CS197260B2 - Filtration element for the layered filters - Google Patents

Description

197260 (11) (B2ř

ČESKOSLOVBNSKA SOCIALISTICKÁ

REPUBLIKA (19)

ÚŘAD PRO VYNÁLEZYA OBJEVY (72)

Autor vynálezu (73)

Majitel patentu

POPIS VYNÁLEZU

K PATENTU (22) Přihlášeno 11 11 75 (21) (PV 7598-75) (32) (31) (33) Právo přednosti od 15 11 74(15232/74) Švýcarsko (40) Zveřejněno 31 07 79(45) Vydáno 15 02 83 (51) Int. Cl1 * 3B 01 D 25/04 STRUB FRITZ dipl. ing., ST. GALLEN (Švýcarsko) FILTROX-MASCHINENBAU AG., ST. GALLEN (Švýcarsko) (54) Filtrační element pro vrstvové filtry 1

Vynález se týká filtračního elementu provrstvové filtry, zejména naplavovací vrstvo-vé filtry, s přítlačným okrajem z korozi-vzdorné oceli, opatřeným na vnější straněoky a spojovacími kanály mezi vnitřní stě-nou přítlačného okraje a oky k odváděnífiltrátu a přivádění neflltrované kapaliny,a s opěrným ústrojím umístěným uvnitř pro-storu omezeného vnitřními stranami a obě-ma čelními rovinami přítlačného okraje kpodepření filtračních vrstev, které se uklá-dají na obě čelní roviny přítlačného okraje.

Filtrační elementy tohoto druhu jsou zná-mé ve filtrační technice obecně jako ocelo-vé filtrační elementy. U těchto známýchocelových filtračních elementů sestává o-pěrné ústrojí ve většině případů ze dvouděrovaných plechů z nerezavějící oceli, znichž jeden je uložen na jedné a druhý nadruhé čelní roivině přítlačného okraje, akteré jsou vzájemně opřeny opěrnými čle-ny, například vačkami nebo profily vtlače-nými do plechů nebo opěrnými tělesy u-místěnými mezi plechy. Děrované plechyjsou zpravidla na okrajích přivaleny k pří-tlačnému okraji.

Vlastnosti těchto ocelových filtračních e-lementů z hlediska filtrační účinnosti jsouobecně velmi dobré; zejména nemají ocelo-vé filtrační elementy nevýhodnou náchyl- 2 nost ke korozi, která je obvyklá u filtrač-ních elementů z hliníkových odlitků, kterése dříve používaly všeobecně a ještě nyníse užívají do značné míry, a nemají da-šínevýhodu spočívající v nedostatečné tvaro-vé pevnosti v oblastí přítlačných okrajů,která se často pozoruje u filtračních ele-mentů z plné plastické hmoty, které se vposledních letech neustále častěji používa-jí místo hliníkových filtračních elementů.U vrstvových filtrrů s ocelovými filtračnímielementy se však projevuje ta nevýhoda, žejak při začátku, tak při konci každého fil-tračního pochodu mají ve srovnání s vrstvo-vými filtry s filtračními elementy z hliníko-vých odlitků nebo plastické hmoty poměrněvelké ztráty zředěním. Je to způsobeno tím,že u ocelových filtračních elementů obsa-huje prostor, omezený vnitřní stranou pří-tlačného okraje a jeho čelními rovinami,pouze oba děrované plechy a je tedy z většíčásti dutý, takže při začátku filtrace, kteráse provádí až do· přechodu na filtrovanoukapalinu pouze vodou, musí být z vrstvové-ho filtru vytlačen filtrovanou kapalinou vel-ký objem vody, než kapalina v čisté formě,resp. bez příměsi nebo jen s malou příměsívody opouští filtr. Filtrovaná kapalina, pro-míchaná s vodou a opouštějící až do· tohotookamžiku filtr, představuje tedy ztrátu zře- 197280 197260 děním. Další ztráta vzniká při skončenífiltračního pochodu, při kterém se filtrova-ná nebo již odfiltrovaná kapalina, která jeještě ve filtru, musí vytlačit vodou. I přitomvzniká nezanedbatelná ztráta.

