RU2093248C1

RU2093248C1 - Filter

Info

Publication number: RU2093248C1
Application number: RU93031531A
Authority: RU
Inventors: Ю.В. Данченко; А.В. Тарасов
Priority date: 1993-06-10
Filing date: 1993-06-10
Publication date: 1997-10-20

Abstract

FIELD: cleaning gases, for example compressed air from water steam and oil mist. SUBSTANCE: filter includes supporting layer made from highly porous permeable cellular material of reticular core-type structure and filtering layer made from finely dispersed powder. Filtering layer is applied over entire outer surface of supporting layer having alternating projections and recesses. Hole provided in center of filter is used for evacuation of compressed air which enters it after passage through reticular cellular supporting layer. EFFECT: enhanced efficiency of filtration. 2 dwg

Description

Изобретение относится к технике очистки газов, например, сжатого воздуха от водяного пара и масляного тумана и может быть использовано в тех отраслях промышленности, где к применяемым газам предъявляются высокие требования по чистоте. The invention relates to techniques for the purification of gases, for example, compressed air from water vapor and oil mist, and can be used in those industries where high purity requirements are imposed on the gases used.

Очистка сжатого воздуха от содержащихся в нем аэрозолей воды и масла может производиться с помощью пористых проницаемых материалов из спеченного порошка, сеток или войлоков. Этому способствует высокоразвитая поверхность пористых проницаемых материалов, при соударении с которой происходит осаждение из газового потока мелких капель аэрозолей с последующим их соединением и образованием крупных капель или пленки на поверхности или в объеме материала, которые удаляются в основном под действием гравитационных сил. Purification of compressed air from the aerosols of water and oil contained in it can be carried out using porous permeable materials from sintered powder, nets or felts. This is facilitated by the highly developed surface of porous permeable materials, upon collision with which small droplets of aerosols are deposited from the gas stream, followed by their combination and the formation of large droplets or films on the surface or in the bulk of the material, which are removed mainly by gravitational forces.

Основные требования, предъявляемые к фильтрам помимо условия эффективного удаления аэрозольных примесей, состоят в необходимости обеспечения значительного расхода воздуха при минимальном перепаде давления на фильтре. Для уменьшения перепада давления на фильтре и, следовательно, увеличения расхода воздуха, а также увеличения ресурса работы при сохранении высокой степени очистки целесообразно использовать двухслойные фильтры. The main requirements for filters, in addition to the conditions for the effective removal of aerosol impurities, are the need to ensure significant air flow with a minimum pressure drop across the filter. To reduce the pressure drop across the filter and, consequently, increase air flow, as well as increase the service life while maintaining a high degree of purification, it is advisable to use two-layer filters.

Известен двухслойный фильтр из спеченного порошка диаметром 50 мм и высотой 3 мм, состоящий из опорного слоя толщиной 2 мм с дисперсностью частиц 200-600 мкм и фильтрующего слоя толщиной 1 мм с дисперсностью частиц 63-100 мкм [1]
Недостатком фильтра является то, что при такой низкой толщине трудно изготовить фильтр с большой площадью фильтрующей поверхности без существенного ухудшения его прочностных свойств. В то же время заложенные в конструкции фильтра характеристики порошка опорного и фильтрующего слоев не могут обеспечить низкий перепад давления на фильтре при значительных расходах воздуха, а возрастание нагрузки на фильтр при незначительной его толщине может привести к разрушению.Known two-layer filter of sintered powder with a diameter of 50 mm and a height of 3 mm, consisting of a support layer 2 mm thick with a particle size of 200-600 microns and a filter layer 1 mm thick with a particle size of 63-100 microns [1]
The disadvantage of the filter is that with such a low thickness it is difficult to manufacture a filter with a large filter surface without significant deterioration in its strength properties. At the same time, the powder characteristics of the support and filter layers incorporated in the filter design cannot provide a low pressure drop across the filter at significant air flow rates, and an increase in the load on the filter with a small thickness can lead to destruction.

Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому является фильтр, содержащий опорный слой из высокопористого проницаемого ячеистого материала (ВПЯМ) с сетчато-стержневой структурой и фильтрующий слой из мелкодисперсного спеченного порошка [2] Использование в качестве опорного слоя ВПЯМ, имеющего трехмерную сетчато-стрежневую структуру с пористостью до 95% диаметром пор 0,5-4,5 мм и коэффициентом проницаемости 10^-8- 10^-9 м² (что на 2-3 порядка выше, чем у пористых материалов из спеченных порошков) позволяет существенно снизить перепад давления на фильтре и увеличить производительность процесса фильтрации. Технологические возможности изготовления опорного слоя и фильтра в целом практически не накладывают ограничений на его габариты. Однако последние должны выбираться на основе прочностных расчетов, так как имеющий место из-за наличия фильтрующего слоя перепад давления на фильтре может привести в конечном счете к его разрушению.The closest set of features to the claimed one is a filter containing a support layer of highly porous permeable cellular material (HPMP) with a mesh-rod structure and a filter layer of finely divided sintered powder [2] Use as a support layer of HPMP having a three-dimensional mesh-rod structure with porosity up to 95% with a pore diameter of 0.5-4.5 mm and a permeability coefficient of 10 ^-8 - 10 ^-9 m ² (which is 2-3 orders of magnitude higher than for porous materials from sintered powders) can significantly reduce the difference effects on the filter and increase the productivity of the filtration process. The technological capabilities of manufacturing the support layer and the filter as a whole practically do not impose restrictions on its dimensions. However, the latter should be selected on the basis of strength calculations, since the pressure drop across the filter that occurs due to the presence of a filter layer can ultimately lead to its destruction.

Недостатком фильтра-прототипа является нерациональное использование механических и фильтрационных свойств опорного слоя из ВПЯМ. Кроме того, в конструкции фильтра не предусмотрен отвод конденсата с фильтрующей поверхности, что несколько снижает эффективность процесса фильтрации, так как при несвоевременном отводе и значительных нагрузках на фильтр возможно проталкивание конденсата через фильтрующий слой в опорный. The disadvantage of the filter prototype is the irrational use of mechanical and filtration properties of the support layer of HPMP. In addition, the design of the filter does not provide for the removal of condensate from the filter surface, which slightly reduces the efficiency of the filtration process, since with untimely discharge and significant loads on the filter, condensate can be pushed through the filter layer into the support.

Предлагаемая конструкция фильтра позволяет повысить эффективность процесса фильтрации. The proposed filter design improves the efficiency of the filtration process.

Заявляемый фильтр, состоящий из опорного слоя, выполненного из ВПЯМ с сетчато-стержневой структурой и фильтрующего слоя из мелкодисперсного порошка, отличается тем, что он снабжен центральным отверстием, а фильтрующий слой нанесен по все внешней поверхности опорного слоя, имеющий профиль с чередующимися выступами и впадинами. The inventive filter, consisting of a support layer made of HPLM with a mesh-rod structure and a filter layer of finely divided powder, is characterized in that it is provided with a central hole, and the filter layer is applied over the entire outer surface of the support layer having a profile with alternating protrusions and depressions .

Центральное отверстие предназначено для отвода сжатого воздуха, поступающего в него после очистки и прохождения по сетчато-ячеистому опорному слою. The central hole is intended for the discharge of compressed air entering it after cleaning and passing through the mesh-cellular support layer.

Благодаря тому, что фильтрующий слой покрывает всю наружную поверхность опорного слоя, площадь фильтрации, по сравнению с прототипом, увеличивается более, чем в 2 раза. В заявляемой конструкции нагрузка, вызванная перепадом давления, действует по всей наружной поверхности фильтра, вследствие чего последний находится в условиях всестороннего сжатия, что повышает его несущую способность и дает возможность увеличить расход сжатого воздуха, проходящего через фильтр. Due to the fact that the filter layer covers the entire outer surface of the support layer, the filtration area, compared with the prototype, increases by more than 2 times. In the claimed design, the load caused by the pressure drop acts on the entire outer surface of the filter, as a result of which the latter is under comprehensive compression, which increases its bearing capacity and makes it possible to increase the flow rate of compressed air passing through the filter.

