IT8922677A1 - Filtro a ciclone - Google Patents

Description

Descrizione del brevetto per invenzione industria le avente per titolo:

"Filtro a ciclone"

RIASSUNTO

La presente invenzione si riferisce al campo della costruzione di macchine. Il fil tro a ciclone proposto dall'invenzione comprende un?corpo dotato di fenditure e di separatori dijsposti al di sotto di dette fenditure, lun go il|percorso di flusso del fluido, una guida ad elica con un passaggio centrale, un dispositivo jdi sedimentazione ed elementi filtranti, un diaframma con un'apertura centrale, un tubo perforato e un inserto elicoidale perforato, in stallato nell'apertura centrale di detto diaframma, in corrispondenza del lato del disposi_ tivo di sedimentazione. Il diaframma ? installato sull'estremit? del passaggio centrale, in corrispondenza del lato del dispositivo di sedimentazione Il tubo perforato ? installato coassialmente all'interno del passaggio centrale della guida ad elica. La parete'del passaggio ? dotata di fenditure disposte al di sotto dei se paratori installati su di un asse con possibili t? di rotazione. La direzione di avvolgimento dell'inserto elicoidale coincide con quella del la guida ad elica del corpo. La guida ad elica, in corrispondenza del lato del dispositivo di sedimentazione ? chiusa per mezzo di un coperchio.

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce alla costruzione delle macchine e concerne, in modo pi? specifico, filtri a ciclone utilizzati in apparecchiature idrauliche di impianti fissi e in sistemi idraulici in campo automobilistico, per la purificazione di fluidi di eser cizio e di taglio, in modo tale da eliminare, dagli stessi, le impurezze meccaniche.

L'apparato descritto ? pure utile nel l'industria delle miniere di carbone.

L'invenzione in oggetto pu? essere pu re utilizzata, con successo, nell'industria chi mica, per la purificazione di liquidi di lavaggio.

Nella tecnica anteriore ? noto un filtro a ciclone (DE-A-2500987) comprendente un corpo, un tubo della sabbia, un tubo di scarico, una porzione del quale ? disposta all'interno del filtro supportante una guida ad elica con palette disposte verticalmente fra le proprie spire, lungo una spirale, le estremit? di dette palette essendo distanziate, dalla parete inter na del corpo, di una distanza compresa fra 0,33 e 0,9 volte il gioco fra il tubo di scarico e la parete interna del corpo.

Prima del tubo della sabbia, lungo l'asse del filtro, sono installate delle piastre di vagliatura, con un certo gioco rispetto al corpo e l'una rispetto all'altra.

Il fluido contaminato entra nel filtro a ciclone, passa attraverso un passaggio ra stremato formato dalle palette e dalle pareti della guida ad elica. Come risultato, si verif ca un aumento della velocit? del fluido mentre, dopo il passaggio, la velocit? cade in modo netto, a causa di un aumento che si riscontra nell'area del passaggio. A causa dell'inerzia, le particelle di contaminante, accelerate nel passaggio, non possono seguire le variazioni nella velocit? di flusso dopo il passaggio e continua no a spostarsi verso la parete interna del corpo, vale a dire vengono separate dal flusso di fluido e scaricate, dal filtro, attraverso il tubo della sabbia.

Il fluido purificato esce dal filtro a ciclone attraverso il tubo di scarico.

Nel filtro di tipo noto, soltanto le particelle grossolane e pesanti del contaminante vengono separate dal fluido contaminato a causa delle forze di inerzia precedentemente ci tate e, pertanto, il livello di purificazione del fluido, in questo caso, risulta basso. Quan do il fluido si sposta verso il tubo della sab bia si riscontreranno zone stagnanti dopo, e prima le piastre di vagliatura, il che comporta una sedimentazione e un accumulo dei contaminar ti su dette piastre. Dopo l'accumulo di una cer ta quantit? di sedimenti, il contaminante pu? ri tornare nel flusso purificato o pu? precipitare nella zona del tubo della sabbia il quale pu? intasarsi, determinando in tal modo la messa fuori esercizio del filtro. Pertanto, il periodo continuo di tempo di esercizio del filtro a ciclone di tipo noto risulta contenuto, tali condizioni peggiorando nel caso di manipolazione di fluidi fortemente contaminati, mentre il ren dimento operativo del filtro in questione risul ta basso.

