Фильтр предочистки преимущественно охлаждающей воды теплообменного оборудования Советский патент 1993 года по МПК B01D35/16 

Фильтр предочистки охлаждающей воды энергетической установки относится к энергомашиностроению и может быть использован для предотвращения загрязнения оборудования, в частности конденсаторов паровых турбин.

При работе энергоустановки вода для охлаждения теплообменных аппаратов забирается из естественных или искусственных водоемов и содержит механические примеси, забивающие трубные доски тепло- обменных аппаратов. Для повышения эффективности теплообмена необходимо очищать воду от механических примесей.

Известен фильтр для предочистки воды теплообменного оборудования, содержащий корпус с радиальными стенками, размещенный в корпусе неподвижный фильтрующий элемент, разделенный указанными стенками на секции, разобщенные по ходу воды, запорную арматуру для сброса использованной для промывки секции воды, размещенную на входе каждой секции. Каждая секция фильтрующего элемента сообщена на входе с промывочным патрубком и имеет перфорированную крышку, жестко соединенную с последней посредством штифтов.Недостатками фильтра являются:

VI

00

ю

ю

Ч)

сложность системы промывки (наличие нескольких электромеханических приводов, трубопроводов отвода промывочной воды, механических редукторов, потребность во внешних управляющих сигналах по данным системы контроля состояния фильтра для организации промывки фильтрующего элемента), пониженная надежность работы изза большого количества элементов в системе промывки фильтра, каждый из ко- торых имеет определенную надежность, а также из-за использования в системе промывки фильтра внешнего источника энергии.

Наиболее близким по технической сущ- ности к заявляемому устройству является фильтр предочйстки охлаждающей воды, содержащий корпус с подводящей и отводящей камерами, промывочным патрубком, расположенный в отводящей, камере фильтующий элемент в виде тонкостенного перфорированного цилиндра с радиальными стенками, разделяющими последний на секторы, которые вместе с указанными стенками и крышкой корпуса образуют разобщенные по ходу воды .секции, входное отверстие одной из которых перекрыто горизонтальной перегородкой, размещенной между подводящей и отводящей камерами 2,

Каждый сектор фильтрующего элемента в периферийной части относительно входного отверстия, соответствующего сектору секции, выполнен с жестким цилиндрическим кольцевым элементом с образующей, параллельной оси фильтра. В указанном элементе каждого сектора выполнено отверстие для отвода загрязнений. Эти отверстия размещены симметрично относительно оси вращения фильтра, а входное отверстие промывочного патрубка размещено соосно с отверстием для отвода загрязнений секции, перекрытой указанной перегородкой, при этом в отверстии каждого указанного жесткого элемента размещена заслонка с возможностью поворота вокруг оси, смещенной относительно центра тяжести указанной заслонки в направлении вращения фильтрующего элемента, перпендикулярной оси этого отверстия и параллельной оси фильтра. Каждая фильтрующая секция имеет упругий и жесткий фиксаторы для предотвращения поворота заслонки в противоположных направлениях.

Недостатками прототипа также являют- ся сложность системы промывки из-за нали- чия электромеханического привода, механического редуктора, потребности во внешних управляющих сигналах по данным системы контроля состояния фильтра для организации промывки фильтрующего элемента, пониженная надежность работы из- за большого количества элементов в системе промывки фильтра, каждый из которых имеет ограниченную надежность, а также из-за использования в системе промывки внешнего источника энергии (см. техническое описание № 2595 Турбина паровая К-800-240-5. Фильтр предварительной очистки циркуляционной воды ФС-2400-1. Система управления.11, 1990 г., ПО ЛМЗ, стр.12, 13 и приложение к Т.О.) и повышенные габариты, а следовательно и металлоемкость фильтра из-за использования в качестве фильтрующей только боковой цилиндрической поверхности фильтрующего элемента.

Цель изобретения - повышение надежности работы и упрощение конструкции фильтра за счет обеспечения использования энергии очищаемой воды для привода системы промывки и обеспечения самоуправления собственной промывкой.

