Фильтр гидродинамический вибрационный
Заявленное техническое решение относится к области фильтрования жидких сред и может быть использована в химической, нефтехимической, пищевой и других отраслях промышленности для удаления механических загрязнений из рабочих жидкостей путем разделения дисперсных систем на фильтрат и концентрат с твердым осадком. Фильтр гидродинамический вибрационный содержит корпус с входным и выходным патрубками и патрубком для отвода концентрата загрязнений, фильтроэлемент, образующий вместе с валом и шкивом подвижный сборочный элемент и узел генерирования вибрации с возможностью отключения, расположенный вне корпуса. Имеющийся в самом корпусе сужающийся канал для подвода загрязненной жидкости и лопатки фильтроэлемента увеличивают эффективность центробежной очистки, снижая нагрузку на фильтровальный материал. Техническим результатом, достигаемым заявленной конструкцией фильтра является повышение ресурса работы фильтра за счет увеличения вклада центробежной сепарации в общий процесс очистки, снижение энергетических затрат вследствие использования устройств, преобразующих одну форму движения в другую, возможность регулирования режимных параметров и использования широкого спектра очищаемых сред.
Настоящая полезная модель относится к самоочищающимся фильтрам и может быть использована в химической, нефтехимической, пищевой, текстильной и других отраслях промышленности для очистки жидких сред от механических загрязнений.
Известно устройство для гидродинамического вибрационного фильтрования (авторское свидетельство СССР 
1502058, кл. B01D 29/28, 1989 г.), содержащее цилиндрический корпус с входным и выходным патрубками и фильтровальный элемент, который приводится во вращение энергией потока жидкости. Вибрация фильтроэлемента создается посредством сжатий-растяжений упругого сильфона за счет генерируемого пульсатором переменного давления, создающего периодически изменяющуюся силу, действующую на крышку фильтроэлемента.
Недостатком данного устройства-аналога является то, что для движений (вращения и вибрации) фильтроэлемента используется энергия потока жидкости, что требует наличие специальных устройств, обеспечивающих создание большого располагаемого напора жидкости, пульсатора, что ограничивает область применения таких фильтров. Также следует отметить, что суспензия подается в пространство между корпусом и фильтроэлементом в осевом направлении, при этом крупные частицы загрязнений находящиеся вблизи фильтроэлемента ввиду незначительности центробежной силы сразу же оседают на фильтровальной поверхности. Имеющийся в фильтре сильфон увеличивает массу и габариты фильтра, снижает надежность его работы. Фильтроэлемент конический, что усложняет технологию изготовления фильтра.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является известный вибрационный фильтр, выбранный в качестве прототипа (авторское свидетельство СССР 1567246, кл. B11D 35/20, 1990 г.). Вибрационный фильтр содержит корпус с входным и выходным патрубками, фильтроэлемент, разделяющий патрубки и установленный в корпусе с возможностью вращения вокруг своей оси и вибрации вдоль нее, привод вращения фильтроэлемента и узел генерации вибрации в виде устройства преобразования вращательного движения фильтроэлемента в его вибрационное возвратно-поступательные перемещение. Фильтроэлемент закреплен на ступице турбины посредством сильфона, при этом турбина приводится во вращение за счет потока перепускаемой жидкости, а вибрация фильтроэлемента обеспечивается пульсатором, выполнены в виде двух сопряженных дисков с отверстиями, при этом один из дисков выполнен неподвижным, а другой установлен на ступице с возможностью вращения.
К недостаткам этого наиболее близкого аналога-прототипа относятся сложность и пониженная надежность конструкции, необходимость высокого напора очищаемой жидкости для привода турбины. Низкая надежность конструкции связана с закреплением фильтроэлемента на сильфоне, что не обеспечивает центрирование фильтроэлемента, а сочетание вращения и вибрации фильтроэлемента при таком конструктивном решении приводит к разрушению конструкции. Кроме того, эффективность отделения твердой фазы не высока, так как при таком конструктивном решении невозможно создание повышенных частот вращения фильтроэлемента. В результате недостаточной эффективности центробежной сепарации основная масса частиц загрязнений задерживается материалом фильтроэлемента, что снижает ресурс его работы, а эффект самоочищения не высок. Кроме того, недостатком вибрационного фильтра является сложность его эксплуатации, обусловленная тем, что узел генерации вибрации находится внутри корпуса фильтра, поэтому при его ремонте и замене требуется разборка фильтра, при которой может быть нарушено центрирование. Также конструкция фильтра предусматривает жесткую связь между частотой вращения фильтроэлемента и частотой его вибрации, что усложняет варьирование режимов работы фильтра, необходимых для их оптимизации, так как для различных очищаемых сред, отличающихся реологическими свойствами и параметрами загрязнения, характерны свои оптимальные режимные параметры.
