PL153274B1 - Włókninowy wkład filtracyjny - Google Patents

Description

RZECZPOSPOLITA OPIS PATENTOWY 153 274 POLSKA

Patent dodatkowy do patentu nr--Zgłoszono: 88 06 28 (P. 273410)

Pierwszeństwo--Int. Cl.⁵ B01D 27/00

URZĄD

PATENTOWY

RP

Zgłoszenie ogłoszono: 89 10 02

Opis patentowy opublikowano: 1991 11 29 tnwpi'·

JEBIĄ·*

Twórcy wynalazku: Stanisław Bulsa, Andrzej Lalicki, Zofia Podsiadła

Uprawniony z patentu: Wyższa Szkoła Inżynierska im. Kazimierza Pułaskiego, Radom (Polska)

Włókninowy wkład filtracyjny

Przedmiotem wynalazku jest włókninowy wkład filtracyjny o zmiennej strukturze przestrzennej, służący do oczyszczania płynów, zwłaszcza olejów i paliw w silnikach spalinowych pojazdów i maszyn. Wkład przeznaczony jest do bocznikowych filtrów oleju smarnego i pełnoprzepływowych filtrów oleju napędowego.

W technice oczyszczania olejów i ciekłych paliw silnikowych znane są wkłady filtracyjne ze spienionych materiałów włóknistych, fprodukowne, np. przez firmę Purolator, Bosch, PZLSędziszów i inne.

W filtrach oleju włączonych bocznikowo w układach smarowania silników spalinowych stosowane są wkłady filtracyjne w kształcie rękawów tkaninowych i perforowanych cylindrów blaszanych z czołowo zamykającymi je pokrywami. Wnętrza tych wkładów wypełnione upakowanymi odpadami włókiennymi, zwykle w postaci mieszaniny niedoprzędu, paździerzy, ścinków przędzy i strzępów włókien roślinnych, zwłaszcza bawełnianych, a także runa z włókien syntetycznych i/lub naturalnych, stanowią przegrody filtracyjne o strukturze niejednorodnej i technologicznie niepowtarzalnej. Przypadkowo rozmieszczone i skłębione skupiska włókien i półproduktów włóknistych o różnej gęstości tworzą w tych przegrodach strefy o niekorzystnym dla filtracji rozkładzie wielkości i objętości por. Skutkiem tego wkłady filtracyjne z tych materiałów odznaczają się dużym rozrzutem oporów hydraulicznych i chłonności zanieczyszczeń. Podobną strukturą wewnętrzną charakteryzują się warstwy włókniste ułożone bezpośrednio w osadnikach filtrów bocznikowych, znanych z opisów patentowych SU nr 1063433 i US nr 4369 110.

Spotykany w filtrach bocznikowych i znany z polskiego opisu patentowego nr 74 784 wkład objętościowo-chłonny wykonany w postaci szpuli z warstwami krzyżowo nawiniętych nici z niedoprzędu bawełnianego posiada strukturę jednorodną, lecz o stosunkowo dużych porach międzywłókiennych i jednakowej porowatości w całym jego przekroju. Takimi samymi cechami strukturalnych odznacza się znany z opisu patentowego W. Brytanii nr 1434 598 i US nr 4048 075 włókninowy wkład filtracyjny utworzony z maty nietkanej, zwiniętej na ażurowej tulei w kilkuwarstwowy rulon, którego budowę usztywnia impregnat i niciany oplot.

Z kolei w filtrach do oczyszczania oleju napędowego stosowane są wkłady filtracyjne z przegrodami włóknistymi o stałej porowatości, otrzymanymi przez koncentryczne osadzenie na

153 274 perforowanych rdzeniach rękawów filcowych, zwojów włókniny poliestrowo-wiskozowej lub stosów płytek filcowych bądź włókninowych.

Znane są również filtracyjne o strukturze włóknistej, której porowatość zmniejsza się w kierunku przepływu płynu. Przedstawiony w opisie patentowym US nr 4239627 tego rodzaju wkład składa się z cylindrycznego elastycznego korpusu wypełnionego masą włóknistą lub porowatą żywicą i otrzymywany jest przez nawijanie lub deformowanie arkusza z materiału o jednakowej porowatości tak, że jedna jego strona jest rozciągana, a druga ściskana. W nieco inny sposób, bo przez nierównomierne ściśnięcie pakunku stoczonych włókien uzyskuje się- zmienną strukturę wkładu ujawnionego w opisie patentowym SU nr 1 176917.

Podane w tych opisach sposoby formowania materiałów włóknistych nie zapewniają stabilnego procesu wytwarzania wkładów filtracyjnych o powtarzalnym w ich przekroju rozkładzie porowatości.

