Дисковый фильтр - RU2146166C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к устройствам для отделения твердых частиц от жидкостей, в частности к дисковому фильтру.

Известен дисковый фильтр для намывной фильтрации суспензий, в частности сока, вина, пива или химических жидкостей, в контейнере которого размещены пластинчатые фильтроэлементы, вертикально собранные в фильтропакет, при этом каждый фильтроэлемент имеет втулку, ориентированную с помощью вала, проходящего внутри фильтропакета, в каждой втулке выполнены параллельный оси втулки подводящий канал для подвода неочищенной жидкости и несколько впускных каналов с преимущественно радиальной ориентацией, равномерно распределенных по окружности втулки и направленных к периферии, причем впускные каналы принимают неочищенную жидкость из подводящего канала и выводят ее в распределительную кольцевую полость, из которой неочищенная жидкость проходит в примерно радиальном направлении через выходную щель, расположенную выше уровня впускных каналов в полость между смежными фильтроэлементами (см. патент DE N 3529706, МКИ В 01 D 29740, 1987).

Недостаток известного дискового фильтра заключается в том, что для обеспечения формирования равномерного и стабильного осадка отфильтрованных примесей необходимо принимать меры приспособления относительно конструктивных размеров, формы фильтра и различных фильтровальных вспомогательных веществ.

В основу изобретения положена задача совершенствования известной из уровня техники конструкции дискового фильтра, направленного на обеспечение формирования равномерного и стабильного осадка отфильтрованных примесей в фильтрующих устройствах различного размера, формы и с применением самых различных фильтровальных вспомогательных веществ без необходимости мер приспособления.

Указанная задача решается в предлагаемом дисковом фильтре для намывной фильтрации суспензий, в частности, сока, вина, пива или химических жидкостей, в контейнере которого размещены пластинчатые фильтроэлементы, вертикально собранные в фильтропакет, при этом каждый фильтроэлемент имеет втулку, ориентированную с помощью вала, проходящего внутри фильтропакета, в каждой втулке выполнены параллельный оси втулки подводящий канал для подвода неочищенной жидкости и несколько впускных каналов с преимущественно радиальной ориентацией, равномерно распределенных по окружности втулки и направленных к периферии, причем впускные каналы принимают неочищенную жидкость из подводящего канала и выводят ее в распределительную кольцевую полость, из которой неочищенная жидкость проходит в примерно радиальном направлении через выходную щель, расположенную выше уровня впускных каналов в полость между смежными фильтроэлементами, за счет того, что выходная щель по окружности распределительной кольцевой полости разделена разграничительными перегородками на выходные каналы.

Установлено, что применение разграничительных перегородок для разделения выходной щели на несколько выходных каналов способствует нормальному формированию осадка отфильтрованных примесей. Если к тому же каждая из разграничительных перегородок, разделяющих выходные каналы, расположена таким образом, что она - при взгляде на втулку сверху - находится между выходными сечениями соседних впускных каналов, формирование однородного стабильного осадка отфильтрованных примесей достигается и в дисковых фильтрах очень большого диаметра. Таким образом, предложенная в изобретении конструкция позволяет без существенного усложнения и с высоким качеством осуществить в больших и сверхбольших дисковых фильтрах техническое решение, оправдавшее себя в малых и средних дисковых фильтрах.

Предпочтительно разграничительные перегородки ориентированы примерно по окружности втулки.

Выходная щель предпочтительно расположена в пределах боковой поверхности втулки.

Далее проходное сечение выходного канала предпочтительно превышает выходное сечение впускного канала, выходящее в распределительную кольцевую полость.

Выходной канал предпочтительно расположен примерно параллельно плоскости фильтроэлемента так, чтобы выходящий из него поток жидкости был направлен радиально и примерно параллельно плоскости фильтроэлемента.