Nella tecnologia anteriore ? pure noto un apparato per la separazione centrifuga di particelle solide da un liquido (SU-A-526394), comprendente un corpo, o contenitore, un tubo tangenziale di ingresso ed elementi filtranti, installati coassialmente, sotto forma di tubi po rosi con una spirale fra gli stessi. Una estremit? della pirale ? fissata al corpo, nella zona del tubo tangenziale di ingresso.

La sospensione, o fluido contaminato, viene !alimentata, sotto pressione, nell?apparato, attraverso il tubo tangenziale di ingresso. Il corrispondente flusso di fluido entra nel passaggio formato dalla spirale, in uno spazio concentrico definito dagli elem?nti filtranti. Il fl?ido viene filtrato sotto l'effetto della componente idrostatica della prevalenza. Le par ticelle di contaminanti vengono scaricate dal filtro, attraverso il tubo.

Il fluido purificato circola nel tubo di scarico ed esce dal filtro.

Questa disposizione degli elementi filtranti, in relazione alla guida ad elica, sa gomata a spirale, riduce la velocit? tangenziale del fluido nel senso della lunghezza della guida ad elica, a causa di una rimozione conti nua del fluido attraverso gli elementi filtranti, il che comporta una diminuzione delle forze centrifughe che agiscono sulle particelle di contaminante. La distribuzione irregolare delle forze centrifughe entro tutta la lunghezza della spirale, provoca una separazione e un accumu lo massimo di contaminanti su piccole aree, il che comporta una riduzione della durata di eser cizio degli elementi filtranti.

Un altro filtro a ciclone, proposto dalla tecnologia anteriore (SU-A-906622), per la separazione di impurezze grossolane da fluidi di servizio, comprende un corpo con una guida ad elica ed una fenditura con una piastra a deflettore, separatori a labirinto, un elemento filtrante, passaggi di ingresso e di uscita, un dispositivo di sedimentazione e un elettromagne te. Il bordo della fenditura ? flangiato nella direzione opposta al flusso in controcorrente.

In questo apparato, il flusso di fluido contaminato, attraverso il passaggio elicoidale, determina la creazione di forze centrifughe che comportano un accumulo delle particelle di contaminante in corrispondenza della parete ester na del passaggio e che si spostano sotto l'ener gi? del flusso, verso la fenditura. Poich? il bordo della fenditura presenta una flangia diretta verso il passaggio elicoidale, la porzione pi? fortemente contaminata del flusso in movimen to, viene trascinata e scaricata nel dispositivo di sedimentazione. In questo punto, la velocit? del flusso viene soppressa e le particelle pi? pesante cadono sul fondo.

Passando attraverso la zona del campo magnetico, le particelle dotate di propriet? ma gnetiche sedimentano sui poli dell'elettroma gnete. Le particelle pi? piccole e pi? leggere sedimentano fra i separatori a labirinto. Le particelle rimanenti vengono filtrate sull'eie mento filtrante.

Il fluido purificato entra nel passag gio di uscita. Il contaminante accumulato viene scaricato dal dispositivo di sedimentazione, at traverso un tappo magnetico di scarico disposto nella parte inferiore, di configurazione conica, del corpo del dispositivo.

