Инж. Б. Колесников

ФИЛЬТРЫ САМООЧИЩАЮЩИЕСЯ

с изменяемой геометрией фильтрующих поверхностей

 

(с изменениями и дополнениями от 10.06.2005)

 

1.     Введение

 

Самоочищающиеся фильтры ДbikolУ с изменяемой геометрией фильтрующих поверхностей апредназначены для очистки от механических примесейа технологической и оборотной воды,а водных неоднородных растворов и других жидкостей, а также могут найти применение для очистки газов.а

 

Конструктивной особенностью упомянутых фильтров является совокупное применение в качестве фильтрующих элементов известных спиралей и устройств, обеспечивающих совместно с упругими свойствами спиралей интенсивное гидромеханическое разрушение отфильтрованных отложений и их последующее удаление из фильтра.

 

Благодаря эффекту саморегенерации и относительно высокой прочности спиральных фильтрующих элементов,а использование самоочищающихся фильтрова позволяет отказаться от сетчатых фильтров (там, где это экономически целесообразно) и существенно повысить надежность работы фильтровальных установок в различных отраслях промышленности, водного и сельского хозяйства.

 

В настоящей пояснительной записке приведены краткие описания конструктивных схем:

ааааа -аааа самоочищающихсяа фильтров лЭффект╗;

-         асамоочищающихсяа фильтров непрерывного фильтрования;

-           самоочищающихсяа входных фильтров насосов.

 

Кроме того, дано описание некоторых вариантов исполненияа спиральных фильтроэлементов тонкой очистки, а также рассмотрена конструктивная схема бытового самоочищающегося фильтра, предлагаемого в качестве конкурентоспособной альтернативы известным бытовым перфорированным и сетчатым фильтрам (дуршлагам).

 

 

2. Конструктивные схемы фильтров ДbikolУ

 

2.1. Самоочищающиеся фильтры "Эффект" а

 

2.1.1. Устройство и принцип работы

 

Самоочищающиеся фильтры "Эффект" могут поставляться в одно- и двухъярусном исполнении с применением во 2-м ярусе в качестве последней ступени фильтрации патронных фильтроэлементов.

 

Предлагаемые вариантыа конструкций одноярусных самоочищающихся фильтров лЭффект╗ схематично изображены на фиг. 1 и 2; вариант конструкции двухъярусного фильтраа представлен на фиг. 3; фотографии модели одноярусного фильтра и его фильтроэлемента показаны на фиг. 4.

 

Описание работы фильтров, изображенных на фиг. 1-3 приведено ниже:а

 

а) Одноярусный фильтр (см. фиг. 1) в режиме фильтрования работает следующим образом:

 

Поток фильтруемой жидкостиа поступает в фильтр через входной патрубок 3 и при прохождении через кольцевую сороудерживающую решётку 12 жидкостьа освобождается от мусораа иа других механических примесей, размеры которых превышают диаметр отверстий в  решётке 12. Затем, протекая через фильтрующие межвитковые зазоры спиральных фильтроэлементов 9, жидкость очищается от взвешенных частиц, крупность которых превышает фактическиеа размеры фильтрующих зазоров.а Далее, пройдяа через внутренние полости спиралей 9, очищенная жидкость поступает в полость под крышкой 2 и через выходной патрубок 4а отводится к потребителю.

 

При фильтровании жидкостиа содержащей взвешенные частицы, удельный вес которыха превышает удельный вес жидкости, конструкция фильтра позволяет, частично, использовать гидроциклонный эффект: при вращения жидкостиа вокруг сороудерживающей решётки 12, находящиеся в потокеа взвешенные частицы, имеющиеа удельный вес больший, чем жидкость, перемещаются под действиема центробежныха сил на периферию и, далее, через кольцевой зазор ДqУ междуа подвижной диафрагмой 8 и корпусом 1 осаждаются в грязесборник 6.

 

Направление движения потока жидкостиа в режиме фильтрованияа показано стрелками на левой стороне фиг. 1.