В дальнейшем предпочтительном варианте изобретения напротив выходного сечения впускного канала расположена стенка, являющаяся одной из стенок камеры торможения потока, или кольцевой камеры, образуемой камерами торможения потока, сообщающейся с распределительной кольцевой полостью. Упомянутая стенка расположена относительно направления потока, выходящего из впускного канала, предпочтительно под углом, имеющим значение от 10 до 170^o. Согласно дальнейшей предпочтительной форме выполнения упомянутая стенка перекрывает контур выходного сечения впускного канала. В камеру торможения или кольцевую камеру неочищенная жидкость направляется с большой скоростью из подводящего канала через ответвляющийся впускной канал, при этом высокая энергия потока жидкости гасится при его ударе о стенку. Таким образом можно довести скорость потока жидкости на входе в выходные каналы до такой величины, которая необходима для достижения оптимального, с точки зрения формирования осадка отфильтрованных примесей, распределения потока.

Как упомянуто выше, камеры торможения потока втулки фильтроэлемента в предпочтительном варианте объединены в одну общую кольцевую камеру, к которой в осевом направлении примыкает распределительная кольцевая камера. Отдельные камеры торможения потока или общая кольцевая камера размещены во втулке по крайней мере частично, а предпочтительно - полностью.

Для устранения нежелательного эффекта эжекции, вызванного высоким отношением скоростей потока в подводящем канале и способного привести к развитию обратного течения жидкости во впускном канале, в стенке подводящего канала выполнено гнездо, из которого начинается впускной канал.

Впускной канал предпочтительно выполнен в качестве диффузора.

Далее, во впускном канале между его входным сечением, открытым в подводящий канал, и выходным сечением может иметься участок с узким проходным сечением.

Впускной канал может быть отклонен от радиуса втулки на угол.

Между валом и втулкой может иметься кольцевой канал для отвода очищенной жидкости. Кроме того, через втулку может проходить герметичный канал для отвода очищенной жидкости из фильтроэлемента.

Согласно предпочтительной форме выполнения изобретения втулка состоит из внутреннего кольца и внешнего кольца, расположенных концентрически с радиальным зазором b между собой, причем подводящий канал образован кольцевой полостью, имеющейся между внутренним кольцом и внешним кольцом. Внутреннее кольцо и внешнее кольцо могут быть жестко соединены друг с другом посредством радиальных пальцев. Может иметься, по крайней мере, три радиальных пальца, которые, выполняя функцию дистанционных элементов, проходят через внутреннее кольцо и центрируют втулку соосно с валом. Радиальные пальцы предпочтительно выполнены в форме полых штифтов, полости которых выполняют функцию каналов отвода очищенной жидкости.

Тарельчатая пластина фильтроэлемента может иметь уступ, расположенный по высоте на уровне выходного сечения выходного канала и образующий свободное пространство. Предпочтительно уступ выполнен в форме замкнутого кольцевого уступа.

Вышеприведенные и другие признаки объекта изобретения раскрываются в формуле изобретения и описании, поясняемом следующими чертежами:
фиг. 1 - вид дискового фильтра в центробежной компоновке с местным разрезом и в схематическом представлении;
фиг. 2 - частичный разрез фильтропакета дискового фильтра;
фиг. 3 - частичный вид сверху фильтроэлемента;
фиг. 4 - частичный вид сверху фильтроэлемента, представленного на фиг. 3;
фиг. 5 - разрез втулки фильтроэлемента в схематическом представлении;
фиг. 6 - частичный разрез фильтроэлемента со втулкой, изображенной на фиг. 5.

Представленный на фиг. 1 дисковый фильтр 1 предназначен для фильтрации таких жидкостей, как сок, вино, пиво, химические жидкости и т.п., и конструктивно оформлен как центробежный фильтр. Он включает в себя контейнер 3 с вертикальной осью 2. Контейнер 3 установлен на стойках 4 подставки и имеет съемную крышку 5, герметично закрывающую контейнер посредством герметичного затвора 6. С одной стороны на контейнере 3 имеется смотровое окно 7.

