RU2170605C1

RU2170605C1 - Filter element

Info

Publication number: RU2170605C1
Application number: RU99123885A
Authority: RU
Inventors: М.Я. Алферов
Original assignee: Алферов Михаил Ярославович
Priority date: 1999-11-11
Filing date: 1999-11-11
Publication date: 2001-07-20

Abstract

FIELD: filtration of liquids and gases, applicable for fine cleaning of liquids or gases. SUBSTANCE: the filter element has a stiff perforated framework with a nonwoven ribbon of polymeric fibers with an overlap of the adjacent wraps, making up 1 to 50% of the ribbon width, placed on a spiral path on its surface. The fibers in the ribbon are fastened to one another in the points of contact by autohesion gluing, the quantity of fastened fibers decreases from the center to the periphery. EFFECT: enhanced reliability in operation. 2 dwg

Description

Изобретение относится к технике фильтрования жидкостей и газов, в частности к фильтровальным элементам из полимерных волокон, используемых в технических устройствах очистки жидкостей и газов от механических частиц, и может использовано в различных отраслях промышленности, где необходима тонкая очистка жидкостей и газов. The invention relates to a technique for filtering liquids and gases, in particular to filter elements made of polymer fibers used in technical devices for cleaning liquids and gases from mechanical particles, and can be used in various industries where fine purification of liquids and gases is necessary.

Известный уровень техники. The prior art.

При промышленном использовании фильтровальных элементов основные требования к конструкции сводятся к следующему:
- фильтровальные элементы должны обеспечивать высокую эффективность очистки и иметь небольшое значение гидравлическое сопротивление;
- обеспечивать надежность фильтрования за счет уменьшающейся в радиальном направлении пористости фильтровального материала.In the industrial use of filter elements, the main design requirements are as follows:
- filter elements should provide high cleaning efficiency and have a small hydraulic resistance;
- to ensure the reliability of the filter due to decreasing in the radial direction of the porosity of the filter material.

Таким образом, проблема эффективности очистки и надежности элемента, может быть решена путем улучшения конструкции фильтровального материала, входящего в фильтровальный элемент. Thus, the problem of cleaning efficiency and reliability of the element can be solved by improving the design of the filter material included in the filter element.

Известен нетканый волокнистый фильтр, состоящий из концентрично расположенных цилиндрических слоев хаотически уложенных волокон синтетического полимерного материала, в котором с целью улучшения эксплуатационных свойств фильтра его плотность составляет от 5 до 50% от плотности полимерного материала, при этом отклонение по плотности между двумя любыми точками по толщине фильтра составляет по крайней мере 10%, причем плотность уменьшается от внутреннего слоя к наружному (патент США N 3904798 по кл. МКИ 39/16, класс НКИ 428/36). Known non-woven fiber filter, consisting of concentrically arranged cylindrical layers of randomly laid fibers of a synthetic polymer material, in which, in order to improve the operational properties of the filter, its density is from 5 to 50% of the density of the polymer material, while the density deviation between any two points in thickness filter is at least 10%, and the density decreases from the inner layer to the outer (US patent N 3904798 according to class MKI 39/16, class NCI 428/36).

Недостатками известного устройства является повышенное гидравлическое сопротивление фильтра, обусловленное тем, что для поддержания самосвязанной структуры плотность внутреннего слоя необходимо поддерживать на уровне 50%, что снижает производительность фильтра и повышает его гидравлическое сопротивление. The disadvantages of the known device is the increased hydraulic resistance of the filter, due to the fact that in order to maintain a self-connected structure, the density of the inner layer must be maintained at 50%, which reduces the filter performance and increases its hydraulic resistance.

Известен также фильтрующий элемент, содержащий перфорированный каркас с послойно намотанной нитью, которая выполнена гофрированной из полипропилена и уложена с переменной плотностью, уменьшающейся к периферии фильтрующего элемента (А.с. СССР 971434 по кл. B 01 D 39/16). Also known is a filter element containing a perforated frame with layer-wound thread, which is made of polypropylene corrugated and laid with a variable density, decreasing to the periphery of the filter element (AS USSR 971434 according to class B 01 D 39/16).