 

Фильтр в режиме промывки работает следующим образом:

 

При открытии запорного устройства, установленного на сбросном патрубке 5, на подвижной диафрагме 8аа возникаетаа перепадаа давлений,ааа подааа воздействиемаа которогоаааа диафрагма 8 перемещаетсяа вдоль оси фильтра и растягивает спирали фильтроэлементов 9. Приа этома происходита гидромеханическоеа разрушениеа скопившихсяа наа наружной поверхностиа спиралей отфильтрованных отложений, которые через центральное отверстиеа в подвижнойаа диафрагме 8 уносятся смывныма потокома ва сбросной патрубок 5.

 

Одновременно, вращающийся потока фильтруемойа жидкости, поступающий из входного патрубка 3, смываета мусор, отложившийся на наружной поверхности сороудерживающейа решётки 12, и уносит его через открывшееся пространство между подвижной диафрагмой 8 и торцом сороудерживающей решётки 12а в сброснойа патрубок 5.

 

После окончания промывки фильтра запорное устройство на сбросном патрубке 5 закрывается, давление по обе стороны подвижной диафрагмы 8 выравнивается и под воздействием упругих сил спиралей 9 диафрагма 8 возвращается в исходное положение, обеспечивая тем самым восстановление первоначального размера фильтрующих межвитковых зазорова в спиралях 9.

 

Промывка фильтра может осуществляться как "прямым", так и "обратным" потоком фильтруемой жидкости, а также промывочными растворами.

 

Направление движения потока жидкостиа в режиме промывки фильтраа показано стрелками на правой стороне фиг.1.

 

б) Одноярусный фильтр (см. фиг. 2) в режиме фильтрования работает следующим образом:

 

При закрытых запорных устройствах 15, 16а и при открытых запорных устройствах 13, 14 поток фильтруемой жидкости поступает через тангенциально расположенный входнойааа патрубок 2а в приемо-отводящую камеру 7 и далее во внутреннюю полость фильтрующей спирали 6. Протекая через фильтрующие зазоры ДδУ, жидкость очищается от взвешенных частиц, крупность которых превышает фактическиеа размеры фильтрующих зазоров, и череза выходной патрубок 3а корпуса 1 отводится к потребителю.

 

При фильтровании жидкостиа содержащей взвешенные частицы, удельный вес которыха превышает удельный вес жидкости, конструкция фильтра позволяет использовать гидроциклонный эффект: при вращения жидкости в приемо-отводящейа камере 7, находящиеся в потокеа взвешенные частицы, имеющиеа удельный вес больший чем жидкость, перемещаются под действиема центробежныха сил на периферию и, далее, осаждаются в коническую часть камерыа 7.

 

Направление движения потока жидкостиа в режиме фильтрованияа показано стрелками на левой стороне фиг. 2.

 

Фильтр в режиме промывки работает следующим образом:

 

Для промывки фильтра закрывают запорные устройства 13, 14 и открывают запорные устройства 15 и 16, вследствие чего на подвижной диафрагме 9аа возникаетаа перепадаа давлений,ааа под воздействием которого диафрагма 9 перемещаетсяа вдоль оси фильтра и растягивает фильтрующую спираль 6. Благодаря одновременномуа воздействию упругих сил спирали 6 и потока жидкости, поступающего в фильтр из патрубка 12 происходит интенсивное гидромеханическоеа разрушениеа отложений, скопившихсяа наа внутреннейа поверхностиа спирали 6, которыеа смываются в приемо-отводящуюа камеру 7 иа через сбросной патрубок 4 уносятся смывным потоком в грязеотводящий трубопровод.

 

После окончания промывки фильтра запорное устройство 16 на сбросном патрубке 4 закрывается, давление по обе стороны подвижной диафрагмы 9 выравнивается и под воздействием упругих сил спирали 6 диафрагма 9 возвращается в исходное положение, обеспечивая тем самым восстановление первоначальных размеров фильтрующихааааааааа зазорова ДδУ.а

 

Направление движения потока жидкостиа в режиме промывки фильтраа показано стрелками на правой стороне фиг. 2.

