МОДУЛЬ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОЧИСТКИ ЖИДКОСТИ Российский патент 2015 года по МПК B01D29/00 

Изобретение относится к фильтровальной технике и может быть использовано для предварительной очистки жидкостей, в том числе природных вод, от взвесей.

Известен фильтр для очистки жидкостей от взвешенных примесей (а.с. СССР 552096, «Фильтр для очистки жидкости», МПК B01D 24/10, опубл. 30.09.1979). Фильтрационный аппарат представляет собой корпус в виде обратного конуса, который разделен по высоте горизонтально сетками со слоями фильтрующей загрузки. Размер гранул загрузки в каждом слое состоит из частиц одинаковой гидравлической крупности и убывает в каждом последующем по высоте корпуса слое по направлению движения жидкости.

Недостатками известного устройства являются в относительно низкой производительности и сложности регенерации фильтра.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство для фильтрации жидкости [Патент на изобретение РФ №2179473. Способ фильтрации жидкости, устройство для его осуществления и фильтрующий материал. Опубл. 20.02.2002]. Известное устройство содержит корпус с верхней и нижней крышками, патрубки для ввода и вывода. Внутри корпуса в верхней камере установлена сетка первичной очистки в форме усеченного конуса с дефлектором. Под секцией первичной очистки в корпусе расположена секция тонкой очистки, включающая опорную сетку с обратной конусностью, на которой размещен зернистый фильтрующий материал. Между сеткой первичной очистки и слоем засыпки имеется свободное пространство. Между опорной сеткой и нижней крышкой устройства расположена нижняя камера для сбора фильтрата. Фильтрующий гранулированный материал представляет собой пористое тело с размером зерен 0,1-2,0 мм.

Недостатками известного устройства являются наличие фильтрующего гранулированного материала и отсутствие внутренней рециркуляции потока очищаемой жидкости в проточной части устройства.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно создание модуля предварительной очистки жидкости без фильтрующего гранулированного материала и имеющего внутреннюю рециркуляцию потока очищаемой жидкости в проточной части устройства.

Для исключения указанных недостатков в модуле предварительной очистки жидкости (далее - модуле), включающем вертикальный корпус, образованный боковой стенкой с крышкой и днищем корпуса, входной и выходной патрубки, укрепленные соответственно на крышке и днище корпуса, фильтроэлемент и дефлектор, установленный на продольной оси модуля и контактирующий с фильтроэлементом, предлагается:

- модуль дополнительно снабдить разделительной вставкой, сборной камерой с центральной трубой;

- торцевую часть входного патрубка вывести в верхнюю часть полости корпуса без касания с фильтоэлементом;

- разделительную вставку установить с зазором в канале, образованном с одной стороны крышкой и боковой стенкой корпуса, а с другой стороны - фильтроэлементом и боковой стенкой сборной камеры.

В частных случаях реализации устройства предлагается:

- фильтроэлемент выполнить в виде кольца или усеченного конуса, ориентированного меньшим основанием в сторону крышки;

- фильтроэлемент выполнить из металлической сетки, максимальный размер ячеек которой не превышает размера подлежащих фильтрации частиц;

- модуль дополнительно снабдить направляющей вставкой в виде усеченного конуса, укрепленного меньшим основанием на торцевой части входного патрубка и расположенного в канале между центральной частью фильтроэлемента и крышкой;

- нижнюю часть разделительной вставки вывести в сторону днища корпуса за пределы боковой стенки сборной емкости;

- нижнее основание направляющей, по меньшей мере, расположить под верхней частью разделительной вставки и установить с зазором по отношению к ней;

- дефлектор выполнить в виде конуса с вершиной, ориентированной в сторону крышки;

- основание дефлектора укрепить на верхнем основании фильтроэлемента, имеющего вид усеченного конуса, или в центральной части фильтроэлемента, выполненного в виде кольца;

- входной и выходной патрубки, центральную трубу оснастить вентилями;

- корпус и (или) разделительную вставку выполнить разборными;

- центральная труба и днище сборной емкости установлены с возможностью отсоединения друг от друга.