Сформированные на поверхности фильтра выступы и впадины волнистой формы дополнительно увеличивают площадь фильтрующего слоя, что повышает производительность фильтрации и позволяет снизить габариты фильтра, а также способствует тому, что конденсат с выступов под действием сил поверхностного натяжения стекает во впадины, по которым отводится более интенсивно, чем с ровной поверхности фильтрующего слоя. The wave-shaped protrusions and depressions formed on the surface of the filter additionally increase the area of the filter layer, which increases the filtration performance and allows to reduce the filter dimensions, and also helps to ensure that condensate from the protrusions flows under the influence of surface tension forces into the depressions, which are drained more intensively than from a flat surface of the filter layer.

Предлагаемый фильтр представлен на фиг.1, на фиг.2 вид слева. The proposed filter is presented in figure 1, figure 2 is a left view.

Фильтр содержит опорный слой 1, изготовленный из ВПЯМ и покрытый фильтрующим слоем 2 из спеченного мелкодисперсного порошка. В центре фильтра выполнено отверстие 3. Поверхность опорного слоя 1 выполнена профилированной с чередующимися выступами 4 и впадинами 5 волнистой формы. В рабочем положении фильтр устанавливается так, как показано на чертежах. The filter contains a support layer 1 made of HPLM and coated with a filter layer 2 of sintered fine powder. A hole 3 is made in the center of the filter. The surface of the support layer 1 is profiled with alternating protrusions 4 and cavities 5 of a wavy shape. In the operating position, the filter is installed as shown in the drawings.

Фильтр работает следующим образом. The filter works as follows.

Сжатый воздух, проходя сквозь фильтрующий слой 2, подвергается очистке от аэрозольных примесей. Образовавшийся конденсат из капель воды и масла стекает с выступов 4 во впадины 5 и удаляется с поверхности фильтра под воздействием сил тяжести. При прохождении по опорному слою 1 сжатый воздух дополнительно очищается и подходит к отверстию 3. Отвод воздуха от отверстия 3 может проводиться различными способами, например, с помощью трубки с прорезями. Compressed air passing through the filter layer 2 is cleaned from aerosol impurities. Condensate formed from drops of water and oil flows from the protrusions 4 into the depressions 5 and is removed from the surface of the filter under the influence of gravity. When passing through the support layer 1, the compressed air is additionally cleaned and approaches the hole 3. The air can be removed from the hole 3 in various ways, for example, using a slotted tube.

В качестве опорного слоя фильтра может использоваться ВПЯМ не только из металлов, но и из керамики, что позволяет в последнем случае существенно снизить себестоимость фильтров. As a support layer of the filter, HPLC can be used not only from metals, but also from ceramics, which allows in the latter case to significantly reduce the cost of filters.

Предлагаемый фильтр можно также использовать для очистки газов и жидкостей от содержащихся в них твердых частиц. The proposed filter can also be used to clean gases and liquids from the solids contained in them.

Изобретение поясняется примерами конкретного выполнения. The invention is illustrated by examples of specific performance.

Пример 1. Example 1

В пластине медного ВПЯМ с диаметром пор 0,8 мм и пористостью 93% имеющей диаметр 140 мм и толщину 12 мм, высверливали центральное отверстие диаметром 50 мм. Далее на пластине формировали рельефную поверхность в виде прямолинейных впадин и выступов так, как показано на чертежах. Расстояние между выступами составляло 7 мм, высота выступов и глубина впадин относительно средней линии 1 мм. In a copper HPLC plate with a pore diameter of 0.8 mm and a porosity of 93% having a diameter of 140 mm and a thickness of 12 mm, a central hole was drilled with a diameter of 50 mm. Next, a relief surface was formed on the plate in the form of rectilinear depressions and protrusions as shown in the drawings. The distance between the protrusions was 7 mm, the height of the protrusions and the depth of the depressions relative to the midline of 1 mm.

Наружную поверхность пластины, кроме поверхности центрального отверстия, покрывали шликером пастообразной консистенции, состоящим из медного порошка в водном растворе органического связующего. Вязкость шликера обеспечивала его проникновение в поверхностный слой ВПЯМ на глубину -1 мм. Заготовку сушили при комнатной температуре, а затем проводили ее термообработку в среде водорода при температуре 700^oC.The outer surface of the plate, in addition to the surface of the central hole, was covered with a paste-like slip slip consisting of copper powder in an aqueous solution of an organic binder. The viscosity of the slip ensured its penetration into the surface layer of HPLM to a depth of -1 mm. The preform was dried at room temperature, and then it was heat treated in a hydrogen medium at a temperature of 700 ^o C.

