Фильтр-сепаратор

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 5 В 04 С 9/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

С)

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4856385/26 (22) 01.08.90 (46) 30,01.93. Бюл. № 4 (71) Сумский филиал Харьковского политехнического института им. В.И.Ленина (72) Л,Г,Кирный, Л,А.Хохлов, Б.Г.Холин, Т.А.Киргизбаев и В.Н.Добрынин (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1473859, кл. В 04 В 3/06, 1987.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1105228, кл. В 04 С 9/00, 1984. (54) ФИЛЬТР-СЕПАРАТОР (57) Использование: для фильтрования плавов минеральных удобрений, например амИзобретение относится к фильтрам-сепараторам и может быть использовано для фильтрования загрязненных жидкостей, в частности плавов минеральных удобрений, например, аммиачной селитры, содержащих нерастворимые в плаве частицй добавок, гидраты окислов-железа, коагулирующиеся при взаимодействии с аммиаком, а также другие инородные включения, имеющие разные свойства (плотность, сцепляемость осадка и т.д,).

Известен фильтр-сепаратор для очистки загрязненных жидкостей, содержащий установленный с возможностью вращения ротор, имеющий загрузочное оТверстие в верхнем конусе и сливное отверстие в нижнем коническом основании, с расположенным внутри фильтрующим элементом. и закрепленными в нижнем конусе лопатками, патрубки ввода загрязненной жидкости и слива фильтрата и кожух.

ÄÄ5UÄÄ 1791040 А1

2 миачной селитры. Сущность: в фильтре, содержащем установленный на валу с возможностью вращения роторс диском с лопатками, фильтрующий элемент заключен во вращающуюся осесимметричную оболочку. Диск установлен у стенки оболочки с кольцевым зазором, перекрытыМГлопатками. Входные кромки лопаток и загрузочное отверстие выполнены с диаметром; меньшим вйутреннего диаметра фильтрующего элемента и диаметра патрубка вывода фильтрата. Центробежный нагнетатель размещен между диском с лопатками и верхним конусом оболочки. 3 ил, 5.

При работе фильтра-сепаратора поступающая по тангенциальному патрубку жидкость попадает на лопатки, закрепленные в верхнем конусе, в результате чего ротор раскручивается моментом импульса жидкости, вводимой в загрузочное отверстие, Вращение ротора вместе с вводимой в него жидкостью способствует лучшему от-. делению твердых"частиц под действием центробежной силы и снижению истирания частиц, а следовательно и ротора. По мере накопления осадка в роторе и забивки сетки загрязнениями уровень жйдкости в роторе повышается до предельного значения, контролируемоего сигнализйрующим устройством.

Однако указанное устройство не обеспечивает эффективного ведения процесса фильтрования и сепарации жидкости ввиду ряда конструктивных недостатков, заключа- ющихся в следующем.

1791040

Известный фильтр-сепаратоР рабочее ния Кр = аРВ/g (где N — угловая скорость в условиях, когда центробежные силы и си- вращения, R — радиус вращения, g — ускорелы тяжести являются величинами одного ние свободного падения). Известно также, порядка, т.е, при небольших значениях кри что наиболее рациональным приемом повытерия Фруда. Об этом свидетельствует пе 5 шения Кр является увеличение угловой скориферийный подвод жидкости рости вращения ротора, Рассматриваемое фильтрующему элементу, слив фильтрата устройство не может эффективно работать через центральную полую ось, контроль при повышенных скоростях вращения, когуровня жидкостй с йбмощью п6плавка да ЯРК» g поскольку, увеличению значений центробежного 10 .. — во-первых, потому что неподвижные критерия можно достичь ак известно пу стенки кожуха будут тормозить и замедлять тем- увеличения угловой скорости Ротора движение жидкости в пристеночной зоне, илиувеличения его диаметра. скорость вращательйого движения будет

Однако в первом случае для обеспече уменьшаться от наружной поверхности йия стока фильтрата через сливное отвер 15 фйльтрующего элемента по направлению к стие и отверстия в полой оси необходимо стенке кожуха, что приводит к снижению существенное увеличение высоты Ро ора эффективности сепарации и фильтрации; тому"же приемлемо уменьшение диаметра " во-вторых, из-за наличия неподвижных загрузочного отверстия — ведь чем больше.- стенок кожуха, соприкасающихся с вращарасстояние от оси сепаРаТОРа до ос" та" 20 ющейся жидкостью, с увеличением Й я бугенциального ввода жидкости.а ротор Тем дет возрастать турбулентйость в слое между полнее используется момент импульса жид стенками кожуха и вращающимися частями. кости для вращения Ротора -: " ротора, что йриведет к снижению эффектив-

