Фильтрующий элемент - RU2744253C2

Чертежи

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к фильтрующему элементу, сконструированному в виде сменного элемента, причем его фильтрующая среда, выполненная в виде полого тела и расположенная между двумя запирающими элементами, в частности торцевыми крышками, выполнена гофрированной с отдельными складками. Кроме того, изобретение относится к устройству для приема с возможностью замены такого фильтрующего элемента и к способу изготовления из целлюлозы фильтрующей среды для такого фильтрующего элемента.

Уровень техники

Фильтрующие элементы этого типа известны в уровне техники. Такие фильтрующие элементы широко применяются в гидравлических системах самых различных конструкций и предназначены для обеспечения эксплуатационной надежности соответствующих систем за счет удаления примесей из гидравлической жидкости. Подобные фильтрующие элементы также успешно используются в системах подачи топлива. Так, например, патентная заявка DE 102011119868 А1 раскрывает устройство для фильтрации текучих сред с примесью воды, в частности, дизельного топлива, посредством фильтрующего элемента, причем фильтруемая текучая среда может протекать через фильтрующий элемент, находящийся в корпусе фильтра, от грязной стороны к чистой стороне, причем фильтрующий элемент для многоступенчатой фильтрации и отделения воды содержит по меньшей мере один фильтрующий материал, преимущественно выполняющий отделение воды, и фильтрующий материал, преимущественно задерживающий частицы примесей, причем предусмотрен водосборник для отделенной воды, а в качестве фильтрующего материала, преимущественно выполняющего отделение воды, используется коалесцирующий фильтрующая среда.

Однако текучие среды, подобные гидравлическим маслам, часто содержат эмульгированные водные компоненты, которые необходимо по меньшей мере частично отделять при фильтрации. Обычные фильтрующие элементы, соответствующие уровню техники, часто не в полной мере соответствуют этому требованию.

Раскрытие сущности изобретения

Учитывая недостатки уровня техники, задачей изобретения является разработка фильтрующего элемента, который при фильтрации текучих сред, содержащих водно-масляные эмульсии, обеспечит особенно эффективное отделение воды, а также будет отличаться эксплуатационной надежностью и оптимальными затратами на изготовление.

Поставленная задача решена фильтрующим элементом с признаками, раскрытыми в своей полноте в пункте 1 формулы.

Согласно отличительной части пункта 1 формулы изобретения, существенным признаком настоящего изобретения является то, что фильтрующая среда содержит фильтрующий материал из целлюлозы. При прохождении текучей среды через фильтрующий элемент целлюлозные волокна оказывают коалесцирующее действие, благодаря чему водная составляющая эмульсии образует капли увеличенного размера, опускающиеся вниз вследствие разности в плотности масла и воды, в результате чего происходит отделение от менее плотной среды. По результатам практических испытаний обнаружилось, что соответствующий фильтрующий элемент надежно выполняет необходимое отделение воды и недорог в производстве. Благодаря гофрированной форме фильтрующей среды, содержащей отдельные фильтрующие складки, площадь поверхности фильтра существенно увеличивается, что с высокой эффективностью способствует запрошенному разделению и, при этом, с высокой степенью эффективности. Конструкция не имеет аналогов в уровне техники.

Предпочтительно, две соседние обращенные друг к другу продольные кромки гофрированной фильтрующей среды, образующей полое тело, жестко соединены друг с другом посредством сварного и/или клеевого соединения. Благодаря жесткой фиксации геометрия боковых сторон остается постоянной.

В особенно предпочтительных вариантах осуществления состоящая из целлюлозы фильтрующая среда с постоянной толщиной более 2 мм содержит складки одинаковой высоты, которые, имея одинаковые радиусы изгиба или сгиба в основании и у вершины, переходят друг в друга как единое целое без использования сварных и/или клеевых соединений. Благодаря такой постоянной толщине и постоянной геометрии складок может быть достигнуто сильное коалесцирующее действие, обеспечивающее особенно эффективное отделение воды.

Предпочтительно, конструкция может быть выполнена таким образом, чтобы радиусы изгиба в основании и у вершины всех складок были одинаковыми, и чтобы фильтрующая среда, образующая полое тело и содержащая отдельные складки, ограничивала камеры для текучей среды, находящие друг на друга с заострением. Последовательность образованных таким образом камер для текучих сред способствует протеканию текучей среды через целлюлозный материал на максимально большой открытой поверхности фильтра.