В результате был получен фильтр диаметром 140 мм и толщиной 10 мм с центральным отверстием диаметром 50 мм. Фильтрующий слой имел пористость 80% средний диаметр пор 85 мкм, коэффициент проницаемости К=22•10^-12м².The result was a filter with a diameter of 140 mm and a thickness of 10 mm with a central hole with a diameter of 50 mm. The filter layer had a porosity of 80%, an average pore diameter of 85 μm, a permeability coefficient of K = 22 • 10 ^-12 m ² .

Проведенные испытания фильтра при расходе сжатого воздуха 350 м³/час, давлении 0,5 МПа, температуре 20^oC и при содержании в воздухе аэрозолей воды и масла на уровне 15 г/м³. Результаты испытаний показали, что перепад давления на фильтре составлял 10 кПа, степень извлечения аэрозольных примесей 98% причем пары масла удалялись полностью. Точка росы очищенного воздуха при нормальных условиях -3^oC. Очищенный воздух относится ко второму классу загрязненности согласно ГОСТ 17433-80.The tests of the filter at a flow rate of 350 m ³ / h of compressed air, a pressure of 0.5 MPa, a temperature of 20 ^o C and a water and oil aerosol content of 15 g / m ³ in air. The test results showed that the pressure drop across the filter was 10 kPa, the degree of extraction of aerosol impurities 98% and the oil vapor was completely removed. The dew point of purified air under normal conditions is -3 ^o C. The purified air belongs to the second class of pollution according to GOST 17433-80.

Таким образом, предлагаемый фильтр обладает высокими эксплуатационными характеристиками. Thus, the proposed filter has high performance.

Пример 2. Example 2

В пластине ВПЯМ на основе ультрафарфора с диаметром пор 1 мм и пористостью 90% имеющей диаметр 140 мм и толщину 15 мм, высверливали центральное отверстие диаметром 50 мм. Наружную поверхность пластины, кроме поверхности центрального отверстия, покрывали шликером пастообразной консистенции, состоящим из медного порошка в водном растворе органического связующего. Вязкость шликера обеспечивала его проникновение в поверхностный слой ВПЯМ на глубину -1 мм. Заготовку сушили при комнатной температуре, а затем проводили ее термообработку в среде водорода при температуре 700^oC.A central hole with a diameter of 50 mm was drilled in a HPMP plate based on ultrafarfor with a pore diameter of 1 mm and a porosity of 90% having a diameter of 140 mm and a thickness of 15 mm. The outer surface of the plate, in addition to the surface of the central hole, was covered with a paste-like slip slip consisting of copper powder in an aqueous solution of an organic binder. The viscosity of the slip ensured its penetration into the surface layer of HPLM to a depth of -1 mm. The preform was dried at room temperature, and then it was heat treated in a hydrogen medium at a temperature of 700 ^o C.

В результате был получен фильтр диаметром 140 мм и толщиной 10 мм с центральным отверстием диаметром 50 мм. Фильтрующий слой имел пористость 80% средний диаметр пор 82 мкм, коэффициент проницаемости К=21•10^-12м².The result was a filter with a diameter of 140 mm and a thickness of 10 mm with a central hole with a diameter of 50 mm. The filter layer had a porosity of 80%, an average pore diameter of 82 μm, and a permeability coefficient of K = 21 • 10 ^-12 m ² .

Проведенные исследования показали, что фильтр на основе керамики имеет эксплуатационные характеристики аналогичные фильтру из металла. Studies have shown that a ceramic-based filter has performance characteristics similar to a metal filter.

Claims

The filter, consisting of a support layer made of highly porous permeable cellular material with a mesh-rod structure, and a filter layer of fine powder, characterized in that it is provided with a central hole, and the filter layer is applied over the entire outer surface of the support layer, which has a profile with alternating protrusions and depressions.