CN103140268B - 过滤器清洗方法 - Google Patents

Abstract

一种用于过滤器清洗的装置，包括要被清洗的过滤器元件表面(12)和清洗头(10)；其特征在于：控制器(16)可操作用以关于所述过滤器元件表面(12)以螺旋扫描轨迹移动所述清洗头(10)，使得所述清洗头(10)关于所述过滤器元件表面(12)的相对路径导致轨迹，所述轨迹完全地或部地分覆盖所述过滤器元件表面(12)，并且所述轨迹通过如下方式产生：以下列运动的任意组合来移动所述过滤器元件表面(12)：a)一个或多个圆周运动或半圆周运动，b)一个或多个线性运动；同时以下列运动的任意组合来移动所述清洗头(10)：c)一个或多个圆周运动或半圆周运动，d)一个或多个线性运动。

Description

过滤器清洗方法

技术领域

本发明涉及自动和半自动过滤系统领域，所述过滤系统例如但不限于具有自动清洗过程的水过滤器。

背景技术

所有过滤系统都分配有通过从介质中分离某些悬浮颗粒而净化介质的任务。自动过滤系统是这样的系统，即能从液体或气体中移除悬浮颗粒并且当需要时，使用一些自动清洗过程再生或清洗其自身。半自动过滤系统是自动过滤系统的具有手动清洗开始和/或人力清洗过程的变形。除了上述区别外，在大多数情况下，对于半自动和自动过滤器来说，清洗机构是一样的(本发明应用于自动和半自动过滤器)。

最经常使用尺寸区分的介质来完成过滤。被过滤的气体或液体被强迫通过区分介质。在该过程中，大于在介质中的孔的悬浮固体被截留在介质的表面上和介质自身中。一些最流行的过滤介质是筛网、颗粒床(通常是沙子)、紧密填充盘和缠绕纤维。自动和半自动过滤器能够再生(清洗)它们的过滤介质。

对于大多数的自动水过滤器，过滤和清洗过程如下：

·过滤-悬浮颗粒从过滤介质的物理分离。该阶段以干净的过滤介质开始。随着过滤进行，过滤介质上滤过物质(滤液)的堆积不断增加。

·感应-随着滤出物在过滤介质上的堆积，过滤器的流体阻力增加。该增加能够通过测量过滤器入口和出口之间的压差而感应到。经常，控制器(机械或电子的)可感应阻力的程度并且触发清洗周期。

·清洗-干净的过滤介质逐渐被滤出的颗粒(滤出物)阻塞。结果是，介质的流体阻力增加。随过滤的继续，滤出物和流体阻力也增加。最终，流体阻力达到过滤过程不再经济的程度。自动过滤器使用诸如但不限于反洗或高压水射流的分离方法来清洗过滤介质。在该过程期间，该方法被局部地应用于小部分的过滤介质表面，并且以最终覆盖全部介质表面的方式逐渐移动。以此轨迹为基础的过程的一个主要的原因在于立刻将该分离方法应用到整个表面是不可行的。因此，自动和半自动过滤器清洗工艺包括两个重要的元素：

1分离方法-用于去除堆积在过滤介质上的滤出物的方法，通常通过清洗尖端或清洗头来局部地应用该方法。

2扫描方法–用于产生轨迹的方法，所述轨迹通过清洗头与给定的清洗效力半径一起产生适当的整个过滤介质的覆盖。

自动和半自动扫描方法的现有技术主要由沿圆柱形表面的螺旋型轨迹构成。通常由编织筛网制成的圆柱形过滤介质通常使用通过喷嘴的反洗被清洗。这种过滤器在圆柱形筛网内侧堆积起一个滤出物层，并通过在沿圆柱形表面的螺旋型路径上移动喷嘴而被清洗。喷嘴通过管而开放到大气压，并且压降导致筛网上堆积物的抽吸和移除。喷嘴的螺旋路径通过旋转和线性运动的组合动作而获得。一些过滤器使用螺杆非常小心地协调所述两种运动以产生非常有效的清洗过程，而其它的完全没有协调。在所有情况下，清洗的质量受覆盖完整性和“瞬时接触时间”(ICT)影响，所述覆盖和“瞬时接触时间”(ICT)均为轨迹的函数。覆盖由路径确定，而ICT则由沿路径移动的速度确定。

