35/22), что нельзя признать энергетически выгодным. Другой подход связан с ликвидацией зазора “а” с помощью уплотнения между краями 16 входного отверстия 14 грязеотводящего канала 13 и промываемым участком 15 фильтрующей поверхности 9, например, согласно SU 1831794 A3 (B 01 D 29/66) или DE 4031627 A1 (B 01 D 29/68). Недостаток этого решения очевиден: увеличиваются затраты энергии на перемещение грязеотводящего канала 13, быстро изнашивается фильтрующая поверхность 9 в процессе эксплуатации, возможно ее повреждение.
Более эффективным является использование принципа тангенциальной фильтрации, когда весь поток очищаемой дисперсной системы дросселируется через отдельное щелевое сопло, направляющее вектор скорости жидкости вдоль фильтрующей поверхности. Описание подобного средства самоочистки содержится в SU 1813504 A1 (B 01 D 35/02), SU 1829949 A3 (B 01 D 29/90), SU 1813008 A3 (B 01 D 29/62), RU 2114679 C1 (B 01 D 35/12). Однако практическая реализация такого подхода требует значительных затрат энергии на дросселирование всей фильтруемой жидкости, особенно при больших расходах очищаемой среды.
Интерес представляет использование того же принципа тангенциальной фильтрации с помощью заявляемого средства, обеспечивающего доминирующий по энергии тангенциальный поток самоочистки 21 лишь в локальной зоне фильтрующей поверхности, определяемой положением входного отверстия 14 грязеотводящего канала 13. При этом регенерация фильтровальной перегородки осуществляется последовательно отдельными участками не всем фильтруемым потоком дисперсной системы, а только ее относительно малой частью.
На фиг.7 показано упрощенное изображение грязеотводящего канала 13 с фильтрующей поверхностью 9, поясняющее работу средства самоочистки при малых давлениях фильтрата. Фильтруемая дисперсная система 3 поступает в полость 7 самоочищающегося фильтра с давлением p1. Затем она проходит через фильтрующую поверхность 9 и образует в полости 8 фильтрат 5 с давлением р2, поступающий к потребителю этого фильтрата.
Часть дисперсной системы 3 в виде тангенциально направленного к очищаемому участку 15 потока 21 проходит через зазор "а" в пространство, расположенное между входным отверстием 14 и очищаемым участком 15 поверхности 9. Между указанными давлениями выполняется соотношение: p1>р3>р2. Поскольку давление фильтрата р2 меньше давления р3, поток самоочистки 21 разделяется на поток 33, поступающий в полость фильтрата через участок 15 и увеличивающий общее количество профильтрованной жидкости, и поток 24, поступающий внутрь грязеотводящего канала 13. Часть загрязнений, смытых потоком 21, выводится потоком 24 под давлением р3 на их утилизацию, а другая часть вновь задерживается участком 15 при фильтрации этим участком потока 33. При относительном перемещении грязеотводящего канала 13 и фильтрующей поверхности 9 в направлении по стрелке "X" загрязнения, бывшие до этого на участке 15 и вновь поступившие на участок 15 с потоком 33, подвергаются воздействию потока самоочистки 21 и частично удаляются с потоком 24 и т.д. Такое "перекладывание" задержанных загрязнений с частичным их отводом на утилизацию по грязеотводящему каналу обеспечивает очистку фильтрующей поверхности в случае, когда промывка ее обратным током фильтрата невозможна.
Для рассматриваемого случая на фиг.8 показаны значения средней скорости тангенциального потока 21 в зазоре "а" в зависимости от величины этого зазора. Как следует из этого чертежа, скорость динамического воздействия на загрязнения со стороны потока 21 весьма высока и превышает 4 м/с. Согласно указанной выше работе Белянина П.Н. и Данилова В.М. это значение скорости жидкости является минимальным для удаления загрязнений с поверхности 9 при тангенциальном направлении моющей жидкости.
Выбором величины зазора “а” можно осуществлять "настройку" предлагаемого механизма самоочистки путем задания скорости тангенциального потока, необходимой и достаточной как для обеспечения регенерации фильтрующей поверхности, так и для дегазации фильтруемой жидкости за счет десорбции газов в суммарном потоке самоочистки. Сказанное выше относительно механизма десорбции с помощью предлагаемого средства растворенных в дисперсионной среде газов и/или посторонних жидких примесей в данном случае остается справедливым и не требует пояснений.
Таким образом, концентрация в зазоре "а" высокой энергии тангенциального потока самоочистки, достаточной для удаления загрязнений с фильтрующей поверхности при давлениях фильтрата, меньших чем давление на входе в грязеотводящий канал, а также использование части этого потока для увеличения общего количества фильтрата являются сопутствующим результатом, дополняющим поставленную цель изобретения.
Предлагаемое средство придает способу очистки фильтрующей поверхности с помощью обратного тока фильтрата вспомогательную функцию. Основная роль по регенерации возлагается на тангенциальный поток в зазоре “а”, который локализует все смываемые загрязнения внутри входного отверстия грязеотводящего канала и не требует дополнительных энергозатрат. Эффект, который при этом реализуется, можно было бы условно определить как “эффект пылесоса”. Однако полная аналогия отсутствует, так как заявляемое средство (в отличие от пылесоса) обладает свойством регулятора самоочистки с отрицательной обратной связью: при внезапном увеличении количества загрязнений в фильтруемой жидкости увеличивается перепад давления на фильтрующей поверхности за счет увеличения давления p1 дисперсной системы, что вызывает увеличение средней скорости тангенциального потока самоочистки. Средство, основанное на промывке фильтрующей поверхности обратным током фильтрата, подобным свойством не обладает.
Использование “эффекта пылесоса” в самоочищающихся фильтрах для жидкостей является новым техническим решением, поскольку предлагаемое средство в ходе патентных исследований не было обнаружено.
Изобретение предназначено для самоочистки фильтрующей поверхности в самоочищающемся фильтре для жидкостей, которая регенерируется обратным током фильтрата и тангенциальным потоком части фильтруемой среды. Средство выполнено в виде опорного каркаса для фильтрующей поверхности и грязеотводящего канала с входным сопловым отверстием, расположенным относительно очищаемого участка фильтрующей поверхности на расстоянии некоторого зазора. Каркас выполнен с возможностью обеспечения скорости тангенциального потока в указанном зазоре, большей чем скорость обратного тока фильтрата. Предусмотрена возможность перемещения канала и фильтрующей поверхности относительно друг друга. Положительный эффект достигается за счет использования тангенциального потока самоочистки с высокой скоростью движения жидкости в зазоре между указанным отверстием и очищаемым участком поверхности. Средство также может быть использовано для регенерации фильтрующей поверхности при таких давлениях фильтрата, при которых промывка этой поверхности обратным током фильтрата неэффективна. Технический результат: повышение эффективности самоочистки, улучшение деаэрации и десорбции. 6 з.п. ф-лы, 8 ил.
| САМООЧИЩАЮЩИЙСЯ ФИЛЬТР ШУТКОВА | 1995 |
|
RU2114679C1 |
| EP 0460842 В1, 11.12.1991 | |||
| ПРИМЕНЕНИЕ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ОЧИСТИТЕЛЯ И САМООЧИЩАЮЩЕГОСЯ ФИЛЬТРА В КАЧЕСТВЕ СРЕДСТВА УЛУЧШЕНИЯ ДЕГАЗАЦИИ ДИСПЕРСНОЙ СИСТЕМЫ С ЖИДКОЙ ДИСПЕРСИОННОЙ СРЕДОЙ | 1996 |
|
RU2141864C1 |
