ФИЛЬТРУЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ, СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА Советский патент 1996 года по МПК B01D39/00 B01D27/00 

Изобретение относится к области фильтрации, в частности к конструкции фильтрующих элементов, к способам его изготовления и устройствам для реализации способа изготовления фильтров, и может быть использовано в электронной, химической, текстильной и др. отраслях промышленности.

На фиг. 1 показан фильтрующий элемент, разрез; на фиг. 2 устройство для изготовления фильтрующего элемента; на фиг. 3 узел I на фиг. 2; на фиг. 4 - вид Б на фиг. 2; на фиг. 5 устройство, разрез.

Фильтрующий элемент включает перфорированный полый жесткий стержень 1, с одного из торцов которого укреплена глухая крышка, а с другого крышка, имеющая штуцер для отвода отфильтрованной жидкости. На фиг. 1 изображены слои волокнистого материала 5 (без разбивки). На стержне 1 размещены слои 5 волокнистого материала, сформированные из текстурированных или крученых жгутовых нитей на основе сополимера тетрафторэтилена с гексафторпропиленом (СП ТФЭ-ГФП), поливиниленденфторида (ПВДФ), полипропилена (ПП), поликапроамида (ПК).

Жгутовые нити плотно прилегают друг к другу. Количество нитей в ромбе определяет длину свободного отрезка витка между указанными точками. Чем больше количество жгутовых нитей в ромбе, тем больше длина свободного отрезка нити между зафиксированными точками. Увеличение длины свободного отрезка нити приводит к возрастанию его подвижности и, как следствие, к падению селективности и прочности структуры. Проницаемость структуры при этом возрастает.

Фильтрующий элемент работает в режиме, когда поток фильтруемой среды движется по направлению от наружного волокнистого слоя, проходит последовательно II и I волокнистые слои, затем через штуцер поступает в сборник отфильтрованной среды. Механические частицы из фильтруемой среды оседают на поверхности и внутри волокнистых слоев 5. По мере работы происходит забивание проходных пор фильтрующего элемента механическими частицами, что вызывает повышение перепада давления фильтрации. После чего фильтрующий элемент регенерируют, например, обратной промывкой.

В качестве материала, применяемого для получения намоточных структур, описанных в предмете изобретения, авторы предлагают использовать текстурированные или крученые жгутовые нити на основе СП ТФЭ ГФП, ПВДФ, ПП, ПКА. Выбор материала определяется главным образом составом и температурой фильтруемой среды и условиями фильтрования (скорость потока, максимальный перепад давления). Используемый волокнистый материал должен быть химически стойким к агрессивной фильтруемой среде.

Способ для изготовления фильтрующего элемента и устройство для его осуществления поясняются фиг. 2 5.

Питающее устройство 8 с электроприводом (не показан) содержит приводную галету 9 и свободно вращающийся ролик 10, которые установлены под углом друг к другу. Корпус нитераскладчика 11 (поворотный) установлен на наружных кольцах подшипников (не показаны), а внутренние кольца подшипников (не показаны) установлены на валу 12 нитераскладчика 11. Нитеводитель 13 закреплен в корпусе нитераскладчика 11 с возможностью возвратно-поступательного движения в пазу 14 корпуса нитераскладчика 11. Прикаточный ролик 15 (свободно вращающийся) установлен в подшипниках (не показано), которые крепятся к корпусу нитераскладчика 11 с помощью кронштейнов 16. На корпусе нитераскладчика 11 расположен датчик 17 угла поворота.

Бобинодержатель (не показан) жестко соединен с валом 18 бобинодержателя. На бобинодержателе (не показан) жестко закреплен полый жесткий стержень 1, на котором расположены слои волокнистого материала 5. Вал 12 нитераскладчика 11 и вал 18 бобинодержателя через приводной механизм 19 связаны с валом 20 приводного электродвигателя 21. На корпусе приводного механизма 19 закреплен датчик 22 длины намотанной нити. Датчик 17 угла поворота и датчик 22 длины намотанной нити электрически связаны с блоком управления 23 намоткой. Блок управления 23 намоткой, кроме того, электрически связан с приводным механизмом 19 и приводным электродвигателем 21.

