RU2108845C1

RU2108845C1 - Filter element

Info

Publication number: RU2108845C1
Application number: RU94026728A
Authority: RU
Inventors: Н.В. Рокотов; М.Ш. Гросман
Original assignee: Научно-техническая фирма "ИНПРОКОМ"
Priority date: 1994-07-08
Filing date: 1994-07-08
Publication date: 1998-04-20
Also published as: RU94026728A

Abstract

FIELD: filters for any media. SUBSTANCE: filter element includes filtering corrugated curtain located between two end plates. Height of corrugations located spirally exceeds difference between outer and inner radii of circular curtain. Height of concave side of corrugation is lesser than that of convex side by magnitude equal to $$$, where $$$; $$$ is difference of corrugation heights; $$$ is radius of inner cylindrical surface formed by corrugation; $$$ is radius of outer cylindrical surface formed by corrugations and N is number of corrugations. EFFECT: enhanced efficiency of filtration. 2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к фильтрующим элементам, используемым в фильтрах для фильтрации различных сред, например, воздуха, масла, различных видов топлива в двигателях наземного, воздушного и морского транспорта, а также различных технологических установках пищевой, ликероводочной и т.п. промышленности. The invention relates to filter elements used in filters for filtering various environments, for example, air, oil, various types of fuel in engines of land, air and sea transport, as well as various technological installations of food, distillery, etc. industry.

В настоящее время все большее внимание уделяется степени очистки различных сред, что позволяет увеличить ресурс работы двигателей различных видов транспорта, технологических установок и т.п., а также улучшить экологическую обстановку. Currently, more and more attention is paid to the degree of purification of various environments, which allows to increase the service life of engines of various types of vehicles, process plants, etc., as well as improve the environmental situation.

В связи с этим все большее применение находят различные конструкции фильтрующих элементов, обладающих повышенной степенью фильтрации и имеющих достаточный ресурс работы. Основным конструктивным элементом фильтрующих элементов является фильтрующая штора, поэтому форма шторы, способ ее укладки, а также степень заполнения объема фильтрующего элемента материалом, являются основными по важности факторами, от которых в большей степени зависят эффективность и надежность работы фильтра в целом. In this regard, various designs of filter elements having an increased degree of filtration and having a sufficient service life are finding increasing application. The main constructive element of the filtering elements is a filtering curtain, therefore, the shape of the curtains, the way it is laid, and the degree of filling the volume of the filtering element with material are the most important factors on which the overall efficiency and reliability of the filter depend.

Известно большое количество различных фильтрующих элементов, например, [1] и др. , каждый из которых содержит фильтрующую гофрированную круговую штору герметично связанную по торцам с крышками, при этом наружный и внутренние диаметры шторы выполнены соответственно равными наружному и внутреннему диаметрам крышек. A large number of different filter elements are known, for example, [1] and others, each of which contains a filter corrugated circular curtain hermetically connected at the ends with covers, while the outer and inner diameters of the curtains are respectively equal to the outer and inner diameters of the covers.

Отличие одного фильтрующего элемента от другого заключается в основном видом гофрирования и взаимным расположением гофр. The difference between one filter element and another lies mainly in the type of corrugation and the relative position of the corrugations.

Гофрирование фильтрующей шторы производится для увеличения поверхности фильтрации и для обеспечения наиболее полного заполнения объема фильтрующим материалом что, в свою очередь, позволяет увеличить длительность работы фильтра, т.е. увеличить его ресурс. The corrugation of the filter curtain is done to increase the filtration surface and to ensure the most complete filling of the volume with filter material, which, in turn, allows you to increase the duration of the filter, i.e. increase its resource.

По виду гофрирования и форме укладки фильтрующие шторы можно подразделять на:
- многолучевая звезда
- "гармошка"
- винтовая штора
- шевронно-складчатая штора
- спиральная штора.By type of corrugation and form of laying, filtering curtains can be divided into:
- multipath star
- "accordion"
- screw curtain
- chevron-folded curtain
- spiral curtain.

Недостатком всех вышеперечисленных конструкций штор является то, что фильтрующая штора не занимает оптимально весь объем, ограниченный крышками и цилиндрами с диаметрами, равными наружному и внутреннему диаметрам шторы, а это обстоятельство не обеспечивает достижение максимально возможного срока службы и надежности фильтрующего элемента в целом. The disadvantage of all of the above curtain designs is that the filter curtain does not optimally occupy the entire volume limited by covers and cylinders with diameters equal to the outer and inner diameters of the curtain, and this fact does not ensure the achievement of the maximum possible service life and reliability of the filter element as a whole.

