ФИЛЬТРУЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2015 года по МПК F04D29/70 B01D29/48 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано, например, в установках погружных электроцентробежных насосов для добычи нефти, в скважинных фильтрах, в фильтрах для очистки воды в очистных сооружениях, и в других фильтрующих оборудованиях.

Известен фильтрующий элемент проволочно-щелевого типа, содержащий каркас с винтообразной нарезной канавкой, выполненной на его наружной поверхности, при этом канавка на наружной части каркаса выполнена с периодически изменяющейся глубиной (см. Авторское свидетельство СССР №342648, кл. B01D 29/48 1970). Зазор между смежными витками проволоки определяется разницей в высоте расположения витков проволоки относительно друг друга. Фильтруемое вещество проходит через фильтровальную перегородку по щелям между смежными витками спирали и очищается от загрязнений. Недостатком данной конструкции является низкая пропускная способность фильтрующего элемента на единицу площади фильтрующего элемента в связи с тем, что общая площадь щелей значительно мала по сравнению с общей площадью фильтроэлемента.

Известна модульная секция погружного центробежного насоса, которая содержит щелевые фильтроэлементы (см. Патент РФ №2312253, МПК 7 F04D 13/10, опубл. 10.12.2007 г.). Фильтрующий элемент представляет собой цилиндрическую конструкцию из продольных несущих элементов и профилированной проволоки, которая по спирали, с определенным шагом намотана на продольные несущие элементы. Места пересечения продольных элементов и проволоки сварены сваркой. Недостатком данной конструкции является низкая пропускная способность фильтрующего элемента на единицу его площади в связи с тем, что общая площадь щелей значительно мала по сравнению с общей площадью фильтрующего элемента, высокое гидравлическое сопротивление, приведенное на единицу площади фильтрующего элемента. В связи с этим для достижения необходимой пропускной способности фильтрующего элемента необходимо иметь значительные его габариты.

Задачей изобретения является увеличение пропускной способности фильтрующего элемента, снижение его габаритов и материалоемкости.

Данная задача решается тем, что фильтрующий элемент, содержащий силовой каркас из стержней и скрепленную с ним сваркой фильтрующую оболочку, образованную расположенными определенным шагом профилированной проволоки с образованием для фильтрации щелей между соседними проволоками, при этом поверхность проволоки фильтрующей оболочки со стороны поступления фильтруемого вещества содержит фильтрующие каналы, соединяющие щели, которые направлены от одной щели до другой щели, расположенные между соседними проволоками.

Кроме того, по варианту 2 фильтрующий элемент содержит силовой каркас из стержней, расположенных по образующей тела вращения, в частности по образующей цилиндрической или конической поверхности, и скрепленную с ним фильтрующую оболочку. Фильтрующая оболочка выполнена в виде навитой на силовые стержни определенным шагом и скрепленной с ними сваркой профилированной проволоки с образованием для фильтрации щелей. Поверхность проволоки фильтрующей оболочки со стороны поступления фильтруемого вещества содержит фильтрующие каналы, соединяющие щели, расположенные между соседними витками проволоками.

Кроме того, проволоки фильтрующей оболочки выполнены в сечении многоугольной формы, в частности треугольной, при этом одно из ребер проволоки соединено сваркой с силовым каркасом, на противоположной этому ребру проволоки грани расположены фильтрующие каналы.

Кроме того, фильтрующие каналы выполнены расширяющимися в направлении поступления фильтруемой жидкости.

На фиг. 1 представлен вид на заявляемый фильтрующий элемент по варианту 1.

На фиг. 2 представлен вид А на фиг. 1, на котором показаны крепление сваркой фильтрующей оболочки к силовому каркасу.

На фиг. 3 представлен разрез Б-Б на фиг. 2, на котором показаны фильтрующие каналы на поверхности проволоки, соединяющие щели.

На фиг. 4 представлен вид на заявляемый фильтрующий элемент по варианту 2, на котором показан силовой каркас из стержней, расположенных по образующей цилиндрической поверхности, и скрепленную с ним фильтрующую оболочку, выполненную в виде навитой на силовые стержни проволоки, где поверхность проволоки содержит фильтрующие каналы, соединяющие щели.

На фиг. 5 представлен вид В на фиг. 4, на котором показано расположение силового каркаса по образующей цилиндрической поверхности, скрепление его сваркой с фильтрующей оболочкой.

На фиг. 6 представлен выносной элемент I на фиг. 3, на котором фильтрующие каналы выполнены расширяющимися.