Вал 20 приводного электродвигателя 21 через муфту 24 связан с валом 18 бобинодержателя, который установлен с возможностью вращения в подшипниках 25. На валу 18 бобинодержателя закреплены электромагнитные муфты 26, 27, 28 и зубчатые колеса 29, 30, 31, причем одна из полумуфт (не показаны) каждой из муфт 26, 27, 28 жестко соединена с валом 18 бобинодержателя, а вторая полумуфта (не показаны) жестко соединена с одним из зубчатых колес 29, 30, 31 соответственно. Зубчатые колеса 29, 30, 31 имеют возможность вращения относительно вала 18 бобинодержателя. Промежуточный вал 32 установлен с возможностью вращения в подшипниках 33,34. На промежуточном валу 32 установлены жестко соединенные с ним зубчатые колеса 35, 36, 37, 38, 39, 40. Каждое из зубчатых колес 38, 39, 40 входит в зацепление с одним из зубчатых колес 29, 30, 31 соответственно. Передаточные отношения пар зубчатых колес 29/38, 30/39, 31 /40 отличаются друг от друга.

Вал 12 нитераскладчика 11 жестко соединен с винтовым барабанчиком 41, установочным с возможностью вращения в подшипниках 42, 43. На валу 12 нитераскладчика 11 закреплены электромагнитные муфты 44, 45, 46 и зубчатые колеса 47, 48, 49, причем одна из полумуфт (не показаны) каждой из муфт 44, 45, 46 жестко соединена с валом 12 нитераскладчика 11, а вторая полумуфта жестко соединена с одним из зубчатых колес 47, 48, 49 соответственно, которые имеют возможность вращения относительно вала 21 нитераскладчика 11. Каждое из зубчатых колес 47, 48, 49 входит в зацепление с одним из зубчатых колес 35, 36, 37 соответственно, установленных на промежуточном валу 32.

На поверхности винтового барабанчика 41 нарезан, замкнутый винтовой паз 50, в котором размещен нитеводитель 13. Нитеводитель 13 установлен с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль паза 14 корпуса нитераскладчика 11. Электромагнитные муфты 26, 27, 28, 44, 45, 46 электрически связаны с блоком управления намоткой 23.

Передача вращательного движения от вала 18 бабинодержателя к промежуточному валу 32 и от промежуточного вала 32 к валу 12 нитераскладчика может осуществляться с помощью любого передаточного механизма, обеспечивающего точное (без проскальзывания) поддержание передаточного отношения между валами. В случае выполнения приводного механизма с использованием зубчатых передач зубчатые колеса 35 и 38, 36 и 39, 37 и 40 могут быть установлены попарно на различных промежуточных валах и жестко соединены с ними. Оси промежуточных валов в этом случае имеют возможность перемещения в плоскости, перпендикулярной осям, для измерения межцентрового расстояния. Это позволяет значительно расширить возможности по подбору чисел зубьев зубчатых колес. Использование трех промежуточных валов с перемещающимися осями является возможным вариантом исполнения предложенного авторами приводного механизма.

Устройство для реализации способа формирования фильтрующего элемента работает следующим образом. Текстурированная или крученая жгутовая нить 6 подается питающим устройством 8 на приемно-намоточное устройство, где проходит через глазок нитеводителя 13, огибает прикаточный ролик 15 и наматывается на полый жесткий стержень 1, образуя волокнистую структуру 5 с последовательно расположенными волокнистыми слоями. Линейная скорость подачи жгутовой нити 6 с помощью ролика 9 питающего прибора 8 за полный цикл формирования фильтрующего элемента остается постоянной, а скорость наматывания приемки текстурированной или крученой жгутовой нити 6 изменяется ступенчато таким образом, что при формировании каждого последующего волокнистого слоя она уменьшается, что приводит к тому что величина натяжения жгутовой нити 6 в каждом последующем волокнистом слое будет меньше, чем в предыдущем. Изменение скорости наматывания жгутовой нити 6 осуществляется с помощью блока управления 23, который изменяет частоту вращения вала 20 приводного электродвигателя 21. Расстояние между осями соседних нитей является величиной постоянной в конкретно рассматриваемом волокнистом слое и уменьшается ступенчато на границах волокнистых слоев с помощью приводного механизма 19 управляемого блоком 23 управления. В процессе формирования фильтрующего элемента блок управления 23 получает сигналы от датчика угла поворота 17 и датчика 22 длины намотанной нити. Сигнал от датчика угла поворота 17 служит для регулирования частоты вращения вала 20 приводного электродвигателя 21 с целью обеспечения постоянства линейной скорости наматывания нити 6 на полый жесткий стержень 1 увеличении диаметра фильтрующего элемента от D₁ до D₂ за цикл его формирования. Сигнал от датчика 22 угла намотанной нити служит для управления блоком 23 электромагнитных муфт 26, 27, 28, 44, 45, 46 при переходе от одного волокнистого слоя к последующему. Кроме того, сигнал с датчика 22 длины намотанной жгутовой нити служит для регулирования частот вращения вала 20 приводного электродвигателя 21 с целью обеспечения уменьшения величины натяжения жгутовой нити 6 при переходе от одного волокнистого слоя к последующим.