Известны фильтрующие элементы по а. с. N 1255165, B 01 D 27/06 и N 1761201, B 01 D 27/06, шторы которых имеют гофры, расположенные по спирали для увеличения площади фильтрующей поверхности при заданном объеме. Known filter elements according to a. from. N 1255165, B 01 D 27/06 and N 1761201, B 01 D 27/06, the curtains of which have corrugations arranged in a spiral to increase the area of the filtering surface for a given volume.

Наиболее близким к предлагаемому фильтрующему элементу по количеству существенных признаков является фильтрующий элемент [2] принятый за прототип. Closest to the proposed filter element by the number of essential features is the filter element [2] adopted as a prototype.

Этот фильтрующий элемент содержит фильтрующую штору, высота гофр которых в отличие от других известных элементов превышает разность между наружным и внутренним радиусом круговой шторы, при этом гофры имеют изгиб в плоскости, перпендикулярной оси элемента и расположены по спирали. This filter element contains a filter curtain, the height of the corrugations of which, in contrast to other known elements, exceeds the difference between the outer and inner radius of the circular curtain, while the corrugations have a bend in a plane perpendicular to the axis of the element and are arranged in a spiral.

Кроме того, дан диапазон высоты гофр в зависимости от радиусов наружной и внутренней трубок, между которыми размещена штора. In addition, a range of corrugation heights is given depending on the radii of the outer and inner tubes, between which the curtain is placed.

Таким образом, этот фильтрующий элемент за счет увеличения площади шторы позволяет увеличить ресурс работы и надежность фильтрующего элемента в целом. Кроме того, зависимость высоты гофр и радиусов трубок позволяет обеспечивать оптимальное значение технологического процесса гофрирования шторы. Thus, this filter element by increasing the area of the curtain allows you to increase the service life and reliability of the filter element as a whole. In addition, the dependence of the height of the corrugations and the radii of the tubes allows you to provide the optimal value of the technological process of corrugation of the curtain.

Однако несмотря на преимущества этого фильтрующего элемента по сравнению с элементами, гофры которых расположены не по спирали, он также не обеспечивает оптимального заполнения объема фильтра, а следовательно, не обеспечивает максимально возможного ресурса и надежности фильтра. However, despite the advantages of this filter element compared to elements whose corrugations are not arranged in a spiral, it also does not provide optimal filling of the filter volume, and therefore does not provide the maximum possible filter life and reliability.

Указанный недостаток объясняется тем, что при расположении гофр с равными сторонами по спирали происходит деформация вогнутой стороны каждого гофра, которая приводит к увеличению ширины гофра в поперечном сечении в зоне стыка сторон, т. е. у наружной трубки, что в свою очередь требует снижения общего числа гофр, а следовательно, и уменьшения площади шторы в объеме фильтрующего элемента. This drawback is due to the fact that when the corrugations are arranged with equal sides in a spiral, the concave side of each corrugation deforms, which leads to an increase in the width of the corrugation in the cross section in the joint zone of the sides, i.e., at the outer tube, which in turn requires a decrease in the total the number of corrugations, and hence the reduction in the area of the curtain in the volume of the filter element.

Особенно это сказывается в фильтрующих элементах для фильтрации масла и воздуха, где используется бумага для шторы, имеющая значительную толщину. This is especially true in filter elements for filtering oil and air, where paper for curtains is used, which has a significant thickness.

Кроме того, указанный диапазон высоты гофр имеет большое значение, т.к. при высоте менее указанной зависимости не обеспечивается заполнение пустого пространства между двумя гофрами, а при высоте более указанной зависимости - не обеспечивается увеличение площади шторы за счет указанного эффекта из-за значительного увеличения ширины гофра в вершине до значения, ведущего к снижению общего числа гофр, а следовательно, поверхности шторы. Следовательно, данная конструкция обеспечивает не максимальный эффект и в определенном диапазоне, что значительно снижает область использования данного фильтрующего элемента. In addition, the specified range of corrugation heights is of great importance, because when the height is less than the specified dependence, the filling of the empty space between the two corrugations is not provided, and if the height is more than the indicated dependence, the curtain area is not increased due to the indicated effect due to a significant increase in the width of the corrugation at the top to a value leading to a decrease in the total number of corrugations hence the surface of the curtains. Therefore, this design does not provide the maximum effect in a certain range, which significantly reduces the scope of this filter element.

