PL 215674 B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 215674 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 390870 (51) Int.Cl. B01D 35/12 (2006.01) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: 29.03.2010 (54) Filtr cieczy z automatycznym czyszczeniem wkładów filtracyjnych (73) Uprawniony z patentu: INSTYTUT TECHNIKI GÓRNICZEJ KOMAG, Gliwice, PL (43) Zgłoszenie ogłoszono: 10.10.2011 BUP 21/11 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 31.01.2014 WUP 01/14 (72) Twórca(y) wynalazku: KRZYSZTOF NIEŚPIAŁOWSKI, Gliwice, PL TOMASZ JASIULEK, Orzesze-Mościska, PL DARIUSZ PROSTAŃSKI, Wilcza, PL PIOTR ROJEK, Ruda Śląska, PL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Elżbieta Olbrzymek
2 PL 215 674 B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest filtr cieczy z automatycznym czyszczeniem wkładów filtracyjnych. Filtr przeznaczony jest w szczególności do oczyszczania z zanieczyszczeń stałych wody, dostarczanej do instalacji chłodząco-zraszających stosowanych w maszynach górniczych, zwłaszcza w kombajnach ścianowych i chodnikowych. Znane jest ze zgłoszenia wynalazku PL 315278 urządzenie filtracyjne, które ma co najmniej jeden korpus filtracyjny osadzony obrotowo wokół swej osi wzdłużnej i co najmniej jedną nieckową komorę filtracyjną. Korpus filtracyjny ma co najmniej dwie komory filtracyjne, z których każda jest osłonięta powierzchnią filtracyjną tak, że w ramach jednej operacji część powierzchni filtracyjnych służy filtracji zanieczyszczonej cieczy, a druga część jest oczyszczana za pomocą urządzenia oczyszczającego z zebranych w trakcie filtracji zanieczyszczeń. Następnie w ramach kolejnej operacji, po przemieszczeniu korpusu filtracyjnego, służąca dotychczas filtracji jedna część jest czyszczona, a druga oczyszczona część powierzchni filtracyjnych przejmuje proces filtracji. Do czyszczenia powierzchni filtracyjnej może być stosowany środek czyszczący wprowadzany za pomocą urządzenia sterującego do odpowiedniej komory filtracyjnej lub może być stosowana szczotka czyszcząca zgarniająca zanieczyszczenia z czyszczonej powierzchni filtracyjnej. Znane są też z artykułu promocyjnego firmy HYDAC International pt.: Automatyczne filtry samooczyszczające się RF2 i RF3, zamieszczonego na stronach 523 i 524 czasopisma MECHANIK nr 8-9, wydanego w 1998 r. oraz z prospektów tej firmy filtry wodne samooczyszczające się. Filtry te posiadają cylindryczny zbiornik z osadzonymi w jego wnętrzu elementami filtrującymi rurowymi, cylindrycznymi lub w kształcie stożka ściętego, usytuowanymi obwodowo wzdłuż osi zbiornika. W dnie zbiornika znajduje się zasobnik zanieczyszczeń, do którego przyłączona jest rura odpływowa z zaworem sprzężonym z silnikiem napędowym. Od góry i od dołu elementów filtracyjnych umieszczone są zamykające tarcze, osadzone na wale zaopatrzonym w silnik napędowy, usytuowanym w osi zbiornika. Wlotowy króciec wodny znajduje się ponad lub poniżej elementów filtracyjnych, w zależności od wersji filtra, a króciec wylotowy umieszczony jest w połowie wysokości tych elementów. Filtrowana woda wpływa z wlotowego króćca do wnętrza elementów filtracyjnych, przepływa przez ich szczeliny w ściankach, a dalej dostaje się do wnętrza zbiornika i następnie do króćca wylotowego. Filtr zaopatrzony jest w manometr różnicowy, mierzący ciśnienia wody na króćcu dolotowym i wylotowym. Znany jest także z rozwiązań firmy Maschinenfabrik Karl Brieden GmbH & Co filtr z samoczynnym czyszczeniem oraz układ jego sterowania, który przedstawiony jest w opisie patentowym PL192686. Konstrukcja filtra, jak i jego sposób działania są bardzo podobne do opisanego powyżej filtra firmy HYDAC. Filtry różnią się pomiędzy sobą w zakresie układu sterowania. W układzie zasilania elektrozaworu oraz w układzie zasilania przekaźnika wykonawczego uruchamiającego obwód sterowania silnika filtra opisanego w opisie patentowym PL192686 znajdują się styki zwierne przekaźnika