Questo apparato si caratterizza, negativamente, per un certo numero di svantaggi intrinseci. L'elemento filtrante risulta disposto nella parte superiore del dispositivo di se dimentazione limitata dalla fenditura sul corpo del dispositivo, mentre la porzione inferiore del corpo, dopo la fenditura, ? chiusa. L'estre mit? inferiore del passaggio centrale risulta aperta. Questa disposizione dell'elemento filtrante e il posizionamento dello stesso rispetto alla fenditura, ? tale per cui il flusso di fluido dal dispositivo di sedimentazione all'ele mento filtrante, coincide con il flusso di fluido contaminato che si sposta dalla fenditura al dispositivo di sedimentazione, il che significa che il flusso del fluido dal dispositivo di sedimentazione, che si sposta oltre la fenditura, sul corpo del dispositivo, trascina il flusso di fluido dalla fenditura mentre l'intera quan tit? di questo fluido contaminato circola sull'elemento filtrante, determinando l'occlusione dello stesso. Conseguentemente, viene ridotto il periodo attivo del filtro. La creazione di un flusso in controcorrente, in un singolo pas saggio (nel senso che il fluido si sposta dal dispositivo di sedimentazione, attraverso il pas saggio, verso l'elemento filtrante e dalla fenditura lo stesso si sposta attraverso una certa porzione del passaggio verso il dispositivo di sedimentazione), comporta l'agitazione del flus so nel dispositivo di sedimentazione, il che al tera negativamente il processo di precipitazione delle particelle nello stesso. Come risultato, il flusso entrante nell'elemento filtrante contiene una quantit? considerevole di contaminante, il che accelera il processo di occlusione dell'elemento filtrante e riduce, ovviamente, il periodo di funzionamento continuo del filtro. Uno svantaggio del noto filtro a ciclone risiede pure nel fatto che appena l'elemento filtran te si occlude, l'intera quantit? di contaminante ritorna attraverso l'estremit? aperta del passaggio centrale, nuovamente nel flusso vale a dire, in questo caso, la guida ad elica diven ta inefficiente poich? il contaminante separato, dopo detta guida, si miscela nuovamente,con il flusso principale di fluido.

Pertanto, la guida ad elica, in tutti i filtri a ciclone attualmente noti, risulta inefficace a causa della distribuzione non uniformeideila velocit? tangenziale del fluido nel senso|della lunghezza del passaggio elicoidale e, pertanto, lo strato contaminato pu? successi vamenie miscelarsi con il flusso purificato.

Lo scopo principale dell'invenzione ? quello di fornire un filtro a ciclone i cui com ponenti sono progettati e disposti, mutualmente, in modo tale da aumentare l'efficacia di pu litura e la durata di esercizio degli elementi filtranti, per effetto della separazione dello strato contaminato dal flusso purificato impedendo, nel contempo, la loro successiva miscelazione.

L'essenza dell'invenzione risiede nel fatto che il filtro a ciclone, comprendente un corpo,lo contenitore dotato di fenditure di separatori disposti al di sotto di dette fenditure nella direzione di flusso del fluido, una guida 'ad elica con un passaggio centrale, un di_ spositivo di sedimentazione ed elementi filtrar ti ? dotato, in conformit? con i principi della presente invenzione, di un diaframma presentante una apertura centrale, un tubo perforato e un inserto elicoidale perforato, installato nel l'apertura centrale del diaframma, in corrispon denza del lato del dispositivo di sedimentazione, il diaframma essendo installato sull'estremit? del passaggio centrale, in corrispondenza del lato del dispositivo di sedimentazione, il tubo perforato essendo installato, coassialmente, nel passaggio centrale della guida ad elica, mentre la parete del passaggio presenta delle fenditure disposte al di sotto dei dispositivi di sedimentazione installati sull'asse, con pos sibilit? di rotazione, la direzione di avvolgimento dell'inserto elicoidale coincidendo con quella della guida ad elica del corpo mentre detta guida ad elica, in corrispondenza del lato del dispositivo di sedimentazione ? dotata di un elemento di copertura.

Nella struttura proposta dalla presen te invenzione, il periodo attivo di esercizio degli elementi filtranti viene aumentato per ef fetto della purificazione consecutiva del flu?do contaminato. In corrispondenza del primo sta dio, il fluido viene privato delle particelle grossolane e pesanti di contaminanti, mentre nel secondo stadio, il fluido viene infine privato delle particelle pi? fini.

L'impiego, nel filtro a ciclone, di un inserto elicoidale esclude la possibilit? di miscelazione dei flussi separati di fluido che viene manipolato.

Il tubo perforato orienta gli elementi filtranti in modo tale da impedire che si ve rifichi una turbolenza nel flusso entrante negli elementi filtranti.

La direzione dell'inserto elicoidale elimina il ritardo del flusso che si sposta dal dispositivo di sedimentazione agli elementi fil_ tranti e consente di deflettere le particelle di contaminante.

