專利名稱：過濾器清潔頭的制作方法
技術領域：
本發明涉及自清潔和手動清潔的過濾器，具體涉及利用抽吸頭來清潔過濾元件的阻塞表面的過濾器。
背景技術：
GB1485989公開了一種具有外流式筒形過濾元件的過濾器，所述過濾元件由三個軸向成角度隔開的旋轉噴嘴清潔。這些噴嘴軸向細長并被彈簧加載成與過濾元件的內表面接觸。它們通過中央管道連接到固體物質排出閥(solids discharge valve)，該固體物質排出閥朝大氣打開，從而元件外部的壓力產生通過過濾元件與噴嘴相反的逆流。通過電動機使管道旋轉，從而三個噴嘴軸向清掃過濾元件的重疊部分。噴嘴在各個軸向端部或在它們的中央被彈簧加載，并且可沿徑向運動。各個噴嘴包括布增強型(cloth-reinforced)酚醛樹脂墊片并且可被獨立地彈簧加載，所述墊片與過濾元件的內壁接合。
GB2157964公開了一種具有筒形過濾體的過濾器、以及定位在過濾體內的用于通過已過濾流體的逆流回洗過濾體的裝置。該裝置包括用于除去回洗流體的旋轉同軸回洗管道，以及通過銷樞軸連接到回洗管道上的幾個回洗頭(噴嘴)。回洗頭平行于過濾器軸線是細長的并且所述銷也平行于過濾器軸線。所述回洗頭被偏壓成與過濾體接合，從而，所述回洗頭在回洗管道旋轉運動的同時清掃過濾體，所述樞轉安裝吸收了表面輪廓中的不規則性。
US4,042,504公開了多個具有筒形過濾體的可自清潔的過濾器，以及沿著過濾器體的筒形表面可移動、用于通過抽吸清潔該過濾體的清潔體(噴嘴)。在一些實施例中，清潔體被安裝用于直線和旋轉運動，從而沿著螺旋軌跡掃描過濾體。
發明內容
一種過濾裝置，該過濾裝置具有用于在高工作壓力下進入的未經凈化的流體的入口、用于已過濾流體的出口、以及布置在所述入口和所述出口之間的過濾元件。所述入口與由所述過濾元件的入口表面限定的入口腔流體連通，所述入口表面易于被所述進入的未經凈化的流體攜帶的懸浮顆粒，例如廢物阻塞。
根據本發明，提供了一種用于上述過濾裝置的清潔頭。該清潔頭包括基部和可移動地安裝在該基部上的噴嘴。該噴嘴具有在邊緣中限定的噴口，該噴口可連接到低壓出口。所述清潔頭基部可安裝在驅動機構上，從而所述噴嘴可掃描與該噴嘴平行的入口表面，并且可通過回洗流清潔所述入口表面，該回洗流在清潔壓力差的作用下穿過所述過濾元件進入所述噴口，所述清潔壓力差是通過將所述噴口連接到所述低壓出口而產生的。
所述噴口是緊湊的，其最大尺寸至少比沿著所述入口表面的所述過濾元件的任意尺寸小一個數量級，并且所述噴嘴是活動的，從而在掃描期間保持在所述邊緣與所述入口表面之間的永久接觸，從而在掃描期間不管在所述清潔頭基部與所述入口表面之間的距離如何變化，都基本阻止了從所述入口腔直接進入所述噴口的側向流。
所述噴嘴可通過一活動接頭安裝在所述清潔頭基部上，該接頭允許所述噴嘴相對于所述入口表面垂直運動，從而保持所述永久接觸。優選的是，所述活動接頭包括將所述噴嘴推向所述入口表面的偏壓裝置。
所述活動接頭和所述偏壓裝置使得所述噴嘴的所述垂直運動在相對于所述清潔頭基部的第一距離范圍內；所述過濾元件具有的所述入口表面的偏差在相對于所述清潔頭基部的第二距離范圍內。優選的是，在掃描期間所述第二范圍基本在所述第一范圍內。更優選的是，所述第二范圍的中間基本是在所述第一范圍的中間。
優選的是，所述清潔頭的所述活動接頭與所述未經凈化的流體和所述回洗流中的懸浮顆粒隔離。
在所述清潔頭的實施例中，所述活動接頭是將所述噴嘴連接到所述頭基部的套管接頭。所述偏壓裝置可以是一個或多個彈簧，優選是與所述套管接頭同軸的筒形壓縮彈簧。該彈簧優選是預加載的。