Указанный недостаток устранен в предлагаемом техническом решении за счет того, что в фильтрующем элементе, содержащем фильтрующую гофрированную штору, размещенную между торцевыми крышками, гофры которой расположены по спирали и имеют высоту, превышающую разность между наружными и внутренними радиусами, круговой шторы, длина вогнутой стороны гофра выполнена меньше длины выпуклой стороны на величину, равную

где

Δl - разность высот сторон гофра;
r₁ - радиус внутренней цилиндрической поверхности, образованной гофрами;
r₂ - радиус наружной цилиндрической поверхности, образованной гофрами;
N - количество гофр.This drawback is eliminated in the proposed technical solution due to the fact that in the filter element containing a filter corrugated curtain placed between the end caps, the corrugations of which are arranged in a spiral and have a height exceeding the difference between the outer and inner radii, the circular curtain, the length of the concave side of the corrugation made less than the length of the convex side by an amount equal to

Where

Δl is the height difference of the sides of the corrugation;
r ₁ is the radius of the inner cylindrical surface formed by the corrugations;
r ₂ is the radius of the outer cylindrical surface formed by the corrugations;
N is the number of corrugations.

Кроме того, фильтрующая штора предлагаемого элемента выполнена из фильтровального материала и двух мелкоячеистых сеток, расположенных по обе стороны фильтровального материала. In addition, the filter curtain of the proposed element is made of filter material and two fine mesh, located on both sides of the filter material.

Отличительными существенными признаками предложенного фильтрующего элемента по сравнению с прототипом являются:
1. Выполнение вогнутой стороны гофра меньше выпуклой стороны;
2. Взаимосвязь разности высот сторон от радиусов цилиндрических поверхностей образованных гофрами;
3. Выполнение фильтрующей шторы составной из двух мелкоячеистых сеток и фильтровального материала, размещенного между сетками.Distinctive essential features of the proposed filter element in comparison with the prototype are:
1. The execution of the concave side of the corrugation is smaller than the convex side;
2. The relationship of the difference in the heights of the sides from the radii of the cylindrical surfaces formed by corrugations;
3. The implementation of the filter curtains composite of two fine-mesh nets and filter material placed between the nets.

Предлагаемое технические решение позволяет при тех же габаритах фильтрующего элемента обеспечить максимально возможное заполнение объема элемента фильтрующей шторой с обеспечением прохождения фильтрующей среды по всей поверхности шторы, а следовательно, повысить ресурс работы и надежность фильтра в целом. The proposed technical solution allows for the same dimensions of the filter element to ensure the maximum possible filling of the volume of the element with a filter curtain to ensure the passage of the filter medium over the entire surface of the curtain, and therefore increase the service life and reliability of the filter as a whole.

Это достигается тем, что высота вогнутой стороны гофра выполнена меньше высоты выпуклой стороны, что, в свою очередь, обеспечивает прилегание одного гофра к другому по всему объему без деформации. This is achieved by the fact that the height of the concave side of the corrugation is less than the height of the convex side, which, in turn, ensures that one corrugation fits to the other over the entire volume without deformation.

На фиг. 1 представлен общий вид фильтрующего элемента; на фиг. 2 - поперечное сечение элемента; на фиг. 3 - расположение гофр; на фиг. 4 - элементы шторы; на фиг. 5 - то же, что и на фиг. 2 в увеличенном масштабе. In FIG. 1 shows a general view of a filter element; in FIG. 2 is a cross section of an element; in FIG. 3 - location of the corrugations; in FIG. 4 - curtain elements; in FIG. 5 is the same as in FIG. 2 on an enlarged scale.

Предлагаемый фильтрующий элемент состоит из центральной перфорированной втулки 1, фильтрующей гофрированной шторы 2, представляющей собой замкнутую круговую гармошку с определенной высотой гофров, перфорированного кожуха 3, верхней 4 и нижней 5 торцевых крышек. Перфорированная втулка 1 и перфорированный кожух 3 являются элементами жесткости в осевом направлении и используются в зависимости от назначения фильтрующего элемента. The proposed filter element consists of a central perforated sleeve 1, filtering the corrugated curtain 2, which is a closed circular accordion with a certain height of the corrugations, perforated casing 3, upper 4 and lower 5 end caps. The perforated sleeve 1 and the perforated casing 3 are axial stiffeners and are used depending on the purpose of the filter element.

