Дренажно-распределительное устройство

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(72) Авторы Александров Валерий Михайлович Лобачев Виктор Алексеевич Бадыкин Анатолий Анатольевич Колодкин Виталий Федорович Куденок Ирина Валентиновна Иневаткин Юрий Леонидович Оксинь Александр Васильевич Хаютина Евгения Семеновна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(57) Дренажно-распределительное устройство, содержащее выходной патрубок с закрепленными на нем коллекторами, снабженными лучевыми трубами и расположенными на них на расстоянии друг от друга фильтроэлементами, отличающееся тем, что фильтроэлементы располагаются вдоль лучевых труб в шахматном порядке под углом 4045 к оси выходного патрубка и представляют собой щелевую конструкцию с формой сечения щели в виде равнобедренной трапеции, причем размер щели с наружной стороны фильтроэлемента составляет 0,50,7 Дч., где Дч. - минимальный размер частиц материала засыпки, а отношение размера щели с наружной (1) и внутренней (2) сторон фильтроэлемента составляет 0,60,8.(56) 1. Патент РФ 2169035, МПК 0127/00,01 29/11, 2001. 2. Патент РБ 7380, МПК 01 24/38, 2011. 3. Патент РФ 2375098, МПК 01 24/38, 2009. 4. Патент РБ 6886, МПК 01 24/00, 2010. Заявляемая полезная модель относится к области очистки жидкостей путем ее фильтрации через насыпные материалы и может быть использована для всех типов фильтров систем химической водоподготовки на тепловых станциях и промышленных предприятиях. Известно дренажно-распределительное устройство, содержащее коллектор в виде перфорированной трубы, размещенные на обеих сторонах каркаса муфты и пористую гильзу, выполненную пневмоэкструзией и охватывающую наружную поверхность перфорированной трубы, причем пористая гильза изготовлена из многослойного волокнистого материала 1. Недостатком данного решения является сложность конструкции, высокая трудоемкость изготовления. Известно также дренажно-распределительное устройство, содержащее выходной патрубок с закрепленными на нем коллекторами, снабженными лучевыми трубами, выполненными из пористого проницаемого материала, состоящего из дискретных металлических частиц в виде порошка и волокон, соединенных друг с другом металлическими контактами 2. Недостатком данного решения является сложность, высокая трудоемкость изготовления и процент брака, что обусловлено использованием для изготовления лучей различного рода дискретных частиц, существенно отличающихся своими технологическими характеристиками (формуемость, уплотняемость) и что еще более существенно температурой спекания. Известно дренажно-распределительное устройство, содержащее выходной патрубок с закрепленными на нем коллекторами, снабженными перфорированными трубами с расположенными на них фильтроэлементами (ФЭ), представляющими собой сварную конструкцию из профилированной проволоки различного сечения или профилированной ленты. Процесс фильтрации в предлагаемой конструкции осуществляется через щели, представляющие собой зазоры между отдельными витками проволоки или ленты, закрепленными на несущих и крепежных элементах конструкции с помощью сварных соединений 3. Недостатком данного решения является сложность конструкции фильтрующего элемента, что обусловлено высокой трудоемкостью и стоимостью его изготовления, а также необходимостью применения уникального и дорогостоящего сварочного и прокатного оборудования. К недостаткам может быть отнесено также и то, что сварные соединения конструкции при эксплуатации в агрессивных средах подвергаются активному коррозионному воздействию, особенно в зоне сварки, что обусловлено выгоранием легирующих элементов при нагреве, соответственно увеличением размера щелей и расхода засыпки из ионообменных смол, используемых в технологии хиводоподготовки. Наиболее близким является дренажно-распределительное устройство, содержащее выходной патрубок с закрепленными на нем коллекторами, снабженными перфорированными трубами и съемными колпачковыми фильтрующими элементами из дискретных металлических частиц различной дисперсности, причем пористость по толщине фильтрующего элемента плавно возрастает в направлении от его наружной к внутренней поверхности 4. Данное решение принято за прототип. Недостатком прототипа является сложность, высокая трудоемкость изготовления, что обусловлено необходимостью применения уникального и дорогостоящего прессового и печного оборудования. 