Продольное осевое сечение одного из вариантов исполнения модуля представлено на фигуре, на которой приняты следующие обозначения: 1 и 2 - боковые стенки корпуса и сборной камеры, соответственно; 3 - вентиль; 4 и 5 входной и выходной патрубки; 6 - дефлектор; 7 и 8 - днища корпуса и сборной камеры, соответственно; 9 - крышка; 10 - направляющая вставка; 11 - разделительная вставка; 12 - фильтроэлемент; 13 - центральная труба.

Модуль предварительной очистки жидкости состоит из вертикального корпуса, входного 4 и выходного 5 патрубков, фильтроэлемента 12, дефлектора 6, разделительной вставки 11, сборной камеры с центральной трубой 13.

Корпус образован боковой стенкой 1 с крышкой 9 и днищем 7 корпуса.

Входной 4 и выходной 5 патрубки укрепленные соответственно на крышке 9 и днище 7 корпуса.

Дефлектор 6 установлен на продольной оси модуля и контактирует с фильтроэлементом 12.

Торцевая часть входного патрубка 4 выведена в верхнюю часть полости корпуса и установлена без касания с фильтоэлементом 12.

Разделительная вставка 11 установлена с зазором в канале, образованном с одной стороны крышкой 9 и боковой стенкой 1 корпуса, а с другой стороны - фильтроэлементом и боковой стенкой сборной камеры.

В частных случаях выполнения модуля имеют место следующие конструктивные особенности.

Фильтроэлемент 12 выполнен в виде кольца или усеченного конуса, ориентированного меньшим основанием в сторону крышки 9. Кроме того, фильтроэлемент 12 выполнен из металлической сетки, максимальный размер ячеек которой не превышает размера подлежащих фильтрации частиц.

В модуле используют направляющую вставку 10 в виде усеченного конуса, укрепленного меньшим основанием на торцевой части входного патрубка 4 и расположенного в канале между центральной частью фильтроэлемента 12 и крышкой 9.

Нижняя часть разделительной вставки 11 выведена в сторону днища 7 корпуса за пределы боковой стенки сборной емкости.

Нижнее основание направляющей вставки 10, по меньшей мере, расположено под верхней частью разделительной вставки 11 и установлено с зазором по отношению к ней.

Дефлектор 6 выполнен в виде конуса с вершиной, ориентированной в сторону крышки 9. Дефлектор 6 обеспечивает гидравлическую стабилизацию потока жидкости на входе в верхнюю часть корпуса.

Основание дефлектора 6 укреплено на верхнем основании фильтроэлемента 12, имеющего вид усеченного конуса, или в центральной части фильтроэлемента 12, выполненного в виде кольца.

Входной 4 и выходной 5 патрубки, центральная труба 13 оснащены вентилями 3.

Корпус и (или) разделительная вставка 11 выполнены разборными.

Центральная труба 13 и днище сборной емкости установлены с возможностью отсоединения друг от друга.

В случае использования разборного корпуса его части крепятся между собой фланцевым соединением.

Модуль предварительной очистки жидкости работает следующим образом.

Поток очищаемой жидкости через входной патрубок 4 поступает в верхнюю часть корпуса, попадает в канал между крышкой 9 и фильтроэлементом 12. Движение жидкости в указанном канале осуществляется с раздачей расхода по пути.

В канале между крышкой 9 и фильтроэлементом 12 скорость потока жидкости имеет две векторные составляющие: тангенциальную и фронтальную (нормальную) к плоскости фильтроэлемента 12.

За счет тангенциальной составляющей вектора скорости обеспечивается снос крупных частиц взвесей из центральной части фильтроэлемента 12 в его периферийную часть и накопление их в нижней части корпуса. При этом создаются условия для фильтрации жидкости за счет нормальной составляющей скорости и одновременно для самоочищения за счет тангенциального потока значительной части фильтрующей поверхности.