Под контейнером в данном варианте его исполнения размещен приводной электродвигатель 8 с гидравлической муфтой 9, передающий вращение через угловой привод 10 и муфту валов на вал 12, проходящий через контейнер 3 по его вертикальной оси 2. Вал 12 может быть выполнен полым. Над муфтой И расположена одна подшипниковая опора 13 вала. Над уплотнением 14 в дно 15 контейнера входит расположенный по центру питающий патрубок 16, в который через питающий трубопровод 17 в направлении, показанном стрелкой, подводится неочищенная жидкость 18.

Также под дном 15 контейнера 3 предусмотрен отводящий трубопровод 19, через который сливается остаток отфильтрованной жидкости. Кроме того, в дне 15 контейнера 3 имеется отклоненный вниз патрубок 20 с запорным краном 21, через который с остатком жидкости сливаются отфильтрованные твердые примеси и фильтровальные вспомогательные вещества.

В крышку 5 контейнера встроен центральный выпускной патрубок 22, через который выводится очищенная от примесей жидкость 23. Выпускной патрубок 22 одновременно выполняет функции второй подшипниковой опоры вала 12. Также к крышке подключен трубопровод 24 отвода воздуха.

В контейнере 3 расположен фильтропакет 28, составленный из установленных друг над другом пластинчатых фильтроэлементов 25. Как схематически показано на фиг. 2, каждый фильтроэлемент 25 включает в себя тарельчатую пластину 32 фильтроэлемента с дренажным элементом 33, накрытым фильтрующей тканью 34 из высококачественной стали. Тарельчатая пластина 32 фильтроэлемента держится на расположенной в ее центре втулке 26, через центральное отверстие 35 которой проходит вал 12. На фиг. 3 более подробно показано, что втулка 26 состоит из кольцевого диска, в котором просверлены сквозные осевые отверстия 36'. Эти отверстия 36' равномерно распределены по окружности втулки 26, и когда фильтроэлементы 25 посажены на вал 12, эти отверстия 36' образуют в совокупности отдельные ветви подводящего канала 36 для неочищенной жидкости. Таким образом, во втулке 26 по ее окружности выполнено несколько равномерно распределенных ветвей подводящего канала 36. В данном варианте изобретения предусмотрено двенадцать таких ветвей.

От каждой ветви подводящего канала 36 ответвляется радиальный впускной канал 46, перпендикулярный оси 37 втулки 26 и оканчивающийся камерой 52 торможения потока. Стенка 50 из числа нескольких стенок 51, ограничивающих камеру торможения потока, расположена по направлению 55 потока напротив выходного сечения 44 впускного канала 46. Как показано штриховой линией, эта стенка 50 может быть расположена относительно направления 55 потока, выходящего из впускного канала 46, под углом 53, имеющим значение от 10 до 170^o, в предпочтительном варианте этот угол равен 90^o . При этом размеры стенки 50 таковы, что она, по крайней мере, доходит до верхних точек контура выходного сечения 44 впускного канала 46, а в предпочтительном варианте стенка 50 перекрывает контур выходного сечения 44. Как схематически показано на фиг. 2, камера 52 торможения потока может, по крайней мере частично, располагаться внутри втулки 26. В представленном на фиг. 2 варианте изобретения камера 52 размещена во втулке 26 целиком. Было установлено, что для достижения положительного результата изобретения целесообразно объединить все камеры 52, выполненные по окружности втулки 26, в общую кольцевую камеру 57, в которую выходят все впускные каналы 46 втулки 26.

