专利名称：过滤器清洁头的制作方法
技术领域：
本发明涉及自清洁和手动清洁的过滤器，具体涉及利用抽吸头来清洁过滤元件的阻塞表面的过滤器。
背景技术：
GB1485989公开了一种具有外流式筒形过滤元件的过滤器，所述过滤元件由三个轴向成角度隔开的旋转喷嘴清洁。这些喷嘴轴向细长并被弹簧加载成与过滤元件的内表面接触。它们通过中央管道连接到固体物质排出阀(solids discharge valve)，该固体物质排出阀朝大气打开，从而元件外部的压力产生通过过滤元件与喷嘴相反的逆流。通过电动机使管道旋转，从而三个喷嘴轴向清扫过滤元件的重叠部分。喷嘴在各个轴向端部或在它们的中央被弹簧加载，并且可沿径向运动。各个喷嘴包括布增强型(cloth-reinforced)酚醛树脂垫片并且可被独立地弹簧加载，所述垫片与过滤元件的内壁接合。
GB2157964公开了一种具有筒形过滤体的过滤器、以及定位在过滤体内的用于通过已过滤流体的逆流回洗过滤体的装置。该装置包括用于除去回洗流体的旋转同轴回洗管道，以及通过销枢轴连接到回洗管道上的几个回洗头(喷嘴)。回洗头平行于过滤器轴线是细长的并且所述销也平行于过滤器轴线。所述回洗头被偏压成与过滤体接合，从而，所述回洗头在回洗管道旋转运动的同时清扫过滤体，所述枢转安装吸收了表面轮廓中的不规则性。
US4,042,504公开了多个具有筒形过滤体的可自清洁的过滤器，以及沿着过滤器体的筒形表面可移动、用于通过抽吸清洁该过滤体的清洁体(喷嘴)。在一些实施例中，清洁体被安装用于直线和旋转运动，从而沿着螺旋轨迹扫描过滤体。
发明内容
一种过滤装置，该过滤装置具有用于在高工作压力下进入的未经净化的流体的入口、用于已过滤流体的出口、以及布置在所述入口和所述出口之间的过滤元件。所述入口与由所述过滤元件的入口表面限定的入口腔流体连通，所述入口表面易于被所述进入的未经净化的流体携带的悬浮颗粒，例如废物阻塞。
根据本发明，提供了一种用于上述过滤装置的清洁头。该清洁头包括基部和可移动地安装在该基部上的喷嘴。该喷嘴具有在边缘中限定的喷口，该喷口可连接到低压出口。所述清洁头基部可安装在驱动机构上，从而所述喷嘴可扫描与该喷嘴平行的入口表面，并且可通过回洗流清洁所述入口表面，该回洗流在清洁压力差的作用下穿过所述过滤元件进入所述喷口，所述清洁压力差是通过将所述喷口连接到所述低压出口而产生的。
所述喷口是紧凑的，其最大尺寸至少比沿着所述入口表面的所述过滤元件的任意尺寸小一个数量级，并且所述喷嘴是活动的，从而在扫描期间保持在所述边缘与所述入口表面之间的永久接触，从而在扫描期间不管在所述清洁头基部与所述入口表面之间的距离如何变化，都基本阻止了从所述入口腔直接进入所述喷口的侧向流。
所述喷嘴可通过一活动接头安装在所述清洁头基部上，该接头允许所述喷嘴相对于所述入口表面垂直运动，从而保持所述永久接触。优选的是，所述活动接头包括将所述喷嘴推向所述入口表面的偏压装置。
所述活动接头和所述偏压装置使得所述喷嘴的所述垂直运动在相对于所述清洁头基部的第一距离范围内；所述过滤元件具有的所述入口表面的偏差在相对于所述清洁头基部的第二距离范围内。优选的是，在扫描期间所述第二范围基本在所述第一范围内。更优选的是，所述第二范围的中间基本是在所述第一范围的中间。
优选的是，所述清洁头的所述活动接头与所述未经净化的流体和所述回洗流中的悬浮颗粒隔离。
在所述清洁头的实施例中，所述活动接头是将所述喷嘴连接到所述头基部的套管接头。所述偏压装置可以是一个或多个弹簧，优选是与所述套管接头同轴的筒形压缩弹簧。该弹簧优选是预加载的。
所述套管接头优选通过至少一个密封环而隔离，该密封环紧密牢固地安装在所述头基部上并且沿所述喷嘴紧密地滑动。所述套管接头还可包括至少一个安装在所述头基部上的环形擦拭件，从而擦拭所述喷嘴表面滑动经过所述密封环的部分。所述环形擦拭件可与所述密封环成一体。
