Фильтр погружного насоса

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(73) Патентообладатели Черныш Николай Константинович, Гуринович Анатолий Дмитриевич(57) 1. Фильтр погружного насоса, содержащий корпус с входными каналами и патрубком отвода очищенной жидкости, устройство для удаления примесей, отличающийся тем, что входные каналы выполнены в виде спирали Архимеда, расположены на поверхности корпуса, причем выступающая часть последних равна минимальному диаметру скважины, а устройство для удаления примесей выполнено в виде гибких пластин, установленных в корпусе вдоль его продольной оси, на расстоянии друг от друга с радиальным зазором относительно последнего и образующих шлюзовые камеры. Фиг. 1 2. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что входные каналы разделены продольными перегородками, выполненными по спирали Архимеда. 1713 1 3. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что входные каналы разделены поперечными перегородками. 4. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что на периферии первой, со стороны входных каналов, гибкой пластины выполнена перфорация. 5. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что гибкие пластины закреплены с двух сторон на стержне шайбами разного диаметра. 6. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что устройство для удаления примесей сообщено с отстойником,установленным в нижней части корпуса, на противоположной от входных каналов стороне. Изобретение относится к водоснабжению и, в частности, к погружным насосам, размещенным на определенной глубине в скважине и подающим воду на поверхность. Фильтр устанавливается перед насосом и предназначен для защиты рабочих органов насоса от абразивного износа песком, гравием и другими частицами, имеющимися в скважине. Известен фильтр погружного насоса, содержащий корпус с входными каналами и патрубком отвода очищенной жидкости, устройство для удаления примесей (см. рекламный проспект фильтров В-К фирмы АКО ЕРААТО , А). В известном фильтре входные каналы выполнены на корпусе в виде тангенциальных отверстий с отбортовкой этих каналов внутрь корпуса. Устройство для удаления примесей выполнено в виде плоской решетки и плоского эластичного клапана, закрывающего нижнюю часть корпуса. Наличие отбортовок на внутренней стенке корпуса увеличивают шероховатость его поверхности, т.е. гидравлическое сопротивление этой поверхности оказывается высоким. При этом частица примеси, оказавшаяся на внутренней поверхности корпуса,двигаясь вдоль этой поверхности и попадая на следующую отбортовку, получает радиальную составляющую скорости, направленную от стенки и возвращается в поток жидкости. Поток жидкости, попадая на отбортовки,также получает радиальную составляющую скорости, направленную к центру корпуса, т.е. в этом случае происходит уменьшение тангенциальной составляющей скорости потока. Пропорционально квадрату этой скорости уменьшается центробежная сила инерции частиц, а значит, ухудшается эффективное выделение их из потока жидкости. Плоская решетка в устройстве для удаления примесей является спрямляющим аппаратом, где закрутка потока уменьшается до нуля и жидкость в дальнейшем может совершать движение только в осевом (вдоль корпуса) направлении. Уменьшение закрутки потока до нуля приводит к выравниванию давления в радиальном направлении и тем самым исключается образование возвратного течения жидкости с частью примесей (загрязнителя) в направлении к патрубку отвода очищенной жидкости. Недостатком указанного спрямляющего аппарата является то, что тангенциальное торможение жидкости на нем сопровождается возникновением турбулентного режима на кромках решетки, которые жестко фиксированы в пространстве. В результате ухудшается выделение частиц примесей из жидкости и возможен их возврат в поток очищенной жидкости. Клапан, закрывающий нижнюю часть корпуса, является перепускным. Особенность его работы заключается в том, что на этом клапане происходит осаждение и накопление примесей. При определенном количестве примесей под действием их веса и за счет своей эластичности, клапан открывается и происходит отвод примесей в зафильтровое пространство. Естественно, что с примесями перепускается и часть жидкости. Таким образом клапан выполняет несвойственную ему работу (функцию). Прямое назначение данного типа клапана - перепуск незагрязненной жидкости из одной области в другую. Наложение на эту работу дополнительной функции приводит к тому, что при удалении примесей наступает момент, когда сопротивление канала, образованного открытым клапаном окажется ниже, чем сопротивление входных каналов. В результате основная часть жидкости вместе с примесями начинает поступать в фильтр через открытый канал клапана, т.