Общая кольцевая камера 57 своей периферийной частью переходит в распределительную кольцевую полость 47, выполненную в форме кольцевой щели. Распределительная кольцевая полость 47 ограничена с одной стороны внутренней поверхностью 32a тарельчатой пластины 32 фильтроэлемента, а с другой стороны расположенной примерно параллельно ей поверхностью манжеты 60. Основание манжеты 60, боковая поверхность которой параллельна боковой поверхности 27 втулки, образует отражающую поток стенку 50, которая накрывает собой кольцевую камеру 57, выполненную в виде наружного кольцевого паза на боковой поверхности втулки 26. Верхняя часть манжеты 60 заканчивается бортиком 61, который расположен под тарельчатой пластиной 32 фильтроэлемента и ориентирован примерно параллельно ей. Вместе с тарельчатой пластиной 32 фильтроэлемента бортик 61 образует замкнутую кольцевую выходную щель 45. Высота 5 выходной щели 45 предпочтительно больше диаметра впускного канала 46. Распределительная кольцевая полость 47 распространяется от камеры 52 торможения потока радиально вверх к фильтрующей пластине 32 того же фильтроэлемента 25.

Выходная щель 45 делится разграничительными перегородками 48 (показанными на фиг. 2, 3) на несколько выходных каналов 49, равномерно распределенных по ее окружности. Вид сверху на фиг. 3 показывает, что каждая разграничительная перегородка 48 расположена между выходными сечениями 44 соседних впускных каналов 46. Таким образом, поток неочищенной жидкости, разбитый на примерно радиальные дискретные струи, выходит из боковой поверхности 27 втулки через выходную щель 45 в направлении стрелок 40, где неочищенная жидкость равномерно распределяется по всему диаметру фильтроэлемента. Под действием перепада давления неочищенная жидкость, попавшая через выходные каналы 49 в полость 29 между двумя фильтроэлементами, образует поток, практически равномерно распределенный по окружности и направляющийся к фильтрующей ткани 34 нижнего фильтроэлемента 25, при этом фильтровальные вспомогательные вещества осаждаются на фильтрующей ткани 34 вместе с формированием осадка 59 отфильтрованных твердых примесей.

Как показано на фиг. 3, для желательного образования выходных каналов 49 разграничительные перегородки 48 могут быть ориентированы радиально. Также может быть целесообразным, чтобы разграничительные перегородки 48 были ориентированы по окружности втулки 26 и были отделены от боковой поверхности 27 втулки радиальным зазором а. В показанном на фиг. 3 варианте изобретения разграничительная перегородка 48 выполнена путем местного выдавливания внутрь бортика 61 манжеты 60, ограничивающей распределительную кольцевую полость 47, при этом разграничительная перегородка 48 ориентирована на выдавленном участке 65 по окружности втулки 26, а концы разграничительной перегородки 48 ориентированы радиально. В этом случае участок 65 выдавлен так, что переход между ориентированными радиально участками и ориентированным по окружности участком перегородки является закругленным, благодаря чему выходной канал 49 плавно расширяется в направлении распределительной кольцевой полости 47.

Выходной канал 49 имеет поперечное сечение, предпочтительно большее, чем выходное сечение 44 впускного канала 46, примыкающее к распределительной кольцевой полости 47.

Поскольку в камере 52 торможения потока напротив выходного сечения 44 впускного канала 46 расположена стенка 50, впускной канал 46 может быть отклонен в горизонтальной плоскости на некоторый угол от радиуса втулки, что проиллюстрировано фиг. 4. Целесообразным может быть отклонение впускного канала 46 от радиуса 39 на угол 38, при этом величина угла 38 может достигать 80^o.

