Гидродинамическое вибрационное фильтрование в системах очистки и восстановления отработанных высоковязких жидкостей

Рисунок 4. Вертикальная фильтрующая центрифуга

1— загрузочное устройство; 2 — ротор; 3— труба для отвода футата; 4 — наружный кожух центрифуги; 5 —внутренний лонуо ротора; в— вибровозбудитель; 7 — привод вибровозбудителя; s— шкив привода ротора; 9 — амортизаторы

2.4.2. Достоинства и недостатки фильтрования вибрирующих центрифуг

 

Достоинства и недостатки фильтрования вибрирующих центрифуг:

• можно задавать необходимую степень очистки;
• происходи процесс саморегенерации, благодаря чему не нужно ставить параллельные ветви очистки и останавливать процесс для механической регенерации;
• относительно небольшие энергозатраты.

Недостатки фильтрования в поле действия центробежных сил:

 

•     в случае, когда вибрация создается парциально подающейся жидкостью, регенерация происходит не полностью

 

2.5. Гидродинамические фильтры

 

2.5.1. Устройство гидродинамического фильтра

Рисунок 5. Гидродинамический фильтр

1 – корпус; 2 -  входной патрубок; 3 – выходной патрубок; 4 – сливной патрубок; 5 – крышка; 6 – вентиль сброса воздуха; 7 – фильтроэлемент.

 

Фильтр состоит из цилиндрического корпуса 1 с входным 2, выходным 3 и сливным 4 патрубками и крышкой 5. В корпусе 1 установлен фильтроэлемент 7 с цилиндрической сеткой 8 (к фильтроэлементу сетка крепится при помощи натяжного устройства, по края фильтроэлемента сетка крепится при помощи бандажной проволоки), установленной с зазором к внутренней стенке корпуса 2. На входе в зазор во входном патрубке установлен рассекатель потока воды. На крышке фильтра имеет вентиль 6 сброса воздуха в процессе заполнения фильтра водой.

 

Принцип работы гидродинамических фильтров

В основу работы фильтров положена теория движения частиц вблизи фильтроэлемента. В отличие от традиционной схемы фильтрования, когда поток жидкости направлен перпендикулярно поверхности фильтроэлемента, в гидродинамических фильтрах поток направлен вдоль поверхности (рис.6). В фильтре с традиционной схемой задерживаются только частицы с размером, большим размера фильтрующей ячейки. При этом, если загрязняющие частицы застрянут в ячейке, извлечь их чрезвычайно сложно, и фильтроэлемент теряет работоспособность. В гидродинамическом фильтре через ячейку проходят только частицы, заведомо меньшие, чем величина ячейки, (например, если размер ячейки 1,5 мм, то через фильтр пройдут частицы размером менее 1,5 мм). Тем самым обеспечивается постоянная "чистота" ячеек и непрерывная самоочистка фильтра.

Относительная скорость крупных частиц и фильтроэлемента обеспечивается двумя способами:

• некоторое количество фильтруемой жидкости (10 -  15%) сбрасывается вместе с загрязнениями в емкость, из которой жидкость забирается на очистку, а оставшиеся 85 -  90% поступают потребителю (рис. 7, а). В большинстве случаев сбрасываемый поток поступает другому потребителю, требования к чистоте у которого ниже. Такие фильтры называются "неполнопоточными";
• в движение (вращательное или колебательное) приводится фильтроэлемент. Угловая скоростьздесь намного меньше, чем при центрифугировании, поскольку не ставится задача отбрасывания частиц от поверхности. Такие фильтры называются "полнопоточными" (рис.7, б). Они более сложны, чем неполнопоточные, поэтому их применяют там, где недопустим сброс части потока, или где плотность частиц незначительно превышает плотность жидкости.

Рисунок 6. а)гидродинамический фильтр; б) традиционная система фильтрования

Рисунок 7. а) схема неполнопоточного фильтра; б) схема полнопоточного фильтра

 

Гидродинамические фильтры и фильтровальные системы на их основе внедрены и безупречно действуют в металлургической и горнодобывающей промышленности, на крупных автозаводах и др. Гидродинамическим фильтрам присущи высокая надежность и долговечность в работе при загрязненности сред до 5 г/л. Гарантированный срок работы изделий без замены фильтроэлемента в 8 - 10 раз выше аналогов, при этом цена их меньше цены аналогов.

2.5.2.Достоинства гидродинамических фильтров:

 

1. пропуск частиц через поверхность фильтра в несколько раз более мелких, чем размер фильтрующей ячейки;
2. непрерывная самоочистка фильтра потокам жидкости, направленной вдаль поверхности фильтроэлемента;
3. стабильный и небольшой перепад давления на фильтре, что исключает необходимость в байпаснам клапане, который во всех традиционных фильтрах практически накоротко соединяет линии загрязненной и очищенной жидкостей, снижая эффективность и качество очистки;
4. неограниченное время функционирования фильтра без замены, фильтроэлемента и практически без технического обслуживания;
5. регулирование степени очистки без замены фильтроэлемента;
6. весьма, значительное снижение эксплуатационных затрат

2.5.3.Схемы включения гидродинамических фильтров.