Поставленная цель достигается тем, что фильтрующий элемент снабжен дополнительными перфорированными стенками, пересекающими плоскость входного отверстия в радиальном направлении и наклоненными навстречу направлению вращения фильтрующего элемента, каждая из которых сопряжена с перфорированной поверхностью фильтрующего элемента и с соответствующей радиальной стенкой, оснащен, по крайней мере, одним фиксатором вращения фильтрующего элемента, выполненным в виде взаимодействующих в окружном направлении выступов, размещенных с возможностью относительного перемещения вдоль оси фильтра, и оснащен упругим элементом, размещенным между корпусом и фильтрующим элементом, при этом фильтрующий элемент установлен с возможностью перемещения в осевом направлении, радиальные стенки выполнены перфорированными, а упругий элемент выполнен с коэффициентом жесткости К, выбираемым по формуле

тгде Р - осевая сила от заданного гидросопротивления начала промывки фильтрующего элемента;

I - максимальная из величин относительного осевого перемещения выступов фиксатора вращения до выхода их из зацепления.

С целью повышения экономичности при работе фильтра в условиях пониженной скорости охлаждающей воды выступ, размещенный на корпусе, выполнен регулируемым по высоте в направлении оси фильтра.

С этой же целью в указанных условиях относительное перемещение И пары выступов каждого фиксатора до выхода их из зацепления между собой, кроме фиксатора с максимальной величиной I относительного перемещения его выступов, выбирается по формуле:

К

где К - коэффициент жесткости упругого элемента;

Pi - осевая сила гидросопротивления, соответствующего прекращению промывки.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленный фильтр отличается наличием новых элементов: наклонных перфорированных стенок, фиксатора вращения фильтрующего элемента, упругого элемента между корпусом и фильтрующим элементом, перфорацией в радиальных стенках и их связей с остальными элементами фильтра.

Размещение наклонных перфорированных стенок и выполнение перфорации в радиальных стенках позволяет использовать энергию очищаемой воды для вращения фильтроэлемента при его промывке, Вра- щение фильтроэлемента непосредственно от потока очищаемой воды значительно надежнее, чем от внешнего источника энергии (например электроэнергии как у прототипа). -Выполнение упругого элемента между корпусом и фильтроэлементом и выполнение фиксатора вращения последнего с указанной в формуле их взаимосвязью обеспечивают самоуправляемый процесс промнвки фильтроэлемента и, тем самым, позволяют отказаться от использования управляющих промывкой .сигналов, являющихся следствием логической обработки информации от средств контроля состояния фильтра, что также повысит надежность работы фильтра. Отказ от внешних средств управления промывкой фильтра кроме того упростит конструкцию последнего.

На фиг. 1 изображен общий вид фильтра в разрезе; на фиг,2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.З - развернутый разрез Б-Б на фиг.2; на фиг.4 - изображен вариант фильтра с несколькими фиксаторами вращения в разрезе А-А на фиг.1.

Фильтр содержит корпус 1 с промывочным патрубком 2, с подводящей 3 и отводящей 4 камерами, установленный в

последней с возможностью вращения вокруг своей оси фильтрующий элемент, содержащий перфорированную поверхность вращения 5, радиальные перфорированные 5 стенки 6, дополнительные перфорированные стенки 7, пересекающие плоскость входного отверстия 8 в радиальном направлении и наклоненные навстречу направлению вращения фильтрующего элемента.

0 Фильтрующий элемент содержит также со- осное ему цилиндрическое кольцо 9 с ради- альными отверстиями, перекрытыми заслонками 10, каждая из которых установлена с возможностью поворота вокруг своей

5 оси, смещенной относительно собственного центра тяжести указанной заслонки в направлении вращения фильтрующего элемента, перпендикулярной оси этого отверстия и параллельной оси фильтра OOi.

0. В каждом секторе фильтрующего элемента цилиндрическое кольцо 9, перфорированная поверхность 5 и стенки 6, 7 образуют секции для фильтрации, входное отверстие 8 одной из которых перекрыто

5 перегородкой 11, а радиальное отверстие с заслонкой 10 указанной секции соосно промывочному патрубку 2.

