ФИЛЬТРУЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ Российский патент 2012 года по МПК B01D27/04 

Изобретение предназначено для очистки углеводородных жидкостей от механических примесей и воды и может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей, автомобильной и других отраслях промышленности.

Известен фильтрующий элемент объемного типа, состоящий из перфорированного трубчатого каркаса, крышек и фильтрующей набивки, представляющей собой набор дисков из деформируемого пористого фильтроматериала и прокладок конической формы (а.с. №1153947). Прокладки располагаются попарно вершинами конусов по направлению друг к другу. Фильтрующие диски обжимаются прокладками, в результате происходит деформация дисков, обеспечивающая изменяющуюся в направлении потока фильтруемой жидкости пористость. Диски, обжатые прокладками со стороны оснований конусов, имеют на входе минимальную пористость, из-за чего создают на входе более высокое гидравлическое сопротивление, чем диски, обжатые со стороны вершин конусов. По этой причине основной поток жидкости проходит через диски, обжатые со стороны вершин конусов, причем пористость в этих дисках уменьшается в направлении потока фильтруемой жидкости, что обеспечивает селективную задержку загрязнений внутри объема этих дисков. Минимальная пористость на входе в диски, обжатые со стороны оснований конусов, также является причиной локализации загрязнений на их наружной поверхности, что дополнительно препятствует прохождению жидкости через эти диски. Таким образом, та часть объема фильтроматериала, которая приходится на диски, обжатые со стороны оснований конусов, не участвует в процессе задержки загрязнений, в результате снижаются грязеемкость и ресурс фильтроэлемента.

Известен также фильтроэлемент, предназначенный для очистки углеводородных жидкостей (а.с. №1804887, прототип), состоящий из перфорированного трубчатого каркаса, крышек и фильтрующей набивки из дисков большего и меньшего диаметра, выполненного из деформируемого пористого материала, набранных попеременно и обжатых в осевом (продольном) направлении до взаимного контакта больших дисков. Недостатком является то, что эта конструкция, по сути, представляет собой двухступенчатую, которая не обеспечивает постепенного закупоривания пор по сечению фильтроэлемента, т.е. не используется весь объем фильтроматериала, что приводит к снижению грязеемкости и ресурса фильтроэлемента. Перфорированный трубчатый каркас имеет повышенное гидравлическое сопротивление и повышает стоимость фильтроэлемента.

Задачей предлагаемого изобретения является увеличение грязеемкости фильтрующего элемента, повышение ресурса его работы и упрощение конструкции.

Технический результат, позволяющий решить задачу, заключается в постепенном закупоривании пор фильтрующих секций за счет равномерного их уменьшения, полученного в результате обжатия в поперечном направлении, и, как следствие, увеличении длительности процесса очистки углеводородных жидкостей.

Технический результат, направленный на решение поставленной задачи, достигается следующим образом.

Заявляемый в качестве изобретения фильтрующий элемент имеет общее с прототипом то, что он содержит жесткий проницаемый цилиндрический каркас, расположенный на каркасе пакет фильтрующих обжатых секций из эластичного пористого материала, степень обжатия которых увеличивается от наружного диаметра к внутреннему и выполнена в соответствии с требуемой тонкостью фильтрации, и торцевые крышки.

В отличие от прототипа пакет в заявляемом фильтрующем элементе собран из продольных фильтрующих секций, имеющих в поперечном сечении трапециевидную форму, обжатых в поперечном направлении и склеенных между собой боковыми гранями, при этом наружный и внутренний диаметры пакета из обжатых фильтрующих секций определены по формуле:

где d_н - наружный диаметр пакета из фильтрующих секций;

d_в - внутренний диаметр пакета из фильтрующих секций;

x_max - максимальный размер частиц загрязнений;

d_0,95 - требуемая номинальная тонкость фильтрации;

m - эмпирический показатель степени эластичного пористого материала для обеспечения требуемой степени его обжатия.

Проницаемый цилиндрический каркас может быть выполнен в виде цилиндрической витой пружины из упругого материала.

Выбор основных конструктивных параметров (d_н, d_в) предлагаемого фильтрующего элемента и степень обжатия фильтрующих секций зависят от требуемой номинальной тонкости фильтрации.

Для деформируемых пористых материалов требуемая степень обжатия эластичного пористого материала, обеспечивающая задержку частиц определенного размера, определяется по эмпирическим формулам вида:

где d_0,95 - требуемая номинальная тонкость фильтрации;

n - требуемая степень обжатия эластичного пористого материала;

k - эмпирический коэффициент эластичного пористого материала для обеспечения требуемой степени его обжатия;

m - эмпирический показатель степени эластичного пористого материала для обеспечения требуемой степени его обжатия.

Например, для деформируемого пористого пенополиуретана ППУ-ЭО-130k=79,43 и m=1,466 (а.с. №1804887).

Согласно формуле (1) требуемые степени обжатия материала снаружи (на входе) - n_н и внутри (на выходе) - n_в будут:

Чем больше степень обжатия, тем меньше диаметр фильтрующего элемента, следовательно, из этого вытекает следующее:

где d_н - наружный диаметр пакета из фильтрующих секций;

d_в - внутренний диаметр пакета из фильтрующих секций;

x_max - максимальный размер частиц загрязнений;

d_0,95 - требуемая номинальная тонкость фильтрации;

m - эмпирический показатель степени эластичного пористого материала для обеспечения требуемой степени его обжатия.

Таким образом, используя формулы (2) и (4) для определения конструктивных параметров предлагаемого фильтрующего элемента, можно обеспечить его работу с максимальным ресурсом.

Совокупность существенных признаков, которая характеризует заявляемое изобретение, в известных источниках информации не обнаружена. Это подтверждает новизну изобретения.

