Средство очистки фильтрующей поверхности, деаэрации фильтруемой дисперсной системы и десорбции из ее жидкой дисперсионной среды газов и/или посторонних жидких примесей
Изобретение предназначено для самоочистки фильтрующей поверхности в самоочищающемся фильтре для жидкостей, которая регенерируется обратным током фильтрата и тангенциальным потоком части фильтруемой среды. Средство выполнено в виде опорного каркаса для фильтрующей поверхности и грязеотводящего канала с входным сопловым отверстием, расположенным относительно очищаемого участка фильтрующей поверхности на расстоянии некоторого зазора. Каркас выполнен с возможностью обеспечения скорости тангенциального потока в указанном зазоре, большей чем скорость обратного тока фильтрата. Предусмотрена возможность перемещения канала и фильтрующей поверхности относительно друг друга. Положительный эффект достигается за счет использования тангенциального потока самоочистки с высокой скоростью движения жидкости в зазоре между указанным отверстием и очищаемым участком поверхности. Средство также может быть использовано для регенерации фильтрующей поверхности при таких давлениях фильтрата, при которых промывка этой поверхности обратным током фильтрата неэффективна. Технический результат: повышение эффективности самоочистки, улучшение деаэрации и десорбции. 6 з.п. ф-лы, 8 ил.
Изобретение относится к устройствам для фильтрации жидких сред, содержащих твердую дисперсную фазу, газовую и/или парогазовую фазу, а также посторонние жидкие примеси. Частный случай - устройства для фильтрации, сопровождаемой деаэрацией очищаемой среды и десорбцией из нее газовых и жидких компонентов загрязнений. Преимущественная область применения - фильтрация масла в системах смазки двигателей внутреннего сгорания (ДВС).Деаэрация масла и десорбция из него посторонних примесей (растворенных газов, топлива и воды) в системах смазки ДВС является актуальной задачей. Такая обработка смазочной жидкости замедляет образование в масле кислот и уменьшает коррозионный износ пар трения. Это увеличивает ресурс работы двигателя и смазки, а также уменьшает вредное воздействие на человека масла как канцерогенной среды при регламентном обслуживании двигателя.Вода в масле находится в растворенном виде и в виде дисперсной парогазовой фазы. Взаимодействуя с газами типа СО, СO2, NO, NO2, SO, SO2, присутствующими в смазочной жидкости, вода образует различные кислоты, которые при последующем растворении становятся сильными электролитами с высокой степенью диссоциации ионов. Это делает масло коррозионно-активной средой. Особенно высокий коррозионный износ наблюдается при работе непрогретого двигателя, когда создаются благоприятные условия для конденсации электролитов на деталях. В то же время известно, что благодаря высокой дисперсности парогазовой фазы площадь ее поверхности весьма велика. Она во много раз превосходит площадь свободной поверхности масла в картере ДВС, с которой происходит удаление системой вентиляции испаряющихся летучих компонентов. Представляет интерес воздействие на межфазовую границу дисперсной фазы с целью интенсифицировать десорбцию растворенных в масле компонентов внутрь парогазовых пузырьков с последующим отводом этих примесей из напорного потока системы смазки ДВС.В жидкой среде, содержащей твердую дисперсную фазу, газ может существовать в виде мельчайших, порядка долей микрона, газовых зародышей, адсорбированных на поверхности микропримесей. Поскольку эти твердые частицы, прежде чем попасть в жидкость, контактируют с газовой средой, то подавляющая часть твердой фазы содержит газовые и/или парогазовые зародыши. Они становятся центрами десорбции газов и растворенных жидких примесей при различных возмущениях в жидкости, когда резкое увеличение скорости ее движения относительно твердых частиц вызывает активное газовыделение на имеющейся межфазной границе. Это есть явление фильтрационного эффекта. На его использовании основано известное применение самоочищающегося фильтра в качестве средства дегазации дисперсной системы с жидкой дисперсионной средой (RU 2141864 C1, B 01 D 19/00, 1996). "Движущей силой" указанного процесса является скорость фильтрации, определяемая отношением расхода очищаемой жидкости к площади фильтрующей поверхности. Увеличение этой скорости с целью интенсифицировать фильтрационный эффект сопровождается ростом энергозатрат на очистку жидкости и в этом состоит недостаток указанного применения.