pomocniczego. Zespół przekaźników oraz elektrozawór zasilane są napięciem bezpiecznym z wyłącznika lub zespołu transformatorowego. Jeszcze inne rozwiązanie filtra samooczyszczalnego przedstawiono w opisie zgłoszenia wynalazku PL325589. Przedmiotem tego rozwiązania jest filtr samooczyszczalny, montowany na instalacjach wody chłodzącej lub technologicznej, pozwalający na prowadzenie procesu samooczyszczania bez przerywania procesu filtracji i sterowany automatycznie. Filtr samooczyszczalny posiada obudowę rurową z zamontowanym elementem filtracyjnym, składającym się ze świec filtracyjnych, zaopatrzonych na ściankach w szczeliny filtrujące i zamocowanych między dwoma, osadzonymi na obrotowym wale tarczami, główną i pomocniczą. Natomiast rurowy zbieracz zanieczyszczeń usytuowany jest w przestrzeni pod tarczą główną tak, że jego jeden koniec, stanowiący wylot zanieczyszczeń, dochodzi do króćca wyprowadzającego, a drugi koniec, stanowiący wlot zanieczyszczeń, usytuowany jest bezpośrednio pod tarczą główną. Świece filtrujące rozmieszczone są koncentrycznie względem osi pionowej filtra, a ich ilość korzystnie równa się liczbie części, powstałych z równego podziału kąta pełnego, przy czym na tarczy głównej znajduje się pole martwe, które po zakończeniu procesu czyszczenia znajduje się nad otworem wlotowym zbieracza, blokując wypływ płynnego medium przez niego. Ponadto, z opisu patentowego PL190693 znane jest rozwiązanie filtra wodnego posiadającego urządzenie do okresowego usuwania zanieczyszczeń. Filtr według tego rozwiązania złożony z hydrocyklonu i urządzenia do samoczynnego okresowego usuwania zanieczyszczeń, charakteryzuje się tym, że ma jednodrogowy zawór, którego zawieradło ma dwa skrajne zamykające elementy i który to zawór ma wlot połączony z zasobnikiem zanieczyszczeń cyklonu, a wylot tego zaworu ma ujście do
PL 215 674 B1 3 otoczenia. Zawieradło zaworu jest połączone z siłownikiem, którego jedna strona jest obciążona siłowym elementem, a druga strona wspomnianego siłownika połączona jest z energetycznym układem napędu maszyny elektrycznym lub hydraulicznym. Każde zatrzymanie maszyny, w czasie którego następuje zanik napięcia w jej elektrycznym układzie napędowym lub zanik ciśnienia medium w hydraulicznym układzie, powoduje samooczyszczanie się filtra z zanieczyszczeń mechanicznych. Przedstawione rozwiązania filtrów bazujących na obrotowym kolejnym przepłukiwaniu elementów filtracyjnych, który to proces jest uruchamiany z chwilą nadmiernego zanieczyszczenia tych wkładów, charakteryzują się skomplikowanym układem napędowym systemu oczyszczania, a zwłaszcza bardzo skomplikowanym układem sterowania dla rozwiązań dostosowanych do wymagań stawianych podziemnym urządzeniom górniczym. Ponadto, w większości przedstawionych rozwiązań zawsze jeden element filtrujący w procesie filtracji jest nieczynny, co znacząco ogranicza czynną powierzchnię filtracji. Celem wynalazku jest wyeliminowanie niedogodności opisanych rozwiązań. Filtr cieczy z automatycznym czyszczeniem wkładów filtracyjnych według wynalazku wyposażony jest w czujnik monitorujący ciśnienie na wlocie i wylocie filtra oraz nastawne przekaźniki czasowe lub ma tylko nastawne przekaźniki czasowe. Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że na dopływie do każdego filtracyjnego wkładu jest zabudowany jeden niezależny sterujący zespół, który to połączony jest równocześnie za pośrednictwem zbiorczego kolektora z wylotowym króćcem dla popłuczyn. Sterujący zespół może mieć postać sterowanego rozdzielacza dwupołożeniowego, lub bloku zaworowego złożonego korzystnie z dwóch sterowanych przemiennie zaworów zwrotnych. Inny filtr cieczy z automatycznym czyszczeniem wkładów filtracyjnych według wynalazku wyposażony jest również w czujnik monitorujący ciśnienie na wlocie i wylocie filtra oraz nastawne przekaźniki czasowe lub ma tylko nastawne przekaźniki czasowe. Istota tego filtra polega na tym, że na dopływie do