La previsione dell'elemento di copertura che chiude il passaggio elicoidale, in cor rispondenza del lato del dispositivo di sedimen tazione, impedisce il flusso del fluido in senso opposto quando lo stesso si sposta verso il dispositivo di sedimentazione.

L'installazione dei dispositivi di se dimentazione sull'asse, con possibilit? di rotazione, permette la regolazione dello spessore dello 'strato di contaminante che viene scaricato.

E' possibile che la lunghezza e la lar ghezza,delle fenditure nella parete del passaggio centrale siano uguali a, o inferiori alla lunghezza e alla larghezza dei separatori, secon do quanto richiesto per l'immissione del fluido purificato nel passaggio centrale e per impedire il flusso in senso opposto del contaminante.

E' possibile che ogni separatore venga sagomato sotto forma di una sezione a profi-? 10 aerodinamico il cui bordo frontale risulta uguale:alla dimensione del gioco fra il corpo e 11 passaggio centrale, mentre il bordo posterio re del separatore risulta diretto contro il flusso di fluido.

Questa realizzazione dei separatori escludi la creazione di turbolenze nel fluido durante la separazione dello strato di contaminante dallo strato di fluido purificato e provvede al successivo dolce movimento degli strati separati, attraverso le fenditure, nel passaggio? centrale e nel dispositivo di sedimentazione.

Quando lo spessore del bordo frontale del profilo ? uguale a quello del gioco fra il corpo e il passaggio centrale, vengono escluse perdite di fluido contaminato nel flusso di flu? do purificato.

E' pure possibile che i separatori vengano disposti in corrispondenza di livelli differenti in relazione al diaframma.

Questo consente di ridurre la resister za attraverso il filtro a ciclone e consente di escludere che si verifichino turbolenze del flu? do con getti scaricati dalle fenditure. In que sto caso, la velocit? del fluido deve venire li mitata.

E' desiderabile che la lunghezza e la larghezza dei separatori vengano diminuite nella direzione del diaframma.

La realizzazione di questi separatori impedisce l'accumulo di contaminanti sull'elemen to di copertura.

L'invenzione in oggetto risulter? pi? evidente dall'analisi della seguente descrizione dettagliata di una forma pratica realizzativa della stessa, tale trattazione essendo conside rata in unione ai disegni allegati, nei quali:

la figura 1 ? una sezione longitudina le del filtro a ciclone realizzato in conformit? con l'invenzione; e

la figura 2 ? una sezione considerata presa lungo la linea II-II della figura 1.

Verr? ora fatto riferimento specifico alla figura 1 che illustra i dettagli del filtro a ciclone costruito in conformit? con i prin cipi della presente invenzione.

Il filtro a ciclone comprende un corpo, o contenitore 1 presentante delle fenditure 2 (figura 2) e dei separatori 3 disposti al di sotto delle fenditure, nella direzione di flusso del fluido?. Questi separatori sono montati sui corrispondenti assi 4. Inoltre, il filtro comprende una guida ad elica 5 con un passaggio cen trale 6, presentante delle fenditure 7 nella pr? pria parete, al di sotto dei separatori 3. La lunghezza e la larghezza delle fenditure 7 ? uguale a, o inferiore alla lunghezza e alla lar ghezza dei separatori 3.

Sulla parte terminale del passaggio centrale 6, in corrispondenza del lato del dispo sitivo di sedimentazione 8 ? installato un diaframma 9 la cui apertura centrale 10 alloggia un inserto elicoidale 11 dotato di perforazioni 12.

La direzione di avvolgimento dell'inserto elicoidale 11 corrisponde a quella della guida ad elica 5 del corpo 1.

Gli elementi filtranti 13 sono montati all''interno del passaggio centrale 6, sul tu bo perforato 14.

L'estremit? inferiore del tubo perfora to 14, in corrispondenza del lato del diaframma 9, presenta una valvola di ritegno 15, mentre la estremit? superiore dello stesso comunica con il passaggio di uscita 16. Gli elementi filtranti 13 son? installati con un certo gioco radiale 17 rispetto alle pareti del passaggio centrale 6 e con un gioco assiale 18 rispetto al diaframma 9. La parte inferiore del dispositivo di sedimentazione 8 alloggia uno smorzatore 19 che si presen ta, ad esempio, sotto forma di un cilindro perfo rato e di un magnete (elettromagnete) 20.