Фильтрующая штора 2 расположена вдоль всей длины центральной трубки 1 и между этой трубкой 1 и кожухом 3. При этом гофры-лучи 6 шторы 2 наклонены в одну и ту же сторону по отношению к радиусу трубки 1 и кожуху 3. The filter curtain 2 is located along the entire length of the central tube 1 and between this tube 1 and the casing 3. At the same time, the corrugation rays 6 of the curtain 2 are inclined in the same direction with respect to the radius of the tube 1 and the casing 3.

Высота гофра 6 выполнена больше разности радиусов внутренней поверхности кожуха 3 и наружной поверхности трубки 1. Крышка 4 имеет центральное отверстие 7 для выхода отфильтрованной среды, а крышка 5 может быть глухой или также с центральным отверстием в зависимости от конструкции фильтродержателя, в котором устанавливается фильтрующий элемент. The height of the corrugation 6 is made greater than the difference between the radii of the inner surface of the casing 3 and the outer surface of the tube 1. The cover 4 has a central hole 7 for the output of the filtered medium, and the cover 5 may be blind or also with a central hole depending on the design of the filter holder in which the filter element is installed .

Кожух 3 выполнен так же, как и трубка 1 перфорированным. The casing 3 is made in the same way as the perforated tube 1.

Одноименные стороны 8 гофр фильтрующей шторы 2 выполнены равными по высоте, стороны 9 каждого гофра выполнены меньше высоты сторон 8. Гофры-лучи 6 наклонены в направлении меньших сторон 9. The same side 8 of the corrugations of the filter curtain 2 are made equal in height, the sides 9 of each corrugation are made less than the height of the sides 8. The corrugations-rays 6 are inclined in the direction of the smaller sides 9.

Для исключения уменьшения рабочей площади шторы 2 при плотном прилегании гофров 6 друг к другу фильтрующая штора 2, как правило, выполнена составной из непосредственно фильтрующего материала 10, например бумаги, и двух слоев 11 и 12 мелкоячеистой сетки, расположенных по обе стороны фильтровального материала 10. To avoid reducing the working area of the curtain 2 when the corrugations 6 are snug against each other, the filter curtain 2, as a rule, is made up of directly filtering material 10, for example paper, and two layers 11 and 12 of fine mesh located on both sides of the filtering material 10.

Такая штора 2 при расположении лучей-гофров 6 по криволинейной траектории требует выполнения сторон 8 и 9 разновысотными, т.к. стороны 8 и 9 за счет толщин составной шторы имеют различный радиус кривизны. Such a curtain 2, when the corrugated beams 6 are arranged along a curved path, requires sides 8 and 9 to be of different height, because side 8 and 9 due to the thickness of the composite curtains have a different radius of curvature.

Кривая, по которой располагается ось гофра, представляет собой эвольвенту окружности (см. И.Н. Бронштейн и К.А. Семендяев, справочник по математике, М., Гос. издательство технико-теоретической литературы, 1956, с. 112). The curve along which the corrugation axis is located represents the involute of a circle (see I.N. Bronstein and K.A. Semendyaev, reference book in mathematics, M., State Publishing House of Technical and Theoretical Literature, 1956, p. 112).

При расположении центральных осей гофров по эвольвенте эти оси будут представлять из себя эквидистантные кривые, и таким образом, зазоры между гофрами будут постоянными по всей высоте гофров. When the central axes of the corrugations are arranged on an involute, these axes will be equidistant curves, and thus, the gaps between the corrugations will be constant over the entire height of the corrugations.

Количество гофров, размещаемых в заданном габарите с учетом толщины фильтровального материала и зазора между ними можно определить из зависимости:

где
N - количество гофров;
r₁ - радиус внутренней цилиндрической поверхности, образованный гофрами шторы;
δ - толщина шторы;
Δ - минимальная величина зазора.The number of corrugations placed in a given size, taking into account the thickness of the filter material and the gap between them, can be determined from the dependence:

Where
N is the number of corrugations;
r ₁ is the radius of the inner cylindrical surface formed by the corrugations of the curtains;
δ is the thickness of the curtain;
Δ is the minimum gap.