Выгодным образом, состоящая из целлюлозы фильтрующая среда может служить для отделения воды из гидравлических масел, причем фильтрующий материал увеличивает объем капель воды, содержащихся в водно-масляной смеси, которые вследствие разницы в плотности воды и масла опускаются вниз под действием силы тяжести, то есть процесс разделения происходит под действием силы тяжести.

В особенно выгодных вариантах осуществления по меньшей мере на одной из сторон состоящей из целлюлозы фильтрующей среды, в частности, стороне отфильтрованной или нефильтрованной среды, предусмотрен по меньшей мере один защитный слой, в частности, слой нетканого или тканого материала, повторяющий контур складок. В результате целлюлозный материал защищен от повреждений с обеих сторон. Защитная ткань, предпочтительно, может представлять собой мелкоячеистую металлическую сетку, в частности т.н. материал Mesh-Pack в известных фильтрующих элементах.

В особенно предпочтительном варианте устройство может быть выполнено таким образом, чтобы состоящая из целлюлозы фильтрующая среда была покрыта фильтром твердых частиц. Этот фильтр во время процесса фильтрации может осуществлять предварительную фильтрацию.

При этом, предпочтительно, устройство может быть выполнено таким образом, чтобы фильтр твердых частиц содержал дополнительную гофрированную фильтрующую среду, складки которой имеют большую плотность упаковки и большую высоту по сравнению со складками фильтрующей среды из целлюлозного материала. Фильтр твердых частиц может состоять из нескольких слоев материала, что характерно для подобных фильтрующих сред.

В предпочтительных вариантах осуществления между двумя фильтрующими средами расположена проницаемая для текучей среды опорная труба, причем предпочтительно на стороне целлюлозного фильтра, направленной от указанной трубы, предусмотрена дополнительная опорная труба. Опорные трубы, проходящие между торцевыми крышками, повышают прочность узла фильтрующего элемента.

Предпочтительно, обе расположенные друг напротив друга торцевые крышки, выполненные в виде запирающих элементов, могут принимать между собой оба полых тела обоих фильтрующих сред, выполненные в виде полых цилиндров, причем фильтр твердых частиц предпочтительно охватывает целлюлозный фильтр на стороне своего выпуска.

Кроме того, изобретением предложено устройство для приема с возможностью замены фильтрующего элемента по одному из пунктов 1-10 формулы, причем устройство имеет признаки пункта 11 в своей полноте. Соответственно, устройство содержит корпус фильтра с гнездом для фильтрующего элемента и несколькими штуцерами для текучей среды и отличается тем, что в гнездо по меньшей мере частично входит приемный стержень, на который по центру может быть надет фильтрующий элемент, который посредством своей торцевой крышки и дополнительного фиксирующего устройства может быть закреплен на стержне. Благодаря тому, что для фильтрующего элемента предусмотрено центральное закрепление посредством центрально расположенного внутреннего удерживающего стерженя и соответствующего фиксирующего устройства, вследствие чего отсутствуют средства крепления фильтрующего элемента, выступающие за внешний контур фильтрующего элемента, можно реализовать компактную конструкцию корпуса фильтра.

Предпочтительно, в этом случае устройство может быть выполнено таким образом, чтобы в смонтированном состоянии фильтрующего элемента на приемном стержне в корпусе каждая торцевая крышка опиралась посредством дистанционной прокладки с функцией уплотнения, одна - на фиксирующее устройство, а другая - на промежуточную нижнюю пластину корпуса. В результате фиксирующее устройство служит дополнительным уплотнением стороны отфильтрованной среды в корпусе фильтра.

В случае протекания среды через фильтрующий элемент снаружи или изнутри внутрь или наружу промежуточная нижняя пластина вместе с фильтрующим элементом может отделять водосборник с штуцерами для отвода воды и масла на чистой стороне от камеры для нефильтрованной среды, содержащей штуцер для подведения водно-масляной смеси на стороне нефильтрованной среды.

Предпочтительно, корпус может быть выполнен в виде встроенного элемента резервуара для текучей среды и закрыт от окружающей среды посредством съемной крышки корпуса.

Согласно пункту 15 формулы, изобретение относится к способу изготовления фильтрующей среды из целлюлозы для фильтрующего элемента по одному из пунктов 1-10 формулы, причем способ содержит по меньшей мере следующие шаги:

- увлажняют ровный фильтрующий мат из целлюлозного материала,

- гофрируют увлажненный фильтрующий мат посредством фальцевальной машины,

- образуют предпочтительно цилиндрическое полое тело,

- соединяют две продольные стороны полого тела посредством сварки и/или склеивания, и

- сушат фильтрующую среду из целлюлозы.

