CN103338829A - 自清洁过滤系统 - Google Patents

Abstract

一种流体过滤装置包括容纳固定的圆柱形过滤元件的壳体，该壳体界定在壳体的入口和圆柱形过滤元件的未加工流体面之间延伸的未加工流体腔以及在过滤元件的过滤流体面和壳体的出口之间延伸的过滤流体腔。冲洗和反喷组件包括至少一个冲洗管和至少一个反喷臂，该至少一个冲洗管结合到较低压力源并在未加工流体腔内延伸且配置有贴近过滤元件的未加工流体面布置的多个冲洗喷嘴，该至少一个反喷臂结合到加压流体源并在过滤流体腔内延伸且配置有贴近过滤元件的过滤流体面布置的一系列反喷喷嘴，并且驱动机构用于选择性地为冲洗和反喷组件提供旋转和线性运动。

Description

自清洁过滤系统

公开主题的领域

本公开的主题涉及自清洁流体过滤系统。

公开主题的背景

过滤系统通常配置有用于除去通常积聚在过滤系统的过滤介质的表面上的灰尘和碎屑的清洁机构。

清洁机构通过在应用到其的抽吸过滤装置上射出的一股流体提供刮擦、漂洗。

一个这样的清洁系统在针对自清洁机械过滤器的US7,055,699中公开，该自清洁机械过滤器包括用于同时清洁过滤元件的内表面和外表面的机构。过滤器设置有用于进行对积聚在过滤元件的内表面上的固体材料的抽吸扫描的结构，以及可以在自清洁过程期间与抽吸扫描结构同步操作以便对过滤元件的外表面反洗的结构。

公开主题的概述

根据现在公开的主题，公开了一种设置有冲洗和反喷组件（flushing andbackspraying assembly）的自清洁流体过滤系统，所述系统被配置用于手动地或以完全自动化的方式启动自清洁循环。

根据所公开的主题，提供一种流体过滤装置，该流体过滤装置包括：壳体，该壳体容纳固定的圆柱形过滤元件，界定在壳体的入口和圆柱形过滤元件的未加工流体面（raw fluid face）之间延伸的未加工流体腔以及在过滤元件的过滤流体面和所述壳体的出口之间延伸的过滤流体腔；冲洗和反喷组件，该冲洗和反喷组件包括至少一个冲洗臂和至少一个反喷臂，该至少一个冲洗臂结合到较低压力源并在未加工流体腔内延伸且配置有贴近过滤元件的未加工流体面布置的多个冲洗喷嘴，该至少一个反喷臂结合到加压流体源并在过滤流体腔内延伸且配置有贴近过滤元件的过滤流体面布置的一系列反喷喷嘴；以及驱动机构，该驱动机构用于选择性地为所述冲洗和反喷组件提供旋转和线性运动。

