Винахід відноситься до пристроїв для очищення і осушення стисненого повітря і дозволяє підвищити надійність очищення стисненого повітря від водомаслянних аерозолів і туманів, зробити осушку стисненого повітря, підвищити довговічність основного елементу, що фільтрує, знизити матеріаломісткість апарату. Порожнина основного фільтруючого елемента коалесцентного фільтра-осушувача розділена рухомим поршнем з кільцем ущільнювача, манжетою і з перешкоджає вільному переміщенню поршня пружиною малої жорсткості, при цьому основний фільтруючий елемент виконаний з кераміки або металокераміки. Для сепарації рідких забруднювачів встановлені елементи відцентрового фільтра-вологовідділювача: завихритель, дефлектор і відбивач. При подачі стисненого повітря в вхідний канал коалесцентного фільтра-осушувача поршень в залежності від величини тиску і налаштування пружини починає переміщатися в порожнині основного елементу, що фільтрує. Рідкі забруднювачі після коагуляції і конденсації парів стікають до Завихрювачі, пройшовши який крапельна волога стікає вниз уздовж стінки резервуара, а очищене повітря подається до вихідного каналу. 1 з. п. ф-ли, 1 мул.
Винахід відноситься до області пневматичного обладнання, зокрема до пристроїв для очищення і осушення стисненого повітря в пневмоприводами з підвищеними вимогами до чистоти стисненого повітря, і може бути використано в промислових пневматичних лініях підготовки стисненого повітря в різних галузях промисловості.
Метою винаходу є підвищення надійності очищення стисненого повітря від водомасляного аерозолів і туманів, осушення стисненого повітря, підвищення довговічності основного елементу, що фільтрує, зниження матеріаломісткості апарату.
На кресленні зображений загальний вид коалесцентного фільтра-осушувача.
Фільтр містить корпус 1 з вхідним каналом 2 і вихідним каналом 3, резервуар 4 для збору конденсату, виконаний з прозорого матеріалу. Між корпусом 1 і резервуаром 4 поміщена перегородка 5 з кільцем ущільнювача 6, що відокремлюють порожнину неочищеного повітря корпусу від резервуара 4. Соосно корпусу 1 і резервуару 4 розміщена центральна труба 7 з втулкою 6 і кільцем ущільнювача 9, герметично відокремлюють вихідний канал 3 від вхідного каналу 2 . на центральній трубі 7 виявлено поршень 10 з ущільнювальним кільцем 11 і манжетою 12. Під поршнем встановлена пружина малої жорсткості 13. коаксіальним центральній трубі 7 на прокладці 14 встановлений основний фільтруючий елемент 15, виготовлені з дрібнодисперсного металічного порошку або кераміки. Коаксіально основному фільтруючому елементу 15 встановлений допоміжний фільтруючий елемент 16, виготовлений з волокнистого матеріалу. По торцях обидва фільтруючих елемента затиснуті між перегородкою 5 і відцентровим завіхрітелем потоку 17, що розділяє резервуар на дві частини. Місце сполучення завихрителя 17 з центральною трубою 7 ущільнено кільцем 18. Для прикриття входу в центральну трубу 7 в радіальному напрямку встановлений дефлектор 19. Набір деталей 14. 19 закріплений гайкою 20. Нижня частина резервуара 4 відгороджена відбивачем 21. На денці резервуара 4 встановлений конденсатовідвідник 22 .
Коалесцентний фільтр-осушувач працює наступним чином.
Стиснене повітря, поданий в канал 2, впливає на поршень 10, при цьому манжета 12 розтискається по зовнішньому діаметру, розділяючи основний фільтруючий елемент на дві зони: над манжетою - зона очищення, під манжетою - застійна зона. Вільному переміщенню вниз перешкоджає пружина малої жорсткості 13, зусилля якої вибрано таким чином, щоб у всьому діапазоні тисків і швидкостей стисненого повітря, забезпечуваним даними коалесцентним фільтром-осушувачем, швидкість проходу повітря через порові канал фільтруючого елемента лишалася незмінною, якщо сили стисненого повітря виявляється досить, щоб подолати опір пружини 13, поршень 10 починає переміщатися відкриваючи прохід стиснутого повітря через фільтруючий елемент 15. Завдяки пористій структурі фільтр ючої елемента під поршнем 10 також з'являється надлишковий тиск, в результаті чого поршень під час роботи знаходиться в якомусь підвішеному відкритому стані, рівень відкриття знаходиться в прямій залежності від обсягів проходить через фільтруючий елемент стисненого повітря.