Согласно пункту 16 формулы, способ содержит следующие дополнительные шаги:

- наносят слой, предпочтительно из нетканого или тканого материала, на одну, предпочтительно на обе, стороны ровного целлюлозного фильтрующего мата и

- складывают соответствующий дополнительный слой вместе с фильтрующим матом посредством фальцевальной машины.

Краткое описание чертежей

Ниже приведены детальные пояснения к изобретению со ссылкой на варианты осуществления, показанные на фигурах, на которых изображено:

Фигура 1: продольный разрез варианта осуществления устройства согласно изобретению, предназначенного для приема фильтрующего элемента согласно изобретению;

Фигура 2: продольный разрез модифицированного варианта осуществления устройства согласно изобретению;

Фигура 3: продольный разрез отдельно изображенного фильтрующего элемента в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

Фигура 4: горизонтальный разрез варианта осуществления фильтрующего элемента;

Фигура 5: увеличенный фрагмент круговой огибающей области, обозначенный на фиг. 4 как V, и

Фигура 6: разнесенный и схематично упрощенный вид в аксонометрии части фальцевального устройства для изготовления фильтрующей среды из целлюлозы в соответствии со способом изготовления согласно изобретению.

Осуществление изобретения

На фигурах 1 и 2 корпус фильтра в целом обозначен цифрой 1 и предназначен для приема фильтрующего элемента 3 в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Корпус 1 фильтра содержит основную часть 5 в виде полого цилиндра, нижний (на фигуре) конец которого закрыт нижним элементом 7, приваренным к основной части 5. Верхний конец корпуса 1 фильтра закрыт крышкой 9, которую можно снимать для установки и извлечения фильтрующего элемента 3. При установке фильтрующего устройства в резервуар для текучей среды, например, в резервуар для хранения гидравлического масла, крышка 9 может образовывать крышку для отверстия резервуара. Нижний элемент 7 образует в гнезде промежуточную нижнюю пластину 11, на которую опирается нижняя запирающая часть фильтрующего элемента, вставленного в гнездо. Эта часть представляет собой обычную пластмассовую торцевую крышку 13 с центральным отверстием 15 для доступа к внутренней полости 17 фильтрующего элемента 3. В качестве верхнего запирающего элемента предусмотрена верхняя торцевая крышка 19, соответствующая нижней торцевой крышке 13 и также имеющая центральное отверстие 21.

В варианте осуществления, показанном на фигуре 1, предусматривающем прохождение текучей среды через фильтрующий элемент 3 с внешней стороны во внутреннюю полость 17 фильтра, промежуточная нижняя пластина 11 в качестве опорной поверхности для фильтрующего элемента 3 содержит плоскую стенку 23, проходящую насквозь от одной внешней стенки до другой и имеющую центральное сквозное отверстие 25, расположенное на одной оси с отверстием 15 установленного фильтрующего элемента 3. На стенку 23 опирается нижняя торцевая крышка 13 посредством уплотнительного элемента, образующего дистанционную прокладку 27. Для осуществления функции уплотнения дистанционная прокладка 27 может быть изготовлена из эластомера или металлического уплотняющего элемента. В области установки дистанционной прокладки 27 стенка 23 промежуточной нижней пластины 11 содержит незначительно выступающее кольцевое ребро 29, образующее уплотняющую кромку на дистанционной прокладке 27.

Для установки фильтрующего элемента 3 на опорную часть промежуточной нижней пластины 11 предусмотрен приемный стержень 31, проходящий соосно продольной оси 33 корпуса от основания нижнего элемента 7 через внутреннюю полость 17 установленного фильтрующего элемента 3. Для образования фиксирующего устройства в верхней концевой части приемного стержня 31 установлена с возможностью смещения зажимная пластина 35, уплотненная относительно стержня 31 посредством уплотнительного кольца 37. Зажимная пластина 35, перекрывающая верхнюю торцевую крышку 19, может прижиматься к фильтрующему элементу 3 гайкой 39, посаженной на наружную резьбу стержня 31, причем аналогично держателю, сформированному на нижней торцевой крышке 13, дистанционная прокладка 27 с функцией уплотнения вставлена между зажимной пластиной 35 и торцевой крышкой 19, а зажимная пластина 35 в целях обеспечения уплотнения также содержит выступающее кольцевое ребро 29, образующее уплотняющую кромку. В варианте осуществления, показанном на фигуре 1, в котором текучая среда проходит через фильтрующий элемент 3 в направлении снаружи вовнутрь, на крышке 9 корпуса расположен штуцер 41 для подачи водно-масляной эмульсии в качестве нефильтрованной среды. На нижнем элементе 7 предусмотрен штуцер 45 для отведения масла (отфильтрованной среды) из камеры 43 нижней части, расположенный вблизи верхней стенки 23. В качестве выпуска отделенной воды в основании камеры 43 и, тем самым, со стороны дна предусмотрен дополнительный штуцер 47.