Znany jest także z polskiego opisu patentowego nr 58 623 włókninowy wkład filtracyjny o zmieniającej się schodkowo porowatości, składający się z kilku warstw o różnej porowatości, złożonych z włókien naturalnych lub syntetycznych o różnej grubości i związanych igłowaniem oraz w całości wzmocniony środkiem klejącym. Jego budowa jest luźna, łatwo podatna na trwałe odkształcenia przy stosunkowo małych gradientach ciśnienia i w związku z tym nie nadaje się do filtracji jakichkolwiek płynów.

Znane wkłady filtracyjne z przegrodami włóknistymi o strukturze niejednorodnej są zawodne w eksploatacji i nie spełniają wymogów stawianych filtrom, zwłaszcza do oczyszczania paliw i olejów silnikowych. Ich budowa osłabiona jest różnorodnymi defektami struktury filtracyjnej, które występują najczęściej w postaci prześwitów i rzadzizn w pobliżu pokryw zamykających złoże włókniste, zgniecionych aglomeratów włóknistych o znikomej przepuszczalności płynu, stref o losowo zmieniającej się porowatości, itp. Defekty te sprzyjają powstawaniu makroskopowych kanałów dla przepływu nieoczyszczonego płynu i cząstek wcześniej odfiltrowanych zanieczyszczeń.

Mniej zawodne w działaniu są wkłady filtracyjne z przegrodami utworzonymi z filcu lub włókniny o stałej porowatości. Są one jednak małoskuteczne, gdyż przepuszczają większość cząstek mniejszych od przeciętnej średnicy por międzywłókiennych. Wadliwość funkcjonowania takiego wkładu polega również na tym, że cząstki zanieczyszczeń osadzane głównie na powierzchni filtracyjnej i zakleszczane w porach strefy prześciennej dławią przepływ płynu tak, że wkład nie ma zdolności do gromadzenia większej ilości cząstek i długotrwałej pracy w warunkach eksploatacyjnych.

Wady powyższe powodują, że filtry ze znanymi wkładami z materiałów włókienniczych nie oczyszczają płynów do wymaganej klasy czystości, co z kolei przyczynia się do wzrostu awaryjności urządzeń i przyśpieszonego zużycia współpracujących ze sobą elementów.

W odróżnieniu od stosowanych dotychczas włókninowych materiałów filtracyjnych, znana z polskiego opisu zgłoszenia patentowego nr P 270 865 płaska włóknina filtracyjna o zmiennej porowatości znamionuje się korzystnymi dla filtracji cechami strukturalnymi. Jest złożona z monowymiarowych włókien poliestrowych o masie liniowej do 5 dtex, tworzących trwałą strukturę wewnętrzną o porowatości zmieniającej się w sposób ciągły i ukierunkowany między jej powierzchniami. Największą porowatość posiada po stronie mechatej, najmniejszą zaś po stronie gładkiej o największym zagęszczeniu włókien.

Celem wynalazku jest otrzymanie wkładu filtracyjnego pozbawionego wad wkładów dotychczas stosowanych do oczyszczania płynów silnikowych. Cel ten osiągnięto w wyniku opracowania objętościowo - chłonnej przegrody filtracyjnej, której porowatość zmienia się w kierunku przepływu płynu i ma przebieg piłowy skośny.

Włókninowy wkład filtracyjny według wynalazku składa się z kilku, najmniej trzech przylegających do siebie zwojów włókniny poliestrowej o zmiennej porowatości, nawiniętej stroną gładką dookoła perforowanej tulei w postać rulonu, którego czoła są sklejone z krążkowymi pokrywami, a koniec zabezpieczony przed odwijaniem za pomocą spinki. Część strony mechatej włókniny zwiniętej w rulon wyznacza czynną, filtracyjną powierzchnię wkładu, zaś pozostała stykając się z jej przeciwległą gładką stroną tworzy wewnątrz tego rulonu spiralną strefę o skokowo zmiennej porowatości i powierzchni o co najmniej 70% większej od powierzchni filtracyjnej wkładu.

153 274

Sposób wykonania włókninowego wkładu filtracyjnego polega na zamontowaniu perforowanej tulei na uchwycie rozprężnym, nałożeniu końca taśmy włókninowej na obracającą się tuleję i zwijaniu taśmy w rulon z naciągiem nie mniejszym od 1 N/cm, odcięciu taśmy po osiągnięciu wymaganej średnicy rulonu i zabezieczeniu jej końca przed odwinięciem przez zaciśnięcie spinki oraz sklejeniu pokryw wkładu z czołami rulonu, przy czym wysokość rury perforowanej jest równa szerokości taśmy włókninowej.