Недостатком известного технического решения является невысокая эффективность фильтрования, обусловленная тем, что нить в местах контакта не закреплена, вследствие чего при эксплуатации фильтрующего элемента при движении пульсирующего потока происходит сброс накопившегося осадка в фильтрат. Кроме того, слои не закреплены между собой, что также приводит к расслаиванию между витками и каналированию части фильтруемой жидкости без очистки от твердых частиц. A disadvantage of the known technical solution is the low filtration efficiency, due to the fact that the thread at the contact points is not fixed, as a result of which, during operation of the filter element when the pulsating flow moves, the accumulated sediment is discharged into the filtrate. In addition, the layers are not fixed to each other, which also leads to delamination between the turns and channeling of the part of the filtered fluid without purification from solid particles.

Известен также фильтровальный элемент, содержащий перфорированную трубу и размещенный на ней фильтрующий элемент с переменной пористостью в радиальном направлении, в котором фильтрующий элемент выполнен в виде ленты с радиально направленными волокнами, закрепленными на основе, которая размещена по спирали. (А.с. СССР N 1341802, кл. B 01 D 27/00, 1996). Also known is a filter element containing a perforated pipe and a filter element with a variable porosity in the radial direction placed on it, in which the filter element is made in the form of a tape with radially directed fibers fixed on a base that is arranged in a spiral. (A.S. USSR N 1341802, class B 01 D 27/00, 1996).

Недостатками известного технического решения, принятого за прототип, является уменьшение эффективности при фильтровании пульсирующего потока жидкости, обусловленное тем, что вследствие радиального расположения волокон и их незакрепленности происходит расслаивание фильтровального материала и попадание твердых частиц в фильтрат. Кроме того, по мере попадания частиц между волокнами происходит увеличение пористости, что снижает тонкость фильтрования и надежность, а также уменьшает эффект глубинного фильтрования, при котором твердые частицы большого размера должны задерживаться верхними слоями элемента, а более мелкие по размеру - внутренними, т.е. глубинными слоями. The disadvantages of the known technical solution adopted for the prototype is the decrease in efficiency when filtering a pulsating fluid flow, due to the fact that due to the radial arrangement of the fibers and their looseness, the filter material is delaminated and solid particles enter the filtrate. In addition, as particles enter between the fibers, an increase in porosity occurs, which reduces the filtering fineness and reliability, and also reduces the effect of depth filtering, in which large solid particles must be retained by the upper layers of the element, and smaller ones by internal layers, i.e. . deep layers.

Цель изобретения - повышение эффективности фильтрования и повышение надежности. The purpose of the invention is to increase filtering efficiency and reliability.

Поставленная цель достигается тем, что в фильтровальном элементе согласно изобретению нетканая лента в каждом слое уложена по спирали с перекрытием смежных витков, а полимерные волокна в ленте расположены параллельно поверхности каркаса и скреплены между собой в точках контакта аутогезионной склейкой, причем перекрытие смежных витков составляет от 1 до 50% ширины ленты, а количество волокон, скрепленных аутогезионной склейкой, уменьшается от центра к периферии. This goal is achieved by the fact that in the filter element according to the invention, the non-woven tape in each layer is laid in a spiral with overlapping adjacent coils, and the polymer fibers in the tape are parallel to the surface of the frame and bonded to each other at the contact points by autogyching gluing, and the overlapping of adjacent coils is from 1 up to 50% of the width of the tape, and the number of fibers bonded by auto-adhesion bonding decreases from the center to the periphery.