所述套管接頭優選通過至少一個密封環而隔離，該密封環緊密牢固地安裝在所述頭基部上并且沿所述噴嘴緊密地滑動。所述套管接頭還可包括至少一個安裝在所述頭基部上的環形擦拭件，從而擦拭所述噴嘴表面滑動經過所述密封環的部分。所述環形擦拭件可與所述密封環成一體。
或者，所述套管接頭可通過至少一個彈性套筒而隔離，該彈性套筒的一端緊密安裝在所述頭基部上，另一端緊密安裝在所述可移動的噴嘴上。
優選的是，所述噴口邊緣的接觸表面小于噴口面積的9倍，更優選地小于所述噴口面積的4倍。優選的是，所述噴口具有由環形邊緣限定的基本圓形的形狀。
在所述清潔頭的一個實施例中，所述過濾元件具有其內有所述入口腔的筒形形狀，并且所述驅動機構提供沿著平行于所述入口表面的螺旋軌跡對所述入口表面的掃描。
利用既具有緊湊噴口又被朝著所述過濾元件表面偏壓的噴嘴可以使抽吸過程最優化。所述緊湊噴口將可用的壓力差集中在較小區域上用于有效抽吸，同時所述被偏壓的噴嘴保持與所述過濾元件表面的永久接觸，從而防止產生寄生的側流。這樣選擇偏壓力，從而限制接觸摩擦和磨損。所示噴口邊緣可以以減小的寬度制造，從而進一步減小了作用在所述邊緣與所述過濾元件之間的力。所述發明的噴嘴能夠以比現有技術噴嘴可實現的壓力差高得多的清潔壓力差進行工作。
術語表清潔壓力差在所述過濾元件的排出(出口)側(沖洗期間的高壓)與在所述清潔頭噴口前方的所述過濾元件的入口側(沖洗期間的低壓)之間的壓力差。
接觸面積所述噴口邊緣的可能與所述過濾元件的所述入口表面接觸的最大面積所述過濾元件的尺寸在多個噴嘴用于一個過濾器中的情況下，所述過濾元件的尺寸是所述過濾元件的由一特定噴嘴掃描的部分的尺寸。
為了理解本發明并清楚它在實踐中是如何實行的，下面將參照附圖僅以非限定性示例的方式描述優選實施例，附圖中圖1是本發明的具有筒形過濾元件和清潔頭的過濾器的圖；圖2A是圖1的清潔頭在設計的工作位置中的剖視圖；圖2B和2C是圖1的清潔頭在兩個極端工作位置中的剖視圖；圖3A示意性地示出了現有技術中已知的、具有寬邊緣和間隙的噴嘴的操作。
圖3B示意性地示出了本發明的與過濾元件永久接觸的噴嘴的操作。
圖3C示意性地示出了圖3B的噴嘴的操作，但該噴嘴的邊緣較窄。
具體實施例方式
參照圖1，該圖示意性地示出了例如用于過濾灌溉用水的過濾器10，該過濾器10包括具有入口端口14的殼體12、入口截止閥16、出口端口18和諸如網20的過濾元件。網20具有直圓筒形的形狀，并且由承載架結構22(圖2A-2C中示出)從外側支撐。網20可包括由剛性且較粗網格26從一側或兩側支撐的多層細軟網格24。
與過濾網20同軸地安裝有具有徑向清潔頭32的旋轉管30，每個清潔頭具有承載基部40和活動噴嘴34。管30被支撐在殼體12中，也用于軸向平移，從而驅動系統(未示出)可旋轉和平移該管。清潔頭32可借助于旋轉和平移運動而沿著螺旋線33平行于入口表面來掃描網20的入口(內)表面。旋轉管30包括具有常閉沖洗閥36的排出口35。
在正常過濾操作期間，未凈化的水在工作壓力Po下通過入口14進入過濾器10，并且從里向外地穿過過濾網20。過濾后的水在出口壓力Pe下通過出口18離開過濾器。在該過程中，懸浮顆粒沉積在網的入口表面上并且逐漸阻塞過濾元件。穿過過濾器的壓降ΔPf＝Po-Pe上升，在稱為“堵塞壓力”的某一預定值ΔPb(該預定值由操作者或自動控制器檢測)的情況下，過濾器進行清潔操作。
在清潔操作開始時，沖洗閥36朝大氣或低壓封裝件(enclosure)打開。啟動驅動系統來使管30旋轉和平移，從而噴嘴34掃描網20的入口表面。當網出流側的壓力高于大氣壓Pa時，在與噴嘴34相對的區域中穿過網形成從網指向排出口35的壓力差ΔP(也見圖3B)。ΔP是清潔壓力差。噴嘴34開始抽吸沉積在網20的入口表面上的廢物，并通過回洗流37將廢料經由管30和出口35倒出過濾器。每個清潔頭32都沿密匝的螺旋軌跡33掃描一部分網20，從而將網的整個表面清潔干凈。
