Фильтр для фильтрования газообразных и жидких сред

Фильтр для фильтрования газообразных и жидких сред

Реферат

 

Использование: для фильтрования жидких и газообразных сред, в частности, масляного фильтра для двигателей внутреннего сгорания. Сущность: предусмотрен корпус с расположенной в нем прокладкой из пористого, деформирующегося материала, например, из рулона всасывающей бумаги. Во избежание деформации этой прокладки, а, следовательно, свободного прохождения среды через прокладку, предусмотрена установка стабилизирующих элементов, например, стабилизирующих стержней, позволяющих фиксировать форму и положение прокладки в корпусе фильтра. 8 з.п.ф-лы, 10 ил.

Изобретение касается фильтра для фильтрования газообразных и жидких сред, в частности масляного фильтра для двигателей внутреннего сгорания.

Из патента [1] известен такого рода фильтр, в котором прокладка представляет собой рулон всасывающей бумаги, надетый на центральный сердечник. Известный фильтр может применяться в качестве масляного фильтра для двигателя внутреннего сгорания. Подобные масляные фильтры работают как фильтры тонкой очистки и могут устанавливаться, например, в дополнительной струе масляного потока, т.е. наряду с уже имеющимися масляным фильтром. При таком тонком фильтровании масло практически не меняется, а добавляется только расходуемое количество. В любом случае существенно возрастает период эксплуатации.

В известных конструкциях фильтров жидкость проходит через прокладку бумажного фильтра между входным и выходным отверстиями по принципу противотока. Известны также другие принципы работы фильтров, например фильтр, работающий по принципу радиального потока в соответствии с патентом [2] или в прямоточном режиме, например бензиновый фильтр в соответствии с [3] когда топливо проходит по оси намотки фильтровальной прокладки. Фильтр включает корпус с выходом фильтруемой среды и выходом очищенных сред, фильтровальную прокладку из деформирующегося материала, удерживаемую и фиксируемую в корпусе фильтра посредством стабилизирующих элементов. Проблемой таких фильтров, в которых фильтровальные прокладки изготавливаются из всасывающей бумаги в виде мотка или отдельных слоев или соответственно из другого пористого губчатого материала, не подверженного деформации, состоит в том, что прокладка фильтра должна противостоять давлению проходящей через нее жидкости. В частности, в случае работы с вязкими жидкостями, например, смазочными маслами, приходится сталкиваться с таким явлением, как забивка прокладки фильтра отфильтрованными осадками и различного рода загрязнениями, вследствие чего сопротивление потоку возрастает настолько, что поры фильтровального материала становятся забитыми и непроходимыми. Когда фильтрующие прокладки выполнены с намоткой всасывающей бумаги, прокладки могут забиваться на 30% и более. Вследствие деформации срок службы таких прокладок ограничивается. Для традиционных масляных фильтров для двигателей внутреннего сгорания автомобилей рекомендуется, например, менять прокладки фильтров каждые 5000-10000 километров пробега.

Такие прокладки для фильтров, в принципе, могут применяться и для фильтрования газообразных сред, например, для фильтрования воздуха. Однако и здесь возникает те же самые проблемы, что и описаны выше, вследствие чего происходит преждевременная посадка воздушных фильтров.

Изобретение ставит своей целью модифицировать подобную конструкцию фильтра таким образом, чтобы сопротивление потоку в ходе эксплуатации поддерживать на одном уровне, в результате чего обеспечивается свободное прохождение среды при высокой эффективности фильтрования, и соответственно увеличиваются сроки эксплуатации. Основная идея изобретения состоит в том, чтобы в ходе эксплуатации поддерживать стабильность формы пористой, деформирующейся прокладки фильтра, фиксируя ее положение в корпусе специальными стабилизирующими элементами. Эти стабилизирующие элементы в значительной степени снижают давление жидкости на прокладку фильтра, так что прокладка работает, в основном, только на ход и не получает той степени давления, которое имеет место в фильтрах традиционных конструкций. Стабилизирующие элементы устанавливаются на входной площади потока жидкости, например, перпендикулярно направлению потока и расположенных здесь стержней. Эти стержни проходят через все слои, поскольку прокладка представляет собой моток бумаги или слои многократно свернутой бумаги. За счет фиксирования этих бумажных слоев в этой части корпуса не происходит запрессовывания прокладки.