如本文的说明书和权利要求书所使用的术语较低压力源是指在冲洗臂处的压力且表示比未加工流体的压力低的压力，其中所述较低压力源可以是大气压力或真空。

以下特征和设计中的任意一个或多个可以单独地或以其组合的方式与根据本公开的自清洁过滤装置一起配置：

·冲洗喷嘴和反喷喷嘴对称地布置在过滤元件的两个面上方，使得与每一个冲洗喷嘴相对地布置有相应的反喷喷嘴；

·冲洗喷嘴和反喷喷嘴是同轴的，且被布置成大体上垂直于过滤元件的相应的未加工流体面和过滤流体面；

·冲洗喷嘴和反喷喷嘴被布置成使得其中心线平行地延伸，尽管在过滤元件上设置了偏移；

·冲洗喷嘴和反喷喷嘴中的一个或两个相对于圆柱形过滤元件的半径以一角度布置；

·冲洗喷嘴和反喷喷嘴中的一个或两个关于大体上平行于过滤元件的纵轴延伸的纵轴是可枢转地可位移的；

·控制器被设置用于根据从之前的清洁循环经过规定的时间间隔来启动自清洁循环；

·控制器被设置用于根据穿过过滤器的预定液体体积来启动自清洁循环；

·控制器被设置用于根据未加工流体和过滤流体之间的预定最大压差DP来启动自清洁循环；

·在清洁循环期间，反流洗涤（backwashing）和冲洗同时进行或有选择地进行。

·具有铰接式反喷喷嘴的反喷臂和具有铰接式冲洗喷嘴的冲洗管同时旋转；

·反喷组件还包括与冲洗管一起同轴地延伸的反喷管，其中在这些管之间设置有间隙，使得在中心反喷管的外表面和冲洗管的内表面之间生成管状的中空空间；

·该至少一个反喷臂与反喷管流体流动连通，且该至少一个冲洗臂与管状的中空空间流体流动连通；

·反喷组件还包括连接器元件，该连接器元件被配置用于将该至少一个反喷臂支撑到冲洗管，同时在该至少一个反喷臂和反喷管之间提供流体流动路径。

附图简述

为了理解本公开的主题且为了领会在实践中如何实施，现在将仅通过非限制性示例的方式参考附图来描述实施方式，在附图中：

图1是根据本公开的主题的自清洁过滤系统的透视图，其中为了可视化过滤器的内部部件，壳体的部分被做成透明的；

图2是图1的自清洁过滤器的剖面透视图，同时为了清楚而除去了其上部元件，且为了可视化过滤器的内部部件而将壳体的部分做成透明的；

图3A是沿着图1的线III-III取得的自清洁过滤器的纵向横断面视图；

图3B是自清洁过滤器的驱动机构的分解透视图；

图3C是自清洁过滤器的下部分的纵截面，示意性地显示了自清洁过滤器内的流动路径；

图4A是用在自清洁过滤器中的冲洗和反喷组件的透视图；

图4B是图4A的冲洗和反喷组件的分解透视图；

图4C是冲洗和反喷组件内的连接器元件的透视图；

图4D是沿着图4C中的线D-D的截面；

图4E是沿着图4C中的线E-E的截面；

图5A是具有用在自清洁过滤器中的上冲洗单元的法兰式端板的细节的透视图；

图5B是在图5A中看到的上冲洗单元的剖开透视图；

图6A到图6D是穿过冲洗喷嘴和反喷喷嘴的平面顶部截面图，显示了不同的喷嘴构型的示例；以及，

图7是阐述压差对比时间的图表，显示了用于自清洁过滤器的控制序列的性能。

实施方式的详细描述

参考图1、图2和图3A，阐述了根据本公开的主题的自清洁过滤系统1，自清洁过滤系统1包括圆柱形壳体2（在图1和图2中被做出透明的以便可视化过滤器的内部部件）且配置有入口3和出口4。较小直径的圆柱形过滤元件5同中心地安置在壳体2内，在壳体2的内表面和过滤元件5的外表面之间生成外部空间6（即，过滤流体腔）。内部空间7（即，未加工流体腔）在圆柱形过滤元件5内延伸。

应领会，事实上，过滤元件5可以为任意类型的过滤装置，例如盘类型、螺纹类型、筛类型、堆类型及类似的类型。

在本示例中，圆柱形壳体2在其上端处通过法兰式端板8且在下端处通过端板11液压密封。过滤元件5使用从上过滤器盖板9延伸到端板11的螺丝10固定到端板11。然而，应领会，可以应用接合过滤元件的其它形式。

根据所公开的主题的一个示例，由于进口管25与过滤元件5的内部空间7连通因此入口3延伸穿过，且出口4与外部空间6连通。未过滤的未加工液体通过入口3引入（流动路径70在图3C中通过实线箭头显示）并进入过滤元件5的内部空间7。然后，未加工液体穿过过滤元件5且得到的滤液进入外部空间6（流动路径71在图3C中通过实线箭头所示），且然后通过出口4排出。

自清洁过滤系统1还包括通常用13表示的冲洗和反喷组件（在图2、图3A、图4A和图4B中最佳地看到）。冲洗和反喷组件13具有管中管构型，其中，中心反喷管14同中心地位于冲洗管15内，在管之间具有间隙，使得在中心反喷管14的外表面和冲洗管15的内表面之间生成管状的中空空间。