Рухомий поршень з пружиною у взаємодії з основним елементом, що фільтрує утворює змінний дросель, що забезпечує певний опір фільтруючого елемента минаючому потоку стисненого повітря, тобто забезпечує сталість швидкості потоку стисненого повітря в паровому каналі фільтрує.
Рух стисненого повітря в коалесцентном фільтрі, при сталому робочому режимі, можна вважати стаціонарним, так як стиснене повітря стаціонарно переходить в коалесцентном фільтрі від одного тиску до іншого без теплового обміну з навколишнім середовищем. Так як рух такого потоку в заявляється коалесцентном фільтрі-осушувачі при проходженні через основний фільтруючий елемент відбувається з заданим опором, забезпечуваним жорсткістю пружини, то реалізується ефект Джоуля-Томсона, що приводить до місцевого зміни температури стисненого повітря на виході з основного фільтруючого елемента. Для повітря (в режимах експлуатації заявляється коалесцентного фільтра-осушувача) характерне зниження температури, в результаті чого відбувається часткова конденсація розчинених в стислому повітрі парів води. Величина зміни температури стисненого повітря при такому розширенні залежить не тільки від його молекулярних властивостей, але і від величини тиску до і після розширення розміру пір основного фільтруючого елемента і т. Д. Експериментально були визначені розміри основного фільтруючого елемента щодо резервуара, в якому він встановлений, його площа в поперечному перерізі склала 30% від площі внутрішнього поперечного перерізу резервуара.
Експериментальним шляхом було визначено оптимальне зусилля стиснення пружини рухомого поршня, що забезпечує падіння тиску на основному фильтрующем елементі 0,03-0,04 МПа, необхідна абсолютна тонкість фільтрації основного елементу, що фільтрує, складова 2-4 мкм, обумовлена молекулярними властивостями повітря і енергетичними затратами (тонкість фільтрації 2-4 мкм забезпечує проскок через фільтруючий елемент частинок розміром до 3 мкм, порівнянних з довжиною вільного пробігу молекул повітря (до 2 мкм), т. е. в порових каналах при це м забезпечуються ще досить великі сили взаємодії між молекулами.
Зниження тонкощі фільтрації нижче цієї межі не призводить до значного збільшення ефекту очищення, але збільшує втрати тиску на фільтруючому елементі.
У зв'язку з виникненням теплового градієнта і перерозподілом енергії в порових каналах основного фільтруючого елемента при досить великих силах взаємодії між молекулами повітря коагуляція водомасляного аерозолів і туманів стала проходити за наступними механізмам: Теплова коагуляція (відмінна від броунівського теплової коагуляції), обумовлена наявністю теплового градієнта, що забезпечує спрямований рух частинок, яке, як і процес коагуляції, сприяє осадженню часток і мало залежить від природи аерозолю.
Градиентная коагуляція, обумовлена наявністю поперечного градієнта швидкості стисненого повітря в потоці.
Турбулентна коагуляція, обумовлена турбулентними пульсаціями потоку стисненого повітря, так як потік стисненого повітря при вході в фільтруючий елемент різко змінює свій напрямок, то турбулентне перемішування його відбувається повніше, а значить і повніше проявляється турбулентна коагуляція.
Всі ці механізми проявляються тим активніше, чим вище швидкість проходження стисненого повітря через порові канал фільтрує. Подібних умов неможливо домогтися в волокнистих фільтрах, що пов'язано з їх обмеженою міцністю і зі структурою.
За допомогою ефекту Джоуля-Томсона вдалося виділити пари води, розчинені в стислому повітрі, до точки роси, більш ніж на 10 о С нижче температури стисненого повітря в системі. Виниклі при цьому механізми коагуляції дозволили проводити високоефективну очистку стисненого повітря від водомасляного аерозолів і туманів. Збільшення швидкості в поровом каналі основного фільтруючого елемента відбувається до підвищення ефективності коалесцентного фільтра-осушувача за всіма параметрами. Зі збільшенням тривалості експлуатації ефективність запропонованого коалесцентного фільтра-осушувача зростає в зв'язку з деяким зменшенням діаметра пір через їх запилення і відповідним збільшенням швидкості в поровом каналі фільтрує.
Циклічні коливання величини витрати стисненого повітря призводять до циклічного коливання поршня в фільтруючому елементі, що сприяє струшування вниз налиплого на стінки фільтруючого елемента автослоя з твердих частинок.
