разработка фильтра для очистки нефтепродуктов

Сборник научных трудов ЛТИ. Выпуск 5, 2011
129
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Надежность топливной аппаратуры тракторных и комбайновых дизелей /
Р.М. Баширов [и др.]. – М. : Машиностроение, 1978. – 184 с.
2. Удлер, Э.И. Фильтрация нефтепродуктов / Э.И. Удлер. – Томск : Изд-во Том.
ун-та, 1988. – 216 с.
3. Башта, Т.М. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы / Т.М. Башта. – М. :
Машиностроение, 1982. – 423 с.
4. Удлер, Э.И. Фильтрация углеводородных топлив / Э.И. Удлер. – Томск :
Изд-во Том. ун-та, 1981. – 152 с.
5. Альтшуль, А.Д. Гидравлические сопротивления / А.Д. Альтшуль. – М. : Недра,
1972. – 224 с.
УДК 66.067.3:621.43.038
П.В. ИСАЕНКО, канд. техн. наук, доцент,
Д.А. МАКАРОВ, ассистент,
А.Ю. БАЛКОВОЙ, ассистент
РАЗРАБОТКА ФИЛЬТРА
ДЛЯ ОЧИСТКИ НЕФТЕПРОДУКТОВ
Дано описание жидкостного фильтра, предназначенного в основном для
очистки углеводородных жидкостей от механических примесей и воды, с увеличенной продолжительностью времени работы фильтрующего элемента без
его принудительной регенерации.
Для улучшения эксплуатационных качеств фильтра и продления
срока его работы широко применяются методы принудительной регенерации [1, 2, 3], которые после процесса фильтрации позволяют восстановить или улучшить грязеемкость фильтра. В Томском государственном архитектурно-строительном университете (ТГАСУ) разработан жидкостный фильтр (рисунок), позволяющий поднять (улучшить)
его производительность путем увеличения продолжительности времени работы фильтрующего элемента без его принудительной регенерации и тем самым повысить экономичность и ресурс работы фильтра
130
П.В. Исаенко, Д.А. Макаров, А.Ю. Балковой
до замены фильтрующего материала при одновременном сохранении
качества очистки.
8
77
9
4
5
1
6
33
2
Фильтр для очистки нефтепродуктов:
1 – корпус фильтра; 2 – впускной патрубок; 3 – перфорированный
шток; 4 – фильтрующий материал; 5 – неподвижный стакан; 6 – коническое днище; 7 – подвижная коническая крышка; 8 – цилиндрическая
витая пружина; 9 – выпускной патрубок
Результат технического решения заключается в увеличении грязеемкости фильтра непосредственно во время процесса фильтрации путем автоматического регулирования порового пространства в фильтрующем материале по ходу фильтрации жидкости и в увеличении объема
порового пространства по мере накопления загрязнений в фильтрующем материале.
Фильтр содержит каркас с днищем и крышкой (рисунок),
фильтрующий элемент из пористого упругого деформируемого материала пенополиуретана ППУ-ЭО-130, закрепленный между днищем
Разработка фильтра для очистки нефтепродуктов
131
и крышкой, пустотелый перфорированный шток, установленный осесимметрично внутри каркаса и заканчивающийся патрубком, неподвижно закрепленным в днище каркаса, причем крышка каркаса установлена на штоке с возможностью осевого перемещения. Фильтр также содержит корпус с выпускным патрубком, а патрубок на конце
штока неподвижно встроен в корпус и используется для подачи
фильтруемой жидкости. Каркас свободно размещен внутри корпуса
и выполнен в виде цилиндрического перфорированного стакана с коническим днищем, а крышка каркаса выполнена в виде усеченного
конуса с цилиндрическим полым и закрытым сверху выступом, надетым на пустотелый перфорированный шток с возможностью осевого
перемещения. Кроме этого, фильтр снабжен цилиндрической витой
пружиной, которая плотно надета на цилиндрический выступ крышки
и упирается в корпус, а фильтрующий элемент выполнен путем набивки фильтрующим материалом пространства между стенками каркаса и перфорированным штоком и приклеен к днищу и крышке каркаса. В частных случаях выполнения отличием является также то, что
посредством пружины, надетой на выступ крышки, фильтрующий
элемент до начала фильтрации выполнен сжатым.
В фильтре, включающем фильтрующую набивку, обжатую
днищем и крышкой с помощью пружины, надетой на выступ крышки,
осуществляется целенаправленное формование, обеспечивающее постепенное уменьшение размера пор по ходу потока фильтруемой жидкости. Исходная пористость фильтрующей набивки увеличивается по
мере накопления загрязнений в фильтре за счет возникновения новых
пор в пространстве между частями фильтрующего материала в набивке из-за перепада давления внутри и снаружи фильтрующей набивки
и деформации фильтрующего материала, тем самым увеличивая грязеемкость фильтра. Поэтому качество очистки не снижается, и ресурс
фильтра до замены фильтрующей набивки повышается.