Фильтрующий элемент, содержащий перфорированный полый жесткий стержень с послойно намотанной текстурированной жгутовой нитью, образующей ромбическую намотку, уложенную с переменной плотностью, уменьшающейся к периферии элемента. С целью повышения производительности фильтрации при сохранении селективности количество параллельных жгутовых нитей, образующих ромбы, уменьшается послойно к периферии фильтрующего элемента от 6 - 10 жгутовых нитей у перфорированного стержня до 2 - 5 жгутовых нитей на периферии фильтрующего элемента, при этом число жгутовых нитей в ромбе в каждом слое меньше, чем в предыдущем, а расстояние между соседними жгутовыми нитями, образующими ромбы, переменно в направлении от перфорированного жесткого стержня к периферии и определено выражением, предложенным авторами. В качестве материала для изготовления фильтрующего элемента предложено использовать текстурированные или крученые жгутовые нити на основе сополимера тетрафторэтилена с гексафторпропиленом, поливинилиденфторида, полипропилена, поликапроамида. Способ изготовления фильтрующего элемента, включающий намотку текстурированной или крученой жгутовой нити на полый жесткий стержень при одновременном регулировании натяжения жгутовой нити, при этом соотношение между частотами возвратнопоступательного перемещения жгутовой нити и вращения полого жесткого стержня постоянно при наматывании слоя и переменно при переходе от слоя к слою. Устройство для реализации способа, содержащее подающий и приемный узлы, включающие нитераскладчик, бабинодержатель, приводной механизм, кинематически связывающий нитераскладчик с бобинодержателем, блок управления намоткой и другие единицы. Устройство изменяет натяжение нити при наматывании за счет регулирования скорости наматывания и структуру намотки за счет изменения передаточного отношения между нитераскладчиком и бабинодержателем. 3 с., 14 з.п.ф-лы. 5 ил.

1. Фильтрующий элемент, содержащий перфорированный полый жесткий стержень с послойно намотанной текстурированной или крученой жгутовой нитью, образующей ромбическую намотку, состоящую из витков жгутовой нити, расположенных вокруг перфорированного полого жесткого стержня, уложенную с переменной плотностью, уменьшающейся к периферии фильтрующего элемента, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности фильтрации при сохранении селективности, количество параллельных жгутовых нитей, образующих ромбы, уменьшается послойно к периферии фильтрующего элемента от 6 до 10 жгутовых нитей у перфорированного полого жесткого стержня до 2-5 жгутовых нитей на периферии фильтрующего элемента, при этом число жгутовых нитей в ромбе в каждом слое меньше, чем в предыдущем. 2. Фильтрующий элемент по п. 1, отличающийся тем, что количество витков жгутовой нити в слое определяется выражением