從圖2A-2C所示的側剖視圖將更加清楚本發明的清潔頭的結構和優點。參照圖2A，清潔頭32包括管狀的頭基部40，該頭基部40被徑向安裝(例如焊接)到旋轉管30。頭基部40容納活動噴嘴34和柱形壓縮彈簧42。噴嘴34包括噴嘴管44和具有環形邊緣47的噴嘴帽46。管狀基部40被蓋48關閉。噴嘴管44通過環形引導件50和蓋48中的開口支撐在管狀基部40中，從而形成可軸向移動的套管接頭。柱形彈簧42將噴嘴管44朝網20的入口表面軸向推動。(注意沿著噴嘴軸線的方向對于筒形網20和旋轉管30而言是“徑向”方向。)筒形網20的形狀總是偏離與旋轉管30的旋轉軸線同軸的幾何筒形的理想形狀，從而清潔頭的基部40與網20之間的距離在掃描期間發生變化。該變化可能是因為承載結構22的偏差、網形狀的偏差、驅動機構相對于筒形網的不精確安裝等等引起的。圖2B表示網對于清潔頭基部的極近端位置，而圖2C表示網的極遠端位置。圖2A表示清潔頭32的設計工作位置，其中被彈簧偏壓的噴嘴34處于所述兩個極端位置之間，能夠朝任一極端位置移動。彈簧42隨著網形狀的偏差將噴嘴34保持為總是與網20接觸，從而實際上封閉邊緣47與網20之間的間隙。
應理解，噴嘴垂直于網表面的可用運動范圍必須包含包括網和過濾器結構的公差在內的網表面的偏差范圍，從而保持永久的接觸和封閉的間隙。過濾器結構和過濾元件的公差通常預先已知，并且噴嘴的運動范圍被設計為將上述公差包含在內。優選的是，運動范圍的中點位于公差范圍的中間。
彈簧42相對較弱，從而保持網上的接觸壓力較低并且防止過大的摩擦力，但是彈簧42的強度足以阻止噴嘴與網在清潔壓力差ΔP的作用下發生顯著的移位。為此，重要的是保護套管接頭和彈簧不會粘上灰塵。從而通過安裝在蓋48和管狀基部40中并且在噴嘴管44上滑動的兩個緊密密封環52和54保護套管接頭和彈簧42不受有害顆粒的影響。密封環也具有環形唇部(擦拭件)，該唇部防止顆粒在其進入環形引導件50和密封腔之前粘在噴嘴管表面上。
參照圖3A至3C，可看出與網永久但輕度接觸的清潔作用的優點。在這些圖中，在過濾元件的出口表面上繪出在清潔期間作用在過濾元件上的清潔壓力差ΔP或ΔP0。
圖3A表示現有技術中已知的噴嘴134，其中沒有偏壓裝置將該噴嘴推向網表面。當噴嘴134掃描網20的表面時，在掃描路徑的相當大的部分中噴嘴帽146與網20的表面相距間隙ΔY。在該情況下，回洗流137包括側分量58和中央分量59。中央分量59穿過網20，并且對清潔網有效，而側分量58被浪費而無助于清潔。還應理解，如果噴嘴凸緣147與網20之間的間隙ΔY較大，則穿過網的清潔壓力差ΔP0較低。例如，如果噴嘴口是圓的并且半徑為r0，則寬度為r0/2的間隙將使ΔP0降為零。
可利用具有厚壁(厚邊緣)147的噴嘴減小側分量，從而通過間隙的側流58將受到更大的流體阻力。然而，將過濾元件推向噴嘴邊緣147的力將達到高值。該力近似為壓力差ΔP0和噴嘴面積πR02的乘積，該噴嘴面積包括噴口面積和邊緣接觸面積。如果施加較高的壓力差ΔP0，則該力可能非常大并且能夠使過濾元件在噴嘴繼續移動而進一步掃描過濾元件時朝噴嘴彎曲。除了摩擦磨損之外，過濾元件還將由于周期性的彎曲變形而疲勞。這將妨礙利用較高的清潔壓力差。
如圖3B所示，本發明的噴嘴47由于偏壓彈簧42的調節作用而與過濾元件20永久但輕度地接觸。由于永久接觸，實際上不存在側流59并且回洗流37僅由清潔過濾元件的中央流分量59構成。可以使噴嘴帽46的寬度較小，優選地使得邊緣接觸面積不超過噴口面積的9倍，從而可減小加載了的彈簧42將過濾元件推向噴嘴邊緣47的力。