 

в)^* Двухъярусный фильтр (см. фиг. 3) в режиме фильтрования работает следующим образом:

 

Поток фильтруемой жидкостиа поступает в фильтр через входной патрубок 4 и при прохождении через сороудерживающую решётку 14 жидкостьа освобождается от мусораа иа других механических примесей,а размерыа которых превышают диаметр отверстий в  решётке 14. Затем, протекая через фильтрующие межвитковые зазоры спиральных фильтроэлементов 9, жидкость очищается от включений, величина которых превышает фактическиеа размеры фильтрующих зазоров.а Далее, пройдяа через внутренние полости спиралей 9, очищенная жидкость поступает в полость кожуха 15 и через горловину 16а протекает в полость верхнего корпуса 2. Затем, при прохождении через фильтрующие поверхности патронных фильтроэлементов 18 жидкость освобождается от взвешенных частиц, крупность которых превышает фактические размеры фильтрующих ячеек патронных фильтров, и поступает в полость над кожухом 15 и, далее, через выходной патрубок 5 осветленная жидкость отводится к потребителю.

 

При фильтровании жидкостиа содержащей взвешенные частицы, удельный вес которыха превышает удельный вес жидкости, конструкция двухъярусного фильтра позволяет также использовать гидроциклонный эффект, как это описано выше для фильтра (см. фиг. 1).

 

Направление движения потока жидкостиа в режиме фильтрованияа показано стрелками на левой стороне фиг. 3.

 

Двухъярусный фильтр ав режиме промывки работает следующим образом:

 

Для промывки фильтра закрывают запорные устройства на входном 4 и выходном 5 патрубках. Затем открываюта запорные устройства на сбросном 6 и вспомогательном 7 патрубках. Поток промывочной жидкости поступает в полость над кожухом 15 и, далее, во внутренние полости патронных фильтроэлементов 18. Протекая через фильтрующие ячейки, поток жидкостиа смывает с наружных поверхностей патронных фильтроэлементов отфильтрованные ранее отложения и уносит их в полость над кожухом 15 и далее во внутренние полости спиральных фильтроэлементов 9. Одновременно на подвижной диафрагме 11 возникает перепад давлений, пода воздействиемаа которого диафрагма 11 перемещаетсяа вдоль оси фильтра и растягивает спирали фильтроэлементов 9. Приа этома происходита гидромеханическоеа разрушениеа скопившихсяа наа наружной поверхностиа спиралей отфильтрованных отложений, которые вместе с отложениями, смытыми ранее с патронных фильтроэлементов, через центральное отверстиеа в подвижной аадиафрагме 11 уносятся смывныма потокома ва сбросной патрубок 6. Одновременно, поток промывочной жидкости смываета мусор, отложившийся на наружной поверхности сороудерживающейа решётки 14, и уносит его через открывшееся пространство между подвижной диафрагмой 11 и торцом сороудерживающей решётки 14а в сброснойа патрубок 6.

 

После окончания промывки фильтра запорные устройства на сбросном 6 и вспомогательном 7 патрубках закрываются, давление по обе стороны подвижной диафрагмы 11 выравнивается и под воздействием упругих сил спиралей 9 диафрагма 11 возвращается в исходное положение, обеспечивая тем самым восстановление первоначального размера фильтрующих межвитковых зазорова в спиралях 9.

 

Направление движения потока жидкостиа в режиме промывки фильтраа показано стрелками на правой стороне фиг. 3.

 

^* Рабочие процессы фильтрования и промывки двухъярусного фильтраа при прохождении фильтруемой среды через первый ярус схематично показаны на рекламном фрагменте (см. рис.а 2) 

 

2.1.2. Показатели назначения фильтров "Эффект" а

 

Номинальная производительность, Q, выбирается из таблицы

 

ааааааааааааааааааааааааааааааааааааааааааааааааааааааааааааааааааааааааааааа Таблица 1

 

 

Номинальноеа давление, P, выбирается из ряда:

0,25;а 0,4;а 0,63;а 1,0;а 1,6;а 2,5 МПа

 

