RU2372969C2

RU2372969C2 - Filter element

Info

Publication number: RU2372969C2
Application number: RU2007129609/12A
Authority: RU
Inventors: Николай Григорьевич Солошенко (RU); Николай Григорьевич Солошенко; Николай Николаевич Федорчуков (RU); Николай Николаевич Федорчуков
Original assignee: Закрытое акционерное общество "АКВАРИУС" (ЗАО "АКВАРИУС")
Priority date: 2007-08-01
Filing date: 2007-08-01
Publication date: 2009-11-20
Also published as: RU2007129609A

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to purification of fluids from solid particles, particularly to porous volumetric-capillary filters and pertains to filtration element. Filtration element represents a coil with perforated central cartridge accommodating filtration curtain. The latter represents a multi-layer abraded yarn wind. Aforesaid wind is made using textured multi-filament synthetic thread, primarily, with loop poil.

EFFECT: longer life of filtration element, higher fineness of filtration.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области очистки жидкостей от твердых частиц, а именно к пористым объемно-капиллярным (глубинным) фильтрам, и может быть использовано в системах водоочистки, в двигателях внутреннего сгорания, гидропередачах и в других технических устройствах, включающих элементы очистки жидкостей фильтрованием.The invention relates to the field of purification of liquids from solid particles, namely to porous volume-capillary (deep) filters, and can be used in water treatment systems, in internal combustion engines, hydraulic transmissions, and in other technical devices including filtering liquid purification elements.

Известен фильтр для жидкости, в котором фильтрующий элемент содержит трубчатый каркас с перфорацией в виде продольных прорезей, на поверхности которого размещена фильтрующая штора, образованная спирально намотанной нитью, причем намотка выполнена ворсистой нитью, с натяжением без зазоров между витками. Ширина прорезей трубчатого каркаса и диаметр нити выбраны из условия образования проходного зазора между витками в зоне прорези трубчатого каркаса при деформации нити в результате воздействия на нее фильтруемой среды. Ширина прорезей и диаметр нити выбраны так, что их соотношение находится в диапазоне от 10 до 1000. Величина натяжения и усилие разрыва выбраны так, что их отношение больше 0,05. Каркас может быть выполнен в виде "беличьего колеса" (патент RU №2232620). При всех несомненных достоинствах данного аналога он не способен обеспечить сочетание высокой тонкости фильтрования и стабильного гидравлического сопротивления, кроме того, данный аналог может вызывать колебательные релаксационные процессы в гидравлических магистралях. При засорении щелевых фильтрующих зазоров между витками нити повышение давления на входе фильтрующего элемента приведет к растяжению нитей в пространство прорезей трубчатого каркаса и, как следствие, к раскрытию фильтрующего зазора между витками нити. Это повлечет за собой прямую промывку фильтра и попадание всех грязевых частиц из корпуса фильтра в приемную магистраль, после чего давление упадет. Указанная особенность аналога является его недостатком.A known liquid filter, in which the filter element contains a tubular frame with perforation in the form of longitudinal slots, on the surface of which there is a filter curtain formed by spirally wound thread, the winding being made with a fleecy thread, without tension between the coils. The width of the slots of the tubular carcass and the diameter of the thread are selected from the conditions for the formation of a passage gap between the turns in the zone of the slot of the tubular carcass during deformation of the thread as a result of exposure to a filtered medium. The width of the slots and the diameter of the thread are selected so that their ratio is in the range from 10 to 1000. The magnitude of the tension and the tensile force are selected so that their ratio is greater than 0.05. The frame can be made in the form of a "squirrel wheel" (patent RU No. 2232620). With all the undoubted advantages of this analogue, it is not able to provide a combination of high filter fineness and stable hydraulic resistance, in addition, this analogue can cause oscillatory relaxation processes in hydraulic lines. If clogged filter gaps between the threads are clogged, an increase in pressure at the inlet of the filter element will lead to stretching of the threads into the space of the slots of the tubular frame and, as a result, to the opening of the filter gap between the turns of the thread. This will entail a direct flushing of the filter and the ingress of all dirt particles from the filter housing into the intake manifold, after which the pressure will drop. The specified feature of the analogue is its disadvantage.