где L длина ромбической намотки, мм,
Δh расстояние между осями соседних витков параллельных жгутовых нитей, образующих ромбы, измеренное в направлении, параллельно оси перфорированного полого жесткого стержня, мм;
1- целое число, равное 1-6. 3. Фильтрующий элемент по пп. 1 и 2, отличающийся там, что расстояние между осями соседних витков параллельных жгутовых нитей, образующих ромбы, измеренное в направлении, параллельном оси перфорированного полого жесткого стержня, переменно в направлении от перфорированного полого жесткого стержня к периферии. 4. Фильтрующий элемент по пп. 1 3, отличающийся тем, что жгутовые нити, из которых выполнен фильтрующий элемент, являются предварительно напряженными нитями, при этом величина напряженности нитей уменьшается послойно в направлении от полого жесткого стержня к периферии фильтрующего элемента. 5. Фильтрующий элемент по пп.1 4, отличающийся тем, что количество слоев равно 2-3. 6. Фильтрующий элемент по пп.1 5, отличающийся тем, что текстурированная жгутовая нить выполнена на основе сополимера тетрафторэтилена с гексафторпропиленом и имеет линейную плотность 350-1700 текс и извитость З-6 см^-1. 7. Фильтрующий элемент по пп.1 5, отличающийся тем, что текстурировании жгутовая нить выполнена на основе поливинилиденфторида и имеет линейную плотность 240-1400 текс и извитость 3-6 см^-1. 8. Фильтрующий элемент по пп. 1 5, отличающийся тем, что текстурированная жгутовая нить выполнена на основе полипропилена и имеет линейную плотность 333-666 текс и извитость 3-5 см^-1. 9. Фильтрующий элемент по пп.1 5, отличающийся тем, что текстурированная жгутовая нить выполнена на основе поликапроамида и имеет линейную плотность 333-500 текс и извитость 6-8 см^-1. 10. Фильтрующий элемент по пп.1 5, отличающийся тем, что крученая жгутовая нить выполнена на основе сополимера тетрафторэтилена с гексафторпропиленом, имеет линейную плотность 350-1700 текс и число кручений 20-200 м^-1. 11. Фильтрующий элемент по пп.1 5, отличающийся тем, что крученая жгутовая нить выполнена на основе поливинилиденфторида, имеет линейную плотность 250-1400 текс и число кручений 20-160 м^-1. 12. Фильтрующий элемент по пп.1 5, отличающийся тем, что крученая жгутовая нить выполнена на основе полипропилена, имеет линейную плотность 333-666 текс и число кручений 20-160 м^-1. 13. Фильтрующий элемент по пп.1 5, отличающийся тем, что крученая жгутовая нить выполнена на основе поликапроамида, имеет линейную плотность 147-374 текс и число кручений 20-160 м^-1. 14. Способ изготовления фильтрующего элемента, включающий намотку текстурированной жгутовой нити на перфорированный полый жесткий стержень путем вращения перфорированного полого жесткого стержня и возвратно-поступательного движения жгутовой нити параллельно его оси вращения при одновременном регулировании натяжения жгутовой нити, отличающийся тем, что, с целью упрощения изготовления фильтрующего элемента, намотку ведут послойно, при этом соотношение между частотами возвратно-поступательного перемещения жгутовой нити и вращения полого жесткого стержня поддерживают постоянным при наматывании слоя и изменяют при переходе от слоя к слою. 15. Способ по п.14, отличающийся тем, что величину натяжения жгутовой нити поддерживают постоянной при наматывании слоя и изменяют при переходе от слоя к слою. 16. Устройство для изготовления фильтрующего элемента, содержащее подающий узел и приемный узлы для наматывания жгутовой нити, включающий нитераскладчик, бобинодержатель, электродвигатель, приводной механизм, кинематически связывающий электродвигатель с нитераскладчиком и бобинодержателем, датчик диаметра паковки и блок управления намоткой, имеющий блок управления частотой вращения электродвигателя, содержащий систему поддержания постоянства скорости наматывания, выход которой электрически связан с выходом датчика диаметра паковки, а вход с электродвигателем, отличающееся тем, что, с целью упрощения изготовления фильтрующего элемента, устройство снабжено датчиком количества намотанных витков жгутовой нити, системой управления приводным механизмом с блоком управления намоткой, включающим счетчик числа импульсов, сдвиговый регистр и блок управления электромагнитными муфтами, систему коррекции скорости наматывания, входящую в блок управления частотой вращения электродвигателя, при этом приводной механизм выполнен в виде системы многоступенчатых передач и электромагнитных муфт, а каждая из электромагнитных муфт состоит из двух полумуфт, одна из которых жестко соединена с первой ступенью одной из многоступенчатых передач, а вторая с валом бобинодержателя, и, кроме того, каждая электромагнитная муфта электрически связана с выходом блока управления электромагнитными муфтами, а выход датчика длины намотанной жгутовой нити связан со входом счетчика числа импульсов, вход которого связан со входом сдвигового регистра, который связан с системой коррекции скорости наматывания и с блоком управления электромагнитными муфтами, причем выход системы коррекции скорости наматывания связан с электродвигателем. 17. Устройство по п. 16, отличающееся тем, что приводной механизм выполнен в виде системы зубчатых колес или зубчатых шкивов, или звездочек, расположенных на валу бобинодержателя, промежуточном валу и валу нитераскладчика, при этом зубчатые колеса или зубчатые шкивы, или звездочки, расположенные на промежуточном валу, жестко соединены с ним, часть из них входит в зацепление соответственно с зубчатыми колесами или зубчатыми шкивами, или звездочками, расположенными на валу нитераскладчика, а остальные входят в зацепление соответственно с зубчатыми колесами или зубчатыми шкивами, или звездочками, расположенными на валу бобинодержателя, при этом каждое из зубчатых колес, расположенных на валу нитераскладчика и/или бобинодержателя, снабжено электромагнитной муфтой, при этом каждая из муфт состоит из двух полумуфт, одна из которых жестко соединена с зубчатым колесом или зубчатым шкивом или звездочкой, а другая с соответствующим валом.