所有已知的基于螺旋线的现有扫描方法具有严格限制的调节轨迹的能力或完全没有。

在已知的现有技术中，没有使用两种或更多种运动的组合的用于清洗平坦的表面的扫描方法，也没有组合两种旋转或更多种、或三种线性和/或旋转运动的任意组合的用于清洗圆柱形表面的扫描方法。

发明内容

本发明寻求提供一种创新的使用螺旋和类螺旋轨迹清洗表面的扫描方法。该方法易于生成和控制，并适于所有清洗头类型。该方法特别适合，但不限于平面的过滤器元件表面，所述平面的过滤器元件表面包括但不限于具有波纹或具有皱纹的表面，以及能够因所有目的和意图而被归类为平面或半平面的具有大曲率半径的任何过滤器元件表面。与现有技术相反，如下描述的，本发明基于通过两种或更多种圆形和/或线性运动的组合而产生的平面或半平面、螺旋或类螺旋扫描轨迹。在本发明中由这样的组合产生的螺旋形或类螺旋形轨迹的子类(sub-class)与有效清洗半径R_E一起使用，以产生过滤器元件表面的完全覆盖。

根据本发明，提供一种用于过滤器清洗的设备，包括：

要被清洗的过滤器元件表面；和

清洗头；

其特征在于控制器，所述控制器可操作用以关于所述过滤器元件表面沿螺旋扫描轨迹移动所述清洗头，使得所述清洗头关于所述过滤器元件表面的相对路径导致一种轨迹，所述轨迹完全地或部分地覆盖所述过滤器元件表面，并且所述轨迹通过如下方式产生：

以下列运动的任意组合来移动所述过滤器元件表面：a)一个或多个圆周运动或半圆周运动，b)一个或多个线性运动；同时以下列运动的任意组合来移动所述清洗头：c)一个或多个圆周运动或半圆周运动，d)一个或多个线性运动，并且

其中，所述控制器可操作用以关于所述过滤器元件表面沿根据以下方程的螺旋扫描轨迹来移动所述清洗头：

$r_{\mathrm{\α}}=\sqrt{a^2+2\×(R^2+R\×a)\×\[1-cos\left(\mathrm{\α}\right)\]}---\left(1\right)$

其中：

r_α＝作为“α”的函数的圆周运动—2的半径；

R＝圆周运动—1的恒定半径；

a＝死表面的半径；

α＝圆周运动—1中的旋转角度；

并且所述螺旋轨迹具有如下定义的半径r_θ：

r_θ＝a+R_E×θ(2)

其中：

R_E＝所述清洗头的有效清洗半径；

a＝死表面的半径。

根据本发明，还提供一种用于过滤器清洗的方法，其特征在于：

关于过滤器元件表面沿螺旋扫描轨迹移动清洗头，使得所述清洗头关于所述过滤器元件表面的相对路径导致一种轨迹，所述轨迹完全地或部分地覆盖所述过滤器元件表面，并且所述轨迹通过以下方式产生：

以下列运动的任意组合来移动所述过滤器元件表面：a)一个或多个圆周运动或半圆周运动，b)一个或多个线性运动；同时以下列运动的任意组合来移动所述清洗头：c)一个或多个圆周运动或半圆周运动，d)一个或多个线性运动，并且

关于所述过滤器元件表面沿根据以下方程的螺旋扫描轨迹来移动所述清洗头：

$r_{\mathrm{\α}}=\sqrt{a^2+2\×(R^2+R\×a)\×\[1-cos\left(\mathrm{\α}\right)\]}---\left(1\right)$

其中：

r_α＝作为“α”的函数的圆周运动—2的半径；

R＝圆周运动—1的恒定半径；

a＝死表面的半径；

α＝圆周运动—1中的旋转角度；

并且所述螺旋形轨迹具有如下定义的半径r_θ：

r_θ＝a+R_E×θ(2)