Известено техническое решение для жидкостных фильтров типа «Диамонд», используемое французской фирмой Кофи, в котором объемно-капиллярный фильтрующий элемент выполнен из волокнистых фильтрующих материалов, навернутых на перфорированный каркас в несколько слоев (В.М.Коновалов, В.Я.Скрицкий, В.А.Рокшевский «Очистка рабочих жидкостей в гидроприводах станков». - М.: Машиностроение, 1976 г., стр 213-214). В качестве фильтрующих материалов в фильтрах этого типа используются хлопок, нейлон, стеклоткань и другие натуральные и синтетические материалы. Тонкость фильтрования таких фильтров, их ресурс определяется типом фильтрующего материала и размером его пор. Как следует из сравнительных характеристик фильтрующих элементов типа «Диамонд», выполненных из различных материалов, наивысшую тонкость фильтрации обеспечивают натуральные хлопковые и хлопково-вискозные материалы, синтетические же материалы не дают возможность получить тонкость фильтрации менее 10 мкм, что объясняется, по всей видимости, значительной толщиной волокон синтетических материалов. Это обстоятельство не позволяет получить в объемно-капиллярной структуре фильтрующего элемента необходимого сочетания малого размера пор со значительным показателем внешней пористости. Вместе с тем именно синтетические материалы (например, полипропилен) благодаря своей химической инертности и возможности введения в него бактерицидных добавок являются предпочтительными материалами при фильтровании жидкостей в биотехнологиях, медицине, а также для фильтрования воды в пищевой промышленности и в быту. Указанные особенности данного аналога являются недостатками, ограничивающими его область применения.A technical solution for liquid filters of the "Diamond" type is known, used by the French company Kofi, in which a volume-capillary filter element is made of fibrous filter materials, screwed onto a perforated frame in several layers (V.M.Konovalov, V.Ya. Skritsky, V .A. Rokshevsky “Cleaning of working fluids in hydraulic drives of machines.” - M.: Mechanical Engineering, 1976, pp. 213-214). Cotton, nylon, fiberglass and other natural and synthetic materials are used as filter materials in this type of filter. The fineness of filtering such filters, their resource is determined by the type of filter material and the size of its pores. As follows from the comparative characteristics of the filter elements of the "Diamond" type, made of various materials, the highest fineness of filtration is provided by natural cotton and cotton-viscose materials, while synthetic materials do not make it possible to obtain a filtration fineness of less than 10 microns, which is likely to be significant fiber thickness of synthetic materials. This circumstance does not allow to obtain the necessary combination of small pore size with a significant indicator of external porosity in the volume-capillary structure of the filter element. However, it is synthetic materials (for example, polypropylene) due to their chemical inertness and the possibility of introducing bactericidal additives into it that are the preferred materials for filtering liquids in biotechnology, medicine, and also for filtering water in the food industry and in everyday life. These features of this analogue are disadvantages that limit its scope.