 

В основе работы фильтра положен принцип, при котором очищенная жидкость непрерывно  поступает потребителю, а загрязнения так же непрерывно выводятся из условно чистого оборотного цикла.

Возможны различные схемы включения гидродинамических фильтров, варианты двух из них приведены на рисунках 8 и 9.

Приведенная на рис.8 схема работает следующим образом. Рабочая жидкость подается насосом 2 на фильтр 4. Часть жидкости (4 - 20% - величина согласовывается с ЗАКАЗЧИКОМ при заказе гидродинамического фильтра) вместе с загрязнениями по линии 7 отвода шлама непрерывно возвращается на отстойник и, после отстаивания, через перегородку поступает в оборотный цикл, а основная часть жидкости, очищенная фильтром, поступает потребителю и затем также возвращается в оборотный цикл. Таким образом, потребитель непрерывно получает чистую жидкость, а шлам постоянно выводится из оборотного цикла, накапливаясь в отстойнике. Пунктиром на схеме показан вариант, когда шламовая жидкость возвращается на отстойник не сразу, а поступает к потребителям, не имеющим жестких требований к качеству рабочей жидкости, и после этого возвращается на отстойник.

Рисунок 8. Схема включения фильтра

1 – емкость очищаемой жидкости; 2 – насос; 3 – линия подачи загрязненной жидкости на фильтр; 4 – фильтр; 5 – линия очищенной жидкости (фильтрат); 6 – манометр; 7 – линия отвода шламовых вод; 8 – запорные вентили; 9 – линия байпаса (устанавливается по усмотрению заказчика для обеспечения ремонтов оборудования).

 

На рисунке 9 представлена схема, при которой отводимая шламовая жидкость не возвращается в отстойник, а через бункер-отстойник и эжектор циркулирует по замкнутому контуру. Шлам в этом случае накапливается в бункере-отстойнике, который чистится по мере заполнения. При использовании данной схемы все 100% жидкости, подаваемые насосом, поступают потребителю.

Рисунок 9. Схема включения фильтра сэжекцией.

1 - емкость очищаемой жидкости; 2 - насос; 3 - линия подачи загрязненной жидкости на фильтр; 4 - фильтр; 5 - линия очищенной жидкости (фильтрат); 6 - манометр; 7 - линия отвода шламовых вод; 8 -  запорные вентили; 9 - расходомер*; 10 - линия байпаса (устанавливается по усмотрению заказчика для обеспечения ремонтов оборудования); 11 - бункер-отстойник **; 12 - эжектор.

* - установка расходомеров необходима для настройки фильтра

** - возможна встройка бункера в корпус фильтра.

2.5.3.1.Примеры использования гидродинамических фильтров в схемах отбора жидкости из трубопроводов

 

Применение гидродинамических фильтров в данных схемах позволяет получить более высокую степень очистки при меньших габаритах.

 

Очищенная жидкость 10-15%

 

Преимущества:

 

1. Отсутствие движущихся частей.
2. Простота конструкции.
3. Самоочистка без сброса части потока.
4. Отсутствие потребности в предварительной очистке.

 

Недостатки:

 

1. Необходимость предварительной разборки трубопровода.
2. Наличие заиливания внизу трубопровода.

 

С цепью исключения заиливания фильтра, его предпочтительно устанавливать на вертикальной части трубопровода (при этом узел слива ила не нужен). Для повышения производительности и улучшения ремонтопригодности (исключается разборка трубопровода) используют схему расположения фильтра вне трубопровода, но со сбросом спиваемой части жидкости обратно в трубопровод.

 

Преимущества

:

1. Возможность использования ряда конструкций фильтров.
2. Возможность ремонта очистителя без разборки трубопровода.

 

Недостатки:

 

1. Повышение концентрации загрязнений в трубопроводе.

 

2.6.Фильтрование в гидродинамическом вибрационном фильтре

2.6.1.Конструкция гидродинамического вибрационного фильтра

 

Рисунок 10. Гидродинамический вибрационный фильтр

1 – корпус; 2 – входной патрубок; 3 – выходной патрубок; 4 – фильтровальный элемент; 5 – фильтровальная перегородка; 6 – пульсатор расхода; 7 – приводная турбинка; 8 – ступица; 9 – сильфоном; 10 – крышка; 11 – зазор; 12 – вход; 13 – опоры вращения; 14 – ребро; 15 – эластичное кольцо; 16 – диск; 17 – отверстия; 18 – диск; 19 – каналы; 20 – зазор; 21 – попружиненое кольцо; 22 – пружина; 23 – регулирующий вентель; 24 – лопатки; 25,26 -  уплотнения.