Для оптимального использования прокладок, например, упомянутых выше бумажных мотков, целесообразно производить фильтрование жидкости радиально и по оси. При этом может быть использован принцип прямоточной подачи или принцип противотока.

При использовании фильтра в соответствии с изобретением, который применяется как масляный фильтр для двигателей внутреннего сгорания автомобилей, обычный срок эксплуатации достигает 20000 километров. Прокладка в таких фильтрах заменяется в два раза реже, чем в обычных масляных фильтрах. Независимо от фильтруемой среды срок эксплуатации значительно возрастает в сравнении с традиционными конструкциями.

Более подробно предмет изобретения иллюстрируется примерами при использовании рисунков. На рисунках представлены: фиг. 1 представлен фильтр вместе с корпусом и прокладкой, фиксированной в отношении ее формы и положения (продольный разрез), фиг. 2 открытый корпус фильтра вместе с прокладкой в соответствии с фиг. 1, фиг. 3-7 схема и различные формы цилиндрической прокладки в соответствии с изобретением, фиг. 8 опорный корпус фильтровальной прокладки, изготовленный из пенопласта (схема), фиг. 9 - многослойный фильтр квадратной формы (схема), фиг. 10 другой вариант исполнения прокладки фильтра в соответствии с изобретением (схема).

На фиг. 1 представлен масляный фильтр 1, выполненный в виде трубчатого корпуса 2 с крышками 3 с обеих сторон корпуса. Корпус фильтра 2 и крышки 3 соединены друг с другом с помощью фланца 4 и винтов 5. На фиг. 1 показано, что верхняя крышка по центру имеет входное отверстие 6, а нижняя крышка 3 также по центру выходное отверстие 7. В корпусе фильтра располагается прокладка 8, выполненная из намотанной всасывающей бумаги. Для крепления прокладки фильтра 8 по краям крышки располагается резак 9, выходящий своим острием на намотку всасывающей бумаги. Дополнительно с нижней части крышки по резаку 9 проходит проволочная сетка 10, на которую опирается дополнительно прокладка фильтра 8.

При фильтровании загрязненного масла последнее через входное отверстие 6 поступает в фильтр, распределяется по проволочной сетке 10, проходит на входную поверхность 11 прокладки 8 фильтра, стекает вдоль прокладки 8 и через выходное отверстие 7 выходит из фильтра, как показано стрелками на фиг. 1.

Во избежание спрессовывания прокладки фильтра под относительно высоким давлением поступающего в фильтр масла, в верхней, повернутой в сторону входного отверстия части прокладки предусмотрена установка стабилизирующего стержня 12, проходящего в отверстие через слои фильтровальной прокладки и у обоих внешних краев прокладки. Выступающие края стабилизирующего стержня 12 опираются на упор или на дно выемки 13 в корпусе фильтра 2. При поступлении масла в фильтр прокладки фиксируется в своем положении относительно корпуса фильтра, вследствие чего поступает на прокладку масло нагружает последнюю, в основном, только на ход. Это помогает избежать посадки под прокладки фильтра, а следовательно, и общей запрессованности прокладки.

На фиг. 2 представлено расположение упоров 13, соответствующих выемкам. На чертеже показано также, что корпус фильтра имеет ребра охлаждения 14.

На фиг. 3 изображена также прокладка фильтра 8, состоящая из свернутых бумажных полос, насажанная на сердечник 21, проходящей по ее центру по всей длине. Сердечник 21 представляет собой трубку с целым рядом отверстий 22 по всей ее длине. В верхней части сердечника 21 на входной поверхности 11 нет отверстий для поступающего на фильтрацию масла, в нижней части прокладки фильтра, напротив, такие отверстия имеются. Перпендикулярно направлению потока на входной поверхности 11, проходящей через прокладку стабилизирующий стержень 12 соединяется с сердечником 21, еще один фиксирующий стержень предусмотрен на нижнем конце сердечника. При таком варианте конструкции нет необходимости, чтобы фиксирующие упоры корпуса, т.к. в данном случае сердечник выполняет роль фиксирующего стержня 12. При использовании в фильтре в соответствии с представленной на рис. 3 прокладкой, поступающее на фильтрацию масло проходит через входную поверхность 11 вдоль фильтра, причем некоторое количество масла движется радиально в направлении сердечника 21, входит в него через отверстие 22 и снова выходит в нижней части сердечника. Такое движение масла можно назвать аксиально-радиальным.