Наличие конических днища и крышки обеспечивает целенаправленно формование фильтрующей набивки и уменьшает размер
пор по ходу потока фильтрации. При этом подвижная коническая
крышка по мере забивки пор фильтроматериала под действием внутреннего давления жидкости, сжимая пружину, может перемещаться
132
П.В. Исаенко, Д.А. Макаров, А.Ю. Балковой
вверх, постепенно увеличивая объем приклеенного к ее поверхности
фильтроматериала, т. е. объем порового пространства. При этом качество очистки не меняется, т. к. осадок загрязнений, находящийся в порах, увеличивает объем пор и сам начинает выполнять функции
фильтра, обеспечивая дополнительную пористость. Поэтому грязеемкость, а следовательно, и ресурс фильтра повышаются.
В известных технических решениях, например в [1, 2, 3], для
повышения ресурса работы фильтра после завершения фильтрации
производится принудительное растягивание фильтрующего материала
для промывки пор от загрязнителей. В данном фильтре, как и в фильтрах [2, 3], фильтрующий элемент в исходном состоянии тоже сжат
с помощью пружины. Но для растяжения фильтрующего элемента
(для промывки) в известных фильтрах [2, 3] пружину принудительно
после фильтрации распрямляют. В настоящем фильтре растяжение
фильтрующего материала происходит автоматически – сжатием пружины во время фильтрации. При этом увеличивается объем порового
пространства, и повышается грязеемкость.
Фильтр состоит (рисунок) из корпуса 1 с впускным патрубком 2
на конце перфорированного штока 3. Внутри корпуса 1 установлен цилиндрический перфорированный стакан 5 с коническим днищем 6.
Фильтр содержит фильтрующий элемент 4 в виде набивки из упругого
деформируемого пористого материала, заключенного между днищем 6
неподвижного стакана 5 и подвижной конической крышкой 7 и приклеенного к ним. Крышка 7 выполнена с полым цилиндрическим выступом, на который плотно надета пружина 8, упирающаяся в посадочное
место в корпусе 1. Для отвода фильтрата служит выпускной патрубок 9.
Фильтр работает следующим образом.
В нормальном состоянии до фильтрации фильтрующий материал 4 обжат крышкой 7 и днищем 6 с помощью пружины 8. Сила
нажатия пружины выбирается из условия равенства силы, необходимой для удержания чистой упругой фильтрующей набивки в сжатом
состоянии. Фильтруемая жидкость поступает во впускной патрубок 2
и через перфорацию штока 3 в фильтрующую набивку 4 (поток изнутри наружу). При этом конические днище 6 и крышка 7 обеспечивают целенаправленно формование фильтрующей набивки 4, обес-
Разработка фильтра для очистки нефтепродуктов
133
печивая уменьшение размера пор по ходу потока фильтрации. Далее
через перфорацию на боковой поверхности стакана 5 фильтруемая
жидкость поступает в корпус 1 фильтра и через выпускной патрубок
9 выходит наружу. В качестве фильтрующей набивки используется
деформируемый упругий пористый материал, например пенополиуретан ППУ-ЭО-130. По мере забивки пор фильтроматериала возникает перепад давления внутри и снаружи фильтрующей набивки.
При этом подвижная коническая крышка 7 под действием внутреннего давления жидкости, сжимая пружину 8, может перемещаться
вверх, постепенно увеличивая объем приклеенного к ее поверхности
фильтроматериала, т. е. объем порового пространства, при этом качество очистки не меняется, т. к. осадок загрязнений, находящийся
в порах, сам начинает выполнять функции фильтра.
Подбором геометрических параметров верхней подвижной конической крышки 7 и характеристики пружины 8 можно установить
требуемые и допустимые режимы работы фильтра до замены фильтрующей набивки 4. Причем в процессе эксплуатации фильтра вся его
оснастка может служить сколько угодно долго. Замене подлежит
только фильтрующая набивка 4, что снизит расходы на производство
и эксплуатацию фильтра.
Таким образом, в разработанном в ТГАСУ фильтре увеличение
его грязеемкости и, как следствие, повышение его ресурса до замены
фильтрующей набивки, решаются автоматически с помощью увеличения объема пор при перемещении подвижной конической крышки,
которая сжимает пружину, при неизменном качестве очистки, когда
осадок загрязнений начинает выполнять функции фильтра.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Способ очистки объемного фильтрующего элемента из металлической сетки :
а. с. № 1274727 СССР / А.И. Лейкин, Л.Р. Марков, Б.В. Тюрин ; опубл.
07.12.1986 // Открытия и изобретения. – 1986. – № 45. – С. 21.
2. Патронный фильтр : а. с. № 1722531 СССР / А.Б. Голованчиков, С.П. Мишта,
В.П. Мишта [и др.] ; опубл. 30.03.1992 // Изобретения. – 1982. – № 12. – С. 42.
3. Фильтр для очистки жидкости или газа : пат. 2254901 РФ / Голованчиков А.Б., Дулькина Н.А., Дулькин А.Б. [и др.] ; опубл. 27.06.05 // Изобретения.
Полезные модели. – 2005. – Ч. 3. – № 18. – С. 608.