Задачей полезной модели является увеличение надежности и ресурса работы фильтра, снижении его энергетических затрат, уменьшение массы, а также упрощение его эксплуатации при обслуживании, ремонте и выборе оптимальных режимных параметров.
Поставленная задача решается благодаря тому, что в фильтре гидродинамическом вибрационном, содержащем корпус с входным и выходным патрубками, цилиндрический фильтроэлемент установленный в корпусе с возможностью вращения вокруг своей оси и вибрации вдоль нее, привод вращения фильтроэлемента и узел генерации вибрации, преобразующий вращательного движение фильтроэлемента в его вибрационное возвратно-поступательные перемещение, предусмотрены следующие отличия: узел генерации вибрации расположен вне корпуса и выполнен в виде механического устройства, состоящего из двух контактирующих элементов, один из которых вращающийся совместно с фильтроэлементом, а другой неподвижный и закреплен на внешней поверхности корпуса.
Кроме того, вращающийся элемент узла генерации вибрации выполнен в виде усеченного цилиндра, на поверхности среза которого выполнены круговые концентрические канавки и углубление, и установлен соосно с фильтроэлементом, а неподвижный элемент выполнен в виде регулируемого шарикового толкателя, закрепленного на корпусе соосно или несоосно с фильтроэлементом и с возможностью изменения степени несоосности. Фильтр имеет возможность отключения генерации вибрации. Фильтроэлемент снабжен одним или несколькими продольными ребрами, а корпус сужающимся кольцевым каналом, расположенным за входным патрубком.
Полезная модель позволяет повысить надежность работы за счет обеспечения вращения и создания вибрации одним внешним приводом и более высокой конструктивной надежности узла генерации вибраций; увеличить эффективность отделения твердой фазы центробежным механизмом очистки за счет конструкции корпуса с сужающимся кольцевым каналом у входного патрубка и фильтроэлемента с лопатками, что обеспечивает дополнительную закрутку потока, создающую повышенный эффект центробежной сепарации твердой фазы и увеличение ресурса работы за счет снижения нагрузки на фильтровальный материал фильтроэлемента. Расположение узла генерации вибрации вне корпуса фильтра упрощает его эксплуатацию при ремонтах и выборе режимных параметров, так как при таком расположении исключается необходимость разборки фильтра, а изменение соотношения между частотами вращения и вибрации фильтроэлемента значительно облегчается и обеспечивается путем настройки узла генерации вибрации. Предложенное новое конструктивное выполнение фильтра обеспечивает возможность быстрого и простого регулирования режимных параметров и замены конструктивных элементов, в том числе отключения генерации вибраций.
Техническая сущность и принцип действия предложенной полезной модели поясняются чертежами. На Фиг. 1 изображена конструктивная схема фильтра с узлом генерации вибрации, расположенным на корпусе (главный вид, совмещенный с разрезом по оси вращения). На Фиг. 2 показан вид сверху, на Фиг. 3 - сечение фильтра, представленного на Фиг. 1. На Фиг. 4 изображены контактирующие элементы узла генерации вибрации. Фиг. 5, 6 иллюстрируют два крайних положения узла генерации вибрации. На Фиг. 7 показан возможный вариант конструктивного исполнения узла генерации вибрации фильтра (главный вид, совмещенный с разрезом по оси вращения), на Фиг. 8 - разрез, представленный на Фиг. 7.
Фильтр (Фиг. 1-3) содержит корпус 1 с входным патрубком 2, крышку 3 с выходным патрубком, патрубок 4 для отвода концентрата загрязнений, крышку 5 корпуса с фланцем и фильтроэлемент 6, закрепленный на валу 7. Входной патрубок 2 и патрубок 4 выполнены тангенциально к корпусу с обеспечением закрутки потока жидкости в направлении вращения фильтроэлемента. Фильтроелемент 6, и соединенные с ним вал 7, стакан 8 и шкив 9, образуют подвижный сборочный элемент. Сборочный элемент установлен в запрессованную в крышку 3 биметаллическую втулку 10, предотвращающую перекос фильтроэлемента 6 при вращении. Вращение сборочного элемента обеспечивается приводом через ременную передачу на шкиве 9 посредством запрессованных на вале 7 и закрепленных в крышке 5 радиальных роликовых подшипников 11. Посадка роликов в корпусе подшипника обеспечивает возможность их осевого перемещения вместе с внутренним подшипниковым кольцом, запрессованном на вале 6 сборочного элемента.