Podczas pracy tak zbudowanego wkładu większe cząstki zanieczyszczeń osadzają się na jego powierzchni filtracyjnej, natomiast zanieczyszczenia drobniejsze przenikają w głąb zewnętrznej warstwy włóknistej i część z nich jest zatrzymywana w jej strefie o najmniejszej porowatości, zaś pozostała część zanieczyszczeń migruje do warstw następnych i osadza się podobnie jak w warstwie zewnętrznej. Przeważająca ilość cząstek gromadzi się w spiralnej strefie warstwy filtracyjnej o największej porowatości. Stwierdzono, iż w trzeciej od zewnątrz warstwie przegrody filtracyjnej wkładu po długotrwałej eksploatacji w układzie smarowania silnika samochodowego zablokowane zostały cząstki nadrobniejsze, mniejsze od 5pm. Taka budowa wkładu zwiększa poziom czystości filtrowanych płynów, przedłuża okres trwałości bocznikowych filtrów oleju do 25000 km przebiegu samochodu oraz odróżnia się od znanych wkładów korzystnymi cechami, wyrażającymi się spójnością i wytrzymałością na pulsacyjne zmiany różnicy ciśnień, rzędu kilkuset kPa i odpornością na działanie paliw i olejów silnikowych w temperaturze do 425 K.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładzie wykonania na rsunku, na którym fig. 1 przedstawia wkład w półprzekroju podłużnym, fig. 2 - jego przekrój poprzeczny, zaś fig. 3 fragment przekroju poprzecznego wkładu.

Włókninowy wkład filtracyjny o zmiennej strukturze przestrzennej posiada przegrodę filtracyjną 1, składającą się z trzech przylegających do siebie zwojów płaskiej włókniny poliestrowej 2 o gęstości 300 kg/m , złożonej w włókien monowymiarowych ciętych o numeracji 2,1 dtex i odznaczającej się po stronie mechatej 3 porowatością 83 do 85%, która do strony gładkiej 4 maleje o 9%. Włóknina 2 o grubości 3 mm nawinięta jest stroną gładką 4 dookoła tulei perforowanej 5 o średnicy 42 mm z naciągiem 2 N/cm w postaci trzyzwojowego rulonu i przylega do siebie między końcami 6 i 7 stroną gładką 4 do strony mechatej 3. Powierzchnia przylegania 8 oddziela strefy włókniny o skokowo różnej porowatości i jest o 70% większa od powierzchni filtracyjnej wkładu. Tuleja 5 ma wysokość równą szerokości włókniny 2 i stanowi konstrukcję nośną przegrody filtracyjnej 1. Koniec 7 jest zabezpieczony przed odwijaniem spinką 9. Przegroda filtracyjna 1 jest czołowo szczelnie połączona z pokrywą górną 10 i dolną 11 za pomocą kleju 12 i stanowi skład filtracyjny według wynalazku.

Oczyszczanie płynów, zwłaszcza olejów i paliw silnikowych odbywa się w ten sposób, że tłoczony do wkładu filtracyjnego zanieczyszczony płyn przepływa w kierunku promieniowym 13 przez przegrodę włókninową 1, w której są zatrzymywane cząstki zanieczyszczeń, zwłaszcza na jej powierzchni filtracyjnej i w spiralnym obszarze 8. Oczyszczony płyn wypływa przez otwory tulei 5 do środka wkładu, skąd w kierunku 14 wypływa przez otwór pokrywy 10.

Włókninowy wkład filtracyjny według wynalazku oczyszcza skutecznie przepływający przez niego płyn z cząstek stałych do poziomu nie wywołującego przyśpieszonego zużycia trybologicznego współpracujących ze sobą elementów.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Włókninowy wkład filtracyjny o zmiennej strukturze przestrzennej, zawierający przegrodę filtracyjną z włókniny oraz pokrywę górną i dolną, znamienny tym, że przegroda filtracyjna (1) składa się z kilku, najmniej trzech zwojów włókniny poliestrowej (2), która odznacza się rosnącą objętością por w kierunku strony mechatej (3) i jest nawinięta stroną gładką (4) wokół perforowanej tulei (5) w formie ciągłej spiralnej warstwy tworzącej rulon, wewnątrz którego powierzchnia przylegania (8) nakładających się zwojów jest co najmniej o 70% większa od czynnej powierzchni zewnętrznej wkładu, przy czym koniec (7) włókniny (2) jest zabezpieczony przed odwinięciem za pomocą spinki (9).