或者，所述套管接头可通过至少一个弹性套筒而隔离，该弹性套筒的一端紧密安装在所述头基部上，另一端紧密安装在所述可移动的喷嘴上。
优选的是，所述喷口边缘的接触表面小于喷口面积的9倍，更优选地小于所述喷口面积的4倍。优选的是，所述喷口具有由环形边缘限定的基本圆形的形状。
在所述清洁头的一个实施例中，所述过滤元件具有其内有所述入口腔的筒形形状，并且所述驱动机构提供沿着平行于所述入口表面的螺旋轨迹对所述入口表面的扫描。
利用既具有紧凑喷口又被朝着所述过滤元件表面偏压的喷嘴可以使抽吸过程最优化。所述紧凑喷口将可用的压力差集中在较小区域上用于有效抽吸，同时所述被偏压的喷嘴保持与所述过滤元件表面的永久接触，从而防止产生寄生的侧流。这样选择偏压力，从而限制接触摩擦和磨损。所示喷口边缘可以以减小的宽度制造，从而进一步减小了作用在所述边缘与所述过滤元件之间的力。所述发明的喷嘴能够以比现有技术喷嘴可实现的压力差高得多的清洁压力差进行工作。
术语表清洁压力差在所述过滤元件的排出(出口)侧(冲洗期间的高压)与在所述清洁头喷口前方的所述过滤元件的入口侧(冲洗期间的低压)之间的压力差。
接触面积所述喷口边缘的可能与所述过滤元件的所述入口表面接触的最大面积所述过滤元件的尺寸在多个喷嘴用于一个过滤器中的情况下，所述过滤元件的尺寸是所述过滤元件的由一特定喷嘴扫描的部分的尺寸。
为了理解本发明并清楚它在实践中是如何实行的，下面将参照附图仅以非限定性示例的方式描述优选实施例，附图中图1是本发明的具有筒形过滤元件和清洁头的过滤器的图；图2A是图1的清洁头在设计的工作位置中的剖视图；图2B和2C是图1的清洁头在两个极端工作位置中的剖视图；图3A示意性地示出了现有技术中已知的、具有宽边缘和间隙的喷嘴的操作。
图3B示意性地示出了本发明的与过滤元件永久接触的喷嘴的操作。
图3C示意性地示出了图3B的喷嘴的操作，但该喷嘴的边缘较窄。
具体实施例方式
参照图1，该图示意性地示出了例如用于过滤灌溉用水的过滤器10，该过滤器10包括具有入口端口14的壳体12、入口截止阀16、出口端口18和诸如网20的过滤元件。网20具有直圆筒形的形状，并且由承载架结构22(图2A-2C中示出)从外侧支撑。网20可包括由刚性且较粗网格26从一侧或两侧支撑的多层细软网格24。
与过滤网20同轴地安装有具有径向清洁头32的旋转管30，每个清洁头具有承载基部40和活动喷嘴34。管30被支撑在壳体12中，也用于轴向平移，从而驱动系统(未示出)可旋转和平移该管。清洁头32可借助于旋转和平移运动而沿着螺旋线33平行于入口表面来扫描网20的入口(内)表面。旋转管30包括具有常闭冲洗阀36的排出口35。
在正常过滤操作期间，未净化的水在工作压力Po下通过入口14进入过滤器10，并且从里向外地穿过过滤网20。过滤后的水在出口压力Pe下通过出口18离开过滤器。在该过程中，悬浮颗粒沉积在网的入口表面上并且逐渐阻塞过滤元件。穿过过滤器的压降ΔPf＝Po-Pe上升，在称为“堵塞压力”的某一预定值ΔPb(该预定值由操作者或自动控制器检测)的情况下，过滤器进行清洁操作。
在清洁操作开始时，冲洗阀36朝大气或低压封装件(enclosure)打开。启动驱动系统来使管30旋转和平移，从而喷嘴34扫描网20的入口表面。当网出流侧的压力高于大气压Pa时，在与喷嘴34相对的区域中穿过网形成从网指向排出口35的压力差ΔP(也见图3B)。ΔP是清洁压力差。喷嘴34开始抽吸沉积在网20的入口表面上的废物，并通过回洗流37将废料经由管30和出口35倒出过滤器。每个清洁头32都沿密匝的螺旋轨迹33扫描一部分网20，从而将网的整个表面清洁干净。