Цилиндрическое кольцо 9, перфорированная поверхность 5 и стенки 6, 7 жестко

0 скреплены с валом 12 фильтрующего элемента посредством радиальных ребер 13. Указанный вал 12 опирается на подшипники 14, жестко связанные ребрами 15 с корпусом 1.

5 На обращенной к корпусу поверхности фильтрующего элемента выполнен выступ 16с возможностью взаимодействия с выступом 17 корпуса 1 в окружном направлении и с возможностью перемещения в осевом

0 направлении вместе с фильтроэлементом,

Между валом 12 фильтроэлемента и подшипником 14 выполнен упругий элемент 18, например, в виде спиральной пружины, противодействующий осевому перемеще5 нию фильтрующего элемента. Коэффициент жесткости упругого элемента 18 выбирается из формулы

50

К Ј,

(D

где Р - осевая сила от заданного гидросопротивления начала промывки фильтрующего элемента;

I - максимальная из величин относительного осевого перемещения выступов фиксаторов вращения до выхода их из взаимного зацепления.

Максимальная величина I одного из фиксаторов выбирается конструктивно, например, из условия обеспечения заданной точности управления прЪмывкой.

При расположении промывочного отверстия 20 одной из фильтрующих секций соосно промывочному патрубку 2 выступ 16 размещён по направлению вращения фильтрующего элемента перед выступом 17 на расстоянии т, выбранном равным ходу фильтрующего элемента, при котором заслонка 10 указанной выше секции из ее положения открытия отверстия 20 (заслонка 10 параллельна оси патрубка 2) до положения перекрытия отверстия 20 (заслонка 10 перпендикулярна оси отверстия 20).

Для повышения экономичности при работе фильтра в условиях пониженной темпе- ратуры охлаждающей воды выступ 17 фиксатора вращения, имеющего величину I максимального перемещения, выполнен с возможностью перемещения по высоте вдоль оси фильтра. При этом высота I выступа 17 выбирается по падению производительности насоса АСмпр, определяемому из условия обеспечения равенства произведения потери производительности насоса за межпромывочный период Дбмпр на время межпромывочного периода tunp произведению потери расхода воды при регенерации фильтра AGp на время регенерации фильтра tp

Лбмпр twnp ЛСр tp .

Для повышения экономичности при работе фильтра в условиях пониженной темпе- ратуры могут быть установлены дополнительные фиксаторы вращения, величина относительного перемещения выступов 19 м 16 которых выбирается по формуле

JPl К

(2)

где К - коэффициент жесткости упругого элемента по формуле (1),

Pi - осевая сила от гидросопротивления, соответствующего прекращению про- мывки (т.е. от гидросопротивления, соответствующего заданному минимальному крутящему моменту фильтрующего элемента).

При работе фильтра имеют место два режима: режим фильтрации и режим промывки.

В режиме фильтрации вода с механическими частицами поступает через входные отверстия 8 секций к перфорированной поверхности 5 и стенкам б, 7, проходит через

перфорацию и через отводящую 4 камеру направляется к потребителю (к теплообмен- ному аппарату). Механические частицы, содержащиеся в подводимой к фильтру воде,

удерживаются перфорированной поверхностью 5 и стенками 6, 7, причем с перфорированной поверхности 5 и стенки 6 указанные частицы преимущественно соскальзывают в перфорированную по ходу воды часть сек0 ции, а на наклонных перфорированных стенках 7 - преимущественно задерживаются в месте встречи с этой поверхностью 7, так как последняя расположена к направлению течения подводимой воды под углом

5 естественного откоса механических частиц. Механические частицы, скапливающиеся на поверхности 5 и стенках б, 7 фильтроэлемента, увеличивают его гидросопротивление, а, следовательно, и силу

0 воздействия фильтроэлемента на упругий элемент 18, который, деформируясь, позволяет перемещаться фильтроэлементу вдоль оси фильтра пропорционально изменению гидросопротивления, Вместе с фильтроэле5 ментом перемещается в осевом направлении и его выступ 16, сопряженный с выступом 17 корпуса 1, который удерживает фильтроэлемент от вращения.