Naproti tomu jsou ztráty zředěním u uve-dených filtračních elementů, které sestáva-jí úplně z litého- hliníku nebo plastické hmo-ty, podstatně menší, poněvadž v nich neníuvedený prostor dutý, nýbrž je vyplněn vnejvětší části hliníkem nebo plastickou hmo-tou; tyto filtrační elementy sestávají totižv principu z hliníkové nebo plastické des-ky s přítlačným okrajem na obvodu a sezvlněnou plochou na ostatním povrchu des-ky. Toto známé řešení problému spojenéhose ztrátami ředěním, běžné u filtračních e-lementů z hliníku nebo plastických hmot,se však nedá přenést na ocelové filtračníelementy, poněvadž odlité filtrační elemen-ty z nerezavějící oceli, odpovídající filtrač-ním elementům z litého hliníku, nejsou vdůsledku své pórovitosti odolné proti koro-zi: mimoto by byly náklady na materiál provýrobu takových filtračních elementů z ne-rezavějící oceli příliš vysoké. Nedostatečnáodolnost proti korozi u odlitých filtračníchelementů z nerezavějící oceli by se sice da-la odstranit tím, že by se válcovaná deskaz nerezavějící oceli obrobila třískovým ob-ráběním na stejný tvar jako má filtračníelement z hliníkového odlitku; prakticky tovšak nepřichází vůbec v úvahu, a to jednakz hlediska příliš vysoké ceny materiálu ajednak z hlediska nákladů na obrábění, kte-ré by byly rovněž velmi vysoké.

Filtrační elementy z jednoho a téhož ma-teriálu by tedy byly proveditelné z nereza-vějící oceli prakticky pouze ve tvaru, kterýsestává z přítlačného okraje a z děrovanýchplechů, a který přináší nevýhody spojenése ztrátami zředěním, nikoliv však ve tvaruodpovídajícím známým hliníkovým a plas-tickým filtračním elementům, kde se tytoproblémy nevyskytují; při konstrukci fil-tračních elementů z několika různých ma-teriálů, kterou by bylo možno řešit problé-my spojené se ztrátami zředěním i u oce-lových filtračních elementů, vznikají zasejiné problémy, které neexistují u filtračníchelementů z jediného materiálu a jejichž od-stranění je spojeno s velkými obtížemi, ze-jména problém různé tepelné roztažnostijednotlivých materiálů a jím vyvolané ob-tíže. Účelem vynálezu je snížit u filtračního e-lementu uvedeného typu ztráty zředěním nazanedbatelnou míru, aniž by přitom mělfiltrační element nevýhodné vlastnosti zná-mých elementů nebo přinášel další obtíže.

Podle vynálezu se toho dosahuje u filtrač-ního elementu uvedeného druhu tím, že o-pěrné ústrojí je tvořeno nejméně jednoudeskou z plastické hmaty, plastické hmotyvyztužené skleněnými vlákny, keramiky, gla-zované keramiky nebo skla, která vyplňujetento prostor a je v oblasti čelních rovin přítlačného okraje opatřena profilováním,například drážkami a žebry pro vytvořeníodtokových kanálů pro filtrát a přítokovýchkanálů pro filtrovanou kapalinu, a k vyrov-nání nestejné tepelné roztažnosti -desky apřítlačného okraje jsou mezi kraji desky apřítlačným okrajem upraveny mezery, je-jichž šířka odpovídá přinejmenším rozdílnétepelné roztažnosti při maximální provozníteplotě.

Touto konstrukcí se dosáhne toho, že pro-stor omezený vnitřní stranou přítlačnéhookraje a oběma čelními rovinami přítlačné-ho -okraje není dutý, nýbrž téměř plně vy-plněn deskou z materiálu odolného protikorozi, takže ztráty zředěním jsou podstatněmenší. Mimoto se mezerou mezi deskou astěnami přítlačného okraje odstraní obtíževznikající v důsledku různé tepelné roztaž-n-osti materiálu desky a nerezavějící oceli,z níž je vyroben přítlačný okraj.