е. фильтр перестает работать как очиститель. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является фильтр погружного насоса, содержащий корпус с входными каналами и патрубком отвода очищенной жидкости, устройство для удаления примесей 1. В известном фильтре входные каналы выполнены на корпусе в виде тангенциальных щелей, продольных относительно корпуса, с отбортовкой края щелей внутрь корпуса. Устройство для удаления примесей выполнено в виде плоской решетки и эластичного трубчатого клапана, закрывающего сужающуюся нижнюю часть корпуса. 1713 1 Наличие отбортовок на внутренней стенке корпуса увеличивают шероховатость его поверхности, т.е. гидравлическое сопротивление этой поверхности велико. Отбортовки возвращают частицы примесей обратно в поток жидкости и уменьшают величину окружной скорости за счет изменения ее направления на отбортовках. Жидкость поступает на входные каналы, двигаясь вне корпуса в скважине, снизу вверх. При переходе через нижний край щели жидкость сразу устремляется вниз и не получает закрутки, т.е. энергия части потока,поступающего на вход, не используется для создания кругового движения жидкости и является потерянной. В этом случае профиль тангенциальной составляющей скорости потока жидкости по высоте щели очень неравномерен. Назначение и недостатки плоской решетки аналогичны рассмотренной выше в фильтре В-К. В известном фильтре клапан выполнен в виде эластичной трубки, свободный конец которой пережат упругой манжетой. При накоплении определенного количества примесей (например, песка) на клапане, последний,за счет своей эластичности и упругих свойств манжеты, раскрывается и выпускает песок с частью жидкости в зафильтровое пространство. В этот момент происходит разгерметизация внутреннего объема корпуса. В результате основная часть жидкости, поступающей во входные каналы, возвращается в скважину через клапан,т.е. производительность фильтра падает. Поскольку осаждение и накопление примесей на клапане сопровождается уплотнением частиц (уменьшается их текучесть), то в некоторые моменты может происходить забивка сужающейся части корпуса и остановка работы фильтра. Таким образом, эффективность очистки жидкости известными фильтрами В-К и -ККА оказывается низкой, поскольку на участке входных каналов, куда жидкость поступает и где получает круговое движение,выделение частиц примесей не происходит. Основная масса примесей выделяется за входными каналами, где закрутка потока уже значительно уменьшилась. Гидравлическое сопротивление известных фильтров также велико, так как выполнение каналов в виде отбортовок внутрь увеличивает шероховатость корпуса. Надежность работы известных фильтров при удалении загрязнителя оказывается низкой по причине принципиальной невозможности обеспечить нормальную работу используемых перепускных клапанов. Перепускной клапан является однофункциональным элементом (перепуск жидкости в одну сторону). В силу этого при удалении примесей он не может одновременно выполнять и функцию регулируемого дросселя, поддерживающего сопротивление образовавшегося канала постоянным, при котором не происходит нарушение режима работы фильтра. Задача изобретения - повышение эффективности очистки, уменьшение гидравлического сопротивления и повышение надежности работы фильтра при удалении примесей. Решение задачи достигается тем, что в известном фильтре, содержащем корпус с входными каналами и патрубком отвода очищенной жидкости, устройство для удаления примесей, входные каналы выполнены в виде спирали Архимеда, расположены на поверхности корпуса, причем выступающая часть последних равна минимальному диаметру скважины, а устройство для удаления примесей выполнено в виде гибких пластин,установленных в корпусе вдоль его продольной оси на расстоянии друг от друга с радиальным зазором относительно последнего и образующих шлюзовые камеры- входные каналы разделены продольными перегородками, выполненными по спирали Архимеда- входные каналы разделены поперечными перегородками- на периферии первой со стороны входных каналов гибкой пластины выполнена перфорация- гибкие пластины закреплены с двух сторон на стержне шайбами разного диаметра- устройство для удаления примесей сообщено с отстойником, установленным в нижней части корпуса, на противоположной от входных каналов стороне. Выполнение входных каналов по спирали Архимеда является оптимальным, с точки зрения энергозатрат,при круговом движении реальной жидкости в поле силы тяжести (движение жидкости в раковине, в ванне,круговорот воды на реке и т.