Размер стороны гофра определяется по формуле дуги эвольвенты (см. ранее указанный источник)

,
где
L - длина эвольвенты (Кожевников С.Н. Теория механизмов и машин М.: Машиностроение, 1969, с. 222 - 224).The size of the side of the corrugation is determined by the formula of the arc of involute (see the previously indicated source)

,
Where
L is the length of the involute (Kozhevnikov S.N. Theory of mechanisms and machines M .: Mashinostroenie, 1969, p. 222 - 224).

r₂ - радиус наружной цилиндрической поверхности, образованной гофрами шторы.r ₂ is the radius of the outer cylindrical surface formed by the corrugations of the curtains.

Таким образом, длина большей стороны гофра будет

а меньшей

используя формулу

и подставляя ее

Для большей наглядности приведем пример.Thus, the length of the greater side of the corrugation will be

and less

using the formula

and substituting her

For greater clarity, we give an example.

Допустим, что r₁ = 100 мм; r₂ = 200 мм; Δ = 1,5 δ = 1,5,
тогда

Из расчета видно, что каждая сторона гофра шторы при расположении ее по эвольвенте почти на 50% больше разности радиусов шторы.Assume that r ₁ = 100 mm; r ₂ = 200 mm; Δ = 1.5 δ = 1.5,
then

It can be seen from the calculation that each side of the corrugation of the curtain, when positioning it along the involute, is almost 50% larger than the difference in the radius of the curtain.

Работа предлагаемого фильтрующего элемента не отличается от работы известных элементов и осуществляется следующим образом. The work of the proposed filter element does not differ from the work of known elements and is carried out as follows.

Фильтруемая среда подается снаружи кожуха 3, проникает сквозь его перфорацию и далее через фильтрующую штору 2. На поверхности фильтрующей шторы 2 оседают различные включения, находящиеся в фильтруемой среде, а отфильтрованная среда проходит через перфорацию центральной трубки 1 и удаляется через внутреннюю полость трубки и отверстие в крышке 4 и подается к рабочему органу (не показан). The filtered medium is supplied outside the casing 3, penetrates through its perforation and then through the filtering curtain 2. On the surface of the filtering curtain 2 various inclusions located in the filtered medium are deposited, and the filtered medium passes through the perforation of the central tube 1 and is removed through the inner cavity of the tube and the hole in cover 4 and is fed to the working body (not shown).

Поскольку поверхность шторы 2 в предлагаемом фильтрующем элементе значительно больше, чем в аналогичных конструкциях фильтрующих элементах, то и зарастание всей поверхности шторы 2 отфильтрованными частицами происходит за более длительное время, что и обеспечивает повышение ресурса работы фильтра в целом и надежности работы технологического рабочего органа. Кроме того, такая конструкция обеспечивает максимальное заполнение объема фильтровальной шторой с обеспечением прохождения фильтруемой среды по всей поверхности шторы. Since the surface of the curtain 2 in the proposed filter element is much larger than in similar designs of the filter elements, the overgrowth of the entire surface of the curtain 2 with filtered particles occurs over a longer time, which ensures an increase in the service life of the filter as a whole and the reliability of the technological working element. In addition, this design provides maximum filling of the volume with a filter curtain, ensuring the passage of the filtered medium over the entire surface of the curtain.

Источники информации
1. Авторское свидетельство N 1011170, кл. B 01 D 27/06. Авторское свидетельство N 1018685, кл. B 01 D 27/06. Патент ЕПВ N 112558, кл. B 01 D 29/06. Патент Великобритании N 2214447; B 01 D 27/06.Sources of information
1. Copyright certificate N 1011170, cl. B 01 D 27/06. Copyright certificate N 1018685, cl. B 01 D 27/06. EPO Patent No. 112558, cl. B 01 D 29/06. UK patent N 2214447; B 01 D 27/06.

2. Авторское свидетельство N 1761201, кл. B 01 D 27/06. 2. Copyright certificate N 1761201, cl. B 01 D 27/06.

Claims

1. The filter element containing a corrugated curtain placed between the end caps, the corrugations of which are arranged in a spiral and have a height greater than the difference between the outer and inner radii of the circular curtain, characterized in that the height of the concave side of the corrugation is made smaller than the height of the convex side by an amount equal to

Where

2. The element according to claim 1, characterized in that the filter curtain is made of filter material and two fine mesh screens located on both sides of the filter material.