Номинальная тонкость фильтрации, ДδУ, выбирается из ряда:

 

а) для патронных глубинных ааа фильтроэлементов:	0,0005; 0,001; 0,005; 0,010; 0,020 мм.
б) для патронных сетчатых ааа фильтроэлементов:аааааа	0,040; 0,063; 0,10; 0,16; 0,25; 0,40; 0,63; 1,0; 1,6; 2,5; 4,0 мм.
в) для щелевыха пружинных ааа фильтроэлементов:ааааааааааааааааа	0,40; 0,63; 1,0; 1,6; 2,5; 4,0 мм и грубее
г) для спиральных ааа фильтроэлементов тонкойааа ааа очистки (см. ниже, п. 2.4.1.) ааааааааааааааааа	0,10; 0,16; 0,25; 0,40; 0,63; 1,0; 1,6; 2,5; 4,0 мм и грубее

 

Начальный перепад давления,а ∆P, (до загрязнения): от 0,01 до 0,02 МПа.

 

Допускаемый перепад давления, ∆P_доп , (после загрязнения): от 0,03 до 0,1 МПа.

 

 

2.1.3. Результаты испытаний

а

Проверка работоспособности опытных образцов самоочищающихся фильтров, а также определение соответствия их расчетных параметров фактическим техническим характеристикама проводилась непосредственно в эксплуатационных условиях:

а

В 1987 году были проведены натурные испытания двух экспериментальных фильтров ФРВ-300 (диаметр корпуса Ц300 мм; номинальная тонкость фильтрацииа -0,2 мм) (см. фиг.5.), установленных для очистки воды, подаваемой на опытный участок капельного орошения лТаврия╗ Красногвардейского управления оросительных систем Крымской области.а Ва результатеа испытаний экспериментальных фильтров установлено, что фильтры с пружинными фильтроэлементами обеспечивают высокую эффективность очистки воды от сине-зелённых водорослей и прочего мусора и могут быть рекомендованы для создания фильтров с автоматической регенерацией фильтрующих элементов для очистки воды в системах орошения Крымской области. Внешний вид новых пружинных фильтроэлементов экспериментальных фильтров, а также до и после саморегенерации представлен на фиг. 6 а) , б) и в), соответственно.

 В 1993 году были проведены натурные испытанияа опытных образцов самоочищающихся фильтроваа лЭффект╗,аа установленныхаа ваа системуаа техводоснабженияаа морскойа береговой насосной станции Мангышлакского энергокомбината в городе Актау (Казахстан).

 

Испытаниям подвергались один фильтр ФСЭ-1200 (диаметр корпуса -1200 мм)а иа двааа фильтрааа ФСЭ-400а (диаметр корпуса- 400 мм).а

 

Ва результатеа испытанийа было установлено, что самоочищающиеся фильтры ФСЭ, при заданной тонкости фильтрации от 0,6 до 0,8 мм,а обеспечивают необходимую очистку морской воды, подаваемую в систему ТВС, от водорослей, листьев, камыша, травы, мальков рыб и т.п.

 

При промывке фильтров ФСЭ путём открытия и закрытия задвижек на сбросных патрубках обеспечивается эффективная регенерация фильтрующих элементов: после выполнения операции лпромывка╗ полностью восстанавливается первоначальный перепад давлений между лвходом╗ и лвыходом╗.

 

Продолжительность промывки вышеупомянутых фильтров определяется временем открытия и закрытия запорного органа на сбросном патрубке .

 

Полученныеа приа проведении натурных испытаний фактические технические характеристики опытных образцов самоочищающихся фильтров лЭффект╗ показали достаточно близкую сходимость са расчётными параметрами. Следует отметить, что в процессе проведения натурных испытаний был выявлен ряд конструктивных и технологических недостатков опытных образцов фильтров. Эти недостатки были устранены в процессе дальнейшего совершенствования конструкции самоочищающихся фильтров лЭффект╗.

 

В 1997 г. АООТ лУзбекхиммаш╗ (г. Чирчик) рекомендовало самоочищающиеся фильтры лЭффект╗а к постановке на производство.