Tyto mezery, které slouží k odstraněníobtíží vyvolaných různou tepelnou roztaž-ností, však přinášejí jiný problém, který ne-existuje u známých hliníkových a plastic-kých filtračních elementů ani u známýchocelových filtračních elementů, a to- silnéohybové namáhání rohů přítlačného okraje.Toto ohybové namáhání vzniká tím, že domezery přirozeně vniká filtrovaná nebo jižpřefiltrovaná kapalina a působí na vnitřnístranu přítlačného okraje tlakem, který vy-volává ohybové namáhání ve směru vyhnutírohů přítlačného okraje. Takové ohybovénamáhání nenastává u známých hliníkovýcha plastických filtračních elementů, které se-stávají v podstatě z desky a nemají přítlač-ný okraj s vnitřní stranou, na kterou bymohla působit kapalina deformujícím tla-kem. Ani u známých ocelových filtračníchelementů nevzniká toto ohybové namáhání,třebaže u nich přirozeně působí tlak kapa-liny stejně jako ve filtračním elementu po-dle vynálezu na vnitřní stranu přítlačnéhookraje; síly vyvolávané tlakem kapaliny apůsobící na vnitřní stranu přítlačného okra-je se však kompenzují přes děrované ple-chy, které jsou svařeny s přítlačným okra-jem a tvoří silový spoj mezi protilehlýmiúseky přítlačného okraje. V důsledku tohoto chybového namáhánípřítlačného okraje je u filtračního elemen-tu podle vynálezu výhodné pouze při ma-lých rozměrech tohoto elementu, aby celýprostor byl vyplněn jedinou deskou. Při větších rozměrech filtračního elemen-tu je naopak ke znemožnění nadměrnéhoohybového namáhání rohů přítlačného o-kraje podle vynálezu účelné, když v prosto-ru omezeném vnitřními stranami a čelnímirovinami přítlačného okraje jsou jednotlivédesky uloženy vedle sebe a vzájemně -oddě-leny výztuhami, které spojují protilehlé čás-ti přítlačného- okraje. Přes tyto výztuhy sepak kompenzují síly působící na protějšístrany přítlačného okraje a vyvolávané tla-kem kapaliny, takže ohybové namáhání v 197280 rozích přítlačného okraje je dostatečně níz-ké. V posléze uvedeném případě, tedy v pří-padě velkého počtu vedle sebe ležících de-sek, je z výrobního hlediska a z hlediskatechnických nároků výhodné, když majívšechny desky stejné rozměry a mezery me-zi deskami a vnitřními stranami přítlačnéhookraje a výztuhami jsou u všech desek, le-žících vedle sebe ve stejném směru, stejněš roké.

Vynález bude vysvětlen v souvislosti spříkladem provedení znázorněným, na vý-krese, kde obr. 1 ukazuje filtrační elementpodle vynálezu v inárysu v pohledu na čelnírovinu, obr. 2 je řez filtračním elementemz obr. 1, vedeným rovinou A — A, a obr. 3je výřez zakroužkované části X z obr. 1 vezvětšeném měřítku. Příklad provedení filtračního elementupodle vynálezu ukazuje obr. 1. Filtrační ele-ment .má přítlačný okraj 1 z nerezavějícíoceli se čtyřmi přivařenými oky 2 a čtyřmirohovými plechy 3 z nerezavějící oceli, kte-rá jsou ke zvýšení pevnosti v ohybu rohůpřítlačného okraje 1 přivařeny k vnitřnístraně přítlačného okraje 1 ve všech rozích.Přítlačný okraj 1 s oky 2 a rohovými plechy3 je vytvořen analogicky jako u obvykléhofiltračního elementu stejné velikosti.

Protilehlé části přítlačného okraje 1 jsouspolu spojeny výztuhami 4. Tyto výztuhy 4jsou svými konci přivařeny k vnitřním stra-nám přítlačného okraje 1 a jsou ze stejnénerezavějící oceli jako přítlačný okraj 1 arohové plechy 3. Mimoto jsou výztuhy 4 vmístech, kde se vzájemně křižují, napříkladv místě X z obr, 1, spolu svařeny, jak jasněvyplývá z obr, 3, který znázorňuje zakrouž-kovanou oblast X z obr. 1 ve zvětšeném mě-řítku. Výztuhy 4 a přítlačný okraj 1 vytvářídevět obdélníkových oblastí, jak ukazujeobr. 1, a v každé z nich je umístěna jednadeska z plastické hmoty. Strany výztuh 4a přítlačného okraje 1, přivrácené k desce 5 z plastické hmoty, tvoří stěny obklopujícítuto desku 5. Délka a šířka desek 5 z plas-tické hmoty je zvolena tak, aby se při ma-ximální provozní teplotě filtračního elemen-tu nanejvýše rovnala délce a šířce stěn, kte-ré tuto desku 5 obklopují. Tepelná roztaž-nost plastických hmot, které pro tento účelpoužití přicházejí v úvahu, například plas-tické hmoty označené „Noryl“, která má přivyztužení skleněnými vlákny tepelnou roz-vážnost 3,6 . 1CD5/°C a bez vyztužení skleně-nými vlákny tepelnou roztažnost přibližně 6 . 10 '5/°'C, je obecně větší než tepelná roz-tažnost nerezavějící oceli, která je přibližně 1,6 . 10_5/°C. Při vhodném dimenzování de-sek JÍ z plastické hmoty, samozřejmě zapředpokladu, že maximální provozní teplotaleží nad normální teplotou okolí, při teplotěokolí rovné 20 °C, vzniknou mezi hranamidesek S z plastické hmoty a stěnami, kterétyto desky omezují, štěrbiny, poněvadž des-ka 5 z plaístické hmoty se při poklesu teplo- ty z maximální provozní teploty na normál-ní teplotu okolí smršťuje silněji než stěny,které jí omezují a jsou z nerezavějící oceli. V této souvislosti je třeba zdůraznit, žepod pojmem „maximální provozní teplota“se v tomto případě rozumí maximální mož-né nebo přípustná teplota, vyskytující sepři nejrůznějších způsobech provozu filtru,tedy při vlastní filtraci, čištění, sterilizacifiltru a podobně, a nikoli pouze nejvyššímožná teplota při filtračním provozu. Taknapříklad může být teplota při vlastním pro-vozu filtru rovna přibližně teplotě okolí, toznamená přibližně 20 °C, zatímco však přisterilizaci filtru horkou párou se mohou zvý-šit teploty až na 120 °C. Maximální provoz-ní teplota by byla v tomto případě 120 °Cza předpokladu, že při jiných druzích pro-vozu filtru, například při čištění, se nepo-užívá ještě vyšších teplot.