При увеличении центробежного крите: ности сепарации и фильтрации, а также к рия другим путем, т.е, за счет увеличения 25 непроизводительным потерям эйергии; диаметра ротора, во-первых, снижается rpa " - в-третьих, при вращении фильтрующего диент давления (поскольку измен ние цен элемента в неподвижном кожухе имеет ме тробежного давления проис."одит сТо сбор загрязненной жидкости в нижней пропорционально увеличению линейного части кожуха, Это может быть приемлемым . размера), что снижает эффективность Ро 30 в процессе сгущейия шлама, но совершенно цесса сепарации, йоскольку в этом случае " недопустимо в тех случаях, когда необходивозрастает вероятность уноса твердых час- мо полное разделение жидкой и твердой тиц потоком жидкости, движущимся к филь фаз. трующемуэлементу. Во-вторых, увеличение . Целью изобретения является интенсиРазмеров фильтра наряду с повышением З5 фйкация процесса. материалоемкости, усложнением техноло-: Поставленнаяцельдостигаетсятем,что гии изготовления, приводит к увеличен ю в фильтре- сепараторе, содержащем устаповерхности ротора, что в слу е ф""ьтра новленный на валу с возможностью вращеции высокотемпературных плавов мине- ния ротор с лопастным . диском, ральных удобрения связано с воэможнос- 40 фильтрующим элементом и загрузочным оТтью кристаллизации плава ввиду больших верстием в верхней части, кожух, патрубки потерь тейла на обогрев ротора и а окружа ввода загрязненной жидкости и вывода ющую среду фильтрата; согласно изобретению фильтруИзвестен также фильтР-сепаратор, со " ющий элемент заключен во вращающуюся

ДеРжащий Установленный на валУ с возмож 45 осесимметричную оболочку с центробежностью вРащениЯ РотоР с лопас™ым ным нагнетателем. образованным верхним диском, фильтрующий элементом и aa P>- конусом оболочки, прикрепленными к нему зочным отверстием в верхней части, кожух, лопатками и диском, причем диск установпатРУбки ввода загРЯзненной жидкости и лен у стенки оболочки с кольцевым зазором, вывода фильтрата, котоРый по ко с рУкт - 50 перекрываемым лопатками, а диаметр окным признакам является наиболее близким ружности расположения входных кромок

K предлагаемому Устроиству лопаток и диаметр загрузочного отверстия

Недостаткомизвест огоустройстваЯв- меньше диаметра сливного отверстия в лЯетсЯтакже низкаЯ эффективность процес- нижней части оболочки и внутреннего диасов фильтрации и сепарации, ко ора 55 метра фильтрующего элемента. обусловлена следующими причинами. Заключение фильтрующего элемента во

Как известно, эффективность филь ра вращающуюся вместе с ним осесимметричции и сепарации в центробежн Ротацион ную оболочку с центробежным нагнетатеных устройствах тем выше, чем 6ollbl08 . лем, образованным верхним конусом значение центробежного фактора разделе1/9 i 04u оболочки, прикрепленными к нему лопатками и диском, причем диск установлен у стенки оболочки с кольцевым зазором, перекрываемым лопатками, а диаметр окружности расположения входных кромок 5 лопаток и диаметр загрузочного отверстия меньше диаметра сливного отверстия в нижней части оболочки и внутреннего диаметра фильтрующего элемента, позволит

15 нагнетателя, обеспечивающего при указан- 20 ных расположениях элементов конструкции соотношениях диаметров загрузочного и

25 через фильтрующий элемент и слив фильт- 30 рата через отверстие в нижней части оболочки.

50 обеспечить работу фильтра сепаратора при повышенных значениях центробежного критерия в условиях полного закручивания поступающей жидкости и подвода загрязненной жидкости в зону сепарации и фильтрации при любых повышенных значениях угловой скорости ротора..

Диск и верхний конус, соединенные лопатками, выполняют в предлагаемой конструкции фильтра-сепаратора роль сливного отверстий ротора, а также диаметра расположения входных кромок лопаток давления жидкости при любых значениях угловой скорости ротора больше, чем центробежное давление в зоне сепарации и фильтрации жидкости, При этом будет осуществляться непрерывное движение потока

При изучении известных технических решений в данной области техники использование заявляемых отличительных признаков в них авторами не выявлено, поэтому считаем, что заявляемое техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".