д.). Эта спираль технологически удобна тем, что она хорошо сопрягается с корпусом и, конструктивно, также хорошо апроксимируется дугой окружности. Входные каналы вынесены за пределы корпуса таким образом, чтобы внешней своей частью они находились на окружности минимального диаметраскважины. Это позволяет не увеличить шероховатость внутренней поверхности корпуса, т.е. уменьшается гидравлическое сопротивление фильтра. В фирме АКО ЕРААТО минимальный диаметр скважины только указывается для каждого конкретного фильтра. Но на практике не исключены случаи, когда фильтры устанавливаются в скважине меньшего диаметра чем . При этом не исключены и случаи несоосной установки фильтра по отношению к скважине. Все это увеличивает гидравлическое сопротивление фильтра и приводит к нарушению режима его работы. Предлагаемое выполнение входных каналов исключает эти случаи и обеспечивает работу фильтра в условиях, близких к оптимальным. Для ускорения выделения частиц примесей из потока жидкости при движении ее через входные каналы,последние разделены продольными относительно корпуса перегородками, выполненными по спирали Архи 3 1713 1 меда. Перегородки разделяют жидкость на тонкие слои, из которых быстрее выделяются частицы примесей. Выполнение перегородок по спирали Архимеда обеспечивает параллельность этих перегородок внешним формам входного канала. Чтобы весь поток жидкости, поступающей во входные каналы, участвовал в круговом движении, необходимо равномерное поле тангенциальных скоростей по высоте входных каналов. Это достигается тем, что входные каналы разделены поперечными, относительно корпуса, перегородками, что исключает быстрый поворот жидкости вниз (завал жидкости) при прохождении входных каналов. Не происходит завала жидкости и через нижнюю часть входных каналов, так как при их выполнении в нижней части образуется донышко, своего рода перегородка снизу. Пластинчатый дроссель представляет собой набор гибких пластин, установленных вдоль продольной оси корпуса на расстоянии друг от друга и образующих шлюзовые камеры, которых может быть несколько. Эффект дросселирования достигается за счет того, что пластины установлены с радиальными зазорами относительно внутренней стенки корпуса фильтра. Этот зазор необходим также для прохождения загрязнителя. Частицы примесей, оказавшиеся в нижней части корпуса, осаждаются и накапливаются на пластинах. Под действием весовой нагрузки пластина прогибается и через образовавшийся зазор примеси поступают в шлюзовую камеру, где осаждаются и накапливаются на очередной нижней пластине. При этом верхняя закрывается, а нижняя открывается. В дальнейшем, двигаясь через шлюзовые камеры, примеси поступают на выход из фильтра. Важным является то, что удаление примесей происходит при последовательном открытии и закрытии шлюзовых камер, а это значит, что гидравлическое сопротивление устройства для удаления примесей все время поддерживается постоянным, т.е. исключается нарушение режима работы фильтра, как это возникает при клапанной системе удаления примесей в фильтрах фирмы АКО ЕРААТО. Чтобы плавно, без турбулизации жидкости, тангенциально затормозить поток, поступающий на устройство для удаления примесей, на периферии первой, со стороны входных каналов, пластины выполнена перфорация. Безтурбулентное гашение скорости здесь происходит потому, что, за счет гибкости (податливости) пластины,набегание потока на перфорации происходит под менее острым углом, чем при жесткой неподвижной фиксации пластины. Чтобы обеспечить нужную пространственную ориентацию пластин, работающих под переменным перепадом давления вдоль корпуса, упругость пластин по направлению к входным каналам и от них различна, что достигается закреплением пластин с двух сторон шайбами разного диаметра. По направлению к входным каналам пластины должны быть менее податливы (более упруги), чем в противоположном направлении. Это необходимо для того, чтобы поддерживать радиальные зазоры пластин относительно корпуса постоянными и такими, при которых гидравлическое сопротивление этих зазоров не позволит жидкости двигаться в направлении от нижней части корпуса к входным каналам. Для нормального функционирования, под фильтром в скважине необходим колодец определенной глубины, куда отводятся примеси после фильтра. Когда по разным соображениям колодец выполнить не представляется возможным, то фильтр снабжается отстойником, который установлен в нижней части корпуса в противоположной от входных каналов стороне. В силу того, что нижняя часть фильтра открыта, устройство для удаления примесей сообщается с отстойником. Конструктивных