więcej niż jednego filtracyjnego wkładu ma zabudowany jeden wspólny sterujący zespół, który to połączony jest równocześnie za pośrednictwem zbiorczego kolektora z wylotowym króćcem dla popłuczyn. Sterujący zespół może mieć postać sterowanego rozdzielacza dwupołożeniowego lub bloku zaworowego złożonego korzystnie z dwóch sterowanych przemiennie zaworów zwrotnych. Zaletą przedstawionych rozwiązań jest możliwość dowolnego usytuowania elementów filtracyjnych, co daje duże możliwości kształtowania gabarytów filtra, w zależności od potrzeb. Inną zaletą tych rozwiązań jest udział wszystkich elementów filtracyjnych w procesie filtracji po zakończeniu jego samooczyszczania. Rozwiązanie według wynalazku przedstawiono na rysunku, na którym fig. 1 pokazuje filtr w przekroju wzdłużnym z szeregowym rozmieszczeniem wkładów filtracyjnych, fig. 2 przedstawia schemat hydrauliczny tego filtra, fig. 3 ukazuje filtr z obwodowym rozmieszczeniem wkładów filtracyjnych w przekroju wzdłużnym, fig. 4 przedstawia schemat hydrauliczny tego filtra, natomiast fig. 5 przedstawia schemat hydrauliczny filtra, w którym na dopływie więcej niż jednego filtracyjnego wkładu jest zabudowany jeden wspólny zespół sterujący. Filtr 1 ma korpus 2, w którym osadzone są filtrujące wkłady 3 oraz dolotowy króciec 6 dla dopływu zanieczyszczonej przeznaczonej do filtracji wody, wylotowy króciec 7 dla wypływu przefiltrowanej wody oraz wylotowy króciec 8 dla wypływu popłuczyn po oczyszczeniu filtracyjnego wkładu 3 zwrotnym strumieniem oczyszczonej wody. Filtracyjne wkłady 3 umieszczone są w zbiorniku 9 filtra 1. Ponadto w korpusie 2 znajduje się zbiorczy kolektor 10, do którego spływają popłuczyny po oczyszczeniu poszczególnych filtracyjnych wkładów 3. Na wyjściu zbiorczego kolektora 10 zamontowany jest wylotowy króciec 8. Filtr 1 zaopatrzony jest w sterujące zespoły 4, które znajdują się na drodze dopływu zanieczyszczonej wody do filtracyjnych wkładów 3. Sterowanie sterującymi zespołami 4 może odbywać się na drodze pneumatycznej, hydraulicznej lub elektrycznej. Sterującym zespołem 4 może być na przykład dwupołożeniowy rozdzielacz 4a, jak pokazano na fig. 1 i fig. 2 rysunku, lub blok zaworowy 4b, złożony z dwóch sterowanych przemiennie zaworów zwrotnych, jak pokazano na fig. 3 i fig. 4 rysunku. Sterujący zespół 4 sterowany jest impulsem pochodzącym od wartości różnicy ciśnień manometrów 5 usytuowanych na króćcu dolotowym 6 i wylotowym 7 filtra, obrazującym stan zanieczyszczenia filtra lub impulsem pochodzącym z nie pokazanego na rysunku przekaźnika czasowego. W przypadku zastosowania dwupołożeniowego rozdzielacza 4a przesterowanie rozdzielacza zmienia kierunek przepływu medium przez filtracyjny wkład 3, natomiast w przypadku zastosowania bloków zaworowych 4b jeden z zaworów bloku 4b jest zamykany impulsem sterowniczym, a drugi zawór jest jednocześnie sterowniczym impulsem otwierany.
4 PL 215 674 B1 Na fig. 1-4 rysunku przedstawiono filtr 1, który ma zabudowany na dopływie każdego z filtracyjnych wkładów 3 odrębny niezależny sterujący zespół 4, co sprawia, że każdy filtracyjny wkład 3 obsługiwany jest przez osobny sterujący zespół 4. Na fig. 5 rysunku pokazany jest natomiast inny filtr. Filtr ten ma na dopływach do więcej niż jednego filtracyjnego wkładu 3 zabudowany jeden wspólny sterujący zespół 4, który to połączony jest równocześnie za pośrednictwem zbiorczego kolektora 10 z wylotowym króćcem 8 dla popłuczyn. Taka budowa filtra umożliwia jednoczesne czyszczenie kilku filtracyjnych wkładów 3. Pozwala również na tworzenie różnych kombinacji liczby i kolejności oczyszczania filtracyjnych wkładów 3. Działanie filtra 1 jest następujące: zanieczyszczona woda dopływa do niego poprzez dolotowy króciec 6, następnie poprzez sterujące zespoły 4 dostaje się do wnętrza filtracyjnych wkładów 3, z których po przefiltrowaniu wydostaje się do zbiornika 9, a następnie jako czysta wypływa poprzez wylotowy króciec 7 do instalacji