На фиг. 7 представлен выносной элемент II на фиг. 5, на котором фильтрующие каналы выполнены расширяющимися.

Фильтрующий элемент содержит силовой каркас 1 из стержней 2 и скрепленную с ним сваркой 3 фильтрующую оболочку 4. Фильтрующая оболочка 4 образована расположенными с определенным шагом профилированными проволоками 5 с образованием для фильтрации щелей 6 между соседними проволоками 5. Поверхность 7 проволоки 5 фильтрующей оболочки со стороны 8 поступления фильтруемого вещества содержат фильтрующие каналы 9, соединяющие щели 6, которые направлены от одной щели 6 до другой щели 6, расположенные между соседними проволоками 5. Поверхность 7 фильтрующей оболочки 4 может быть плоской, а также любой другой формы в зависимости от формы стержней 2 силового каркаса 1, с обеспечением условий расположения определенным шагом профилированной проволоки 5 с образованием для фильтрации щелей 6 между соседними проволоками 5.

Кроме того, по варианту 2 фильтрующий элемент может содержать силовой каркас 1 из стержней 2, расположенных по образующей тела вращения, в частности по образующей цилиндрической или конической поверхности, и скрепленную с ним фильтрующую оболочку 4. Фильтрующая оболочка 4 выполнена в виде навитой на силовые стержни 2 с определенным шагом и скрепленной с ними сваркой 3 профилированной проволоки 5 с образованием для фильтрации щелей 6. Поверхность проволоки 5 фильтрующей оболочки 4 со стороны 8 поступления фильтруемого вещества содержат фильтрующие каналы 9, соединяющие щели 6, расположенные между соседними витками проволоками 5.

Кроме того, проволоки 5 фильтрующей оболочки 4 выполнены в сечении многоугольной формы, в частности треугольной, при этом одно из ребер 10 проволоки 5 соединено сваркой 3 с силовым каркасом 1, на противоположной этому ребру проволоки 5 грани 11 расположены фильтрующие каналы 9.

Кроме того, фильтрующие каналы 9 выполнены расширяющимися в направлении 8 поступления фильтруемой жидкости.

Фильтрующие каналы 9 могут быть выполнены в составе фильтрующего элемента путем лазерной, плазменной, гидроабразивной обработки (резки) или способом механической обработки резанием. Также фильтрующие каналы 9 могут быть выполнены непосредственно при изготовлении профилированной проволоки 5, например способом штамповки или прокатки.

В процессе работы фильтрующего элемента фильтруемое вещество (жидкость, газ) поступает на фильтрующую оболочку 4, образованную расположенными с определенным шагом профилированными проволоками 5 с образованием для фильтрации щелей 6 между соседними проволоками 5. При прохождении щелей 6 и каналов 9 в направлении 8 поступающая жидкость (газ) очищается от находящихся в ней твердых частиц и посторонних твердых элементов. Проходя по каналам 9, очищенная жидкость (газ) поступает в зону 12 нахождения очищенной от твердых частиц жидкости, так как фильтрующие каналы 9 соединены с фильтрующими щелями 6, и продвигается далее в соответствии с местом ее назначения. Фильтрующие каналы 9 направлены от одной щели 6 до другой щели 6, расположенные между соседними проволоками 5. Наличие фильтрующих каналов 9 увеличивает ″активную″ площадь фильтрации, резко понижает гидравлическое сопротивление фильтрующего элемента, в целом и фильтрующего оборудования, в котором он используется. Все это увеличивает пропускную способность фильтрующего элемента, позволяет снизить его габариты и материалоемкость. Силовой каркас 1 из стержней 2 скреплен сваркой 3 с фильтрующей оболочкой 4, образованной расположенными с определенным шагом проволоками 5. Это создает надежную прочную каркасную конструкцию фильтрующего элемента. Как правило, стержни 2 силового каркаса 1 и профилированная проволока 5 фильтрующей оболочки 4 выполнены из прочной нержавеющей стали, что обеспечивает надежность, коррозионную стойкость, долговечность фильтрующего элемента.