Представляет интерес ускорение рассматриваемых процессов массообмена в самоочищающемся фильтре, но без увеличения скорости фильтрации. Такая возможность имеется благодаря тому, что самоочищающийся фильтр содержит механизм самоочистки фильтрующей поверхности, потенциальные возможности которого по его использованию для дегазации фильтруемой жидкой среды в существующих конструкциях фильтров еще не использованы.Известно (ЕР 0460842 А1, B 01 D 29/11, 1990) средство очистки фильтрующей поверхности самоочищающегося фильтра для жидкости, содержащее два сопла, установленных вблизи фильтрующей поверхности со стороны очищаемой среды. Одно из сопел используется для периодического смывания задержанных загрязнений тангенциальным потоком всей фильтруемой жидкости, а другое используется в качестве входного отверстия грязеотводящего канала, сообщенного с источником давления, меньшего чем давление в фильтре. Фильтр выполнен с возможностью относительного перемещения фильтрующей поверхности и указанных сопел. Канализация из фильтра загрязнений осуществляется путем воздействия на них обратным током части фильтрата. Тангенциальный поток, создаваемый этим средством, может также интенсифицировать образование на фильтрующей поверхности газовых и/или парогазовых пузырьков.Недостаток указанного средства заключается в затратах большого количества энергии на фильтрацию из-за дросселирования всей очищаемой жидкости через сопло тангенциального потока. Второй недостаток состоит в невозможности локализовать вблизи отверстия грязеотводящего канала загрязнения, смываемые тангенциальным потоком. В результате компоненты задержанной дисперсной фазы лишь перемещаются из одной зоны фильтрующей поверхности в другую. Твердые частицы под действием перепада давления на фильтровальной перегородке вновь уплотняются, что затрудняет их удаление обратным током фильтрата, а газовые и/или парогазовые пузырьки разрушаются и выносятся в фильтрат. Третий недостаток состоит в зависимости эффективности регенерации фильтрующей поверхности от давления в фильтре на стороне очищенной жидкости, поскольку оно определяет энергию обратного тока той части фильтрата, которая используется для преодоления сил адгезии между загрязнениями и фильтрующей шторой. Работа самоочищающегося фильтра при малых давлениях фильтрата характерна, например, для транспортного дизеля с приводимым от этого двигателя масляным насосом. В этом случае с уменьшением частоты вращения коленчатого вала до минимального значения давление масла в полости фильтрата снижается до 0,10-0,15 МПа. При таком давлении энергии обратного тока фильтрата недостаточно для преодоления указанных сил адгезии.Известно (RU 2114679 C1, B 01 D 35/12, 1995) также средство очистки фильтрующей поверхности самоочищающегося фильтра для жидкости, содержащее опорный каркас на стороне фильтрата для этой поверхности, сопло постоянного тангенциального подвода всей фильтруемой среды к фильтрующей поверхности, канал концентрата для удаления смытых этим соплом загрязнений, а также грязеотводящий канал с входным отверстием, через которое осуществляется удаление с фильтрующей поверхности более мелких загрязнений обратным током части фильтрата. Фильтр выполнен с возможностью перемещения фильтрующей поверхности относительно сопла тангенциального потока и грязеотводящего канала. Особенностью средства является локализация смываемых тангенциальным потоком загрязнений внутри канала концентрата. Тангенциальный поток, создаваемый этим средством, может также интенсифицировать образование на фильтрующей поверхности газовых и/или парогазовых пузырьков, удаление которых осуществляется через канал концентрата.Недостаток указанного средства, как и в случае предыдущего аналога, заключается в затратах большого количества энергии на фильтрацию из-за дросселирования всей очищаемой жидкости через сопло тангенциального потока. Второй недостаток состоит в том, что из-за неустранимой негерметичности канала концентрата относительно полости загрязненной жидкости не удается полностью локализовать внутри этого канала смываемые тангенциальным потоком загрязнения, часть которых повторно возвращается на фильтровальную перегородку. Этим снижается эффективность процесса дегазации очищаемой среды и удаления из нее посторонних жидких примесей. Третий недостаток повторяет таковой для предыдущего аналога. Четвертый недостаток заключается в том, что указанный выше каркас используется только для закрепления на нем фильтрующей поверхности. Влияние этого каркаса на гидродинамику обратного тока фильтрата через очищаемый участок фильтрующей поверхности, расположенный против отверстия грязеотводящего канала, сводится к созданию дополнительного сопротивления обратному току фильтрата и ухудшению промывки фильтрующей поверхности. В то же время имеется возможность превращения этого “минуса” в “плюс” путем позитивного использования указанного недостатка.