Представленная на фиг. 4 цилиндрическая прокладка 8 в виде мотка всасывающей бумаги также имеет по центру полый сердечник 21, закрытый в данном случае в нижней части входной поверхности 11. Сердечник также имеет под прокладкой фильтра отверстие, проходящие на определенном участке его длины. Через полый сердечник проходит также стояк 23, используемый для того, чтобы удерживать прокладку фильтра в направлении по центру. Кроме того, этот стояк может также использоваться для подачи масла на прокладку фильтра, которое затем выходит из полого сердечника по радиусу к прокладке 8. Кроме того, загрязненное масло выходит из стояка 23 в нижней части прокладки, распределяется, например, по проволочной сетке в соответствии с фиг. 1, входит на нижней стороне прокладки, являющейся входной поверхностью 11, в фильтрованную прокладку, проходит через нее в направлении снизу вверх и выходит из корпуса фильтра через верхнюю часть прокладки. При таком варианте конструкции в верхней крышке фильтра предусмотрено как входное, так и выходное отверстие. В районе входной поверхности стержень также соединяется с сердечником, выступая при этом над верхним краем прокладки фильтра, как показано на рис. 1 и 2, фиксируясь в соответствующих упорах 13 корпуса фильтра.

На фиг. 5 представлена цилиндрическая форма прокладки фильтра вместе с сердечником 21. На верхнем краю сердечника предусмотрено звездообразное устройство, состоящее из нескольких тонких, плоских фиксирующих стержней 12, соединенных с верхней частью прокладки, т.е. входной поверхностью 11 для фильтруемого масла, путем скрепления или склеивания. Вместе с фиксирующими стержнями может быть предусмотрено использование скрепляющего устройства 24, расположенного коаксиально сердечнику 21, позволяющее фиксировать прокладку фильтра в днище корпуса или крышки масляного фильтра. Как показано на фиг. 5, по меньшей мере, один фиксирующий стержень может выходит за пределы внешнего края прокладки, с целью дополнительного закрепления прокладки относительно ее положения в корпусе.

На фиг. 6 также представлена цилиндрическая форма прокладки 8, однако верхняя и нижняя сторона за счет соответствующей обработки становятся непроницаемыми для фильтруемой жидкости (обработка проводится, например, нанесением клея и т. п. ). На чертеже это отмечено штриховкой. Таким образом, входная поверхность 11 для фильтруемой жидкости становится поверхностью прокладки 8. Эта прокладка также имеет полый сердечник с отверстиями 22. Сердечник 21 открыт с одного, в этом случае верхнего конца, и, напротив, закрыт с другого. На обоих концах полого сердечника предусмотрены поперечные стабилизирующие стержни 12, фиксируемые сердечником в своем положении. Вследствие этого отпадает необходимость в дополнительном фиксировании в корпусе фильтра.

На фиг. 6 показано, что фильтруемая жидкость поступает снаружи внутрь сердечника и выходит из него наружу. При этом прокладка фильтра выполняет роль чисто радиального фильтра. Такая конструкция гарантирует предусмотренный принцип фильтрования, так как не показанный на чертеже корпус фильтра не имеет герметизацию поверхности. Фильтр просто надевается или навинчивается на корпус.

На фиг. 7 представлена цилиндрическая прокладка фильтра 8 с полым сердечником 21, имеющим отверстия 22 и открытым с верхней стороны. На обоих концах полого сердечника также предусмотрены проходящие поперек стабилизирующие стержни 12, выступающие над прокладкой фильтра, которые к тому же могут удерживать в упорах корпуса фильтра. Такая конструкция при массивной намотке обеспечивает максимальную полезную площадь фильтрования.