Mezery 6 mezi omezovacími stěnami adeskou 3 z plastické hmoty v normálnímstavu, tedy při teplotě okolí, jsou jasně pa-trné z řezu deskou 5 z plastické hmoty, pří-tlačným okrajem 1 a výztuhou 4 podle obr.2 a rovněž z obr. 3. K obr. 2 se podotýká,že řez deskou 5 z plastické hmoty pokraču-je v čárkovaně označeném místě stejnýmzpůsobem, jako probíhá vpravo a vlevo naokrajích desky 5.

Desky 3 z plastické hmoty jsou detailněvytvořeny tímto způsobem: obě strany de-sek 5 z plastické hmoty, které v provozustojí svisle, jsou žebrované ve svislém smě-ru, jak ukazují obr. 1 a 3, a ve vodorovnémsměru opatřeny řadou drážek 7, mezi ni-miž jsou mezery a které tvoří kanály. Vy-tvoření žeber 8 žebrováním, které probíháve svislém směru, je zřetelné z obr. 2, kte-rý ukazuje řez deskou 3 z plastické hmoty.Šířka žeber 8, resp. vzdálenosti mezi hřebe-ny jednotlivých žeber 8 nemají být větší než4 mm, aby se zajistilo spolehlivé přilehnutífiltračních vrstev. Ze stejného důvodu ne-má být ani šířka drážek 7 větší než 4 mm.Filtrační vrstvy přiléhají během provozu nahřebeny žeber 8 desek 5 z plastické hmotya jsou jimi podepřeny. K upevnění uvnitřkaždého pole mříže, která je tvořena pří-tlačným okrajem 1 a výztuhami 4, jsou des-ky 3 z plastické hmoty opatřeny na proti-lehlých hranách výstupky 9, které zapadajído vybrání 10 a 11 v přítlačném okraji 1a výztuhách 4. Ke vsazení takové desky 5z plastické hmoty do jednoho pole mřížek,která je tvořena přítlačným okrajem 1 avýztuhami 4, se deska 5 nejprve vsadí zjedné strany svými výstupky 9 do přísluš-ných vybrání 10 nebo 11 a pak se lehceprohne, až výstupky 9 na druhé straně mo-hou zapadnout do vybrání 10 nebo 11.

Desky 3 z glazované keramiky nebo sklase ovšem nemohou vsazoivat do mříže stej-ným způsobem jako desky z plastické hmo-ty, poněvadž sklo a keramika jsou křehkéa nedají se ohýbat. V tomto případě musíbýt nad vybráními 11 ve výztuhách 4 upra-

Claims (3)