其中：

R_E＝所述清洗头的有效清洗半径；

a＝死表面的半径。

尽管下面的描述集中于水过滤，但对于过滤领域的技术人员来说显而易见的是，本发明可与待被过滤的介质无关地应用于所有过滤器的清洗。

附图说明

本发明通过与附图结合的以下详细说明将会被更充分地理解和领会，其中：

图1示意了根据本发明的实施例由组合旋转和/或线性运动产生的螺旋或类螺旋轨迹，所述轨迹与有效清洗半径“R_E”一起产生了平面或半平面过滤器元件表面的完全覆盖；

图2示意了根据本发明的实施例，要被清洗的表面可具有圆形、半圆形(例如椭圆形)、或多边形周边，其中，所述表面可以堆叠或可以不堆叠，并且能够由扇段制成；

图3示意了根据本发明的实施例的分布在一个平面中的多个表面，每个表面以速度ω旋转，并且使用以速度旋转的单个清洗头顺序地清洗每个表面；

图4示意了根据本发明的实施例的由组合两种旋转运动而产生的类螺旋轨迹及其导致的平面或半平面过滤器元件表面的完全覆盖；并且

图5示意了根据本发明的实施例的由组合旋转运动和沿X的线性运动而产生的类螺旋轨迹及其导致的平面或半平面过滤器元件表面的完全覆盖.。

具体实施方式

现参照图1，其图示了根据本发明的实施例的用于清洗平面或半平面过滤器元件表面12的清洗头10。清洗头10具有有效清洗半径R_E。清洗头10沿由组合旋转和/或线性运动而产生的螺旋或类螺旋轨迹移动，所述轨迹与有效清洗半径R_E一起产生了过滤器元件表面12的完全覆盖。

现参照图2，其图示了要被清洗的表面12可具有圆形、半圆形(例如椭圆形)、或多边形周边。根据本发明的实施例，所述表面可以堆叠或可以不堆叠，并且能够由扇段制成。

现参照图3，其图示了清洗分布在平面中的多个表面12(所述表面可以堆叠)。每个表面12均以速度ω旋转，并使用以较慢速度旋转的单个清洗头10顺序清洗每个表面12。每个过滤器元件表面12均可以具有不用于过滤的半径a(a可以为0)的死区14。控制器(致动器)16使用在此列出的运动方程来控制清洗头10在过滤器元件表面12上的运动。

下面只列出了用于两种这样的示例轨迹的支配方程。第一示例用于由组合两个旋转运动而得到的轨迹，第二示例用于由组合旋转运动和线性运动而得到的轨迹。

对于由两个圆周运动支配的轨迹，我们有：

如果我们将圆周运动—1的半径“R”固定，则圆周运动—2的半径“r”由圆周运动—1的旋转角度确定，如下所示：

$r_{\mathrm{\α}}=\sqrt{a^2+2\×(R^2+R\×a)\×\[1-cos\left(\mathrm{\α}\right)\]}---\left(1\right)$

其中：

r_α＝作为“α”的函数的圆周运动—2的半径；

R＝圆周运动—1的恒定半径；

a＝死表面半径(未清洗的区域，也能够是0)；

α＝圆周运动—1的旋转角度；

(为避免混淆，要指出的是，该方程具有角度α的余弦，并且当然不是半径a的余弦)。

螺旋轨迹由组合两个旋转(螺旋轨迹具有半径r_θ)描绘。在极坐标系统中，我们能够写成：

r_θ＝a+R_E×θ(2)

其中：

R_E＝清洗头的有效清洗半径(圆周运动—2中每个完整旋转的“r”的增量；

a＝死表面半径(未清洗的区域，也能够是0)。

要指出的是，旋转比率确定螺旋的“紧密度”。

现参照图4，其图示了根据本发明的实施例的由组合两个旋转运动而产生的类螺旋轨迹及其导致的平面或半平面过滤器元件表面的完全覆盖；

对于由圆周运动与线性运动组合支配的轨迹，我们有：

$r_X=\sqrt{a^2+X^2}---\left(3\right)$

其中：

r_X＝作为“X”的函数的圆周运动的半径；

a＝死表面半径(未使用的区域，也能够0)；

X＝沿线性路径的位置。

这里，螺旋轨迹也是通过组合两个运动描绘的。并且，螺旋方程与方程(2)一样。

现参照图5，其图示了根据本发明的实施例的由旋转运动与沿x的线性运动组合而产生的类螺旋轨迹及其导致的平面或半平面过滤器元件表面的完全覆盖。

尽管只给出了两个示例，但本领域技术人员应该清楚，任何两个或更多个圆周运动、两个或更多个线性运动的组合，和任何一个或多个线性运动与一个或多个圆周运动的组合也能够产生类似的螺旋或类螺旋轨迹。也应清楚的是，创新较少关注于覆盖或其数学的精确度，而是集中在这类平面和半平面轨迹能够在自动和半自动清洗中轻易地实现。