На фиг.1 показан общий вид фильтрасепаратора, вертикальный разрез; на фиг.2 — ротор фильтра-сепаратора; на фиг.3 — разрез А-А на фиг,2, Фильтр-сепаратор содержит кожух 1, внутри которого на валу 2, монтированном в узле подшипников 3, установлен съемный ротор, состоящий иэ осесимметричной оболочки 4, имеющей загрузочное отверстие 5 в верхнем конусе 6 и сливное отверстие 7 в нижнем конусе 8, диска 9, укрепленного с помощью лопаток 10 с зазором 11 у стенки оболочки 4, фильтрующего элемента 12, выполненного в виде сетчатого барабана, установленного между диском 9 и сливным отверстием 7 в конусе 8.

Лопатки 10, расположенные между дисками 9 и верхним конусом 6, перекрывают кольцевой зазор 11 между диском 9 и стенкой оболочки 4 и выполнены в виде пластин, имеющих криволинейный профиль в обла35

4О сти входных кромок, направленных вогнутостью в сторону вращения ротора. Такой профиль лопатки 10 целесообразен с точки зрения предотвращения брызгообразования при взаимодействии лопатки 10 с поступающим на нее потоком загрязненной жидкости.

В зависимости от числа лопаток 10, размеров оболочки 4 и диска 9 перекрытие кольцевого зазора 11 лопатками 10 может быть выполнено таким образом, что лопатки

10 расположены на уровне диска 9, достигая стенки оболочки 4, как показано на фиг.1, или же так, что периферийная часть каждой лопатки проходит также через кольцевой зазор 11 и нижняя кромка лопатки 10 располагается на уровне нижней поверхности диска 9, или же опущенной ниже диска 9 (фиг.2), К откидывающейся крышке 13 закреплена труба 14, одним концом направленная в загрузочное отверстие 5, а другим концом связанная через уплотнительное кольцо с патрубком 15 подвода загрязненной жидкости.

Патрубок 16 служит для вывода фильтрата из кожуха. Вращение ротора осуществляется от привода (не показан). С целью снижения закручивания жидкости в кожухе устанавливаются пластины 17. Трубка 18 служит для замера уровня жидкости у загрузочного отверстия 5.

Конструктивной особенностью фильтра-сепаратора является то, что фильтрующий элемент 12 заключен во вращающуюся осесимметричную оболочку 4 с нагнетателем жидкости в верхней части, образованным конусом 6, диском 9 и лопатками 10, причем диск 9 установлен у стенки оболочки

4 с кольцевым зазором 11, перекрываемым лопатками 10, а диаметр Do окружности расположения входных кромок лопаток 10 и диаметр О з загрузочного отверстия 5 меньше диаметра Ос сливного отверстия 7 и внутреннего диаметра Оф фильтрующего элемента 12, Работа фильтра-сепаратора с параметрами ротора: Оз = 0,15 м, Do = 0,18 м, О =

0,24 м, Оф = 0,25 м, частота вращения 350 об/мин, на примере очистки плава минеральных удобрений от загрязнений осуществляется следующим образом.

Приводом (не показан) заключенному в узле подшипников 3 валу 2 с закрепленным на нем ротором сообщается вращательное движение.

По патрубку 15 подается загрязненный плав, который проходит по трубе 14 и спадает на диск 9. Далее плав закручивается лопатками 10, связанными с конусом 6 и

1791040 диском 9 до угловой скорости ротора и одновременно центробежным давлением нагнетается через кольцевой зазор 11 в зону фильтрации и сепарации, ограниченную стенкой оболочки 4 и фильтрующим элементом 12, В зоне сепарации содержащихся в плаве загрязнения (частицы нерастворимых добавок, скоагулировавшиеся вещества и другие инородные включения) под действием центробежной силы прйжимаются к стенке оболочки, осаждаясь и постепенно накапливаясь на ней. Очищенный от более тяжелых частиц плав проходит через фильтрующий элемент 12, на котором осаждаются загрязнения, плотность которых меньше плотности плава, Далее фильтрат стекает . через отверстие 7 в нижнем конусе 8, попадает в кожух 1, вращательное движение плава в котором снижается пластинами 17, и затем по патрубку 16 выводится на гранулятор.

Процесс тонкой очистки плава ведется при больших угловых скоростях ротора, когда поверхность равных давлений плава, в том числе свободная поверхность, стремит- ся к форме цилиндра, B этих условиях пере ток плава в зону сепарации и фильтрации будет определяться избыточным давлением, обусловленным работой нагнетателя, роль которого выполняют диск 9 и конус 6, соединенные лопатками 10. . Учитывая; что закрепленные к диску 9, верхнему конусу 6 лопатки 10 перекрывают кольцевой зазор 11, а диаметр окружности расположения входных кромок лопаток 10 и диаметр загрузочного отверстия 5 меньше диаметра сливного отверстия 7 и внутреннего диаметра фильтрующего элемента 12, . будут обеспечиваться условия перетока очищенного плава через фильтрующий элемент

12 и затем через сливное отверстие 7 с перепадом давления пропорциональным меньшему из значений:

Оф — 0о или Dc 0о

2 . 2 2 при любых необходимых для эффективной сепарации значениях центробежного фактора.

