Фильтрующий элемент для очистки газов и жидкостей Российский патент 2024 года по МПК B01D24/38 

Изобретение относится к конструкциям дренажно-распределительных устройств в области фильтрации и может использоваться в установках очистки газов, водных растворов или других жидкостей в промышленности, энергетике, в том числе атомной, и коммунальном хозяйстве.

Работоспособность насыпных фильтров и продолжительность их фильтроциклов определяется не только качеством и количеством фильтрационной засыпки, но и качеством отмывки и регенерации фильтрующего слоя, которые, в свою очередь, зависят от равномерности распределения промывочной жидкости или регенерата по сечению фильтра. Это особенно важно в технологических линиях объектов использования атомной энергии, так как от этого также зависит и количество образующихся радиоактивных жидких отходов. Равномерность распределения потоков обеспечивается конструкциями внутрикорпусного распределительного устройства (РУ) и дренажно-распределительного устройства (ДРУ). Применяемые на практике конструкции ДРУ можно условно разделить на сетчатые и щелевые.

Сетчатые конструкции (см., например, а.с. СССР №292349, 1971) подвержены забиванию дренажных отверстий измельчающимися в процессе работы частицами фильтрующего материала, особенно осколками зерен ионообменных смол. Это приводит к росту гидродинамического сопротивления сетчатой перегородки (и ДРУ в целом), что вызывает деформации и нарушение целостности конструкции.

Известен фильтр с ДРУ тонкостенного щелевого типа, фильтрующие элементы которого имеют горизонтальное расположение плоской кольцевой щели (а.с. СССР №1509107, 1989). Кольцевая щель должна обеспечивать кольцевой поток (сток с колпачка) и равномерное распределение жидкости по периферии колпачка и по сечению фильтра.

Недостатком такой конструкции является сложность получения кольцевой щели одинаковой ширины, что приводит к протеканию жидкости преимущественно через участки щели с наибольшей шириной. При длительной эксплуатации ширина щели за счет эрозионного износа лишь увеличивается. На участках с меньшей шириной щели ток значительно ниже, вплоть до застойного, что вызывает неравномерность регенерации и фильтрации.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является фильтрующий колпачок по патенту РФ №2254899 от 03.02.2004 г. Известное устройство содержит корпус в виде трубы с отверстиями в рабочей зоне и закрепленными на нем плоскими кольцами с дистанционирующими элементами, выполненными в виде рифтов, при этом рифты каждого последующего кольца имеют противоположное направление угла отклонения от радиуса.

Таким образом, достигается несовпадение (перекрестие в плане) лучевых рифтов задающих размер щели фильтрующего колпачка. Перекрестие в плане необходимо потому, что кольца с рифтами выполняются из металлической пластины методом штамповки, то есть рифты имеют выпукло - вогнутый характер (с одной стороны пластины рифт - выпуклый, а с другой вогнутый), в противном случае рифты соседних пластин совпадут, и будет нарушен размер щели.

При очень хороших эксплуатационных характеристиках этого типа фильтрующего колпачка, подтвержденных десятками тысяч надежно работающих на АЭС экземпляров, их изготовление, а точнее плоских фильтрующих колец имеет существенные трудности.

Это связано с тем, что из-за значительной относительной протяженности лучевых рифтов возникает опасность после штамповки, и отпуска напряжений в металле, утратить плоскостность пластин, что приведет к разбросу в размере величины фильтрующей щели.

Для предотвращения этого штамповка рифтов осуществляется с плавными закруглениями. Это приводит к усложнению в изготовлении двух видов штампов (для обеспечения разнонаправленности рифтов в плане) и как следствие к увеличению себестоимости конечной продукции.

Кроме того, при отмывках и регенерации разнонаправленные рифты в соседних плоских кольцах приводят к разнонаправленным потокам, которые при выходе сталкиваются, перемешиваются и выравнивают поле скоростей потока. Однако в некоторых технологиях необходимо получение потоков с другими характеристиками, например, общим закручиванием всего потока.