2 87702012.12.30 К недостаткам прототипа следует также отнести низкий коэффициент использования насыпных материалов, заполняющих емкость фильтра. Традиционно в качестве засыпок используются дорогие ионообменные смолы. Низкие значения коэффициента использования смолы в фильтрах, использующих в качестве дренажной системы прототип, объясняется следующим. По мере эксплуатации состав ионообменных смол изменяется (истощается), что требует проведения их периодической регенерации. В режиме регенерации засыпки жидкие реагенты подаются через дренажно-распределительное устройство в емкость фильтра снизу вверх, восстанавливая и одновременно взрыхляя засыпку. Периодически проводимая регенерация за счет взрыхления активизирует ионообменные смолы и ионообменные процессы. Эффективность взрыхления, как показали результаты проведенных исследований, в значительной степени определяется конструкцией дренажно-распределительного устройства и непосредственно конструкцией, технологией получения и гидродинамическими характеристиками фильтроэлементов, комплектующих его. Высокие значения гидравлического сопротивления фильтроэлементов из дискретных материалов с учетом схемы их расположения в донной части фильтра снижают эффективность протекания ионообменных процессов и коэффициент полезного действия фильтра в целом. К недостаткам известного устройства относится и то, что пористые материалы из дискретных частиц характеризуются высокими значениями коэффициента извилистости пор,представляющим отношение длины пор к толщине пористого материала. Его величина, в зависимости от пористости, изменяется в широких пределах, достигая значений 1,41,5. На основании вышеизложенного прототип характеризуется низким ресурсом работы, а также необходимостью его периодической регенерации в результате кальмотации (засорения порового пространства различного рода частицами, находящимися в воде, включая частицы ионообменных смол размером меньше размера пор фильтроэлемента). Задачей полезной модели является упрощение конструкции устройства, снижение трудоемкости изготовления, повышение эксплуатационных характеристик, в том числе ресурса работы и коэффициента использования материала засыпки. Задача достигается тем, что дренажно-распределительное устройство содержит выходной патрубок с закрепленными на нем коллекторами, снабженными лучевыми трубами с расположенными на них на расстоянии друг от друга фильтроэлементами, причем последние располагаются вдоль лучевых труб в шахматном порядке под углом 4045 к оси выходного патрубка и представляют собой щелевую конструкцию с формой сечения щели в виде равнобедренной трапеции, причем размер щели с наружной стороны фильтроэлемента составляет 0,50,7 Дч., где Дч. - минимальный размер частиц материала засыпки, а отношение размера щели с наружной (1) и внутренней (2) сторон фильтроэлемента составляет 0,60,8. Полезная модель поясняется графическими материалами, где фиг. 1 - фрагмент дренажно-распределительного устройства фиг. 2 - поперечный разрез щелевого фильтроэлемента. Дренажно-распределительное устройство (фиг. 1) содержит выходной патрубок 1 с закрепленными на нем коллекторами 2 и снабженными лучевыми трубами 3, на которых установлены фильтроэлементы 4 на штуцерах 5. Фильтроэлементы 4 располагаются на лучевых трубах 3 в шахматном порядке под углом 4045 к оси выходного патрубка 1. Конструктивно фильтроэлементы выполнены, например, в виде цилиндров со щелями 6 на боковой и донной части поверхности фильтроэлемента. В сечении щель представляет собой равнобедренную трапецию (фиг. 2), причем размер щели с наружной стороны фильтроэлемента составляет 0,50,7 Дч., где Дч. - минимальный размер частиц материала засыпки, а соотношение размера щели с наружной 1 и внутренней 2 сторон фильтроэлемента составляет 0,60,8. 87702012.12.30 В результате того что фильтроэлементы 4 расположены под углом 4045 по отношению к оси выходного патрубка 1, потоки фильтруемой жидкости, изменяя направление движения (в прямом и обратном направлении), приводят к интенсивному взрыхлению материала засыпки в объеме фильтра. Интенсивное перемешивание реагентов в процессе эксплуатации позволяет повысить производительность фильтра и коэффициент использования засыпки. В случае уменьшения или увеличения угла установки фильтроэлементов 4 сверх экспериментально установленных пределов (4045) снижается коэффициент, характеризующий эффективность перемешивания и эффективность использования засыпки фильтра. Устройство работает следующим образом жидкость после прохождения засыпки фильтра дренируется через щели 6 фильтроэлемента 4 и через штуцер 5 поступает в полость лучевых труб 3. За счет эффекта дренажа, связанного с увеличение размера (ширины) щелей от наружной к внутренней стороне стенки фильтроэлемента, уменьшается гидродинамическое сопротивление движение потоку жидкости в прямом (стационарном) направлении. При этом частицы засыпки, соизмеримые с размером щели и попадающие в нее, не удерживаются в щелях, а уносятся с потоком жидкости и тем самым не увеличивают гидродинамическое сопротивление фильтра в целом (исключается эффект кальмотации). При регенерации фильтра поток жидкости подается под давлением в обратном направлении, при этом заявляемая форма щели обеспечивает высокие турбулентные и ламинарные характеристики потока жидкости в направлении снизу вверх и тем самым устойчивую регенерацию засыпки и эффективность работы фильтра в целом. В результате все щели промываются равномерно, а следовательно, и равномерно регенирируется засыпка, что обеспечивает повышение коэффициента эффективности работы фильтра. Дренажно-распределительное устройство может быть изготовлено с использованием известного технологического оборудования. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4