Узел генерирования вибрации состоит из упорных втулок 12, регулировочной планки 13 с пазами 14, шарикового толкателя 15 с шариком 16 и контактирующего элемента 17 в виде усеченного цилиндра, на поверхности среза 18 которого выполнены круговые концентрические канавки 28 и углубление 29, повторяющие в сечении форму шарика 16, размещенного в толкателе 15 (Фиг. 4). Элемент 17 прижат к толкателю 15 пружиной 19, установленной между упорным подшипником 20 и шкивом 9. Крепление узла вибрации на крышке 5 корпуса фильтра осуществляется посредством крепежных элементов 21, выполненных в виде шпилек с гайками.
Узел генерирования вибрации может быть выполнен в другом конструктивном исполнении (Фиг. 7-8), в котором вращающийся контактирующий элемент 30 выполнен в виде усеченного цилиндра с ровной поверхностью среза 31, а толкатель в виде наружного кольца радиального шарикового подшипника 34, закрепленного на установочном винте 32 посредством гаек 35. Винт 32 установлен в планке 33 с возможностью перемещения вдоль своей оси посредством передачи винт-гайка 37 и закреплен гайкой 36.
Для повышения герметичности в корпусе фильтра установлены армированная манжета 22 и разбрызгивающие кольца 23 и 24. На фильтроэлементе 6 закреплены радиальные лопатки 25 для дополнительной закрутки потока жидкости. В области входного патрубка 2 в корпусе 1 фильтра установлена спиральная пластина 26, образующая с корпусом сужающийся канал 27 (Фиг. 1).
Устройство работает следующим образом.
Очищаемая жидкость под давлением поступает внутрь корпуса 1 через тангенциальный патрубок 2 и сужающийся канал 27, образованный стенкой корпуса 1 и спиральной пластиной 26, получив первоначальную закрутку потока (Фиг. 1-3). Вращение фильтроэлемента 6 обеспечивается приводом через ременную передачу на шкиве 9 посредством запрессованных на вале 7 и закрепленных в крышке 5 радиальных роликовых подшипников 11. При вращении под действием центробежных сил частицы загрязнений отбрасываются к периферии, захватываются потоком перепускаемой жидкости и удаляются через тангенциальный отвод 4. Основной поток пропускается через вращающийся фильтроэлемент 6, фильтровальный материал которого задерживает частицы, не отделенные за счет центробежных сил. Очищенная жидкость выводится через патрубок в крышке 3. Для интенсификации центробежной сепарации частиц с целью снижения нагрузки на фильтровальный материал фильтроэлемента 6 и увеличения ресурса работы фильтра кроме тангенциального подвода 2 и сужающегося канала 27 предусмотрены радиальные лопатки 25, установленные на фильтроэлементе 6 и увеличивающие закрутку потока жидкости.