Для равномерного наполнения впускных каналов 46 всех элементов фильтропакета 28 от нижнего до верхнего поток жидкости движется в ветвях подводящего канала 36 с высокой скоростью. При этом на входе в ветви подводящего канала 36 неочищенная жидкость имеет еще большую скорость, что может создавать в ответвляющихся радиальных каналах, особенно - нижних, эффект эжекции. Это означает, что неочищенная жидкость из полости 29 подсасывается через впускной канал 46 обратно, что препятствует равномерному формированию осадка 59 отфильтрованных твердых примесей. Вместе с тем достижение наибольшей пропускной способности всего фильтропакета возможно только в том случае, когда однородная масса 59 отфильтрованных твердых примесей распределена равномерно по всем фильтроэлементам. Как показано на фиг. 2, с целью устранения указанного выше эффекта эжекции в стенке подводящего канала 36 раззенковано гнездо 43, из которого начинается впускной канал 46. Геометрия же впускного канала 46, в частности его диаметр, должна выбираться только в соответствии с заданными значениями перепада давления и скоростей потока жидкости, тогда как наличие в стенке 42 подводящего канала 36 раззенкованного гнезда 43 большего диаметра практически нейтрализует эффект эжекции. Из раззенкованного гнезда 43 начинается впускной канал 46, имеющий меньший, чем у раззенкованного гнезда 43, диаметр. Канал 46 предпочтительно выполнен в качестве диффузора (фиг. 6).

В варианте исполнения, отображенном на фиг. 5 и 6, втулка 26, как показано схематически на фиг. 5, состоит из внутреннего кольца 76 и внешнего кольца 86, которые зафиксированы в соединении друг с другом посредством, как минимум, трех радиальных пальцев 77. Радиальные пальцы 77 проходят через внутреннее кольцо 76 и оканчиваются у боковой поверхности 12a вала 12. Такая схема расположения пальцев позволяет отцентрировать втулку 26 на валу 12 посредством радиальных пальцев 77. Между внутренним кольцом 76 и внешним кольцом 86 существует радиальный зазор 1э, в результате чего между кольцами 76 и 86 имеется кольцевая полость 70. Эта кольцевая полость 70 выполняет функции подводящего канала 36, через который проходит неочищенная жидкость. Если же радиальные пальцы 77 выполнены как полые штифты 88, как это показано на фиг. 6, то очищенная жидкость с боковой поверхности 27 втулки 26 может, минуя кольцевую полость 70, через полости в штифтах перетекать во внутренний кольцевой канал 30, ограниченный боковой поверхностью вала 12 и внутренней боковой поверхностью внутреннего кольца 76. Предпочтительно, чтобы в конструкции имелось более трех радиальных пальцев 77 или полых штифтов 88 (показанных на фиг. 6), при этом прилегающие к валу 12 торцы полых штифтов для обеспечения беспрепятственного слива очищенной жидкости в кольцевой канал 30 выполнены скошенными. Для надежного центрирования втулки 26 относительно вала 12 достаточно трех радиальных пальцев 77, расположенных на равных угловых расстояниях друг от друга, при этом предпочтительно использование большего числа радиальных пальцев 77 - в данном варианте это число равно шести.