 

Фильтр работает следующим образом. Фильтрующая среда под давлением поступает в корпус 1. Часть среды перепускается через зазор 11 на вход 12 турбинки 7. Турбинка 7 может быть осевого или центробежного типа. Жидкость из турбинки 7 сбрасывается по магистрали с регулирующим вентилем 23 на слив или снова на вход в фильтр. За счет перепуска части жидкости через зазор 11 с повышенными скоростями осуществляется гидродинамический смыв осадка с поверхности фильтровальной перегородки 5. Турбинка 7 приводится во вращение, а вместе с ней начинает вращаться фильтровальный элемент 4 и диск 16 пульсатора 6. При вращении фильтровального элемента 4 за счет действия центробежных сил частицы осадка сбрасываются с поверхности фильтровальной перегородки, слой осадка становится более пористым, что улучшает его смыв расходом жидкости, перепускаемой через зазор 11 на турбинку 7. Кроме того, при вращении диска 16 относительно неподвижного диска 18 происходит периодическое сообщение и разобщение отверстий 17 с каналом 19, уплотненным относительно диска 16.

В результате периодически изменяется гидравлическое сопротивление фильтра, что приводит к пульсациям перепада давления. Пульсации давления вызывают периодически меняющуюся силу, действующую на крышку 10, что приводит к периодическим сжатиям упругого сильфона 9. Так как крышка 10 выполнена наклонной, сила, действующая на нее, направлена под углом к оси фильтроэлемента 4. Эта сила разлагается на две составляющие — параллельную и перпендикулярную поверхности фильтровальной перегородки 5. Это вызывает вибрацию фильтроэлемента 4 в двух плоскостях — параллельной и перпендикулярной направлению фильтрации, что повышает производительность фильтра и его очистку. За счет периодического перекрытия канала 19 диском 16 периодически изменяется расход перепускаемой через турбинку 7 среды, при перекрытии канала 19 перепускаемый расход увеличивается, а при сообщении отверстия 17 с каналом 19 — уменьшается. Это вызывает неравномерность вращения турбинки 7.

Периодические ускорения и замедления вращательного движения фильтроэлемента 4 улучшают за счет действия инерционных сил расслоение осадка загрязнений на фильтровальной перегородке 5, что повышает эффективность его гидродинамического смыва. Кроме того, за счет выполнения крышки 10 с возможностью поворота относительно фильтровальной перегородки 5 она постоянно поворачивается в фильтроэлемент, этому способствует ребро 14, которое осуществляет гидродинамическое торможение вращения крышки 10 относительно вращающейся фильтровальной перегородки. В результате направление составляющей силы, действующей на крышку 10 и перпендикулярной оси фильтровального элемента 4, меняется, т. е. направление поперечной вибрации меняется относительно фильтровальной перегородки 5, что улучшает вибрационную очистку фильтровальной перегородки. Совместное сочетание перечисленных выше факторов существенно повышает пропускную способность фильтра и его ресурс за счет улучшения очистки фильтровальной перегородки 5 от загрязнений в процессе работы фильтра.

2.6.2.Достоинства и недостатки:

 

Достоинства  гидродинамического вибрационного фильтра:

• Гидродинамические вибрационные фильтры включают в себя сочетание механизмов традиционного фильтрования с гидродинамическим, центробежным и вибрационным силовыми воздействиями;
• Предложенный гидродинамический вибрационный фильтр является малогабаритным установкой по очистке и регенерации отработавших масел.
• В гидродинамических вибрационных фильтрах устранены недостатки, характерные для основных механических способов очистки - фильтрования и центрифугирования.
• Гидродинамические вибрационные фильтры включают в себя сочетание механизмов традиционного фильтрования с гидродинамическим, центробежным и вибрационным силовыми воздействиями.
• Основное назначение гидродинамических вибрационных фильтров – уменьшение перепада давления на ФП, а, следовательно, увеличение пропускной способности и ресурса работы фильтра.

Недостатки  гидродинамического вибрационного фильтра:

• Предложенный гидродинамический вибрационный фильтр в настоящее время не столь популярен, как вышеизложенные методы.

 

Заключение

 

Таблица 1 – Сравнение изложенных выше видов фильтрования

Параметр	Традиционное фильтрование	Фильтрование в поле действия центробежных сил
Энергозатраты	низкие	очень большие
Ресурс работы	средний	средний
Производительность	низкая	высокая
Габаритные размеры	большие	средние
Тонкость очистки	Задаётся размером ячейки	высокая
Продолжительность работы фильтра	большая	небольшая
Особенности	Периодически необходима замена фильтрующей перегородки	Необходима регенерация Большие энергозатраты