Из канала между крышкой 9 и фильтроэлементом 12 очищенная от крупных частиц часть жидкости через фильтроэлемент 12 поступает в сборную камеру и через центральную трубу 13 выходит их модуля, а другая часть жидкости с крупными частицами попадает в канал между боковой стенкой корпуса 1 и разделительной вставкой 11 и попадает в нижнюю часть корпуса. В данной части корпуса также происходит деление потока жидкости на две части. Одна часть жидкости с крупными частицами аккумулируется у днища 7 корпуса, а ее другая часть изменяет направление движения, движется вдоль боковой стенки 1 корпуса и попадает в канал между боковой стенкой 1 корпуса и разделительной вставкой 11, проходит канал между крышкой 9 и верхней частью разделительной вставки 11 и вновь поступает в канал между верхней частью разделительной вставки 11 и периферийной частью фильтроэлемента 12, образуя в верхней части корпуса замкнутый циркуляционный контур, способствующий процессу дополнительной очистки потока жидкости от крупных частиц и приводящий к повышению концентрации фильтрата в нижней части корпуса.

Наличие вылета входного патрубка 4 из крышки 9 в верхнюю часть корпуса позволяет организовать движение полузатопленной струи жидкости и направить ее вдоль поверхности фильтроэлемента 12. Гидродинамическую стабилизацию и толщину подводимого в верхнюю часть корпуса потока жидкости обеспечивают с помощью направляющей вставки 10.

Наличие замкнутого циркуляционного контура связано с тем, что движущаяся вдоль поверхности фильтроэлемента 12 полузатопленная струя вовлекает за собой поток жидкости, повторно поступивший в верхнюю часть полости корпуса из его нижней части.

Для периодической очистки проточной части модуля от частиц используют выходной патрубок 5 или центральную трубу 13, обеспечивающие подвод жидкости на регенерацию («снизу-вверх») с удалением накопленных частиц в дренажную емкость или канализацию. После регенерации фильтроэлемента 12 его производительность восстанавливается.

Технический результат: повышение эффективности очистки жидкости.

Пример конкретного выполнения модуля предварительной очистки

Корпус, входной 4 и выходной 5 патрубки, центральная труба 13, дефлектор 6, фильтроэлемент 12, разделительная 11 и направляющая 10 вставки выполнены из нержавеющей стали 12Х18Н10Т.

У корпуса, имеющего толщину 4 мм, боковая стенка в виде круглого цилиндра имеет высоту 216 мм и наружный диаметр 159 мм, крышка 9, выполненная в виде усеченного конуса, имеет высоту, равную 44 мм, и внутренние диаметры верхнего и нижнего оснований, соответственно равные 26 мм и 108 мм, а эллиптическое днище корпуса 7 имеет высоту, равную 65 мм.

Входной 4 и выходной 5 патрубки, центральная труба 13 имеют наружный диаметр 32 мм и внутренний диаметр 26 мм.

Фильтроэлемент 12 выполнен в виде усеченного конуса, у которого угол раскрытия равен 120 градусов, диаметр верхнего и нижнего оснований соответственно равны 17 мм и 108 мм. Рабочая часть фильтроэлемента 12 представляет собой сетку с размером ячеек 0,063×0,063 мм и толщиной проволоки 0,32 мм.

Дефлектор 6 выполнен в виде конуса с радиусом основания, равным 8,5 мм, высотой 16 мм и углом раскрытия 120 градусов.

В разделительной вставке 11, имеющей толщину 2 мм, боковая стенка в виде круглого цилиндра имеет наружный диаметр 141 мм, а верхняя и нижняя части выполнены в виде усеченных конусов с высотой, равной 110 мм, и углом раскрытия, равным 120 градусов.

Расстояния между боковыми стенками 1 корпуса, разделительной вставки 11 и сборной камеры составляют соответственно 8 мм и 10 мм.

Вылет торцевой части входного патрубка 4 в полость верхней части корпуса равен 10 мм.

В сборной камере, имеющей толщину стенки 2 мм, высота боковой стенки равна 20 мм, а днище 8 выполнено в виде усеченного конуса с высотой, равной 39,5 мм, внутренними диаметрами верхнего и нижнего оснований, соответственно равными 108 мм и 26 мм.