Применение в конструкции нового существенного признака, заключающегося в том, что нетканая лента в каждом слое уложена по спирали с перекрытием смежных витков, увеличивает фильтрующую поверхность, увеличивает захватывающую способность элемента, что обеспечивает повышение эффективности и надежности фильтрования. В отличие от прототипа укладка ленты с перекрытием смежных витков препятствует расслоению слоев в фильтровальном элементе, что также повышает надежность фильтрования. The use of a new significant feature in the design, namely, that the non-woven tape in each layer is laid in a spiral with overlapping adjacent turns, increases the filtering surface, increases the gripping ability of the element, which ensures increased filtering efficiency and reliability. Unlike the prototype, the laying of the tape with the overlapping of adjacent turns prevents the separation of layers in the filter element, which also increases the reliability of the filter.

Укладка фильтрующего материала в виде ленты по спирали с перекрытием смежных витков позволяет исключить образование ромбовидных ячеек при перекрестном расположении материала и повысить надежность фильтрования. При этом перекрытие смежных витков позволяет исключить случайное каналирование жидкостей в стыке между витками, что увеличивает надежность очистки жидкостей. Laying the filter material in the form of a tape in a spiral with overlapping adjacent turns allows to exclude the formation of diamond-shaped cells in the cross-location of the material and to increase the reliability of the filter. Moreover, the overlapping of adjacent turns allows to exclude accidental channeling of liquids in the joint between the turns, which increases the reliability of cleaning liquids.

Второй существенный признак, заключающийся в расположении полимерных волокон параллельно поверхности каркаса, обеспечивает в предложенном техническом решении наименьшую парусность и гидравлическое сопротивление. Кроме того, способствует наибольшей укладке волокон в ленте, что повышает эффективность фильтрования за счет увеличения площади контакта. The second essential feature, which consists in the arrangement of polymer fibers parallel to the surface of the frame, provides the least technical windage and hydraulic resistance in the proposed technical solution. In addition, it contributes to the greatest laying of fibers in the tape, which increases the filtering efficiency by increasing the contact area.

Третий существенный признак, заключающийся в том, что полимерные волокна скреплены между собой в точках контакта аутогезионной склейкой, позволяет закрепить волокна в большом количестве как внутри ленты, так и при контакте соседних слоев. Большое количество волокон закрепляется подобным образом для предотвращения расслаивания, что создает самосвязанную цилиндрическую конструкцию и исключает каналирование жидкости при фильтровании. The third significant feature, namely, that the polymer fibers are bonded to each other at the contact points by auto-adhesion bonding, allows the fibers to be fixed in large quantities both inside the tape and upon contact of adjacent layers. A large number of fibers are fixed in a similar manner to prevent delamination, which creates a self-connected cylindrical structure and eliminates channeling of the liquid during filtration.

Выполнение фильтровального элемента, в котором перекрытие смежных витков составляет менее 1% от ширины ленты фильтровального материала, увеличивает вероятность проскока в межвитковом пространстве, а осуществление перекрытия более 50% увеличивает плотность фильтровального элемента и снижает его производительность. Поэтому оптимальной является конструкция фильтроэлемента, в котором перекрытие смежных витков составляет от 1% до 50% ширины ленты фильтрующего материала. The implementation of the filter element, in which the overlap of adjacent turns is less than 1% of the width of the tape of the filter material, increases the likelihood of a breakthrough in the inter-turn space, and the implementation of the overlap of more than 50% increases the density of the filter element and reduces its performance. Therefore, the design of the filter element is optimal, in which the overlap of adjacent turns is from 1% to 50% of the width of the ribbon of filter material.

Наличие признака, заключающегося в том, что количество волокон, скрепленных аутогезионной склейкой, уменьшается от центра к периферии, придает конструкции эффект глубинного фильтрования, при котором плотность элемента уменьшается от центра к периферии и при этом крупные частицы при фильтровании осаждаются в верхних слоях; а более мелкие частицы - во внутренних, глубинных слоях элемента, чем обеспечивается высокая эффективность фильтрования. The presence of the feature that the number of fibers bonded by auto-adhesion bonding decreases from the center to the periphery gives the design an in-depth filtering effect in which the density of the element decreases from the center to the periphery and large particles are deposited in the upper layers during filtering; and smaller particles - in the inner, deep layers of the element, which ensures high filtering efficiency.