В примере согласно фигуре 2, предусматривающем протекание текучей среды через фильтрующий элемент 3 в направлении из внутренней полости 17 фильтра наружу, при идентичном в остальном креплении фильтрующего элемента 3 посредством фиксирующего устройства конструкция промежуточной нижней пластины 11 отличается от фигуры 1. Вместо плоской проходящей насквозь стенки 23, показанной на фигуре 1, промежуточная нижняя пластина 11 образует внешний круговой диск 49, к радиальному внутреннему концу которого примыкает выступающий вверх кольцевое тело 51, верхняя торцевая поверхность которого образует опору для нижней торцевой крышки 13 фильтрующего элемента 3, причем, аналогично фигуре 1, на опорной поверхности расположена дистанционная прокладка 27 с функцией уплотнения, а на опорной поверхности кольцевого тела 51 предусмотрено выступающее кольцевое ребро 29, служащее уплотнительной кромкой. При таком исполнении промежуточной нижней пластины 11 штуцер 41 для водно-масляной эмульсии находится в основании камеры 44, сообщающейся с внутренней полостью 17 фильтра. Камера 53, окружающая кольцевое тело 51 и сообщающаяся со стороной 55 отфильтрованной среды снаружи фильтрующего элемента 3, образует водосборник, в котором имеется штуцер 47 для отведения отделенной воды. Для отведения отфильтрованного масла в этом варианте штуцер 45 расположен по центру крышки 9.

Детали фильтрующего элемента 3 в подробностях показаны на фигурах 3-5. Находящаяся между торцевыми крышками 13, 19 фильтрующая среда содержит состоящий из целлюлозы фильтрующий материал 59, который состоит из гофрированного фильтрующего мата 61 (фиг. 6), сформированного в полое тело в форме круглого цилиндра, соединенного клеевым или сварным продольным швом. Целлюлозный фильтрующий материал 59 в соответствии со способом изобретения изготавливают из фильтрующего мата 61 с постоянной толщиной более 2 мм методом фальцевания таким образом, чтобы образовались фильтрующие складки одинаковой высоты, имеющие одинаковый радиус изгиба или сгиба в основании и у вершины. На внутренней стороне полого тела из целлюлозного фильтрующего материала 59, расположенного между торцевыми крышками 13 и 15, находится проницаемая для текучей среды опорная труба 63, также проходящая от торцевой крышки 13 до торцевой крышки 19. Как лучше всего видно на фигуре 3, на внутренней стороне каждой торцевой крышки 13 и 19 расположено опорное кольцо 65, удерживающее опорную трубу 63 в контакте с внутренней поверхностью целлюлозного фильтрующего материала 59. Как показано на увеличенном фрагменте (фиг. 5), при одинаковых внутренних и внешних радиусах изгиба гофрированного фильтрующего материала 59 между отдельными складками 66 образованы сходящиеся с заострением камеры 67 для текучей среды. В результате не только высвобождается поверхность фильтрующего материала 59 для функционирования в качестве эффективной поверхности фильтра, но и образуются полости для опускающихся капель воды, о чем будет дополнительно упомянуто ниже.

С наружной стороны целлюлозный фильтрующий материал 59 окружен фильтром 69 твердых частиц, который, подобно целлюлозному фильтрующему материалу 59, выполнен в виде круглого цилиндрического полого тела между торцевыми крышками 13 и 19. Фильтр 69 твердых частиц выполнен обычным образом в виде т.н. Mesh-Pack из нескольких гофрированных слоев. Между фильтром 69 твердых частиц и целлюлозным фильтрующим материалом 59 находится еще одна проницаемая для текучей среды опорная труба 71, проходящая от нижней торцевой крышки 13 до верхней торцевой крышки 19.