Известен фильтрующий элемент, который содержит две секции. Первая секция состоит из синтетической текстурированной нити, намотанной с переменным усилием на участок единой центральной трубы, ограниченной верхней торцевой и разделительной крышками так, что образует объемно-капиллярную (глубинную) фильтрующую штору. Вторая секция состоит из синтетической текстурированной нити, намотанной с переменным усилием на участок единой центральной трубы, ограниченной нижней торцевой и разделительной крышками так, что образует объемно-капиллярную фильтрующую штору с более низкой тонкостью отсева и повышенным гидравлическим сопротивлением по сравнению с первой секцией. Труба выполнена перфорированной или имеет каналы на наружной стороне. Фильтрующий элемент расположен в разъемном корпусе фильтра (патент RU №2294440). Данное техническое решение имеет преимущество перед односекционными фильтрующими элементами только при его использовании его для фильтрации масла в двигателях внутреннего сгорания, т.е. в условиях замкнутого контура циркуляции масла и при уменьшении его вязкости, вследствие нагрева, после выхода двигателя на рабочий режим. Использование такого фильтрующего элемента в незамкнутых контурах и при стабильной вязкости фильтруемой жидкости неэффективно, т.к. тонкость фильтрования будет определяться параметрами первой «грубой» секциии, вторая секция при этом не будет функционировать. Эта особенность является недостатком указанного фильтрующего элемента при использовании его, например, для фильтрования водопроводной воды.Known filter element, which contains two sections. The first section consists of a synthetic textured yarn wound with varying force on a section of a single central pipe bounded by an upper end and separation cover so that it forms a volume-capillary (deep) filtering curtain. The second section consists of a synthetic textured yarn wound with varying force on a section of a single central pipe bounded by a lower end and separation cover so that it forms a volume-capillary filter curtain with a lower screening fineness and increased hydraulic resistance compared to the first section. The pipe is perforated or has channels on the outside. The filter element is located in a detachable filter housing (patent RU No. 2294440). This technical solution has an advantage over single-section filtering elements only when it is used to filter oil in internal combustion engines, i.e. in conditions of a closed circuit of oil circulation and with a decrease in its viscosity, due to heating, after the engine enters the operating mode. The use of such a filter element in open circuits and with a stable viscosity of the filtered fluid is inefficient, because filtering fineness will be determined by the parameters of the first “rough” section, while the second section will not function. This feature is the disadvantage of this filter element when using it, for example, for filtering tap water.

Наиболее близким к изобретению по совокупности существенных признаков является аналогичные по принципу действия фильтрующие элементы, выпускаемые корпорацией "Pentair Inc" под торговой маркой Pentek WP (US Filter) серии CWClosest to the invention in terms of essential features is a filtering element similar in principle to the action of Pentair Inc. Corporation under the trademark Pentek WP (US Filter) of the CW series

(http://www.ecofilter.ni/index.php?sec=cat&gr id=69) и серии WP-ВВ(http://www.ecofilter.ni/index.php?sec=cat&gr id = 69) and the WP-BB series

(http://www.ecofilter.ru/index.php?sec=cat&gr id=^:74). Известны также аналоги указанных изделий - фильтрующие элементы МП 5 торговой марки «ATOLL»(http://www.ecofilter.ru/index.php?sec=cat&gr id = ^: 74). Also known are analogues of these products - filter elements MP 5 of the trademark "ATOLL"

(http://www.ecofilter.ru/index.php?sec=cat&gr_id=101). Фильтрующие шторы этих изделий выполнены из полипропиленовой нити штапельного прядения, намотанной на твердую перфорированную полипропиленовую гильзу. Фильтрующий элемент обладает высокой устойчивостью к воздействию большинства кислот, щелочей, агрессивных жидкостей и газов, что делает их эффективным и недорогим средством очистки воды как в бытовых и коммерческих системах очистки воды, так и для фильтрации других жидкостей в промышленных целях и для нужд сельского хозяйства. Конструкция этих фильтрующих элементов благодаря плотной крестовой намотке обеспечивает большую площадь фильтрующей поверхности, в результате чего достигается значительный ресурс и высокая эффективность фильтрования. Фильтрующие элементы этой серии способны противостоять высокой температуре (до 73,9°С), что допускает их применение для очистки горячей воды с минимальным падением давления на фильтре. Полипропиленовые волокна не привносят в воду дополнительных привкусов, запахов и окрашенности, а также обладают высокой устойчивостью к воздействию бактерий и химикатов. В данном аналоге для создания фильтрующей шторы используется полипропиленовая нить штапельного прядения, что обеспечивает ее ворсистость. Технология штапельного прядения нити предусматривает использование в пряже сравнительно коротких волокон, концы которых и формируют собственно ворс. При этом толщина отдельных ворсинок является величиной постоянной и определяется толщиной штапельных волокон. Нить штапельного прядения обладает следующими особенностями:(http://www.ecofilter.ru/index.php?sec=cat&gr_id=101). The filtering curtains of these products are made of staple spinning polypropylene yarn wound on a solid perforated polypropylene sleeve. The filter element is highly resistant to most acids, alkalis, aggressive liquids and gases, which makes them an effective and inexpensive means of water purification both in domestic and commercial water purification systems, as well as for filtering other liquids for industrial purposes and for agriculture. The design of these filter elements due to the dense cross winding provides a large area of the filter surface, resulting in a significant resource and high filtering efficiency. The filtering elements of this series are able to withstand high temperatures (up to 73.9 ° C), which allows their use for cleaning hot water with a minimum pressure drop on the filter. Polypropylene fibers do not introduce additional flavors, odors and dye into the water, and are also highly resistant to bacteria and chemicals. In this analog, to create a filtering curtain, a polypropylene staple spinning thread is used, which ensures its hairiness. The staple spinning technology of the yarn involves the use of relatively short fibers in the yarn, the ends of which form the actual pile. The thickness of the individual villi is constant and is determined by the thickness of the staple fibers. The staple spinning thread has the following features:

- сравнительно низкой прочностью на разрыв, по сравнению с мультифиламентной синтетической нитью, т.е. прочностные свойства синтетического материала в нити штапельного прядения не используются в полной мере.- comparatively low tensile strength, compared with multifilament synthetic thread, i.e. the strength properties of synthetic material in staple spinning yarns are not fully used.

- При натяжении нить штапельного прядения вытягивается, ее диаметр уменьшается, ворс «залегает».- When tensioning, the staple spinning thread stretches, its diameter decreases, the pile "lies".

Указанные особенности нити штапельного прядения являются вредными при использовании такой нити в конструкциях цилиндрических фильтрующих элементов, предусматривающих намотку ворсистой нити на перфорированную центральную гильзу, поскольку появляется вероятность обрыва нити в процессе ее намотки и уменьшается объемная пористость фильтрующего элемента при натяжении нити и сопутствующем ему залегании ворса.These features of staple spinning yarns are harmful when using such a yarn in designs of cylindrical filtering elements that provide for winding a fleecy yarn on a perforated central sleeve, since it is likely that the yarn breaks during winding and the volumetric porosity of the filter element decreases when the yarn is tensioned and the pile comes with it.

Изобретение имеет своей целью улучшение эксплуатационных свойств пористых объемно-капиллярных фильтров для жидкостей.The invention aims to improve the operational properties of porous volume-capillary filters for liquids.

При использовании изобретения достигаются следующие технические результаты:When using the invention, the following technical results are achieved:

1. Увеличивается срок службы фильтрующего элемента.1. Increases the service life of the filter element.

2. Повышается тонкость очистки жидкости в течение всего срока эксплуатации фильтрующего элемента.2. Increases the fineness of cleaning the liquid throughout the life of the filter element.

3. Сохраняется стабильность фильтрующих свойств при увеличении расхода жидкости через фильтрующий элемент.3. The stability of the filtering properties is maintained while increasing the flow rate of the liquid through the filter element.

Сущность изобретения заключается в том, что в сменном фильтрующем элементе, выполненном в виде катушки с перфорированной центральной гильзой, на которой размещена фильтровальная штора, представляющая собой многослойную намотку ворсистой нити, многослойная намотка выполнена текстурированной мультифиламентной синтетической нитью с преимущественно петлевым ворсом.The essence of the invention lies in the fact that in a replaceable filter element made in the form of a coil with a perforated central sleeve, on which a filter curtain is placed, which is a multilayer winding of a fleecy thread, the multilayer winding is made of textured multifilament synthetic thread with a predominantly loop pile.