Таким образом, наличие новых существенных признаков в предложенном техническом решении, позволяющих решить проблему повышения эффективности и надежности, свидетельствует о соответствии критерию новизны. Thus, the presence of new significant features in the proposed technical solution, allowing to solve the problem of increasing efficiency and reliability, indicates compliance with the novelty criterion.

Представленное техническое решение поясняется чертежами, где на фиг. 1, 2 представлен поперечный разрез и вид фильтрозлемента сверху. The presented technical solution is illustrated by drawings, where in FIG. 1, 2 shows a cross section and a top view of a filter element.

Устройство содержит жесткий перфорированный каркас 1, на поверхности которого концентрично расположены слои фильтрующего материала 3, выполненного в виде нетканой ленты. Нетканый материал уложен в слои по спирали с перекрытием 4 смежных витков, причем перекрытие составляет от 1 до 50% от ширины ленты. Полимерные волокна как в самой ленте, так и между слоями 2 скреплены между собой в точках контакта аутогезионной склейкой. При этом количество волокон, скрепленных аутогезионной склейкой, уменьшается от центра к периферии фильтровального элемента. The device contains a rigid perforated frame 1, on the surface of which concentrically arranged layers of filter material 3, made in the form of a non-woven tape. Non-woven material is laid in layers in a spiral with overlapping 4 adjacent turns, and the overlap is from 1 to 50% of the width of the tape. The polymer fibers both in the tape itself and between the layers 2 are bonded to each other at the contact points by auto-adhesion bonding. In this case, the number of fibers bonded by auto-adhesion bonding decreases from the center to the periphery of the filter element.

Фильтровальный элемент работает следующим образом. The filter element operates as follows.

Загрязненная твердыми частицами жидкость подается к внешней поверхности фильтрующего элемента, далее через фильтрующие слои жидкость поступает к внутреннему перфорированному каркасу. Твердые частицы осаждаются в фильтрующих слоях, причем в верхних слоях осаждаются крупные твердые частицы, а во внутренних - более мелкие по размеру. В связи с тем, что фильтрующий материал выполнен в виде нетканой ленты и уложен в слои по спирали с перекрытием смежных витков, исключается возможность расслоения материала и каналирование жидкости в межвитковом пространстве, чем обеспечивается высокая эффективность фильтрования. Кроме того, фильтруемая жидкость, проходя через полимерные волокна, неспособна "раздвинуть" волокна, так как они закреплены в точках контакта аутогезионной склейкой. The liquid contaminated with solid particles is supplied to the outer surface of the filter element, then through the filter layers the liquid enters the inner perforated frame. Solid particles are deposited in the filter layers, with large solid particles being deposited in the upper layers, and smaller ones in the inner ones. Due to the fact that the filter material is made in the form of a non-woven tape and laid in layers in a spiral with overlapping adjacent turns, the possibility of delamination of the material and channeling of the liquid in the inter-turn space is excluded, which ensures high filtering efficiency. In addition, the filtered fluid, passing through the polymer fibers, is unable to “push apart” the fibers, since they are fixed at the contact points by auto-adhesion bonding.

Таким образом, выполнение устройства по вышеописанному образу доказывает очевидную работоспособность и соответствует критерию "промышленная применимость". Thus, the implementation of the device according to the above image proves the obvious performance and meets the criterion of "industrial applicability".

Claims

A filter element containing a rigid perforated frame, on the surface of which a filter material in the form of a non-woven tape made of polymer fibers is laid in a spiral fashion, characterized in that the tape is laid in a spiral with overlapping adjacent coils of 1-50% of the tape width and the fiber in the tape are bonded to each other at the contact points by auto-adhesion gluing, while the number of bonded fibers is made decreasing from the center to the periphery.