為了可靠地去除保持在過濾元件上的所有顆粒，施加的清潔壓力差ΔP應該比“堵塞壓力”ΔPb高幾倍。這樣高的清潔壓力差將產生通過噴嘴的較強流動，單位流量比在正常過濾期間通過過濾元件的單位流量高出一個數量級。對于已知的具有較大噴口面積的噴嘴，例如平行于過濾元件軸線延伸的噴嘴而言，該流動是難以實現的。發明的噴嘴非常緊湊，能夠將通過過濾元件的有限區域的清潔流集中并且在給定工作壓力下以比已知過濾器中使用的清潔壓力差高至少3倍的清潔壓力差進行作業。
典型的灌溉過濾器在其入口處在2至10bar之間的工作壓力Po下進行作業。穿過過濾元件的壓力差ΔPf取決于流速、網的幾何形狀和污染程度。在工作過程中，ΔPf達到通常大約為0.5bar的“堵塞壓力”值ΔPb。從而在清潔作用前的出口壓力Pe＝Po-ΔPb大約為1.5至9.5bar。當打開沖洗閥以將噴嘴與大氣連通時(基準壓力Pa＝0)，在過濾元件的出口側與沖洗閥出口之間的總壓力差ΔPt將為ΔPt＝Pe-Pa≌Pe。發明的“下列”噴嘴能夠幾乎完全將ΔPt用于清潔，因為噴嘴防止了從入口腔直接進入噴口的側流。發明人已經確定實現的清潔壓力差ΔP可以是總壓力差ΔPt的80％以上。應理解，原理上總壓差不能完全用于清潔，因為從噴口到大氣的流道中(在管道中，沖洗閥中等等)存在不可避免的水力損失。當工作壓力Po較低時，可在沖洗期間例如通過關閉出口18停止過濾。從而出口壓力Pe可升高至等于工作壓力Po，并且清潔壓力差ΔP同樣升高。
參照圖3C，通過使噴嘴帽表面形成有臺階，使得臺階的高度至少是噴口半徑的一半，可以進一步減小本發明的噴嘴34’的邊緣寬度，并且邊緣面積不超過噴口面積的4倍。這樣可進一步減小將過濾元件推向噴嘴邊緣的力，從而減小伴隨的磨損。
噴嘴帽46’和邊緣47’由提供低摩擦和低摩擦磨損的材料制成，從而過濾元件表面和噴嘴帽46’將至少在過濾器使用壽命期間正常工作。
本發明的清潔頭實現了在高清潔壓力下對過濾元件(網)的有效清潔以及可靠的延長工作。緊湊(例如圓形)的噴嘴口將全部可用的壓力差集中在較小區域上用于有效抽吸。而且，被彈簧偏壓的噴嘴保持與過濾元件表面永久接觸并限制摩擦、網變形和磨損。保護噴嘴與頭基部之間的套管接頭和彈簧元件不被污染和粘附，這樣可以利用較弱的彈簧元件并進一步減少接觸磨損。寬度減小的邊緣也有助于減小作用在噴嘴邊緣與過濾元件之間的力。
雖然已經對具體實施例進行了描述，但可以預期在不脫離本發明范圍的情況下可以進行各種改變。例如，本發明可被修改并用于通過利用掃描運動用的適當驅動器從彎曲過濾元件的內側或外側清潔具有不同布局(例如平的、圓錐形的)的過濾元件；并可用在網過濾器和盤過濾器中；噴嘴的接頭可以不是套管，并且可被諸如波紋管套筒的其它裝置保護。
權利要求
1.一種清潔頭，該清潔頭用于清潔過濾裝置中的過濾元件，該過濾裝置具有用于在高工作壓力下進入的未經凈化的流體的入口以及用于已過濾流體的出口，所述過濾元件布置在所述入口和所述出口之間，所述入口與由所述過濾元件的入口表面限定的入口腔流體連通，所述入口表面易于被所述未經凈化的流體中的顆粒阻塞，所述清潔頭包括基部和可移動地安裝在該基部上的噴嘴，所述噴嘴具有在邊緣中限定的噴口，所述噴口可連接到低壓出口，所述清潔頭基部可安裝在驅動機構上，從而所述噴嘴可掃描與該噴嘴平行的所述入口表面，并且可通過回洗流清潔所述入口表面，該回洗流在清潔壓力差的作用下穿過所述過濾元件進入所述噴口，所述清潔壓力差是通過將所述噴口連接到所述低壓出口而產生的，其中所述噴口的最大尺寸至少比沿著所述入口表面的所述過濾元件的任意尺寸小一個數量級，并且所述噴嘴是活動的，從而在掃描期間保持在所述邊緣與所述入口表面之間的永久接觸，從而在所述掃描期間不管在所述清潔頭基部與所述入口表面之間的距離如何變化，都基本阻止了從所述入口腔直接進入所述噴口的側向流。