Обозначенная сущность изобретения связана с заявленными техническими результатами следующим образом соответственно:The essence of the invention is associated with the claimed technical results as follows, respectively:

1. Увеличение срока службы фильтрующего элемента обеспечивается увеличением его грязеемкости, которая в свою очередь обеспечивается увеличением пористости (относительной доли пустого пространства) и однородности объемно-капиллярной структуры намотанной фильтровальной шторы. Пористость структуры определяется толщиной ворса, заполняющего ячейки межвиткового пространства намотки. Однородность объемно-капиллярной структуры связана с упругостью ворса. В том случае, если нить является мультифиламентной и обладает петлевым ворсом, полученным в результате пневмотекстурирования, то толщина ворса, получаемого раздуванием формируемого расплавленного филамента, уменьшается, что обеспечивает истончение ворса по сравнению с толщиной нетекстурированного филамента. Петлевой (а значит, более упругий по сравнению с концевым) ворс в сочетании с его малой толщиной обеспечивает увеличение пористости и однородности объемно-капиллярной структуры намотанной фильтровальной шторы и способствует увеличению срока службы фильтрующего элемента.1. An increase in the service life of the filter element is provided by an increase in its dirt capacity, which in turn is provided by an increase in porosity (relative fraction of empty space) and uniformity of the volume-capillary structure of the wound filter curtain. The porosity of the structure is determined by the thickness of the pile filling the winding interturn cells. The homogeneity of the volume-capillary structure is associated with the elasticity of the pile. In the event that the thread is multifilament and has a loop pile obtained by pneumotexturing, the thickness of the pile obtained by blowing the molten filament formed is reduced, which ensures thinning of the pile compared to the thickness of the non-textured filament. The loop (and therefore, more elastic compared to the end) pile in combination with its small thickness provides an increase in porosity and uniformity of the volume-capillary structure of the wound filter curtain and increases the service life of the filter element.

2. Повышение тонкости очистки обеспечивается уменьшением размера пор в объемно-капиллярной структуре намотанной фильтровальной шторы. Размеры пор уменьшаются, поскольку большая прочность мультифиламентной нити допускает ее большее натяжение при намотке и, следовательно, более плотную намотку, что обеспечивает уменьшение размеров ячеек межвиткового пространства намотки, заполненных истонченным петлевым ворсом.2. Increasing the fineness of cleaning is provided by reducing the pore size in the volume-capillary structure of the wound filter curtain. The pore size is reduced, since the greater strength of the multifilament yarn allows it to be more tensioned during winding and, therefore, more dense winding, which reduces the size of the inter-turn space of the winder filled with a thinned loop pile.

3. Стабильность фильтрующих свойств при увеличении расхода жидкости через фильтрующий элемент обеспечивается сохранением геометрической стабильности объемно-капиллярной структуры фильтрующий элемента под напором фильтруемой жидкости. При увеличении расхода возрастает разность давления на входе и выходе фильтрующего элемента, возрастает радиальный градиент давления в фильтровальной шторе. При этом упругость петлевого ворса препятствует его залеганию под напором фильтруемой жидкости и способствует сохранению геометрической стабильности капиллярной структуры фильтровальной шторы.3. The stability of the filtering properties with increasing fluid flow through the filtering element is ensured by maintaining the geometric stability of the volume-capillary structure of the filtering element under the pressure of the filtered liquid. With increasing flow, the pressure difference at the inlet and outlet of the filter element increases, the radial pressure gradient in the filter curtain increases. In this case, the elasticity of the loop pile prevents its occurrence under the pressure of the filtered fluid and helps to maintain the geometric stability of the capillary structure of the filter curtain.

На Фиг.1 схематически изображен фильтрующий элемент.Figure 1 schematically shows a filter element.

На Фиг.2 схематически изображен разрез межвитковой ячейки фильтровальной шторы.Figure 2 schematically shows a section of the inter-turn cell of the filter curtain.