Il filtro a ciclone comprende pure un passaggio tangenziale di ingresso 21. La guida ad elica 5 risulta separata dal dispositivo di sedimentazione 8 per mezzo di un coperchio 22.

Inoltre, ogni separatore 3 ? sagomato come un elemento a profilo aerodinamico, il cui bordo frontale ? uguale alla dimensione del gio co ? fra il corpo 1 e il passaggio centrale 6, mentre il bordo posteriore 24 dell?elemento a profilo aerodinamico risulta diretto contro il flusso del fluido.

Ogni separatore 3 ? installato sull'as se 4, con possibilit? di rotazione e successivo fissaggio del gioco ?, in cui ? rappresen ta il valore del gioco fra il bordo posteriore 24 dei separatori 3 e la parete del passaggio centrale 6.

I separatori 3 risultano posizionati in corrispondenza di livelli differenti rispetto al diaframma 9.

La lunghezza e la larghezza dei separatori 3 diminuiscono nella direzione del diaframma 9.

II filtro a ciclone proposto dall'invenzione opera in conformit? con quanto verr? ora descritto in dettaglio.

Il fluido contaminato costituito, ad esempio, da olio minerale, passa attraverso il passaggio.di ingresso 21 (figura 1) sulla guida ad elica 5 e si sposta secondo un movimento circolare, lungo detta guida 5? Questo movimento provoca l'insorgere di forze centrifughe che agiscono sulle particelle del contaminante e, pertanto, le particelle pi? pesanti e di dimensioni maggiori cadono dal flusso di fluido e vengono depositate sotto forma di uno strato pre sentante un certo spessore, sulla parete del pas saggio centrale 6. Per effetto della forza di gravit? e dell'attrito, questo strato si sposta unitamente al flusso principale di fluido, verso i separatori 3.

Dipendentemente dal grado di contami^ nazione iniziale, i separatori 3, azionati manualmente, oppure automaticamente, stabiliscono il gioco 8, definendo in tal modo la quan tit? di fluido, nel quale ? presente il contaminante, diretta nel contenitore di sedimentazione 8.

Il bordo posteriore affilato 24 dei separatori 3 consente di separare lo strato di contaminante, con uno spessore 8? dal flusso purificato nella guida ad elica 5, detto flusso spostandosi, attraverso la fenditura 7, nel gioco radiale 17 e, conseguentemente, questo flusso passa attraverso gli elementi filtranti 13 e il tubo perforato 14 per dirigersi verso il passaggio di uscita 16.

Il flusso di fluido attraverso il gio co circolare 24 (figura 2) oltre i separatori 3, risulta impossibile per il fatto che il bordo frontale 23 dei separatori 3 copre detto gioco 24.

Quando il fluido passa attraverso ogni separatore successivo 3, verso il diaframma 9, si verifica una diminuzione delle velocit? dei flussi attraverso le fenditure 2 e 7. Il fluido, unitamente al contaminante, viene convogliato sul coperchio 22, spostandosi, al di sopra dello stesso, in modo circolare, verso i separatori 3 pi? prossimi al diaframma. Parte del conta minante sedimenta sul coperchio 22, tale contaminante venendo quindi rimosso da parte di detti separatori 3 e convogliato nel dispositivo di sedimentazione 8.

Poich? lo spessore dello strato di con taminante non ? uniforme, per il fatto che cresce verso il coperchio 22, la lunghezza e la lar ghezza dei separatori 3 diminuiscono verso il diaframma 9.

Lo strato di contaminante si sposta unitamente ad una parte del fluido, nel disposi tivo di sedimentazione 8, attraverso la fenditu ra 2 del corpo 1.

A causa di una notevole differenza nelle aree dei passaggi, attraverso le fenditure 2 e il dispositivo di sedimentazione 8, la velocit? del fluido entrante nel dispositivo di sedimentazione 8 diminuisce in modo netto. Sotto l'effetto delle forze di gravit? e delle for ze esercitate dal magnete 20, le particelle di dimensioni maggiori e pi? pesanti del contaminan te, precipitano nel dispositivo di sedimentazione 8.