这些新的自动扫描轨迹的优势在于：

1、能够清洗圆的、平面的和半平面的过滤器元件表面的能力。对于过滤器设计，这允许包括但不限于堆叠的平坦的、圆的过滤器元件表面的电池(见图4)。

2、与现有技术相比极其简单的致动和控制。这获得了更廉价且更可靠的系统。

3、能够通过独立地调节路径和ICT而动态地改变轨迹的能力。这使得在清洗过程期间实现更好的控制，并提供了更好且更有效的清洗。

4、与任何滤出物积层分离方法兼容，所述滤出物积层分离方法包括但不限于通过抽吸的反洗、高压液体喷流和超声波清洗头。也与大多数过滤器元件表面兼容，所述过滤器元件表面包括但不限于筛网、堆叠盘和缠绕纤维。

5、可用于清洗不仅是在过滤领域中的任何表面。

本领域技术人员将领会的是，本发明不限于以上特别示出和描述的内容。更确切的，本发明的范围包括以上描述的轨迹的组合和任何组合子集，以及本领域技术人员在阅读前述内容时会想到的、不在现有技术中的改型和变型。

Claims (6)

1.一种用于过滤器清洗的设备，包括：

要被清洗的过滤器元件表面(12)，所述过滤器元件表面(12)包括半径a的死区(14)，所述死区(14)不用于过滤；和

清洗头(10)；

其特征在于控制器(16)，所述控制器(16)可操作用以关于所述过滤器元件表面(12)沿螺旋扫描轨迹移动所述清洗头(10)，使得所述清洗头(10)关于所述过滤器元件表面(12)的相对路径导致一种轨迹，所述轨迹完全地或部分地覆盖所述过滤器元件表面(12)，并且所述轨迹通过如下方式产生：

以下列运动的任意组合来移动所述过滤器元件表面(12)：a)一个或多个圆周运动或半圆周运动，b)一个或多个线性运动；同时以下列运动的任意组合来移动所述清洗头(10)：c)一个或多个圆周运动或半圆周运动，d)一个或多个线性运动，并且

其中，所述控制器(16)可操作用以关于所述过滤器元件表面(12)沿根据以下方程的螺旋扫描轨迹来移动所述清洗头(10)：

$r_{\mathrm{\α}}=\sqrt{a^2+2\×\left(R^2+R\×a\right)\×\[1-cos\left(\mathrm{\α}\right)\]}---\left(1\right)$

其中：

r_α＝作为“α”的函数的圆周运动_2的半径；

R＝圆周运动_1的恒定半径；

a＝所述死区(14)的半径；

α＝圆周运动_1中的旋转角度；

并且，所述螺旋轨迹具有如下定义的半径r_θ：

r_θ＝a+R_E×θ(2)

其中：

R_E＝所述清洗头(10)的有效清洗半径；

a＝所述死区(14)的半径。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述过滤器元件表面(12)包括多个过滤器元件表面(12)的堆叠体。

3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述过滤器元件表面(12)包括全部位于共同的平面中的多个过滤器元件表面(12)。

4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述过滤器元件表面(12)以速度ω旋转，并且所述清洗头(10)以较慢的速度旋转。

5.一种用于过滤器清洗的方法，其特征在于：

关于过滤器元件表面(12)沿螺旋扫描轨迹移动清洗头(10)，所述过滤器元件表面(12)包括半径a的死区(14)，所述死区(14)不用于过滤，使得所述清洗头(10)关于所述过滤器元件表面(12)的相对路径导致一种轨迹，所述轨迹完全地或部分地覆盖所述过滤器元件表面(12)，并且所述轨迹通过以下方式产生：

以下列运动的任意组合来移动所述过滤器元件表面(12)：a)一个或多个圆周运动或半圆周运动，b)一个或多个线性运动；同时以下列运动的任意组合来移动所述清洗头(10)：c)一个或多个圆周运动或半圆周运动，d)一个或多个线性运动，并且

关于所述过滤器元件表面(12)沿根据以下方程的螺旋扫描轨迹来移动所述清洗头(10)：

$r_{\mathrm{\α}}=\sqrt{a^2+2\×\left(R^2+R\×a\right)\×\[1-cos\left(\mathrm{\α}\right)\]}---\left(1\right)$

其中：

r_α＝作为“α”的函数的圆周运动_2的半径；

R＝圆周运动_1的恒定半径；

a＝所述死区(14)的半径；

α＝圆周运动_1中的旋转角度；

并且所述螺旋形轨迹具有如下定义的半径r_θ：

r_θ＝a+R_E×θ(2)

其中：

R_E＝所述清洗头(10)的有效清洗半径；

a＝所述死区(14)的半径。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述过滤器元件表面(12)以速度ω旋转，并且所述清洗头(10)以较慢的速度旋转。