Направляющая вставка 10 имеет толщину 2 мм и выполнена в виде усеченного конуса с высотой, равной 20 мм, и внутренними диаметрами верхнего и нижнего оснований, соответственно равными 26 мм и 54 мм.

Проверка работоспособности модуля проведена при натурных испытаниях на природной воде с частицами, размер которых не превышал 2 мм при температуре воды, равной 20°C, и давлении в потоке воды во входном патрубке 4 0,4 МПа. Объемный расход воды через входной патрубок 4 составил 1 м³/ч.

Эффективность очистки воды от взвеси составила 90% при тонкости фильтрации 50 мкм.

Изобретение предназначено для фильтрования. Модуль предварительной очистки жидкости включает вертикальный корпус, образованный боковой стенкой с крышкой и днищем корпуса, входной и выходной патрубки, укрепленные соответственно на крышке и днище корпуса, фильтроэлемент и дефлектор, установленный на продольной оси модуля и контактирующий с фильтроэлементом, разделительную вставку, сборную камеру с центральной трубой. Торцевая часть входного патрубка выведена в верхнюю часть полости корпуса без касания с фильтроэлементом. Разделительная вставка установлена с зазором в канале, образованном с одной стороны крышкой и боковой стенкой корпуса, а с другой стороны - фильтроэлементом и боковой стенкой сборной камеры. Технический результат: повышение эффективности очистки жидкости. 11 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Модуль предварительной очистки жидкости, включающий вертикальный корпус, образованный боковой стенкой с крышкой и днищем корпуса, входной и выходной патрубки, укрепленные соответственно на крышке и днище корпуса, фильтроэлемент и дефлектор, установленный на продольной оси модуля и контактирующий с фильтроэлементом, отличающийся тем, что модуль дополнительно снабжен разделительной вставкой, сборной камерой с центральной трубой, причем торцевая часть входного патрубка выведена в верхнюю часть полости корпуса без касания с фильтоэлементом, разделительная вставка установлена с зазором в канале, образованном с одной стороны крышкой и боковой стенкой корпуса, а с другой стороны - фильтроэлементом и боковой стенкой сборной камеры.

2. Модуль предварительной очистки жидкости по п.1, отличающийся тем, что фильтроэлемент выполнен в виде кольца или усеченного конуса, ориентированного меньшим основанием в сторону крышки.

3. Модуль предварительной очистки жидкости по п.1, отличающийся тем, что фильтроэлемент выполнен из металлической сетки, максимальный размер ячеек которой не превышает размера подлежащих фильтрации частиц.

4. Модуль предварительной очистки жидкости по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен направляющей вставкой в виде усеченного конуса, укрепленного меньшим основанием на торцевой части входного патрубка и расположенного в канале между центральной частью фильтроэлемента и крышкой.

5. Модуль предварительной очистки жидкости по п.1, отличающийся тем, что нижняя часть разделительной вставки выведена в сторону днища корпуса за пределы боковой стенки сборной емкости.

6. Модуль предварительной очистки жидкости по п.4, отличающийся тем, что нижнее основание направляющей вставки, по меньшей мере, расположено под верхней частью разделительной вставки и установлено с зазором по отношению к ней.

7. Модуль предварительной очистки жидкости по п.1, отличающийся тем, что дефлектор выполнен в виде конуса с вершиной, ориентированной в сторону крышки.

8. Модуль предварительной очистки жидкости по п.2, отличающийся тем, что основание дефлектора укреплено на верхнем основании фильтроэлемента, имеющего вид усеченного конуса, или в центральной части фильтроэлемента, выполненного в виде кольца.

9. Модуль предварительной очистки жидкости по п. 1, отличающийся тем, что входной и выходной патрубки, центральная труба оснащены вентилями.

10. Модуль предварительной очистки жидкости по п.1, отличающийся тем, что корпус выполнен разборным.

11. Модуль предварительной очистки жидкости по п.1, отличающийся тем, что разделительная вставка выполнена разборной.

12. Модуль предварительной очистки жидкости по п.1, отличающийся тем, что центральная труба и днище сборной емкости установлены с возможностью отсоединения друг от друга.