Согласно ЕР 0164932 B1 (B 01 D 29/38, 1984) известно средство очистки фильтрующей поверхности (прототип) самоочищающегося фильтра для жидкости, содержащее опорный каркас на стороне фильтрата для этой поверхности и, по меньшей мере, один грязеотводящий канал с входным отверстием, расположенным вблизи очищаемого участка фильтровальной перегородки. Фильтр выполнен с возможностью перемещения отверстия канала относительно фильтрующей поверхности и промывки указанного участка обратным током фильтрата.Особенность этого средства - наличие зазора между краями отверстия канала и очищаемым участком для предотвращения износа фильтрующей шторы. Использование зазора только для этой цели является недостатком указанного средства, поскольку не учитывается возможность образования в зазоре тангенциально ориентированного к промываемому участку потока фильтруемой жидкости. Последний может суммироваться на входе в отверстие грязеотводящего канала с промывным потоком части фильтрата, образуя результирующий поток самоочистки. Вторым недостатком является то, что не используется возможность изменять с помощью опорного каркаса соотношение между указанными составляющими потока самоочистки. Третий недостаток заключается в неиспользовании возможностей по интенсификации массообмена в потоке самоочистки за счет характеристик тангенциального потока в зазоре.Целью изобретения является обеспечение регенерации фильтрующей поверхности потоком самоочистки, меньшим чем поток фильтруемой жидкости, улучшение деаэрации этой жидкости и десорбции газов и/или посторонних жидких примесей из ее дисперсионной среды.Указанная цель достигается тем, что в известном средстве очистки фильтрующей поверхности самоочищающегося фильтра для дисперсной системы с жидкой дисперсионной средой и, по меньшей мере, твердой дисперсной фазой, содержащем опорный каркас на стороне фильтрата для этой поверхности и, по меньшей мере, один грязеотводящий канал с входным отверстием, расположенным вблизи ее очищаемого участка, причем фильтр выполнен с возможностью перемещения указанного отверстия и фильтрующей поверхности относительно друг друга, согласно изобретению входное отверстие расположено с образованием зазора между очищаемым участком и краями этого отверстия, а опорный каркас выполнен с возможностью обеспечения меньшей средней скорости обратного тока фильтрата по сравнению со средней скоростью тангенциально ориентированного к очищаемому участку потока дисперсной системы в зазоре в сторону входного отверстия.Решение поставленной задачи облегчается, если входное отверстие выполнено в виде щели с длиной вдоль протяженности фильтрующей поверхности, перпендикулярной направлению перемещения отверстия и фильтрующей поверхности относительно друг друга, причем длина щели не меньше, чем указанная протяженность, а боковые стенки щели выполнены с возможностью образования каверн внутри грязеотводящего канала.Наилучший результат обеспечивает выполнение фильтрующей поверхности щелевой с длиной фильтрующих щелей, направленной непараллельно длине щели входного отверстия грязеотводящего канала. Примером такого технического решения является поверхность, выполненная в виде проволоки с возможностью ее закрепления на опорном каркасе с ребрами. При этом щель целесообразно выполнять с длиной вдоль протяженности ребер. Подобная конструкция фильтрующей перегородки создает также возможность изменения зазора между краями входного отверстия канала и очищаемым участком фильтрующей поверхности при перемещении этой поверхности и указанного отверстия относительно друг друга.Отделение таких примесей, как вода или кислоты, облегчается, если фильтрующая поверхность выполнена гидрофобной.Дополнительным сопутствующим эффектом является возможность очистки фильтрующей поверхности при давлении фильтрата, меньшем чем давление в грязеотводящем канале.Изобретение иллюстрируется чертежами. На них изображено следующее.На фиг.1 - продольный разрез самоочищающегося фильтра, являющегося примером конструкции, в которой использовано заявляемое средство.На фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1.На фиг.3 - разрез по Б-Б на фиг.2.На фиг.4 - фрагмент I на фиг.2.На фиг.5 - зависимость скорости тангенциального потока самоочистки от величины зазора между краями отверстия грязеотводящего канала и очищаемым участком фильтрующей поверхности.На фиг.6 - зависимость скорости нормального потока самоочистки от величины зазора между краями отверстия грязеотводящего канала и очищаемым участком фильтрующей поверхности.На фиг.7 - упрощенное изображение фрагмента I на фиг.2 для случая, когда давление фильтрата меньше давления в грязеотводящем канале.На фиг.8 - зависимость скорости тангенциального потока самоочистки от величины зазора между краями отверстия грязеотводящего канала и очищаемым участком фильтрующей поверхности для случая, когда давление фильтрата меньше давления в грязеотводящем канале.Самоочищающийся фильтр (фиг.1-фиг.3), в котором использовано заявляемое средство, содержит корпус 1, патрубок 2 для подачи дисперсной системы 3 с жидкой дисперсионной средой и, по меньшей мере, твердой дисперсной фазой, патрубок 4 для отвода фильтрата 5, патрубок 6 для отвода смываемых загрязнений, полость 7 дисперсной системы, полость 8 фильтрата. Эти полости разделены цилиндрической фильтрующей поверхностью 9.Средство очистки фильтрующей поверхности 9 содержит опорный для этой поверхности каркас 10 со стороны полости 8 фильтрата, неподвижно прикрепленный к корпусу 11 гидропривода 12, и грязеотводящий канал 13, который сообщен с патрубком 6. В данном случае таких каналов два, поскольку самоочищающийся фильтр имеет два параллельно работающих фильтроэлемента с фильтрующими поверхностями 9. Канал 13 выполнен с входным отверстием 14 (фиг.4), расположенным вблизи очищаемого участка 15 фильтрующей поверхности 9 с зазором![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8243.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8243.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8243.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8243.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8243.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8243.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/176.gif)
Формула изобретения
1. Средство очистки фильтрующей поверхности самоочищающегося фильтра для дисперсной системы с жидкой дисперсионной средой и по меньшей мере твердой дисперсной фазой, содержащее опорный каркас на стороне фильтрата для этой поверхности и по меньшей мере один грязеотводящий канал с входным отверстием, расположенным вблизи ее очищаемого участка, причем, фильтр выполнен с возможностью перемещения указанного отверстия и фильтрующей поверхности относительно друг друга, характеризующееся тем, что входное отверстие расположено с образованием зазора между очищаемым участком и краями этого отверстия, а опорный каркас выполнен с возможностью обеспечения меньшей средней скорости обратного тока фильтрата по сравнению со средней скоростью тангенциально ориентированного к очищаемому участку потока дисперсной системы в зазоре в сторону входного отверстия.2. Средство по п.1, в котором входное отверстие выполнено в виде щели с длиной вдоль протяженности фильтрующей поверхности, перпендикулярной направлению перемещения отверстия и фильтрующей поверхности относительно друг друга, причем, длина щели не меньше, чем указанная протяженность, а боковые стенки щели выполнены с возможностью образования каверн внутри грязеотводящего канала.3. Средство по п.2, в котором фильтрующая поверхность выполнена щелевой с длиной фильтрующих щелей, направленной непараллельно длине щели входного отверстия грязеотводящего канала.4. Средство по п.3, в котором фильтрующая поверхность выполнена в виде проволоки с возможностью ее закрепления на опорном каркасе с ребрами, а щель выполнена с длиной вдоль протяженности ребер.5. Средство по п.4, в котором опорный каркас выполнен с возможностью изменения зазора между краями входного отверстия канала и очищаемым участком фильтрующей поверхности при перемещении этой поверхности и указанного отверстия относительно друг друга.6. Средство по любому из предыдущих пунктов, в котором фильтрующая поверхность выполнена гидрофобной.7. Средство по любому из предыдущих пунктов, которое выполнено с возможностью очистки фильтрующей поверхности при давлении фильтрата, меньшем, чем давление в грязеотводящем канале.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8