多个冲洗（抽吸）喷嘴16经由径向地延伸的冲洗臂组件15A从冲洗管15横向地延伸，所述冲洗喷嘴16贴近于过滤元件5的内表面5A（即，过滤元件的未加工流体面）在内部空间7内延伸（参见图3A和图3C）。冲洗和反喷组件13穿过过滤器盖板9中的中心孔延伸到达外部空间6。

一对反喷管臂17经由螺丝或其它紧固件连接到连接器元件19（在图4C中详细地显示），有助于中心反喷管14和反喷臂17之间的连通。连接器元件19还分隔不同的压力区，而同时允许同样的压力区之间的连通，如下文将描述的。多个反喷（漂洗，喷射喷出）喷嘴18靠近过滤元件5的外表面5B（即，过滤元件的过滤流体面；在图3A和图3C中最佳地显示）从反喷管臂17伸出（在所示的示例中，径向地突出），且被定位成使得反喷喷嘴出口50直接与相应的冲洗喷嘴进口51相对地定位。

尽管在本示例中图示一对反喷管臂17和与径向相对的冲洗臂组件15A配合的冲洗管，但是，应领会，可以应用其它构型。例如，可以具有一个或三个或任意其它实际数目的反喷管臂以及从中心冲洗管或从几个这样的冲洗管径向地伸出的相应的冲洗臂组件。

然而，应领会，如上文所阐述的冲洗和反喷组件13的径向构型仅仅是示例，且其它构型也是可能的，如下文参考图6A到图6D所讨论的。

冲洗和反喷组件13的下端同中心地安置在冲洗和反喷单元组件20（图2和图3）内，冲洗和反喷单元组件20包括具有同中心地位于冲洗单元管23内的反喷单元管22的另一个管中管布置。反喷单元管22的直径稍微大于中心反喷管14的直径，且冲洗单元管23的直径稍微大于冲洗管15的直径，允许冲洗和反喷组件13的双管组件插入冲洗和反喷单元组件20的双管内。

在冲洗和反喷单元组件20的上边缘处的机械密封件26保护这个插入点以免于泄漏到过滤元件5的内部空间76，然而，密封件26允许冲洗和反喷组件13相对于冲洗和反喷单元组件20的轴向和旋转运动。

冲洗和反喷单元组件20刚性地连接到过滤装置1的进口25，冲洗和反喷单元组件20经由其法兰状部分可结合到液体线。具有反喷入口21的反喷单元管22在冲洗和反喷单元组件20的底部处具有径向管部件30（图2），且通过进口管25的壁中的密封孔离开进口管25。类似地，具有冲洗出口29的冲洗单元排出管28刚性地连接到冲洗单元管23且通过进口管25的壁中的密封孔离开进口管25。

在自清洁循环中，位于冲洗出口29下游的控制设备，例如控制阀（未显示），打开到大气压力。因此，冲洗管15和反喷单元管22之间的中空空间相对于流动穿过过滤器元件5的内部空间7的较高压力液体具有较低（“负”）压力，且因此在冲洗喷嘴16的开口处产生抽吸。这种抽吸拉动过滤期间已经沉积在过滤元件5的内表面5A上的颗粒进入冲洗管15中，到达冲洗单元管23，穿过冲洗单元排出管28，并穿过冲洗出口29离开。冲洗流动路径73和73A在图3C中通过虚线箭头显示。

在自清洁循环的反洗阶段中，来自于过滤装置下游（即，过滤后）的加压流体、气体或液体（通常为液体）例如通过压力装置（未显示）和/或通过流体的外部加压源加压，通过反喷进口21引入并流过径向管元件30且进入反喷单元管22。然后，液体穿过中心反喷管14进入冲洗和反喷组件13（如在图3C的流动路径72中所看到的），该液体经由连接器元件19被引导到反喷臂17中，且被离开反喷喷嘴18喷射到过滤元件5外表面5B上。