При достижения фильтроэлементом в

0 процессе работы гидросопротивления, за- данного для начала промывки (НПр), указанный фильтроэлемент действует на упругий элемент 18 с осевой силой Р и имеет перемещение вдоль оси фильтра, равное I, соот5 ветствующее величине деформации

упругого элемента 18 и составляющей Р/К,

где К - коэффициент жесткости упругого

элемента 18. Значению I соответствует и

относительное перемещение выступов 16 и

0 17 фиксатора вращения фильтроэлемента, при котором выступ 16 выходит из зацепления с выступом 17, и начинается процесс промывки фильтроэлемента.

Как было указано выше, механические

5 частицы скапливаются неравномерно на перфорированной поверхности 5 и стенках 6, 7, При этом механические частицы, более плотно перекрывшие перфорацию стенок 7, создают на них больший перепад давлений

0 очищаемой воды, чем на стенках 6.

Разность перепада давлений на стенках 6 и 7 создает крутящий момент на валу 12 фильтроэлемента, который, поворачиваясь, поочередно проводит секции над перего5 редкой 11. Перегородка 11 в момент прохождения над ней фильтрующей секции перекрывает входное отверстие 8 последней и прекращает доступ в нее очищаемой воды. В этот же момент от перепада давлений в отводящей 4 камере фильтра и в промывочном патрубке 2, равного гидросопротивлению потребителя, открывается соосно с ним расположившаяся заслонка 10 промываемой секции.

При этом охлаждающая вода, очищенная в соседних с промываемой фильтрующих секциях, которые работают в режиме фильтрации, устремляется в промывочный патрубок через перфорированную поверхность 5 и стенки б, 7 промываемой секции в направлении,обратном направлению потока в режиме фильтрации, и уносит с собой механические частицы, осевшие на поверхности 5 и стенках 6, 7 промываемой секции.

Время промывки секции равно времени хода открытой заслонки 10 промываемой секции вместе с фильтроэлементом до стенки промывочного патрубка 2. От механического воздействия заслонки 10 промываемой секции и патрубка 2 заслонка указанной секции закрывается, входное отверстие 8 этой секции выходит из-за перегородки 11 и секция начинает работать в режиме фильтрации. Так поочередно промываются все фильтрующие секции фильт- роэлемента. При этом гидросопротивление фильтроэлемента падает до значения, меньшего НПр, и упругий элемент 18 возобновляет взаимодействие выступов 16 и 17, возвращая фильтроэлемент в исходное положение.

При переводе системы охлаждения теп- лообменного оборудования на режим эксплуатации с пониженным расходом воды в фильтре при той же степени загрязнения, что и при номинальной скорости воды снижается гидросопротивление пропорционально изменению квадрата скорости воды. Следовательно, при той же концентрации механических частиц в охлаждающей воде, как и в номинальном режиме, межпромывочный период фильтра (Тмпр), то есть время для достижения осевой силы от гидросопротивления фильтроэлемента значения Р увеличивается. Последнее в соответствии с балансом потерь расхода охлаждающей воды требует поддержания фильтра в более

чистом состоянии, что выполняется уменьшением размера выступа 17 вдоль оси фильтра, например, путем его вывинчивания из корпуса 1 фильтра. ,

5Таким образом регулирование выступа 17 позволяет избежать дополнительных потерь расхода охлаждающей воды от снижения производительности циркнасоса в сравнении с потерями расхода на регенера0 цию фильтра в указанном выше режиме эксплуатации.