переделок не требуется, поскольку шлюзовые камеры работают в обоих направлениях. Одна часть пластины прогибаясь вниз выгружает примеси в отстойник, вторая часть пластины через зазор или прогибаясь вверх выпускает из отстойника воду, вытесняемую поступающими в отстойник примесями. На фиг.1 представлен общий вид фильтра в разрезе, на фиг.2 - сечение по А-А на фиг.1, на фиг.3 - вид Б на фиг.1, на фиг.4 - общий вид фильтра с отстойником. Фильтр содержит корпус 1 с входными каналами 2 и устройство 3 для удаления загрязнителя. Входные каналы 2 выполнены по форме спирали Архимеда и расположены с внешней стороны корпуса 1 на диаметре(фиг.2.), равном минимальному диаметру скважины. Входные каналы разделены продольными перегородками 4, выполненными по спирали Архимеда и поперечными перегородками 5. Сверху и снизу входные каналы закрыты пластинами 6 и 7. Устройство 3 содержит гибкие пластины 8, 9 выполненные, например, из резины и установленные с радиальными зазорами 10 и 11. Эти пластины установлены на некотором расстоянии друг от друга и образуют шлюзовые камеры 12 и 13. Пластины в устройстве закреплены с двух сторон шайбами 14 и 15 различного диаметра. Это сделано для того, чтобы упругость пластин по направлению к входным каналам и от них была различна. При этом на периферии пластины 8, первой со стороны входных каналов, выполнена перфорация 16. Устройство 3 содержит также пяту 17, собрано на стержне 18 и закреплено в корпусе 1 посредством опорной крестовины 19 и центрирующей крестовины 20 (фиг.1). При необходимости, за последней шлюзовой камерой устанавливается отстойник 21 (фиг.4). Для отвода очищенной жидкости из фильтра служит выходной патрубок 22. Фильтр работает следующим образом. 1713 1 Под действием разряжения, возникающего на входе погружного насоса (на чертеже не показан), загрязненная жидкость через тангенциальные входные каналы 2 поступает внутрь корпуса 1, где она совершает круговое движение. За счет возникающих при этом центробежных сил инерции, из потока жидкости происходит выделение частиц загрязнителя, которые перемещаются к внутренней стенке корпуса 1 и в дальнейшем движутся к устройству 3. Перегородки 4 позволяют ускорить выделение частиц из потока за счет деления его на слои меньшей толщины, т.е. уменьшая путь осаждения частиц. Перегородки 5 и 7 исключают завал жидкости при переходе жидкости через входные каналы 2, способствуют выравниванию поля тангенциальных скоростей по высоте входных каналов. В результате, указанное выполнение входных каналов приводит к тому, что выделение примесей из жидкости начинается в момент ее поступления во входные каналы. Дальнейшее движение потока жидкости характеризуется его поворотом на 180 градусов и движение к выходному патрубку 22. Пята 17 расположена в самой нижней точке этого поворота и исключает захват выделившихся примесей потоком очищенной жидкости. Этому способствуют и перфорации 16 пластины 8, которые безтурбулентно гасят закрутку потока жидкости до нуля. Выделившиеся из потока жидкости примеси через зазор 10 и перфорации 16 поступает в шлюзовую камеру 12 и на следующую пластину 9, где происходит их накопление. При этом часть примесей через зазор 11 может поступать в следующие шлюзовые камеры 13. Накопление примесей на пластине 9 происходит до момента, когда под действием весовой нагрузки и за счет своей упругости пластина прогнется и примеси переместятся с поверхности пластины в нижнюю шлюзовую камеру 13. После удаления примесей, пластина 9 возвращается в исходное положение. После прохождения шлюзовой камеры примеси накапливаются на поверхности очередной пластины 9 и процесс перемещения примесей повторяется до момента их удаления из фильтра в колодец (на чертеже не показан) или в отстойник 21 (фиг.4). Важным здесь является то, что в момент удаления примесей с частью жидкости из фильтра, происходит саморегулирование дросселирующих зазоров 10 и 11 таким образом, что гидравлическое сопротивление в целом устройства 3 при работе фильтра поддерживается постоянным, что исключает нарушение режимов его работы. Выбор материала пластин 9,обеспечивающих необходимую их упругость, величины зазоров 10, 11, 16, размеры шлюзовых камер 12, 13 выбираются опытным путем. По выходному патрубку 22 очищенная жидкость отводится из фильтра. Предлагаемый фильтр выгодно отличается от известного не только меньшими энергозатратами при более высокой эффективности очистки жидкости, но и технологической простотой конструкции. оставитель А.К. Карачун Редактор В.Н. Позняк Корректор Т.Н. Никитина Заказ 2080 Тираж 20 экз. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.