В варианте 2 фильтруемое вещество (жидкость, газ) поступает на фильтрующую оболочку 4, выполненную в виде навитой на силовые стержни 2 определенным шагом и скрепленной с ними сваркой 3 профилированной проволоки 5 с образованием для фильтрации щелей 9, в направлении 8. При этом силовой каркас 1 выполнен из стержней 2, расположенных по образующей тела вращения, в частности по образующей цилиндрической или конической поверхности. Это позволяет получать, например, цилиндрические фильтрующие элементы для скважинных фильтров для нефтяных скважин и погружных лопастных насосов (в том числе ЭЦН) для добычи пластовой жидкости значительно увеличенной пропускной способностью, меньших габаритов и меньшей материалоемкостью путем увеличения ″активной″ площади фильтрующего элемента за счет фильтрующих каналов 9 на поверхности 7 проволоки 5 фильтрующего слоя 4. Современные фильтры погружных лопастных насосов (в том числе ЭЦН) для добычи пластовой жидкости могут достигать 12 м и более, при этом могут содержать несколько фильтров-модулей, иметь в своем составе множество элементов, в том числе множество подшипников, присоединительных крепежных элементов. Все это множество элементов, значительные габариты фильтрующего элемента снижают надежность, долговечность, уменьшают межремонтный период. Использование приведенного выше решения для фильтрующего элемента позволяет повысить его надежность, долговечность, увеличивает его межремонтный период, позволяет увеличить пропускную способность фильтрующего элемента, снизить его габариты и материалоемкость.

Выполнение проволоки 5 фильтрующей оболочки 4 в сечении многоугольной формы, в частности треугольной, при этом одно из ребер 10 проволоки 5 соединено сваркой с силовым каркасом 1, а на противоположной этому ребру проволоки грани 11 расположены фильтрующие каналы, позволяет увеличивать пропускную способность фильтрующего элемента, позволяет снизить его габариты и материалоемкость. При использовании такой формы проволоки 5 после прохождения поверхности 7 проволоки 5 фильтрующей оболочки 4 со стороны 8 поступления фильтруемая жидкость поступает в зону 12, где уже расширен поток жидкости для дальнейшего его продвижения, это снижает гидродинамическое сопротивление фильтрующего элемента.

Выполнение фильтрующих каналов 9 расширяющимися в направлении 8 поступления фильтруемой жидкости снижает гидродинамическое сопротивление потоку жидкости, это позволяет увеличивать пропускную способность фильтрующего элемента, позволяет снизить его габариты и материалоемкость.

Выполнение таким образом фильтрующего элемента позволяет увеличить его пропускную способность, снизить его габариты и материалоемкость.

Группа изобретений может быть использована в погружных электроцентробежных насосах для добычи нефти, в скважинных фильтрах, фильтрах для очистки воды и в других фильтрующих оборудованиях. Фильтрующий элемент содержит силовой каркас (1) из стержней (2) и скрепленную с ним сваркой (3) фильтрующую оболочку (4). Оболочка (4) образована расположенными с определенным шагом профилированными проволоками (5) с образованием для фильтрации щелей (6) между соседними проволоками (5). Поверхность проволоки (5) фильтрующей оболочки (4) со стороны (8) поступления фильтруемого вещества содержит фильтрующие каналы (9). Каналы (9) соединяют щели (6), расположенные между соседними проволоками (5), и направлены от одной щели до другой щели. Изобретения направлены на увеличение пропускной способности фильтрующего элемента, снижение его габаритов и материалоемкости. 2 н. и 2 з. п. ф-лы, 7 ил.

1. Фильтрующий элемент, содержащий силовой каркас из стержней и скрепленную с ним сваркой фильтрующую оболочку, образованную расположенными с определенным шагом профилированными проволоками с образованием для фильтрации щелей между соседними проволоками, отличающийся тем, что поверхность проволоки фильтрующей оболочки со стороны поступления фильтруемого вещества содержит фильтрующие каналы, соединяющие щели и направленные от одной щели до другой щели, расположенные между соседними проволоками.

2. Фильтрующий элемент, содержащий силовой каркас из стержней, расположенных по образующей тела вращения, в частности по образующей цилиндрической или конической поверхности, и скрепленную с ним фильтрующую оболочку, выполненную в виде навитой на силовые стержни с определенным шагом и скрепленную с ними сваркой профилированную проволоку с образованием для фильтрации щелей, отличающийся тем, что поверхность проволоки фильтрующей оболочки со стороны поступления фильтруемого вещества содержит фильтрующие каналы, соединяющие щели, расположенные между соседними витками проволоки.

3. Фильтрующий элемент по п. 1, отличающийся тем, что проволоки фильтрующей оболочки выполнены в сечении многоугольной формы, в частности треугольной, при этом одно из ребер проволоки соединено сваркой с силовым каркасом, на противоположной этому ребру проволоки грани расположены фильтрующие каналы.

4. Фильтрующий элемент по п. 1, отличающийся тем, что фильтрующие каналы выполнены расширяющимися в направлении поступления фильтруемой жидкости.