1972B0 ven upevňovací kus, který se k nasazení de-sek 3 dá vyjmout a potom opět vsadit a u-pevnit, například přišroubovat k výztuhám 4. Délka stran desek 3 má být účelně v roz-mezí 20 až 40 cm a .nemá v žádném případěpodstatně překročit 40 cm. K tomuto roz-měru vedou dva důvody. Hlavním důvodemje to, že vzdálenosti mezi přítlačným okra-jem 1 a výztuhami 4 a mezi sousedními vý-ztuhami 4 nemají být podstatně větší než40 cm, aby ohybová síla, kterou působí tlakkapaliny na přítlačný okraj 1, a prohnutívyvolané těmito silami bylo zanedbatelněmalé, a aby ani ohybový moment působícína rohy přítlačného okraje nebyl příliš vel-ký. Dalšřm důvodem pro to, aby délka stranstěn 5 nebyla větší než 40 cm, jsou výrobnípotíže vznikající při výrobě větších desek.Zejména u desek z plastických hmot jsounáklady na lisovací formy pro menší deskypodstatně nižší než pro poměrně velké des-ky. Jak z hlediska stability, tak z hlediskanízké výrobní ceny se tedy doporučuje vevšech případech, kdy existuje volba mezivětší a menší vzdáleností mříže tvořené pří-tlačným okrajem 1 a výztuhami 4, volit men-ší rozteč mříže. Je samozřejmé, že snižovánírozteče mříže má rovněž hranici, a to v pří-padě, kdy náklady na svařování výztuh 4s přítlačným okrajem 1, a výztuh 4 vzájem-ně v místech křižování byly větší než úspo- PŘEDMĚT

1. Filtrační element pro vrstvové filtry,zejména naplavovací vrstvové filtry, s pří-tlačným okrajem z korozivzdorné oceli, o-patřeným na vnější straně oky a spojovací-mi kanály mezi vnitřní stěnou přítlačnéhookraje a oky k odvádění filtrátu a přiváděnínefiltrované kapaliny, a s opěrným ústrojímumístěným uvnitř prostoru omezeného vnitř-ními stranami a oběma čelními rovinami pří-tlačného okraje k podepření filtračních vrs-tev, které se ukládají na obě čelní rovinypřítlačného okraje, vyznačený tím, že opěr-né ústrojí (5) je tvořeno nejméně jednoudeskou (5) z plastické hmoty, plastickéhmoty vyztužené skleněnými vlákny, kera-miky, glazované keramiky nebo skla, kterávyplňuje tento prostor a je v oblasti čel-ních rovin přítlačného okraje (1] opatřenaprofilováním, například držáky (7) a žebry(8J pro vytvoření odtokových kanálů profiltrát a přítokových kanálů pro filtrovanou ry při výrobě desek 5, zejména úspory nalisovacích formách. K funkci filtračního elementu podle vy-nálezu je třeba dodat, že kapalina, protéka-jící drážkami 7 například zleva doprava,teče vybráními 11 ve výztuhách 4 do oblas-ti sousední desky 5. Vybrání 11 ve výztu-hách 4 slouží tedy nejen k uchycení výstup-ků 9, desek 5, nýbrž i jako průtočné kanályke spojení sousedních polí mříže tvořenépřítlačným okrajem 1 a výztuhami 4. Z to-hoto důvodu jsou ve vodorovných výztuhách4 upravena podobná vybrání 11a, patrná zobr. 3, ačkoliv desky 5 nejsou v těchto mís-tech opatřeny výstupky. Filtrační element podle vynálezu má o-proti ocelovým filtračním elementům kroměté výhody, že u něj nevznikají ztráty zředě-ním, ještě tu přídavnou podstatnou výhodu,že celkové výrobní náklady jsou značně niž-ší než náklady na ocelový filtrační elementstejné velikosti. Vyplývá to jednak z úspor,které se docilují odpadnutím děrovanýchplechů, a z úspor dosažených tím, že se ple-chy nemusejí svařovat s přítlačným okra-jem. Oproti známým filtračním elementům hli-níkových odlitků má filtrační element po-dle vynálezu tu výhodu, že není náchylnýke korozi a jeho výrobní cena je pouze ne-patrně větší než cena hliníkového filtrační-ho elementu srovnatelné velikosti. VYNÁLEZU kapalinu, a k vyrovnání nestejné tepelnéroztažnosti desky (5) a přítlačného okraje(1) jsou mezi kraji desky (5J a přítlačnýmokrajem (1J upraveny mezery (6), jejichžšířka odpovídá přinejmenším rozdílné te-pelné roztažnosti při maximální provozníteplotě.

2. Filtrační element podle bodu 1 vyzna-čený tím, že v prostoru omezeném vnitřnímistranami a čelními rovinami přítlačného o-kraje (1) jsou jednotlivé desky (5) uloženyvedle sebe a vzájemně odděleny výztuhami (4), které spojují protilehlé části přítlačné-ho okraje (1).

3. Filtrační element podle bodu 2 vyzna-čující se tím, že všechny desky (5J majístejné rozměry a mezery (6) mezi deskami(5 J a vnitřními stranami přítlačného okraje(1) a výztuhami J4) jsou u všech desek (SJ,ležících vadle sebe ve stejném směru, stejněširoké. 1 list výkresů Severografia, n. p., závod 7, Most