Патронный фильтр и способ его изготовления Советский патент 1992 года по МПК B01D27/06 

сл

с

Изобретение относится к технологии очистки природных и сточных вод. Цель - повышение грязеемкости фильтра, упрощение его конструкции, снижение трудоемкости регенерации и упрощения способа изготовления фильтра. Патронный фильтр изготовлен разнослойным по длине и ориентирован концом с большим числом слоев в сторону патрубка для отвода воды, причем, число слоев изменяется по длине как снаружи, так и внутри фильтрующего патрона, а кромки слоев между двумя соседними слоями расположены по винтовой линии. Способ изготовления фильтрующего патрона заключается в том, что после раскроя прямоугольную заготовку изгибают по диагонали и ведут сворачивание в рулон вокруг оси, перпендикулярной длинной диагонали заготовки. Патронный фильтр и способ его изго- товления могут быть применены в судостроении, в коммунальном хозяйстве, пищевой и другой отраслях промышленности. 2 с.п.ф-лы, 1 табл. 5 ил.

Изобретение относится к технологии очистки природных и сточных вод.

Известен патронный фильтр, состоящий из цилиндрического корпуса с патрубками для подвода и отвода воды и фильтрующего патрона, изготовленного из эластичного фильтрующего материала, например, пенополиуретана, в виде многослойного рулона. Патрон образован несколькими слоями фильтрующего материала, причем, между соседними слоями размещены электропроводные сетки, соединенные с полюсами источника тока, а пространство внутри ячеек сетки заполнено дисперсным металлическим материалом, например, серебряной или алюминиевой дробью. Сетки имеют покрытие из редкоземельных металлов (например, из оксидов

рутения). По оси патрона имеется дренажная трубка, на нее и намотаны слои фильтрующего материала. Патрон вставлен в корпус с зазором. Вода, подлежащая обработке, под давлением поступает через входное отверстие в полость фильтра, заполняет кольцевое пространство вокруг патрона и фильтруется в радиальном направлении, последовательно проходя все слои фильтра. При этом заполнение слоев фильтра частицами загрязнений идет как за счет давления воды, так и за счет электрических сил при прохождении тока через сетки-электроды.

Недостатком фильтра является низкая грязеемкость при очистке природных высокоминерализованных вод, например, морской воды. Обусловлено это тем, что из-за

V4 О

,-

i ШЖШ3|

О

ю

высокой электропроводности воды анодные процессы на электродах резко интенсифицируются, дисперсные материал быстро растворяется, образуя дисперсные гидрат- ные соединения типа AI (ОН)з, которые за- потшяют поры фильтра, т.е. забивают фильтр и снижают таким образом его полезную грязеемкость в отношении очистки воды.

Кроме того, геометрия фильтрующего патрона не предусматривает возможность последовательного (послойного заполнения фильтрующего патрона дисперсными примесями из воды, забивание фильтра идет одновременно по всей длине, поскольку пористость фильтра также равномерная по длине. Другим недостатком фильтра является сложность конструкции, обусловленная наличием сеток и дисперсного наполнителя. Из-за указанных недостатков патронный фильтр непригоден для очистки морской воды, например, на судах.

Описанный фильтр является прототипом заявляемого изобретения.

Известен также способ изготовления патронного фильтра, предусматривающий раскрой прямоугольной заготовки из эластичного фильтрующего материала, сворачивание заготовки в виде многослойного рулона и установку рулона в корпус фильтра. При этом раскрывают, как минимум, три прямоугольные заготовки, между ними размещают металлические сетки-электроды, а ячейки сеток заполняют дисперсным электропроводным материалом, например, серебряной или алюминиевой дробью. Для изготовления заготовок используют, например, пенополиуретан (паролон). Слои заготовок укладывают друг на друга и образовавшийся слоеный пирог сворачивают вокруг перфорированной трубки, которую ориентируют перпендикулярно длинной стороне прямоугольной заготовки. После формирования рулона во избежание высыпания дроби патрон стягивают бандажами, затем вставляют в корпус фильтра с зазором.