Для реализации самоочищающейся способности фильтра, а также устранения облитерационных процессов, предусмотрено, кроме вращательного, возвратно-поступательное вибрационное движение фильтроэлемента. Вибрация создается при обкатывании шариковым толкателем 15 по наклонной поверхности 18 элемента 17 в виде усеченного цилиндра, которая имеет круговые канавки 28, повторяющие в сечении форму шарика 16, размещенного в толкателе 15 (Фиг. 4). При прохождении толкателем 15 по канавке 28 самой верхней точки наклонной поверхности элемента 17 (Фиг. 5) фильтроэлемент занимает крайнее нижнее положение; при прохождении толкателем самой нижней точки (Фиг. 6) - крайнее верхнее положение. Установленная на крышке корпуса пружина 19 сжатия, обеспечивает постоянный контакт толкателя 15 с плоскостью элемента 17. Планка 13 позволяет производить регулировку величины амплитуды вибрации с использованием одного элемента 17 в виде усеченного цилиндра изменением степени несоосности между толкателем 15 и фильтроэлементом 6. Это обеспечивается смещением планки 13, для чего планка 13 вместе с толкателем 15 смещается по пазам 14 до момента, когда шарик 16 толкателя 15 не окажется в одной из требуемых канавок 28 элемента 17. При перемещении толкателя из одной канавки 28 в другую происходит изменение степени несоосности между толкателем 15 и фильтроэлементом 6, в результате чего изменяется амплитуда вибрации. Планка 13 закреплена посредством крепежных элементов 21, выполненных в виде шпилек и гаек. При соосном положении толкателя 15 и фильтроэлемента 6, когда шарик 16 толкателя 15 находится в центральном углублении 29 элемента 17 в виде усеченного цилиндра, происходит отключение узла генерирования вибрации. В конструкции фильтра легко производится замена элемента 17 с требуемым углом наклона поверхности среза 18, количеством канавок 28 и их расположением в зависимости от требуемой амплитуды и частоты вибрации фильтроэлемента 6. Таким образом, обеспечивается упрощение ремонта фильтра и смена режимных параметров (частоты и амплитуды вибрации), так как для этого не требуется разбирать корпус фильтра, нарушая при этом центрирование и приработку узлов фильтра.
Для плавного регулирования амплитуды вибрации контактирующие элементы узла генерации вибрации могут быть исполнены в следующем варианте. Вибрация создается при обкатывании толкателем, в виде в виде наружного кольца радиального шарикового подшипника 33, по ровной поверхности среза 31 элемента 30 в виде усеченного цилиндра (Фиг. 7-8). Винт 32, на котором установлен подшипник 33, позволяет производить регулировку амплитуды вибрации с использованием одного элемента 30. Для этого винт 32 с использованием передачи винт-гайка 37 смещается вдоль своей оси в планке 33, установленной на корпусе фильтра посредством крепежных элементов 21, выполненных в виде шпилек и гаек, и фиксируется при помощи гайки 36. При изменении положения подшипника 33 относительно оси вращения фильтроэлемента 6 изменяется величина амплитуды вибрации. Благодаря передаче винт-гайка 37 регулировка амплитуды вибрации производится с плавным приращением величины последней при использовании одного контактирующего элемента 30 в виде усеченного цилиндра с ровной поверхностью среза.
Техническим результатом, достигаемым заявленной конструкцией фильтра является увеличение надежности системы за счет простого устройства генерации вибрации, повышение ресурса работы фильтра за счет увеличения вклада центробежной сепарации в общий процесс очистки, снижение энергетических затрат вследствие использования устройств, преобразующих одну форму движения в другую, возможность быстрого регулирования режимных параметров для использования широкого спектра очищаемых сред, и уменьшение массы фильтра, упрощения ремонта и эксплуатации фильтра за счет обеспечения простоты замены наиболее изнашиваемых элементов.
1. Фильтр гидродинамический вибрационный, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, фильтроэлемент, установленный в корпусе с возможностью вращения вокруг своей оси и вибрации вдоль нее, привод вращения фильтроэлемента и узел генерации вибрации в виде устройства преобразования вращательного движения фильтроэлемента в его вибрационное возвратно-поступательные перемещение, отличающийся тем, что узел генерации вибрации расположен вне корпуса и выполнен в виде механического устройства, состоящего из двух постоянно контактирующих элементов, один из которых соединен с фильтроэлементом с обеспечением вращения совместно с ним, а другой выполнен неподвижным и закреплен на корпусе.
2. Фильтр по п. 1, отличающийся тем, что контактирующий элемент узла генерациии вибрации, соединенный с фильтроэлементом, выполнен в виде усеченного цилиндра, на поверхности среза которого выполнены круговые концентрические канавки и углубление, и установлен соосно с фильтроэлементом, а элемент, закрепленный на корпусе, выполнен в виде регулируемого толкателя и установлен соосно или несоосно с фильтроэлементом и с возможностью изменения степени несоосности.
3. Фильтр по п. 2, отличающийся тем, что регулируемый толкатель закреплен на корпусе посредством крепежных элементов и планки с пазами, при этом крепежные элементы установлены в пазах.
4. Фильтр по п. 1, отличающийся тем, что фильтроэлемент снабжен одним или несколькими продольными радиальными ребрами, а корпус сужающимся кольцевым каналом, расположенным за входным патрубком.