Il magnete 20 consente di intrappolare le particelle ferromagnetiche.

Il flusso di fluido purificato nel dispositivo di sedimentazione 8 si sposta sull'inserto elicoidale 11 il quale conferisce, a detto fluido, un movimento rotatorio.

Successivamente, questo flusso passa attraverso le perforazioni 12 e l'apertura 10, nel gioco assiale 18 del passaggio centrale 6 e sugli elementi filtranti 13.

Le forze centrifughe originantisi durante il movimento di rotazione del flusso, determinano una deflessione delle particelle di contaminante che sono disposte in prossimit? dell'inserto elicoidale 11. Come risultato, ai contaminanti viene impedito il passaggio nelle perforazioni 12,

A contatto dello smorzatore 19, il flusso di fluido viene suddiviso, per mezzo del le perforazioni, in un numero di getti i quali interagiscono fra loro e sopprimono le vibrazio ni nel fluido nel dispositivo di sedimentazione 8

Quando l'elemento filtrante 13 si ottura, si verifica, ovviamente, un aumento della pressione del fluido nel filtro. Quando la pres sione raggiunge un determinato livello critico prestabilito, si verifica l'apertura della valvola dei ritegno 15, con conseguente apertura del tubo perforato 14. In questo caso, il fluido si spo ta dopo la guida ad elica 5, direttamen te nel tubo perforato 14 e passa quindi verso il passaggio di uscita 16.

Il filtro a ciclone proposto dalla pre sente invenzione provvede alla purificazione di fluidi presentanti un'ampia gamma di viscosit? e di i di contaminazione garantendo, nel contempo, corrispondenti condizioni di lavoro otti mali.

Claims (5)

RIVENDICAZIONI

1. Filtro a ciclone comprendente un cor po dotato di fenditure e di separatori disposti al di sotto di dette fenditure, lungo il flusso del 'fluido, una guida ad elica con un passaggio centrale, un dispositivo di sedimentazione ed elementi filtranti, caratterizzato dal fatto che comporta l'impiego di un diaframma (9) con una apertura centrale (10), di un tubo perforato (14)e di un inserto elicoidale perforato (11) installato nell'apertura centrale (10) del diaframma (9) in corrispondenza del lato del dispo sitivo di sedimentazione (8), detto diaframma (9) essendo installato sull'estremit? del passaggio centrale (6) in corrispondenza del lato del dispositivo di sedimentazione (8), il tubo perforato (14) essendo installato, coassialmente, all'interno del passaggio centrale (6) della guida ad elica (5), mentre la parete del pas saggio (6) presenta delle fenditure disposte al di sotto dei separatori (3), montati sul cor rispondente asse (4), con possibilit? di rotazione degli stessi, la direzione di avvolgimento dell"inserto elicoidale (11) coincidendo con quella della guida ad elica (5) del corpo (1) mentre la guida ad elica (5), in corrispondenza del lato del dispositivo di sedimentazione (8) ? chiusa per mezzo di un elemento di copertura (22).

2. Filtro a ciclone secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la lunghezza e la larghezza di ogni fenditura (7) del passaggio (6) sono uguali a, o inferiori al la lunghezza e alla larghezza dei separatori (3).

3. Filtro a ciclone secondo la riven dicazione 1, caratterizzato dal fatto che ogni separatore (3) presenta una sezione trasversale a profilo aerodinamico, il bordo frontale dell'elemento aerodinamico essendo uguale alla dimensione del gioco fra il corpo (1) e il passag gio centrale (6), mentre il bordo posteriore di ogni separatore ? diretto contro il flusso del fluido.

4. Filtro a ciclone secondo le rivendicazioni 1, 2, caratterizzato dal fatto che i separatori (3) sono disposti a livelli differen ti rispetto al diaframma (9).

5. Filtro-a ciclone secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che la lunghezza e la larghezza dei separatori (3) diminuiscono verso il diaframma (9).

Milano ,