Таким образом, недостатками по патенту РФ №2254899 от 03.02.2004 г. являются сложность изготовления, относительно высокая себестоимость и ограниченность в выборе выходящего потока.

Предлагаемое устройство позволяет устранить недостатки известной конструкции при сохранении ее положительных характеристик.

Новым по сравнению с прототипом является то, что плоские фильтрующие кольца выполняются с дистанционирующими элементами в виде рифтов выпуклого типа, то есть с отсутствием впадины на обратной стороне кольца. Такие плоские фильтрующие кольца могут быть выполнены из пластмассы, а для увеличения механической прочности в плотном пакете через несколько плоских фильтрующих пластмассовых колец с рифтами (например 5-7 шт.), устанавливаются металлические плоские кольца без рифтов, при этом для уменьшения вероятности внешнего воздействия на пластмассовые плоские фильтрующие пластины при проведении монтажа диаметр плоских металлических пластин больше (например на 4-8 мм).

Выполнение дистанционирующих элементов в виде рифтов выпуклого типа с отсутствием впадины на обратной стороне плоских фильтрующих колец позволяет реализовать любую схему их расположения, так как рифты при любом взаимном расположении соседних плоских фильтрующих колец всегда опираются на ровную обратную поверхность соседнего кольца, при этом плоские металлические кольца, установленные через несколько фильтрующих колец (например, 5-7), увеличивают механическую прочность всего фильтрующего элемента, а больший диаметр на 4-8 мм металлических колец уменьшает вероятность повреждения фильтрующих пластин при монтажных работах. Кроме того, применение пластмасс позволяет использовать для изготовления плоских фильтрующих колец не метод прессования как в прототипе, а более производительную и дешевую технологию с применением термопласт автоматов. Производство металлических колец без рифтов - простое и не трудоемкое.

Как и в прототипе, устройство имеет высокую механическую прочность, поскольку силовое гидродинамическое воздействие в процессе фильтрации воспринимается торцами плоских колец, собранных в плотный пакет и кроме того в пакете через несколько (например, 5-7 шт.) фильтрующих плоских колец с рифтами установлены плоские металлические кольца без рифтов. Как и в прототипе, рифты при сборке оказываются в глубине фильтрующего элемента, и, следовательно, вся торцевая площадь щелей, образуемых рифтами по периметру колпачка, является фильтрующей поверхностью.

Взаимное расположение рифтов соседних фильтрующих колец не ограничено и может быть таким, что создаст при промывках чисто радиальное направление выходящего из фильтрующего элемента потока, разнонаправленное в каждой соседней щели, как в прототипе, или общее закручивание всего потока в одну сторону. Выбор схем расположения рифтов зависит от функции оборудования, в котором будут использоваться фильтрующие элементы. Возможность выбора оптимального движения выходящего потока для каждой конкретной технологии увеличивает в конечном итоге качество фильтрации.

Таким образом, предложенная совокупность признаков обеспечивает упрощение изготовления устройства и снижение его себестоимости.

На фиг. 1 представлен фильтрующий элемент, где:

1 - корпус в виде трубы;

2 - приемное отверстие;

3 - пластмассовые плоские фильтрующие кольца с рифтами;

4 - плоские металлические кольца;

5 - крышка корпуса; 6,7 - опорные шайбы;

8 - втулка;

9 - рифты.

На фиг. 2 представлены варианты конкретного выполнения плоских колец 3 с рифтами 9 для радиального выходного потока и вариант конкретного выполнения плоских металлических колец 4.

На фиг. 3 представлены варианты конкретного выполнения плоских пластмассовых колец 3 с рифтами 9 для закрученного выходного потока.

На фиг. 4 представлены варианты конкретного выполнения плоских пластмассовых колец 3 с рифтами 9 для пересекающихся выходных потоков соседних щелей.