2.根據權利要求1所述的清潔頭，其特征在于，所述噴嘴通過一接頭安裝在所述清潔頭基部上，該接頭允許所述噴嘴相對于所述入口表面垂直運動，從而保持所述永久接觸。
3.根據權利要求2所述的清潔頭，其特征在于，所述接頭包括將所述噴嘴推向所述入口表面以保持所述永久接觸的偏壓裝置。
4.根據權利要求3所述的清潔頭，其特征在于，所述活動接頭和所述偏壓裝置使得所述噴嘴的所述垂直運動在相對于所述清潔頭基部的第一距離范圍內，所述過濾元件具有的所述入口表面的偏差在相對于所述清潔頭基部的第二距離范圍內，并且在所述掃描期間所述第二范圍基本在所述第一范圍內。
5.根據權利要求4所述的清潔頭，其特征在于，在所述掃描期間，所述第二范圍的中間基本是在所述第一范圍的中間。
6.根據權利要求3所述的清潔頭，其特征在于，所述活動接頭是套管接頭。
7.根據權利要求6所述的清潔頭，其特征在于，所述偏壓裝置是至少一個柱形壓縮彈簧。
8.根據權利要求7所述的清潔頭，其特征在于，所述偏壓裝置是與所述套管接頭同軸的柱形壓縮彈簧。
9.根據權利要求2或3所述的清潔頭，其特征在于，所述活動接頭與所述未經凈化的流體和所述回洗流中的所述懸浮顆粒隔離。
10.根據權利要求9所述的清潔頭，其特征在于，所述活動接頭是將所述噴嘴連接到所述頭基部的套管接頭。
11.根據權利要求10所述的清潔頭，其特征在于，所述套管接頭通過至少一個密封環而隔離，該密封環緊密牢固地安裝在所述頭基部上并且緊密地沿所述噴嘴滑動。
12.根據權利要求11所述的清潔頭，其特征在于，所述套管接頭還包括至少一個安裝在所述頭基部上的環形擦拭件，以擦拭所述噴嘴表面滑動經過所述密封環的部分。
13.根據權利要求11所述的清潔頭，其特征在于，所述密封環與所述環形擦拭件成一體。
14.根據權利要求9所述的清潔頭，其特征在于，所述套管接頭通過至少一個可變形的套筒而隔離，該套筒的一端緊密安裝在所述頭基部上，另一端緊密安裝在所述噴嘴上。
15.根據權利要求1所述的清潔頭，其特征在于，所述過濾元件具有其內有所述入口腔的筒形形狀，并且所述驅動機構提供沿著與所述筒形同軸的螺旋軌跡對所述入口表面的掃描。
16.根據權利要求1所述的清潔頭，其特征在于，所述邊緣的接觸面積小于所述噴口的面積的9倍。
17.根據權利要求16所述的清潔頭，其特征在于，所述接觸面積小于所述噴口的面積的4倍。
18.根據權利要求16或17所述的清潔頭，其特征在于，所述邊緣為圓形。
全文摘要
本發明提供一種過濾器清潔頭。該過濾裝置具有布置在該裝置的入口和出口之間的過濾元件。過濾元件的入口表面易于被進入的未經凈化的流體攜帶的懸浮顆粒，例如廢物阻塞。本發明提供的用于過濾裝置的清潔頭包括基部和可移動地安裝在該基部上的噴嘴。所述清潔頭基部安裝在驅動機構上，從而所述噴嘴可掃描與該噴嘴平行的入口表面，并且可通過回洗流清潔所述入口表面，該回洗流在清潔壓力差的作用下穿過所述過濾元件進入所述噴口，所述清潔壓力差是通過將所述噴口連接到低壓出口而產生的。所述噴嘴在掃描期間保持與所述入口表面永久接觸，從而在掃描期間不管在所述清潔頭基部與所述入口表面之間的距離如何變化，都基本阻止了直接進入所述噴口的側向流。
文檔編號B01D29/68GK101014397SQ200480043894
公開日2007年8月8日 申請日期2004年12月23日 優先權日2004年7月21日
發明者魯本·施特克爾馬切爾 申請人:阿米阿得過濾系統(1997)有限公司