При использовании фильтра в условиях пониженного расхода воды по достижении последним гидросопротивления НПр, соот5 ветствующего началу промывки, выступ 16 выходит из зацепления с выступом 17 и начинается промывка фильтроэлемента. Фильтрующие секции промываются поочередно и с промывкой каждой секции умень0 шается гидросопротивление фильтра, а, соответственно, и изменяется осевое расположение выступов 17, 19 корпуса 1 относительно выступа фильтроэлемента 16. При снижении гидросопротивления фильтра во

5 время промывки его фильтрующих секций ниже гидросопротивления, соответствующего прекращению промывки Pi, выступ 16 входит в зацепление с соответствующим выступом 19 и прекращает вращение фильтру0 ющего элемента для промывки секций. Последним исключается прекращение вращения фильтроэлемента, когда открыта заслонка 10 и одна из секций сообщена с промывочным патрубком 2. В результате ис5 ключаются потери охлаждающей воды на регенерацию, которые могут иметь место в условиях пониженного расхода воды, соответственно повышается экономичность фильтра. При увеличении осевой силы выше

0 значения Pi от загрязнения фильтра выступы 16 и 19 выходят из зацепления друг с другом и промывка фильтроэлемента продолжается.

По окончании промывки всех секций

5 вновь зацепляются выступы 16 и 17 до времени достижения осевой силы от гидросопротивления фильтрозлемента значения Р.

Изобретение относится к фильтрам предочистки охлаждающей воды энергетической установки и позволяет повысить надежность работы и упростить конструкцию за счет обеспечения использования энергии очищаемой воды для привода системы промывки фильтра и обеспечения самоуправляемости промывкой. Для этой цели фильтр оснащен дополнительными перфорированными стенками, пересекающими плоскость входного отверстия в радиальном направлении и наклоненными навстречу направлению вращения фильтрующего элемента, по крайней мере, одним фиксатором вращения фильтрующего элемента, выполненным в виде двух выступов, размещенных соответственно на фильтрующем элементе и корпусе с возможностью взаимодействия между собой в окружном направлении и с возможностью перемещения одного относительно другого вдоль оси фильтра, и оснащен упругим элементом, размещенным корпусом и фильтрующим элементом и имеющим коэффициент жесткости К, определяемый по формуле К P/I. Выступ, размещенный на корпусе, выполняют регулируемым по высоте в направлении оси фильтра. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Формула изобретения

сросное фильтрующему элементу цилиндрическое кольцо с радиальными отверстиями, перекрытыми заслонками, радиальные стенки, посредством которых фильтрующий

элемент разделен на секции фильтрации, входное отверстие одной из которых перекрыто перегородкой, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности в работе и упрощения конструкции фильтра

за счет обеспечения использования энергии очищаемой воды для привода системы промывки фильтра и обеспечения самоуправляемости промывкой, он снабжен дополнительными перфорированными стенками, пересекающими плоскость входного отверстия в радиальном направлении и наклоненными навстречу направлению вращения фильтрующего элемента, каждая из которых сопряжена с перфорированной поверхностью фильтрующего элемента и соответствующей радиальной стенкой, оснащен по крайней мере одним фиксатором вращения фильтрующего элемента, выполненным в виде двух выступов, размещенных соответственно на фильтрующем элементе и корпусе с возможностью взаимодействия между собой в окружном направлении и с возможностью перемещения одного относительно другого вдоль оси фильтра, и упругим элементом, размещенным между корпусом и фильтрующим элементом, при этом фильтрующий элемент установлен с возможностью перемещения в осевом направлении, радиальные стенки выполнены перфорированными, а упругий элемент выполнен с коэффициентом жесткости К, выбираемым из формулы

где Р - осевая сила от заданного гидросопротивления начала промывки фильтрующего элемента;

I - максимальная из величин отнрси- тельного осевого перемещения выступов фиксаторов вращения для выхода их из зацепления между собой.

..,-Ј.

где К - коэффициент жесткости упругого элемента:

PI - осевая сила от гидросопротивления, соответствующего прекращению промывки.

Фиг Л

k

JL

О

Фие.З

Б-5 развернуто - Направление 8ращемя

. /

я

R-/J J

I

jg M №я/эдЈлеме Йращеню

ФигЛ