На фигуре 6 в упрощенном виде показано изготовление гофрированного фильтрующего мата 61, образующего целлюлозный фильтрующий материал 59, способом согласно изобретению. Как показано на фигуре, полотно 75 целлюлозного материала толщиной более 2 мм перемещают в указанном стрелкой 77 направлении под распылительной балкой 79, увлажняющей пока еще плоское полотно 75 и переводящей его в размягченное состояние, упрощающее операцию складывания. После этого полотно 75 пропускают через фальцевальную машину обычной конструкции, выполняющей операцию фальцевания с помощью подвижных фальцевальных ножей 81 и 83, в результате чего образуется гофрированный фильтрующий мат 61. После формирования полого тела, образующего целлюлозный фильтрующий материал 59, его закрывают, соединяя две продольные стороны полого тела сваркой и/или склеиванием, после чего просушенный целлюлозный фильтрующий материал 59 устанавливают в фильтрующий элемент 3. Перед выполнением операции складывания на одной, предпочтительно, на обеих сторонах пока еще плоского полотна 75 слой, образующий защитное покрытие и, предпочтительно, состоящий из нетканого или тканого материала, в частности, мелкоячеистой металлической сетки, складывают с помощью фальцевальной машины вместе с соответствующими другими слоями.

Во время фильтрации в устройстве, показанном на фигуре 1, текучая среда проходит через фильтрующий элемент 3 от наружной стороны фильтра 69 твердых частиц во внутреннюю полость 17 фильтра. Соответственно, штуцер 41 образует впуск для нефильтрованной среды в виде водно-масляной эмульсии. Во время прохождения текучей среды целлюлозный фильтрующий материал 59 работает как коалесцирующая среда, в результате чего водная составляющая эмульсии образует капли увеличенного размера, опускающиеся вдоль опорной трубы 63 и через отверстия 15 в торцевой крышке и 25 в стенке 23 промежуточной нижней пластины 11 попадающие в камеру 43, которая, тем самым, образует водосборник. Штуцер 47 в основании камеры 43 образует выпуск для отделенной воды. Штуцер 45 образует выпуск для отфильтрованной среды, которая также поступает из внутренней полости 17 фильтра через отверстия 15 и 21 в камеру 43. Поскольку штуцер 45 расположен в верхней торцевой части камеры 43, он оказывается выше разделительной плоскости, обусловленной разностью плотности масла и воды.

В варианте осуществления, показанном на фигуре 2, текучая среда проходит из внутренней полости 17 фильтрующего элемента 3 наружу. Соответственно, штуцер 41, расположенный в камере 44 ниже промежуточной нижней пластины 11, образует впуск для водно-масляной эмульсии, поступающей через отверстие 25 между кольцевым телом 51 во внутреннюю полость 17 фильтра. Эти капли воды, образованные коалесценцией при прохождении текучей среды через целлюлозный фильтрующий материал 59 и опускающиеся вдоль опорной трубы 71 со стороны выпуска, попадают при заданном направлении потока на сторону 55 отфильтрованной среды, которая на нижней торцевой крышке 13 переходит в камеру 53, ограниченную промежуточной нижней пластиной 11 и внешней стороной кольцевого тела 51 нижнего элемента 7. Таким образом, эта камера 53 образует водосборник, из которого отделенная вода отводится через штуцер 47, расположенный в камере 53. На крышке 9 корпуса, образующей верхний запирающий элемент стороны 55 отфильтрованной среды, масло отводится через штуцер 45 в качестве отфильтрованной среды.

Реферат

Изобретение относится к фильтрующему элементу, сконструированному в виде сменного элемента. Кроме того, изобретение относится к устройству для приема с возможностью замены такого фильтрующего элемента и к способу изготовления из целлюлозы фильтрующей среды для такого фильтрующего элемента. Фильтрующий элемент (3) выполнен в виде сменного элемента, фильтрующая среда (59) которого, выполненная в виде полого тела и расположенная между двумя запирающими элементами, в частности в форме торцевых крышек (13, 19), выполнена гофрированной с отдельными складками, причем фильтрующая среда (59) содержит фильтрующий материал из целлюлозы, при этом предусмотрен фильтр твердых частиц с дополнительным фильтрующим материалом (69), и между двумя фильтрующими средами (59, 69) расположена проницаемая для текучей среды опорная труба (71), состоящая из целлюлозы фильтрующая среда (59) покрыта фильтром (69) твердых частиц, причем на стороне целлюлозной фильтрующей среды (59), направленной от указанной трубы, предусмотрена дополнительная опорная труба (63). Изобретение обеспечивает фильтрующий элемент, который при фильтрации текучих сред, содержащих водно-масляные эмульсии, обеспечит особенно эффективное отделение воды, а также будет отличаться эксплуатационной надежностью и оптимальными затратами на изготовление. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 6 ил.

Формула