Описанный способ слишком сложен для реализации в условиях дефицита обслуживающего персонала, например, на морских судах. Сложность обусловлена необходимостью раскроя нескольких прямоугольных заготовок, а также наличием операции по размещению сеток-электродов и дроби. Способ требует специальную оснастку и инструмент, отличается высокой трудоемкостью. По причине указанного недостатка способ не нашел применения на морских судах.

Описанный способ является прототипом заявляемого изобретения.

Целью изобретения является повышение грязеемкости фильтра, упрощение его

конструкции и снижение трудоемкости регенерации и упрощение способа изготовления фильтра. Поставленная цель достигается тем, что фильтрующий патрон изготовлен разнослойным по длине и ориентирован концом с большим числом слоев в сторону патрубка для отвода воды, причем число слоев изменяется как снаружи, так и внутри тела патрона, а граница раздела между двумя соседними слоями выполнена в виде винтовой поверхности. При изготовлении патронного фильтра прямоугольную заготовку после раскроя изгибают пополам по длинной диагонали, а сворачивание в рулон ведут вокруг оси, перпендикулярно длинной диагонали заготовки.

Перечисленные выше отличительные признаки устройства обеспечивают движение в корпусе фильтра потоков воды наружного по отношению к телу патрона по винтовому каналу переменного сечения, сужающемуся по ходу движения воды и внутреннего по отношению к телу патрона - также по винтовому каналу переменного сечения.

В результате этого обеспечивается доставка дисперсных частиц примесей в самые дальние, тупиковые зоны фильтра, и упаковка грязи в самых дальних от входа точках фильтра. Тангенциальные по отношению к поверхности составляющие скорости потоков не позволяют частицам осесть, прилипнуть к поверхности патрона до того, как частица попадает в тупик. Загрязнение фильтра идет последовательно, начиная от самых

дальних (застойных) зон, а затем распространяется на средние зоны и зоны, расположенные вблизи входа в фильтр. В итоге организованной упаковки частиц примесей грязеемкость фильтра возрастает. Простота конструкции фильтра обусловлена наличием фильтрующего элемента, изготовленного в виде одной детали заданной конфигурации. Наличие в фильтре винтовых каналов, расширяющихся к входу и образованных винтообразными границами раздела между соседними слоями, облегчает регенерацию фильтра противотоком воды. Исключительно простым становится и прием регенерации путем выема и Стирки

патрона.

Что касается признаков способа изготовления патронного фильтра, то они обеспечивают изготовление фильтрующего патрона лишь из одной детали. При этом резко уменьшается общее количество oneраций способа и их суммарная трудоемкость.

На фиг.1 - изображен патронный фильтр в разрезе; на фиг.2 - фильтрующий патрон, аксонометрия общего вида; на фиг.З - заготовка из эластичного фильтрующего материала; на фиг.4 - заготовка после операции изгиба; на фиг.5 - поперечное сечение фильтрующего патрона по С-С.

Патронный фильтр содержит цилиндрический корпус 1, съемную крышку 2 и патрубок 3 и 4 соответственно для входа и выхода воды, В полости корпуса коаксиаль- но установлен фильтрующий патрон 5, изготовленный из эластичного фильтрующего материала в виде рулона. Патрон 5 разно- слойный по длине, количество слоев в поперечном сечении патрона увеличивается в направлении его продольной оси, причем число слоев изменяется как снаружи, так и изнутри тела патрона. Граница раздела между двумя соседними слоями выполнена в виде винтовой поверхности 6 (фиг.2). Патрон своим концом 7 с большим числом слоев ориентирован в корпусе в сторону патрубка 4 для отвода воды и, соответственно, концом 8 с меньшим числом слоев в сторону патрубка 3 для подвода воды. Конец 7 патрона вставлен в корпус фильтра с натягом, что обеспечено за счет упругой деформации фильтрующего материала в радиальном направлении. За счет этого в локальной зоне 7, прилегающей к выходному патрубку 4, поры фильтра тоньше, чем в других частях патрона. Между внутренней стенкой корпуса и наружной поверхностью фильтрующего патрона образован кольцевой винтообразный канал 9 переменного сечения, который ступенчато сужается от входа к выходу, а в нижней части корпуса там, где патрон частично обжат, канал исчезает вовсе. Подобный по конфигурации канал 10 образован и центральной части патрона, канал имеет винтообразные стенки и сужается ступенчато в направлении от входа воды к выходу. В нижней части 11 канал сведен на нет.