При работе фильтра-сепаратора с приведенными ранее параметрами ротора (диаметр ротора 0,5 м, плотность плава амселитры 1460 кг/мз) перепад давления перед сливным отверстием составит 6,17 .10 н/м2 при факторе. разделения (центробежным критерии) равном 34. В этих условиях будет обеспечиваться требуемая очистка плава и необходимая производительность до 60 т/ч по фильтрату.

При снижении пропускной способности ротора ввиду забивки фильтрующего эле40 да центробежное ускорение примерно равно ускорению силы тяжести, т,е. фильтр-сепаратор приводится в этом случае до условий работы статического, в котором производительность зависит ат уровня жид45 кости в верхнем конусе 6 in площади кольцевого зазора 11, фильтрующая способность ротора определяется чистой поверхностью фильтрующего элемента 12, а сепарирующая способность устройства незначительна или вовсе отсутствует.

При выполнении фильтра-сепаратора с конструктивным оформлением ротора согласно приведенного предложения обеспечивается как эффективное введение

55 процесса, так и производительность фильтра в широких пределах, Наряду с приведенной работой фильтра-сепаратора по очистке загрязненного плава минеральных удобрений, предлагаемая конструкция может быть использована

30 мента 12 и заполнения ротора осадком при постоянной подаче загрязненного плава происходит заполнение объема через загрузочное отверстие 5, Об этом будет сообщать звуковой или световой сигнал устройства, связанного через преобразователь (не показан) с трубкой 18 замера уровня плава у загрузочного отверстия 5. Подача плава по патрубку 5 прекращается, выключается привод вращения вала 2, Плав из неподвижного ротора стекает в кожух 1, При прекращении подачи плава осадок, смоченный плавом, кристаллизуется на стенке оболочки и на фильтрующем элементе, что обуславливает необходимость замены ротора на резервный или чистки фильтрующего элемента. Для этого крышка

13 с трубкой 14 и трубкой 18 замера уровня плава откидывается в удобное положение, затем снимается с вала 2 ротор. Последующее включение фильтра-сепаратора с чистым ротором в рабату осуществляется в порядке, описанном ранее.

При не выполнении соотношения указанных конструктивных параметров, т,е. когда Оф < Do, Dc < Do, а также 0з > D(;, во-первых, не обеспечивается требуемая эффективность процесса очистки загрязненной жидкости, а во-BTopblx, резко снижается пропускная способность (производительность) фильтра-сепаратора по загрязненной жидкости. Дело в там, что при таких условиях работы давление нагнетания жидкости, создаваемое лопатками 10, меньше центробежного давления у стенки оболочки ротора 4, ввиду чего затруднен переток загрязненной жидкости через кольцевой зазор 11, Поэтому необходимо уменьшать скорость вращения ротора до значений, ког1791040

10 и для тонкой очистки других видов жидкостей, а также в тех технологических процессах, где не представляется возможным ввиду изменения агрегатного состояния жидкости при изменении температуры ис-, 5 пользование существующих конструкций фильтров или когда необходимо удаление отсепарированных твердых загрязнений только путем их отбора из ротора без промывки осадка. 10

По сравнению с прототипом, использование предлагаемого фильтра-сепаратора позволит повысить эффективность процесса, т.е, обеспечить более тонкую очистку загрязненной жидкости, поскольку процесс 15 проводится при более высоких значениях центробежного критерия и в условиях полной закрутки жидкости в роторе, Кроме того, обеспечивается уменьшение размеров фильтра-сепаратора (высоты, диаметра), а 20 следовательно и снижение материалоемкости устройства для очистки жидкости, Формула изобретечия

Фильтр-сепаратор, содержащий установленный на валу с возможностью вращения ротор с лопастным диском, фильтрующим элементом и загрузочным отверстием . верхней части, кожух, патрубки ввода загрязненной жидкости и вывода фильтрата, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью интенсификации процесса, он снабжен вращающейся осесимметричной оболочкой, в которую заключен фильтрующий элемент, диск установлен у стенки оболочки с кольцевым зазором, перекрытым лопатками, при этом входные кромки лопаток и за- грузочное отверстие выполнены с диаметрами, меньшими внутреннего диаметра фильтрующего элемента и диаметра отверстия патрубка вывода фильтрата, а между диском с лопатками и верхним конусом оболочки размещен центробежный нагнетатель.

1791040

Составитель Л.Хохлов

Техред М,Моргентал Корректор С.Пекарь

Редактор Т.Егорова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 113 Тираж .. Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5