Фильтрующий элемент (Фиг.1) выполнен в виде катушки, содержит перфорированную центральную гильзу (1) и фильтровальную штору (2), представляющую собой многослойную намотку ворсистой синтетической нити. В качестве материала нити может быть использован полипропилен, как наиболее подходящий современный материал, обладающий хорошими гигиеническими и технологическими свойствами. Тип намотки может быть рядовым, крестовым или каким-либо другим. Наибольшее распространение для цилиндрических сменных фильтрующих элементов в настоящее время получил крестовой тип намотки. В фильтровальном элементе предпочтительно применение пневмотекстурированной мультифиламентной нити, у которой пневмотекстурирование выполнено для филаментов нити, расположенных во внешних ее слоях, центральные же филаменты (3) нити не текстурированы. Такой тип текстурирования обеспечивает возможность значительного натяжения нити в процессе ее намотки без ее растяжения и утончения, а также без залегания ворса. В межвитковом пространстве намотки образуются ячейки объемно-капиллярной структуры фильтровальной шторы, заполненные петлевым ворсом (4) (Фиг.2). Текстурированние филаментов, расположенных во внешних слоях нити, осуществляется раздуванием формируемого расплавленного филамента, в результате чего образуется преимущественно петлевой ворс, толщина волокон которого меньше толщины центральных нетекстурированных филаментов, что обеспечивает увеличение пористости объемно-капиллярной структуры фильтрующего элемента. Петлевой ворс обладает большей упругостью по сравнению с концевым ворсом, что обеспечивает однородность объемно-капиллярной структуры фильтрующего элемента.The filter element (Figure 1) is made in the form of a coil, contains a perforated central sleeve (1) and a filter curtain (2), which is a multi-layer winding of a fleecy synthetic thread. Polypropylene can be used as the thread material, as the most suitable modern material with good hygienic and technological properties. The type of winding can be ordinary, cross, or some other. The greatest distribution for cylindrical replaceable filtering elements is currently received cross-type winding. In the filter element, it is preferable to use a pneumotextured multifilament yarn, in which pneumotexturing is performed for filament yarns located in its outer layers, while the central filaments (3) of the yarn are not textured. This type of texturing provides the possibility of significant tension of the thread during its winding without stretching and thinning, as well as without bedding. In the inter-turn space of the winding, cells of the volume-capillary structure of the filter curtain are formed, filled with a loop pile (4) (Figure 2). The texturing of the filaments located in the outer layers of the filament is carried out by blowing the molten filament formed, resulting in a predominantly loop pile, the thickness of the fibers of which is less than the thickness of the central non-textured filaments, which ensures an increase in the porosity of the volume-capillary structure of the filter element. The loop pile has greater elasticity than the end pile, which ensures uniformity of the volume-capillary structure of the filter element.

Фильтрующий элемент является сменным и вставляется в корпус, образуя фильтр, в котором входная и выходная полости разделены фильтрующей шторой фильтрующего элемента, причем входная полость сообщается с наружной поверхностью фильтровальной шторы. При прохождении через фильтровальную штору, грязевые частицы задерживаются в ее объемно-капиллярной структуре, чем и обеспечивается эффект фильтрования. Сертификационные испытания фильтрующего элемента с намоткой, выполненной из полипропиленовой мультифиламентной пневмотекстурированной нити, показали высокую эффективность предлагаемого технического решения (протокол сертификационных испытаний №281 от 26.06.2007 прилагается).The filter element is replaceable and inserted into the housing, forming a filter in which the inlet and outlet cavities are separated by a filter curtain of the filter element, the inlet cavity communicating with the outer surface of the filter curtain. When passing through a filter curtain, mud particles are trapped in its volume-capillary structure, which ensures the filtering effect. Certification tests of a filter element with a winding made of polypropylene multifilament pneumotextured yarn showed the high efficiency of the proposed technical solution (certification test protocol No. 281 of June 26, 2007 is attached).

Claims

1. The filter element, made in the form of a coil with a perforated central sleeve, on which a filter curtain is placed, which is a multilayer winding of a fluffy thread, characterized in that the multilayer winding is made of textured multifilament synthetic thread with a predominantly loop pile.

2. The filter element according to claim 1, characterized in that a pneumotextured multifilament thread is used as a synthetic thread with a predominantly loop pile.

3. The filter element according to claim 2, characterized in that the pneumo-textured multifilament yarn is made of polypropylene.

4. The filter element according to claim 2, characterized in that the pneumo-texturing of the multifilament yarn is performed for filament yarns located in its outer layers, while the inner layers of the filaments are not textured.

5. The filter element according to claim 4, characterized in that the fibers of the pile have a smaller cross section compared to the central non-textured filament filaments.