Для изготовления патрона может быть использован, например, пенополиуретан (паролон), нетканый ворсистый фильтровальный материал НФМ, сукно и т.п.

В корпусе патрон опирается на дренажную сетку 12. Коаксиальное расположение патрона в корпусе обеспечено лишь за счет деформации нижней части патрона без каких-либо крепежных деталей.

Патронный фильтр работает следующим образом,

Вода, подлежащая обработке, например, морская, подается через патрубок 3

под давлением в корпус фильтра. Формируется два потока: один поток направляется в винтообразный какал 9, а другой поток - в винтообразный канал 10. При этом за счет

сравнительно высокой скорости движения воды (не менее 1 м/с), вдоль стенки патрона, т.е. над фильтрующей поверхностью уносятся s самые дальние (тупиковые) зоны 12 и 13, где скорость потока снижается вдесят0 ки раз и частицы выпадают в осадок. Более мелкие частицы размером до 5 мкм вместе с водой фильтруются через уплотненную зону 7, где осаждаются уже в порах самого фильтрующего материала. Осветленная во5 давыходитиз патрубка 4. По мере накопления грязи в зонах 12 и 13 образуется своеобразная пробка, на которую набегающий поток воды действует как на плунжер и дополнительно сжимает в осевом направ0 лении зону 7 из первоначальной высоты HI она уменьшается до На. В результате такого сжатия зона 7 становится уже непроницаемой для частиц размером менее 5 мк, она пропускает только чистую воду. Поэтому в

5 работу вступает вышележащая зона 14, еще не забитая грязью. Накопление же крупных загрязнений теперь идет этажом выше в зонах 15 и 16. После их заполнения они также, как и нижележащие зоны 12 и 13

0 становятся пробками, через которые набегающий поток сжимает зону 14, уменьшая ее высоту с Нз до Нз. Таким образом, за счет организованного отложения грязи искусственного создания своеобразный теле5 скопический эффект, благодаря которому, а также за счет упругих свойств фильтрующего материала все зоны фильтра последовательно обжимаются в осевом направлении, начиная от самых дальних от

0 входа и кончая близлежащими ко входу. Именно этим и обеспечивается равномерное заполнение грязью по всему объему фильтрующего патрона и более высокая, чем у прототипа, грязеемкость фильтра. Регенерация фильтра осуществляется

5 противотоком воды под давлением, равным или превышающим рабочее. При этом поток воды воздействует снизу на уплотненный в зонах 12 и 13, 15 и 16 и т.д. осадок, как на плунжер, в результате чего осадок по винто0 вым каналам, как по резьбе, удаляется из фильтра. Мелкие частицы выносятся из пор фильтра потоком воды. Описанным образом можно восстановить фильтр на 90-95% от первоначальной производительности. Если

5 же требуется восстановить фильтр на 100%. то тогда открывают крышку 2, вынимают из корпуса фильтрующий патрон 5, разворачивают и промывают стирают фильтровальную ткань в чистой воде. После чего фильтр

собирают в корпусе по способу, описанному ниже, и продолжают эксплуатировать по прямому назначению.

Способ изготовления патронного фильтра заключается в том, что последовательно вы-полняют следующие операции.