自清洁系统的另一部分包括安装在过滤器壳体2的法兰式端板8之上的驱动机构12。如在图3B中所看到的，驱动机构12包括使驱动轴33旋转的齿轮传动电机31。电机31可以是电或液压的类型。为旋转螺丝的驱动轴33安置在驱动壳体32内。驱动轴33在其底端处经由销35连接到沿着共同纵轴的轮轴34。如在图3A和图4B中所最佳地显示的，轮轴34沿着与中心反喷管14的纵轴相同的纵轴X对齐，且经由销36连接到连接器元件19的顶侧，因此在驱动机构12与冲洗和反喷组件13之间生成了单一的刚性旋转传动系统。

在自清洁操作期间，齿轮传动电机31驱动该驱动轴33，驱动轴33进而来经由其与轮轴34的连接将旋转和轴向运动传递到冲洗和反喷组件13，引起冲洗喷嘴16和反喷喷嘴18以同步方式旋转和轴向往复运动（在向上和向下方向上运动），从而大体上扫描过滤元件5的全部的内表面5A和外表面5B。驱动轴的轴向运动受到例如安装到驱动壳体32和驱动轴开关板38以及轮轴开关板42的拨动开关39的限制。并且，抽吸冲洗和反喷组件的组合旋转和往复轴向位移期间持续进行。

上冲洗单元43（图5B）在其上侧上经由法兰44刚性地连接到驱动机构12的驱动壳体32的法兰32A，且上冲洗单元43在其下侧上例如通过焊接固定在法兰式端板8上。图5A和图5B分别显示定位在法兰式端板8上的上冲洗单元43和上冲洗单元43的切去透视图。上冲洗单元43包括同轴的外管45和内管46，每个管分别在每一个管的底部处用机械密封元件47固定。外管45和内表面和内管46的外表面之间的空间界定上冲洗腔49。外管45的直径定尺寸为使得冲洗压力管40（在图4A和图4B中最佳地看到）可以插入外管45内，且内管46的直径定尺寸为使得反喷压力管41（在图4A和图4B最佳地看到）可以插入其中，且与机械密封元件47（图5B）一起在插入件之间生成密封，同时允许在密封点处的轴向和旋转运动。法兰44具有冲洗轮轴34穿过的中心孔48。冲洗压力管40和反喷压力管41、冲洗和反喷组件13的上部分直接连接到连接器元件19。

为了在自清洁操作期间提供施加在冲洗和反喷组件13的上部分和下部分上的压力的平衡，需要平衡上冲洗单元43与冲洗和反喷单元组件20内的压力。

图4C到图4E显示了连接器元件19。完全的冲洗洞60允许中心反喷管14和反喷压力管41内的空间之间的高压流体连通，且因此在由反喷单元管22、中心反喷管14、反喷臂17（在17A处螺丝结合到连接器元件19）以及反喷压力管41内的空间所定义的反喷区域中提供压力平衡。类似地，抽吸洞61允许在冲洗管15和冲洗压力管40内的空间之间的低压流体连通，在由冲洗单元管23、冲洗管15连同冲洗臂组件15A和冲洗压力管40所定义的冲洗区域之间提供压力平衡。这种轴向压力平衡保证了，冲洗和反喷组件13通过驱动机构12的运动将不会受到冲洗和反喷区域内的压力的影响，且因此平衡了施加在驱动机构上的轴向力。洞19A起到通过结合销36将连接器元件19和铰接式反喷臂17可旋转地结合到轮轴34的作用。

图6A到图6D指向穿过冲洗和反喷组件13的每一个横截面的不同构型，显示了当前公开的主题的几个构型。

图6A是上述喷嘴布置的示例，其中反喷臂17的中心与冲洗喷嘴16的中心线Y是共线的（同轴的），使得在大体径向的构型中，即在大体上垂直于过滤元件5的分别的内表面和外表面的构型中，冲洗喷嘴进口51的平面与反喷喷嘴排出口50的平面是平行的且彼此直接相对。

图6B是冲洗和反喷组件13的布置的示例，使得尽管从冲洗喷嘴16的中心线Y偏移，但反喷臂17的中心仍然是平行的，而冲洗喷嘴进口51的平面保持平行于反喷喷嘴排出口50的平面，导致喷嘴的开口之间的偏移。