В уровне техники не выявлены фильтрующие элементы, выполненные из обжатых продольных трапециевидных секций, и конструктивные параметры фильтрующего элемента определялись бы из соотношения

Несмотря на простоту технического решения, изобретение явным образом не следует из уровня техники, а значит, соответствует критерию «изобретательский уровень».

Пружина в заявляемом фильтрующем элементе исполняет роль жесткого проницаемого цилиндрического каркаса, который в силу своей упругости препятствует смещению трапециевидных фильтрующих секций под напором жидкости.

Далее изобретение поясняется чертежами, на которых изображены заявляемый фильтрующий элемент и элементы его конструкции.

На фиг.1 показан общий вид фильтрующего элемента, на фиг.2 - поперечное сечение фильтрующего элемента.

Наборный фильтрующий элемент объемного типа содержит жесткий проницаемый цилиндрический каркас, вокруг которого набраны в пакет и склеены боковыми гранями трапециевидные фильтрующие секции 1, образуя цилиндрический полый пакет фильтрующих секций, внутри которого установлена цилиндрическая пружина 2. К торцевым поверхностям фильтрующих секций 1 приклеены крышки 3 и 4. На чертежах также отмечено: Н - высота фильтрующего элемента; d_н - наружный диаметр пакета из фильтрующих секций; d_в - внутренний диаметр пакета из фильтрующих секций.

Сначала определяются параметры фильтрующего элемента.

Пример расчета фильтрующего элемента

Требуется изготовить фильтрующий элемент, обеспечивающий номинальную тонкость фильтрации d_0,95=25 мкм и имеющий наружный диаметр d_н=100 мм. Фильтрующий элемент набирается из обжатых трапециевидных секций в количестве 12 шт., изготовленных из ППУ-ЭО-130. Для деформируемого пористого пенополиуретана ППУ-ЭО-130 эмпирические коэффициент k=79,43 и показатель степени m=1,466 (а.с. №1804887). На фильтрующий элемент поступает масло, загрязненное механическими примесями с максимальным размером частиц x_max=50 мкм.

По формуле (4) находим внутренний диаметр фильтрующего элемента d_в:

Внутренний диаметр фильтрующего элемента для обеспечения заданной номинальной тонкости фильтрации d_в=62,5 мм.

По формуле (2) находим степень обжатия наружной поверхности пористого материала для последующего обжатия секций:

Для иного пористого фильтрующего материала коэффициент k и показатель степени m определяют также эмпирически, например методом, изложенным в работе [Кадочникова М.В. Совершенствование масляных фильтроэлементов машин химической технологии и разработка методики их расчета: Дис. канд. тех. наук. - Томск, 1989. - 182 с.].

Фильтрующий элемент изготавливается следующим образом.

1. Из деформируемого пористого материала (пенополиуретана) изготавливаются обжатые трапециевидные секции, длина которых соответствует высоте фильтрующего элемента, в количестве, соответствующем принятому количеству трапециевидных секций 1 (фиг.1, 2). Обжатая секция должна иметь снаружи поры, соответствующие размеру частиц примеси x_max=50 мкм. Изнутри секция обжата в 1,371 раза больше. Это может быть обеспечено в процессе сборки до d_в=62,5 мм.

2. На боковые грани трапециевидных секций наносят клей и собирают на цилиндрической оправке, диаметр которой равен внутреннему диаметру фильтрующего элемента.

3. После склеивания секций по боковым граням вынимают цилиндрическую оправку и в полученный полый пористый цилиндр вставляют цилиндрическую пружину.

4. К торцевым поверхностям фильтрующих секций 1 приклеивают крышки 3 и 4.

Изобретение предназначено для очистки углеводородных жидкостей от механических примесей и воды. Фильтрующий элемент содержит жесткий проницаемый цилиндрический каркас, например, в виде цилиндрической витой пружины из упругого материала. На каркасе размещен пакет фильтрующих секций из эластичного пористого материала. Пакет собран из продольных фильтрующих секций, имеющих в поперечном сечении трапециевидную форму, обжатых в поперечном направлении и склеенных между собой боковыми гранями. Степень обжатия секций увеличивается от наружного диаметра к внутреннему и соответствует требуемой номинальной тонкости фильтрации. К торцевым поверхностям фильтрующих секций приклеены крышки. Наружный и внутренний диаметры пакета из обжатых фильтрующих элементов выбраны исходя из требуемой номинальной тонкости фильтрации. Технический результат: увеличение грязеемкости фильтрующего элемента, повышение ресурса его работы, упрощение конструкции. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 пр.

1. Фильтрующий элемент, содержащий жесткий проницаемый цилиндрический каркас, расположенный на каркасе пакет фильтрующих обжатых секций из эластичного пористого материала, степень обжатия которых увеличивается от наружного диаметра к внутреннему и выполнена в соответствии с требуемой тонкостью фильтрации, и торцевые крышки, отличающийся тем, что пакет собран из продольных фильтрующих секций, имеющих в поперечном сечении трапециевидную форму, обжатых в поперечном направлении и склеенных между собой боковыми гранями, при этом наружный и внутренний диаметры пакета из обжатых фильтрующих секций определены по формуле:

где d_н - наружный диаметр пакета из фильтрующих секций;
d_в - внутренний диаметр пакета из фильтрующих секций;
x_max - максимальный размер частиц загрязнений;
d_0,95 - требуемая номинальная тонкость фильтрации;
m - эмпирический показатель степени эластичного пористого материала для обеспечения требуемой степени его обжатия.

2. Фильтрующий элемент по п.1, отличающийся тем, что проницаемый цилиндрический каркас выполнен в виде цилиндрической витой пружины из упругого материала.