Далі, пройшовши основний фільтруючий елемент 15, в порових каналах якого відбувається коагуляція аерозольних часток за вказаними механізмам, а на виході елементу, що фільтрує конденсація парів води з стисненого повітря (значного зворотного переходу води в пароподібний стан не відбувається), стиснене повітря з укрупненими рідкими забруднювачами потрапляє на макро- і откритопорістую фільтруючий елемент 16, де відбувається гасіння швидкості укрупнених рідких частинок, які, затримуючись на фільтруючому елементі 16 у міру його насичення, ст кают до Завихрювачі 17, в той час як стиснене повітря через фільтруючий елемент 16 проходить безперешкодно і також рухається до Завихрювачі 17. Пройшовши завихритель 17, стиснене повітря набуває обертальний рух. Обертаючись, стиснене повітря, що містить укрупнені забруднювачі, під дією осьової швидкості рухається вниз по стінці резервуара 4 для збору конденсату. Завдяки переходу частини стисненого повітря з зовнішніх шарів у внутрішні, що відбувається в результаті радіального руху частинок стисненого повітря, спрямованого в основному від периферії до центру, потік стисненого повітря починає виходити через центральний отвір труби 7 і далі надходить в канал 3 для виходу стисненого повітря, при цьому крапельна волога, що міститься в стислому повітрі, рівномірно розтікається по периметру стінки резервуара 4 і під дією відцентрових сил продовжує безвідривне обертальний і поступальний рух уздовж з Тенков резервуара 4 в застійну зону, утворену відбивачем 21, звідки періодично видаляється конденсатовідвідників 22.
Наявність високоефективного завихрителя 17 сприяє більш повному видаленню крапельної вологи з стисненого повітря, ніж при звичайних способах видалення вологи з коалесцентних фільтрів, при цьому ефективність влагоотделения не залежить від швидкості проходить потоку і від концентрації вологи. Дефлектор 19 служить для запобігання від випадкового попадання крапельної вологи в центральний отвір труби 7 в момент подачі стисненого повітря в коалесцентний фільтр-осушувач.
При припиненні подачі стисненого повітря манжета 12 стискається під дією залишкового надлишкового тиску, а пружина 13 повертає поршень 10 в початковий стан. При повторенні циклу розтискати по зовнішньому діаметру манжета при русі поршня 10 вниз счищает налиплі тверді забруднювачі на основний фільтруючий елемент, які обсипаються вниз.
У порівнянні з прототипом пропонований коалесцентний фільтр-осушувач дозволяє підвищити надійність очищення стисненого повітря від водомасляного аерозолів і туманів за рахунок усунення залежності ефективності очищення від швидкості проходить потоку і за рахунок більш якісного видалення рідких забруднювачів, виділених основним елементом, що фільтрує, відцентровим завіхрітелем в широкому діапазоні їх концентрацій; провести осушення стисненого повітря за рахунок забезпечення ефекту Джоуля-Томсона на основному фильтрующем елементі, що приводить до місцевого зниження температури і конденсації пари; підвищити довговічність основного фільтруючого елемента за рахунок використання регенерованого з необмеженою водомаслоемкостью керамічного або металокерамічного фільтруючого елемента, знизити матеріаломісткість апарату за рахунок використання регенерованого фільтруючого елемента з кераміки або металокераміки, знизити матеріальні витрати при підготовці стисненого повітря до коалесцентной очищенні завдяки усуненню необхідності якісного очищення повітря перед коалесцентной очищенням, що може дати економію в народно господарстві при експлуатації запропонованого коалесцентного фільтра-осушувача в промислових пневматичних лініях. (56) Патент ФPГN 2118707, кл. У 01 D 49/00, 1973.
1. КОАЛЕСЦЕНТНИЙ Фільтри- осушувачі. содеpжащих коpпус з вхідним каналом, послідовно гідравлічну пов'язаним чеpез коаксиально pасположенного основний, допоміжний фильтpов елементи і центpальную трубу з вихідним каналом, pезеpвуаp для сбоpа конденсату, конденсатовідвідник, що відрізняється тим, що, з метою підвищення надійності очищення стисненого повітря від водомасляного аеpозолей і туманів, осушення стисненого повітря, підвищення довговічності основного фильтpов елемента, зниження матеpіалоемкості, він забезпечений розташованої в порожнині між основним фильтpов елементом і ц нтpальной трубу поpшнем, встановленим з можливістю пеpемещения, і з'єднаної з ним пpужіной, основний фильтpов елемент виконаний з кеpамікі або металлокеpамікі.
2. фильтpов-осушувач по п. 1, який відрізняється тим, що він забезпечений встановленими на шляху руху потоку від допоміжного фильтpов елемента до входу в центpальную трубу завіхpітелем, дефлектоpом, отpажателем.