在另外的示例中，图6C显示了反喷臂17的中心相对于冲洗喷嘴16的中心线的偏移布置，同时反喷喷嘴排出口50的平面相对于冲洗喷嘴入口51的中心线Y的平面以角度α（即交叉）旋转。旋转角度被设置成使得反喷喷嘴排出口50大体上指向冲洗喷嘴进口51。

图6D显示了冲洗和反喷组件13的布置的另一个示例，其中反喷臂17的中心与冲洗喷嘴16的中心线Y共线，而反喷喷嘴排出口50的平面关于反喷臂17的纵轴Z有角度地互补，例如通过液压电机（未显示）。

自清洁过滤器的清洁循环的操作可以是完全自动的。在一个操作模式中，在每一个清洁循环期间，可以同时进行反喷和冲洗。可选择地，可以仅进行冲洗或仅进行反喷（尽管具有铰接式反喷喷嘴18的反喷臂17和具有铰接式冲洗喷嘴16的冲洗管15一起旋转）。清洁循环可以基于特定的时间间隔启动，或基于穿过过滤器的预定液体体积而启动，或依据未加工进入水和离开过滤器的滤液之间的预定最大压差DP或依据其组合（组合可以包括任意两种或更多种控制参数）而启动。用于清洁过程的时间长度还可以是自动化的或预设的，或通过传感器来监控。

图7是显示用于冲洗和反喷的自清洁过滤器1的自动化操作序列的示例的图表。该图表显示穿过过滤元件之前的未加工液体和穿过过滤元件后的滤液之间的DP的记录值。颗粒开始在过滤器内表面上积聚且因此DP增加，如在该图表的A部分中所看到的。当这个DP达到指定的预设最大值时，启动冲洗清洁过程。如在该图表的B部分中所看到的这种清洁模式可以将DP减少到接近如水平线52所标示的初始值。随着持续的正常过滤操作，部分C显示出DP值再一次朝着预设最大可允许极限上升。在D部分中，再次发生冲洗清洁过程，然而在这个阶段中，单独的冲洗过程不能使DP减少到接近水平线52的初始值，且DP保持在如通过水平线53所看到的较高值，该值可以被预设，表明单独的冲洗过程不能充分地清洁过滤器。

由于在部分E中发生过滤，DP达到最大的预设值，然而，由于部分D的之前的清洁循环不能使DP减小到水平线53的预设高值以下，因此反喷清洁过程与冲洗清洁过程一起开始，如在部分F中所看到的，且DP返回到接近于其水平线52的初始值。如在部分G中所看到的，过滤在继续，且另外的反喷和冲洗操作在部分H中看到。清洁循环的确定还可以基于如在图7的图表中所看到的时间间隔。可以预设规定的时间间隔，这将确定是否单独地发生冲洗清洁或者发生冲洗和反喷两者。T1和T2是清洁循环之间的时间段。较长时间段T1之后的清洁循环可以是单独的冲洗清洁过程，且较短时间段T2之后的清洁循环可以是冲洗过程和反喷过程两者，如由使用者所预设的。

尽管已经示例了特定的实施方式，但是应领会，所公开的主题不限于此，且其它的实施方式和修改加上必要的变更（mutates mutandis）也是可能的。

例如，可选地，液体入口和出口被翻转，且同样地，冲洗和反喷组件可以被配置成使得冲洗喷嘴在过滤元件的外部且抽吸喷嘴在内部，或反之亦然。

在另一种示例中，冲洗喷嘴和抽吸喷嘴可以是固定的，且过滤元件可以相对于喷嘴移动，以提供整个过滤元件的扫描。一个特定示例涉及过滤元件的旋转以及冲洗喷嘴和漂洗喷嘴的相互轴向位移，然而，只要在自清洁过程期间获得过滤元件的大体上全部区域的扫描即可。

还应领会，上文所公开的构型是一个选择，且然而，还可以设计相反的流动构型，其中液体通过过滤元件的过滤发生在内部-外部方向上（如上文所公开的）或在相反方向即外部-内部方向上。根据这样的构型，穿过该装置的流动是相反的，其中排出口4现在起到用于未加工液体的入口的作用，且入口3现在起到用于过滤液体的出口的作用。因此，外部空间6接纳未加工流体，且随着流体流过过滤元件5，进入内部空间7且然后通过端口3离开，该液体被过滤。相应地，喷嘴18是抽吸喷嘴，且喷嘴16是喷射喷出喷嘴，即起到与关于前面所公开的示例的公开相反的作用，然而，具有根据需要的恰当的流体流动可逆变化加上必要的变更。