Из эластичного фильтрующего материала, например, пенополиуретана раскрывают прямоугольную заготовку (фиг.З). Заготовку изгибают пополам по длинной диагонали (фиг.4). Заготовку, изогнутую пополам, сворачивают в рулон вокруг оси, перпендикулярной длинной диагонали заготовки(на фиг.4 сворачивание рулона начинают, например, с точки А и двигаются, сворачивая рулон, к точке В. Общий вид свернутого рулона показан на фиг.2, а его поперечное сечение на фиг.5. Свернутый рулон вставляют в корпус так, чтобы нижняя, более многослойная часть 7 рулона вошла в корпус с натягом и была организована в сторону выходного патрубка 4. Крышку корпуса фильтра закрывают, фильтр готов к работе.

Направление сворачивания рулона вокруг оси, перпендикулярной длинной диагонали, выбрано исходя из того, что никакая другая ось не дает возможности получить фильтр описанной конструкции. Если ось будет не перпендикулярной, а наклоненной к длинной диагонали под любым острым углом, ни одни из концов собранного патрона не будет иметь глухого полностью заполненного фильтрующим материалом тела, т.е. неизбежно с обоих концов образуются винтообразные полости. У такого патрона нет базы и не сможет работать по описанному выше принципу. Если сворачивать рулон вокруг оси, параллельной короткой или длинной стороне изогнутой пополам заготовки, то невозможно сформировать необходимые в конструкции фильтра винтообразные каналы, т.е. такой способ не обеспечивает получение требуемой геометрии фильтра. Единственный и оптимальный угол сворачивания - это угол вокруг оси, перпендикулярной длинной диагонали заготовки.

Операция изгиба прямоугольной заготовки подлинной диагонали является оптимальной, поскольку обеспечивает изготовление фильтра с требуемой геометрией патрона при минимальных трудозатратах, так как согнуть эластичную заготовку пополам в любом случае легче, чем резать заготовку пополам по этой же диагонали, а затем уже сворачивать патрон из двух деталей.

Пример. Изготовили макетный образец фильтра заявляемой конструкции и по

заявляемому способу. В качестве заготовки фильтрующего материала использовали изоляционный войлок на основе вискозных волокон. Размер прямоугольной заготовки

составил 600x350 мм. Заготовка толщиной 5 мм была изогнута пополам по длинной диагонали, а затем свернута в рулон вокруг оси, перпендикулярной длинной диагонали, Получили патрон с диаметром в нижней с

0 большим числом слоев части 80 м и высотой 300 мм. Патрон вставили в цилиндрический корпус диаметром 70 мм так, что нижняя часть патрона вошла в корпус с натягом, а верхняя свободно. Высота фильтра состави5 ла 310 мм. Фильтр испытывали на морской воде в Баренцевом море параллельно с макетом фильтра прототипа аналогичных размеров, изготовленного по известному способу. Сравнительные результаты испы0 таний приведены в таблице.

Из таблицы следует, что заявляемый фильтр имеет по сравнению с прототипом более высокую грязеемкость, более длинный фильтроцикл, более простую конструк5 цию и требует меньше трудозатрат на регенерацию. При этом оба фильтра обеспечивают одинаковое качество очистки воды и имеют одинаковую производительность. Заявляемый способ по сравнению с

0 прототипом проще и менее трудоемок. Формула изобретения

5 корпусе многослойный рулонный фильтрующий патрон, выполненный в виде рулона из эластичного материала, отличающийся тем, что, с целью повышения грязеемкости фильтра, упрощения его кон0 струкции и снижения трудоемкости регенерации, фильтрующий патрон выполнен разнослойным по высоте, при этом количество слоев по высоте патрона увеличивается в сторону патрубка отвода воды с внутрен5 ней и внешней сторон патрона, причем кромки фильтрующего материала между соседними слоями размещены по винтовой линии.

заготовки, свертывания ее в рулон с получением фильтрующего патрона и установки последнего коаксиально в корпусе, о т- л ичающийся тем, что, с целью 5 повышения грязеемкости фильтра, перед свертыванием заготовки в рулон, заготовку складывают по диагонали с получением двух слоев, а свертывание в рулон ведут вокруг оси, перпендикулярной диагонали заготовки.

Вход

дыход

(Риг. I

Линия ctutfd

(puz.4

фиг 5