На фиг. 8 представлен опорный короб 31 для фильтровальной прокладки из пенопласта. Опорный короб может быть изготовлен из пенопласта. Опорный короб может быть изготовлен из металла и снабжен дополнительно поперечными стабилизирующими стержнями 12. Опорный короб заполняется пенопластом с открытыми порами, например, пенополиуретаном или пенополистрилом. Деформации прокладки 8 в ходе фильтрования удается избежать за счет опорного короба 31 и стабилизирующих стержней 12. Кроме того, стабилизирующие стержни 12, как показано на фиг. 8 на примере верхнего стержня, могут выступать над фильтровальной прокладкой и входить в соответствующие упоры корпуса фильтра.

На фиг. 9 представлен слоистый фильтр 1. Фильтр расположен в прямоугольном корпусе 2, закрепляющемся не показанной здесь крышкой на входном отверстии. В корпусе фильтра 2 устанавливается прямоугольная прокладка 8, изготовленная из множества слоев всасывающей бумаги. Все слои, в частности, на верхней стороне входной поверхности 11, пронизываются поперек стабилизирующими стержнями 12, прилегающими к не показанным здесь упорам внутри корпуса фильтра. Стабилизирующие стержни проходят вдоль всей периферической площади прокладки 8. Поскольку масло практически не попадает снаружи на прокладку 8, стабилизирующие стержни 12 предусмотрены лишь на верхней стороне прокладки 8. Если имеет место случай, представленный на фиг. 9, и отмеченный стрелкой, то установка стабилизирующих стержней предусмотрена и там.

На фиг. 10 представлена прокладка фильтра 8, которая может быть использована, в основном, при радиальном принципе действия фильтра. Прокладка имеет проходящий по центру сердечник 21 с отверстиями 22 внутри. Сердечник 21 представляет собой полую трубку, которая, с одной стороны, в данном случае с верхней, остается открытой. Верхняя сторона прокладки 8, как показано штриховкой, уплотнена, например, с помощью соответствующего покрытия 32. Вдоль поверхности проходят стабилизирующие стержни 12. Последние могут быть фиксированы в своем положении в корпусе фильтра. Стабилизирующие стержни могут быть также дополнительно соединены распорками 33 с сердечником 21. Из соображений наглядности на чертеже приведена лишь одна распорка. Эти распорки 33 могут иметь, например, на верхней или нижней стороне прокладки 8 склеивающиеся или стягивающиеся перемычки.

Формула изобретения

1. Фильтр для газообразных и жидких сред, включающий корпус с входом фильтруемой среды и выходом очищенных сред, фильтровальную прокладку из деформирующего материала, удерживаемую и фиксируемую в корпусе фильтра посредством стабилизирующих элементов, отличающийся тем, что стабилизирующие элементы в зоне входа фильтруемой среды установлены с возможностью фиксирования их положения в корпусе фильтра, при этом стабилизирующие элементы соединены с фильтровальной прокладкой или установлены с возможностью прохождения через нее для обеспечения нагружения фильтровальной прокладки протекающей средой только на растяжение.

2. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что стабилизирующие элементы выполнены в виде стержней.

3. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что корпус выполнен с выступом, при этом стабилизирующие элементы установлены с возможностью выхода за края фильтровальной прокладки для прилегания к выступам корпуса.

4. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что фильтровальная прокладка выполнена из множества слоев пористого листового материала, при этом стабилизирующие элементы установлены с возможностью пронизывания всех слоев листового материала.

5. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что он снабжен наконечником, пронизывающим фильтровальную прокладку по всей ее длине и соединенным со стабилизирующими элементами для фиксации в корпусе, при этом сердечник выполнен полым и перфорированным по всей длине фильтровальной прокладки, по меньшей мере один конец сердечника выполнен открытым.

6. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что фильтровальная прокладка выполнена в виде опорного короба, заполненного вспененным наполнителем из пористого материала, при этом стабилизирующие элементы установлены с возможностью прохождения через короб поперек направления потока.

7. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что фильтровальная прокладка выполнена цилиндрической, вход фильтруемой среды расположен на одной из торцевых сторон цилиндра, а стабилизирующие элементы установлены поперек образующих цилиндра.

8. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что фильтровальная прокладка выполнена в виде квадрата, при этом стабилизирующие элементы расположены параллельно по крайней мере одной из сторон квадрата.

9. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что он предназначен для фильтрования масла в двигателях внутреннего сгорания.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10