Фильтрующий элемент представляет собой корпус в виде трубы 1 с крышкой 5 и приемными отверстиями в рабочей зоне 2. На корпусе 1 при помощи опорных шайб 6 и 7 и втулки 8 закреплены плоские фильтрующие кольца с рифтами выпуклого типа 3.

Соседние плоские кольца 3 имеют рифты выпуклого типа 9.

Через 5-7 плоских фильтрующих колец расположены плоские металлические кольца 4.

Устройство работает следующим образом. При фильтрации фильтруемая среда проходит через фильтрующий слой насыпного материала, например, ионообменной смолы, далее следует через щели фильтрующего элемента, огибает рифты, расположенные в глубине объема щели, и через приемные отверстия в корпусе попадает в дренажную систему фильтра, из которой через выходной патрубок фильтра проходит в трубопровод.

При регенерации и отмывке поток регенерирующего раствора имеет обратный ход, то есть из выходного патрубка раствор проходит в дренажную систему затем в корпус фильтрующего элемента, далее через приемные отверстия и, разбиваясь на отдельные мини-потоки, в щели. Далее мини-потоки огибают рифты, и, двигаясь по пути наименьшего гидродинамического сопротивления, в глубине щели приобретают общий вектор движения, задаваемый схемой расположения рифтов, и через край щелей попадает в объем фильтра между насыпным фильтрующим материалом.

Наличие выбора оптимальных движений потоков, задаваемые схемами расположения рифтов, при регенерации и расположение рифтов в глубине щелей позволяет избежать образования застойных зон. Это приводит к наиболее полной и равномерной регенерации и отмывке фильтра, что повышает качество фильтрации в целом.

Изобретение относится к конструкциям дренажно-распределительных устройств в области фильтрации и может использоваться в установках очистки газов, водных растворов или других жидкостей в промышленности, энергетике, в том числе атомной, и коммунальном хозяйстве. Фильтрующий элемент для очистки газов и жидкостей содержит корпус в виде трубы с отверстиями в рабочей зоне и с закрепленными на нем плоскими пластмассовыми фильтрующими кольцами с дистанционирующими элементами и плоскими металлическими кольцами. Дистанционирующие элементы выполнены в виде рифтов выпуклого типа, причем взаимное пространственное расположение рифтов соседних колец независимое с обеспечением возможности выполнения соседних фильтрующих колец с разным расположением рифтов. Плоские металлические кольца выполнены без рифтов и установлены через несколько плоских пластмассовых фильтрующих колец, например, 5-7. Диаметр плоских металлических колец больше диаметра плоских пластмассовых фильтрующих колец, например, на 4-8 мм. Технический результат: упрощение изготовления устройства, уменьшение металлоемкости, габаритов фильтрующего элемента, обеспечение равномерного распределения среды в слое фильтрующего материала. Это повышает глубину его регенерации или отмывки, увеличивая тем самым продолжительность рабочего фильтроцикла при тех же или даже меньших затратах химических реагентов и воды. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Фильтрующий элемент для очистки газов и жидкостей, содержащий корпус в виде трубы с отверстиями в рабочей зоне и с закрепленными на нем плоскими пластмассовыми фильтрующими кольцами с дистанционирующими элементами и плоскими металлическими кольцами, отличающийся тем, что дистанционирующие элементы выполнены в виде рифтов выпуклого типа, причем взаимное пространственное расположение рифтов соседних колец независимое с обеспечением возможности выполнения соседних фильтрующих колец с разным расположением рифтов.

2. Фильтрующий элемент по п. 1, отличающийся тем, что плоские металлические кольца выполнены без рифтов и установлены через несколько плоских пластмассовых фильтрующих колец, например, 5-7.

3. Фильтрующий элемент по п. 2, отличающийся тем, что диаметр плоских металлических колец больше диаметра плоских пластмассовых фильтрующих колец, например, на 4-8 мм.