chłodzącej lub zraszającej. Z chwilą wzrostu zanieczyszczenia wkładów 3 powyżej dopuszczalnego, następuje przekazanie sygnału o zbyt dużej różnicy ciśnień zmierzonej manometrami 5 do jednego ze sterujących zespołów 4, powodując w nim zamknięcie dopływu zanieczyszczonej wody do przyporządkowanego mu filtracyjnego wkładu 3 i otwarcie wypływu dla popłuczyn z tego właśnie wkładu 3 do kolektora 10, powstałych na skutek przepływu przezeń zwrotnego strumienia czystej wody. Ze zbiorczego kolektora 10 popłuczyny dopływają do wylotowego króćca 8, skąd wypływają poza filtr 1. Następnie, zgodnie z nastawieniem czasowym, następuje przesterowanie sterującego zespołu 4 i przywrócenie stanu wyjściowego w uprzednio płukanym filtracyjnym wkładzie 3. Cykl się powtarza, postępuje dalsze płukanie kolejnych pojedynczych filtracyjnych wkładów 3, aż do uzyskania właściwego poziomu różnicy ciśnień na wlocie i wylocie wody lub alternatywnie do wyczerpania założonego całkowitego czasu płukania. Cały czas w trakcie płukania każdego pojedynczego filtracyjnego wkładu 3 pozostałe wkłady pozostają w normalnym procesie filtracji. Po zakończeniu cyklu oczyszczania praca filtra wraca do stanu wyjściowego i wszystkie filtracyjne wkłady 3 uczestniczą w procesie filtracji. W przypadku filtra pokazanego na fig. 5 proces filtracji przebiega tak jak opisano powyżej, z tą różnicą, że odbywa się równocześnie dla kilku filtracyjnych wkładów 3 obsługiwanych przez jeden sterujący zespół 4. Sterowanie procesem filtracji w obu przedstawionych filtrach może odbywać się również za pomocą sterowniczych zespołów 4, działających tylko pod wpływem impulsów podawanych przez przekaźniki czasowe, bez monitorowania różnicy ciśnień na wlocie i wylocie wody z filtra 1. Nastawy tych przekaźników ustalane są w zależności od stopnia zanieczyszczenia filtrowanej wody. Rozwiązanie filtra według wynalazku może znaleźć zastosowanie do oczyszczania z cząstek stałych nie tylko wody, ale także innych rodzajów cieczy. Zastrzeżenia patentowe 1. Filtr cieczy z automatycznym czyszczeniem wkładów filtracyjnych wyposażony w czujnik monitorujący ciśnienie na wlocie i wylocie filtra oraz nastawne przekaźniki czasowe lub wyposażony tylko w nastawne przekaźniki czasowe, znamienny tym, że na dopływie do każdego filtracyjnego wkładu (3) ma zabudowany jeden niezależny sterujący zespół (4), który to połączony jest równocześnie za pośrednictwem zbiorczego kolektora (10) z wylotowym króćcem (8) dla popłuczyn. 2. Filtr cieczy z automatycznym czyszczeniem wkładów filtracyjnych według zastrz. 1, znamienny tym, że sterujący zespół (4) stanowi sterowany dwupołożeniowy rozdzielacz (4a). 3. Filtr cieczy z automatycznym czyszczeniem wkładów filtracyjnych według zastrz. 1, znamienny tym, że sterujący zespół (4) stanowi zaworowy blok (4b), korzystnie złożony z dwóch sterowanych przemiennie zaworów zwrotnych. 4. Filtr cieczy z automatycznym czyszczeniem wkładów filtracyjnych wyposażony w czujnik ciśnieniowy monitorujący ciśnienie na wlocie i wylocie filtra oraz nastawne przekaźniki czasowe lub wyposażony tylko w nastawne przekaźniki czasowe, znamienny tym, że na dopływie do więcej niż jednego filtracyjnego wkładu (3) ma zabudowany jeden wspólny sterujący zespół (4), który to połączony jest równocześnie za pośrednictwem zbiorczego kolektora (10) z wylotowym króćcem (8) dla popłuczyn. 5. Filtr cieczy z automatycznym czyszczeniem wkładów filtracyjnych według zastrz. 4, znamienny tym, że sterujący zespół (4) stanowi sterowany dwupołożeniowy rozdzielacz (4a).
PL 215 674 B1 5 6. Filtr cieczy z automatycznym czyszczeniem wkładów filtracyjnych według zastrz. 4, znamienny tym, że sterujący zespół (4) stanowi zaworowy blok (4b), korzystnie złożony z dwóch sterowanych przemiennie zaworów zwrotnych. Rysunki
6 PL 215 674 B1
PL 215 674 B1 7
8 PL 215 674 B1
PL 215 674 B1 9
10 PL 215 674 B1 Departament Wydawnictw UP RP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)