Как видно из разреза на фиг. 6, радиальный палец 77 или полый штифт 88 без зазора посажен в отверстия внутреннего кольца 76 и внешнего кольца 86, в частности зафиксирован сваркой в этих отверстиях. Тарельчатая пластина 32 фильтроэлемента своим внутренним бортом приварена к уступу 80 внешнего кольца 86 так, чтобы кольцевидная тарельчатая пластина 32 фильтроэлемента была точно перпендикулярна оси 37 втулки 26. На тарельчатую пластину 32 фильтроэлемента уложен дренажный элемент 33, выполненный в форме подкладки и залегающий своим внутренним кантом в канавку 92, проходящую по периферии торцевой поверхности втулки 26. Дренажная подкладка 33 накрыта фильтрующей тканью 34, которая может быть изготовлена из синтетического материала или высококачественной стали. Фильтрующая ткань 34 перекрывает сверху дренажную подкладку, накрывая собой часть втулки 26, и оканчивается перед уплотнительным кольцом 85, установленным на внешнее кольцо 86 по его внутреннему краю, обращенному в кольцевую полость 70. Соответственно на внутреннее кольцо 76 по его внешнему краю, обращенному в кольцевую полость 70, установлено уплотнительное кольцо 75. Уплотнительные кольца 75 и 85 предназначены для уплотнения кольцевой полости 70 в области сопряжения смежных фильтроэлементов 25. На торце втулки 26, противоположном торцу, где установлены уплотнительные кольца 75 и 85, по внешнему краю внешнего кольца 86 установлено только одно уплотнительное кольцо 84, которое своей плоской контактной поверхностью прилегает к внутреннему канту дренажной подкладки 33 смежного фильтроэлемента, уплотняя тем самым полость 90 отвода очищенной жидкости, образованную между внутренним бортом тарельчатой пластины 32 фильтроэлемента и втулкой 26. Манжета 60, надетая на боковую поверхность 27 втулки 26 и приваренная к ней, во-первых, образует отражающую поток стенку 50, во-вторых, ограничивает распределительную кольцевую полость 47, а также своим бортом 61 образует выходные каналы 49 между разграничительными перегородками 48. Поток неочищенной жидкости, обозначенный стрелкой 40, выходит радиально и примерно параллельно фильтрующей пластине 32, что обеспечивает в фильтроэлементе большого диаметра равномерное распределение в горизонтальной плоскости неочищенной жидкости и содержащихся в ней фильтровальных вспомогательных веществ.

После формирования на фильтрующей ткани 34 осадка 59 отфильтрованных твердых примесей (смотри фиг. 2) очищенная жидкость просачивается через фильтрующую ткань 34 и дренажную подкладку 33, а оттуда в радиальном направлении течет к центру, в полость 90 отвода очищенной жидкости. Эта полость через полый штифт 88 сообщается с внутренним кольцевым каналом 30, расположенным между валом 12 и втулкой 26, что обеспечивает беспрепятственный отвод очищенной жидкости.

В варианте фильтра, показанном на фиг. 6, с целью противодействия эжекции неочищенной жидкости из ответвляющихся впускных каналов 46 в ветви подводящего канала 36 в стенке 42 внешнего кольца 86 вырезано раззенкованное гнездо 43, которое в данном случае выполнено в виде кольцевого паза. Впускной канал 46 предпочтительно выполнен в качестве диффузора. Во впускном канале 46 между его входным сечением, открытым в подводящий канал 36, и выходным сечением 44, открытым в камеру 52, имеется участок 41 с узким проходным сечением, играющий роль гидравлического сопротивления.

В еще одном варианте исполнения в тарельчатой пластине 32' фильтроэлемента выполнен кольцевой уступ 62 высотой u, причем этот уступ расположен по высоте на уровне выходного сечения выходного канала 49. Благодаря этому у среза выходного канала имеется свободное пространство, что обеспечивает сохранение нормального профиля потока неочищенной жидкости и способствует равномерному распределению отфильтрованных примесей в горизонтальной плоскости.

Реферат

Изобретение предназначено для отделения твердых частиц от жидкости намывной фильтрацией на дисковом фильтре. Дисковый фильтр содержит контейнер 3, по оси которого размещен вал с пакетом фильтроэлементов 25. Каждый фильтроэлемент имеет втулку 26, отцентрированную с помощью вала. Параллельно оси вала во втулке выполнен подводящий канал, из которого неочищенная жидкость поступает в несколько впускных каналов 46 с преимущественно радиальной ориентацией, равномерно распределенных по окружности втулки и направленных к периферии. Впускные каналы 46 выходят в распределительную кольцевую полость 47, из которой неочищенная жидкость проходит в радиальном направлении через выходную щель 45, расположенную выше уровня впускных каналов 46, в полость 29 между смежными фильтроэлементами 25. Выходная щель 45 посредством разграничительных перегородок 48 разделена на выходные каналы 49, равномерно распределенные по окружности кольцевой полости 47. В устройстве достигается формирование однородного и стабильного осадка отфильтрованных примесей. 22 з.п.ф-лы, 6 ил.

Формула