还应领会，尽管在所阐述的示例中，入口和出口相互垂直，但是这仅仅是示例性的且其它构型也是可能的。例如，入口和出口可以围绕平行的轴线或甚至是同轴的轴线延伸。

Claims (14)

1.一种流体过滤装置，包括：壳体，所述壳体容纳固定的圆柱形过滤元件，界定在所述壳体的入口和所述圆柱形过滤元件的未加工流体面之间延伸的未加工流体腔以及在所述过滤元件的过滤流体面和所述壳体的出口之间延伸的过滤流体腔；冲洗和反喷组件，所述冲洗和反喷组件包括至少一个冲洗管和至少一个反喷臂，所述至少一个冲洗管结合到较低压力源并在所述未加工流体腔内延伸且配置有贴近所述过滤元件的所述未加工流体面布置的多个冲洗喷嘴，所述至少一个反喷臂结合到加压流体源并在所述过滤流体腔内延伸且配置有贴近所述过滤元件的所述过滤流体面布置的一系列反喷喷嘴；以及驱动机构，所述驱动机构用于选择性地为所述冲洗和反喷组件提供旋转和线性运动。

2.根据权利要求1所述的流体过滤装置，其中所述冲洗喷嘴和所述反喷喷嘴对称地布置在所述过滤元件的两个面上方，使得与每一个冲洗喷嘴相对地布置有相应的反喷喷嘴。

3.根据权利要求1所述的流体过滤装置，其中所述冲洗喷嘴和所述反喷喷嘴是同轴的，且被布置成大体上垂直于所述过滤元件的相应的未加工流体面和所述过滤流体面。

4.根据权利要求1所述的流体过滤装置，其中所述冲洗喷嘴和所述反喷喷嘴被布置成使得其中心线平行地延伸，尽管在所述过滤元件上设置了偏移。

5.根据权利要求1所述的流体过滤装置，其中所述冲洗喷嘴和所述反喷喷嘴中的一个或两个相对于所述圆柱形滤除元件的半径以一角度布置。

6.根据权利要求1所述的流体过滤装置，其中所述冲洗喷嘴和所述反喷喷嘴中的一个或两个关于大体上平行于所述滤除元件的纵轴延伸的纵轴是可枢转地可位移的。

7.根据权利要求1所述的流体过滤装置，其中控制器被设置用于根据从之前的清洁循环经过规定的时间间隔来启动自清洁循环。

8.根据权利要求1所述的流体过滤装置，其中控制器被设置用于根据穿过所述过滤器的预定液体体积来启动自清洁循环。

9.根据权利要求1所述的流体过滤装置，其中控制器被设置用于根据所述未加工流体和所述过滤流体之间的预定最大压差DP来启动自清洁循环。

10.根据权利要求1所述的流体过滤装置，其中反喷和冲洗在清洁循环期间同时地进行或选择性地进行。

11.根据权利要求1所述的流体过滤装置，其中具有铰接式反喷喷嘴的所述反喷臂和具有铰接式冲洗喷嘴的所述冲洗管同时旋转。

12.根据权利要求1所述的流体过滤装置，其中所述反喷组件还包括与冲洗管同轴地延伸的反喷管，其中在所述管之间设置有间隙，使得在中心反喷臂的外表面和所述冲洗管的内表面之间生成管状的中空空间。

13.根据权利要求12所述的流体过滤装置，其中所述至少一个反喷臂与所述反喷管流体流动连通，且所述至少一个冲洗臂与所述管状的中空空间流体流动连通。

14.根据权利要求12所述的流体过滤装置，其中所述反喷组件还包括连接器元件，所述连接器元件被配置用于将所述至少一个反喷臂支撑到所述冲洗管，同时在所述至少一个反喷臂和所述反喷管之间提供流体流动路径。

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