从图2A-2C所示的侧剖视图将更加清楚本发明的清洁头的结构和优点。参照图2A，清洁头32包括管状的头基部40，该头基部40被径向安装(例如焊接)到旋转管30。头基部40容纳活动喷嘴34和柱形压缩弹簧42。喷嘴34包括喷嘴管44和具有环形边缘47的喷嘴帽46。管状基部40被盖48关闭。喷嘴管44通过环形引导件50和盖48中的开口支撑在管状基部40中，从而形成可轴向移动的套管接头。柱形弹簧42将喷嘴管44朝网20的入口表面轴向推动。(注意沿着喷嘴轴线的方向对于筒形网20和旋转管30而言是“径向”方向。)筒形网20的形状总是偏离与旋转管30的旋转轴线同轴的几何筒形的理想形状，从而清洁头的基部40与网20之间的距离在扫描期间发生变化。该变化可能是因为承载结构22的偏差、网形状的偏差、驱动机构相对于筒形网的不精确安装等等引起的。图2B表示网对于清洁头基部的极近端位置，而图2C表示网的极远端位置。图2A表示清洁头32的设计工作位置，其中被弹簧偏压的喷嘴34处于所述两个极端位置之间，能够朝任一极端位置移动。弹簧42随着网形状的偏差将喷嘴34保持为总是与网20接触，从而实际上封闭边缘47与网20之间的间隙。
应理解，喷嘴垂直于网表面的可用运动范围必须包含包括网和过滤器结构的公差在内的网表面的偏差范围，从而保持永久的接触和封闭的间隙。过滤器结构和过滤元件的公差通常预先已知，并且喷嘴的运动范围被设计为将上述公差包含在内。优选的是，运动范围的中点位于公差范围的中间。
弹簧42相对较弱，从而保持网上的接触压力较低并且防止过大的摩擦力，但是弹簧42的强度足以阻止喷嘴与网在清洁压力差ΔP的作用下发生显著的移位。为此，重要的是保护套管接头和弹簧不会粘上灰尘。从而通过安装在盖48和管状基部40中并且在喷嘴管44上滑动的两个紧密密封环52和54保护套管接头和弹簧42不受有害颗粒的影响。密封环也具有环形唇部(擦拭件)，该唇部防止颗粒在其进入环形引导件50和密封腔之前粘在喷嘴管表面上。
参照图3A至3C，可看出与网永久但轻度接触的清洁作用的优点。在这些图中，在过滤元件的出口表面上绘出在清洁期间作用在过滤元件上的清洁压力差ΔP或ΔP0。
图3A表示现有技术中已知的喷嘴134，其中没有偏压装置将该喷嘴推向网表面。当喷嘴134扫描网20的表面时，在扫描路径的相当大的部分中喷嘴帽146与网20的表面相距间隙ΔY。在该情况下，回洗流137包括侧分量58和中央分量59。中央分量59穿过网20，并且对清洁网有效，而侧分量58被浪费而无助于清洁。还应理解，如果喷嘴凸缘147与网20之间的间隙ΔY较大，则穿过网的清洁压力差ΔP0较低。例如，如果喷嘴口是圆的并且半径为r0，则宽度为r0/2的间隙将使ΔP0降为零。
可利用具有厚壁(厚边缘)147的喷嘴减小侧分量，从而通过间隙的侧流58将受到更大的流体阻力。然而，将过滤元件推向喷嘴边缘147的力将达到高值。该力近似为压力差ΔP0和喷嘴面积πR02的乘积，该喷嘴面积包括喷口面积和边缘接触面积。如果施加较高的压力差ΔP0，则该力可能非常大并且能够使过滤元件在喷嘴继续移动而进一步扫描过滤元件时朝喷嘴弯曲。除了摩擦磨损之外，过滤元件还将由于周期性的弯曲变形而疲劳。这将妨碍利用较高的清洁压力差。
如图3B所示，本发明的喷嘴47由于偏压弹簧42的调节作用而与过滤元件20永久但轻度地接触。由于永久接触，实际上不存在侧流59并且回洗流37仅由清洁过滤元件的中央流分量59构成。可以使喷嘴帽46的宽度较小，优选地使得边缘接触面积不超过喷口面积的9倍，从而可减小加载了的弹簧42将过滤元件推向喷嘴边缘47的力。
为了可靠地去除保持在过滤元件上的所有颗粒，施加的清洁压力差ΔP应该比“堵塞压力”ΔPb高几倍。这样高的清洁压力差将产生通过喷嘴的较强流动，单位流量比在正常过滤期间通过过滤元件的单位流量高出一个数量级。对于已知的具有较大喷口面积的喷嘴，例如平行于过滤元件轴线延伸的喷嘴而言，该流动是难以实现的。发明的喷嘴非常紧凑，能够将通过过滤元件的有限区域的清洁流集中并且在给定工作压力下以比已知过滤器中使用的清洁压力差高至少3倍的清洁压力差进行作业。
典型的灌溉过滤器在其入口处在2至10bar之间的工作压力Po下进行作业。穿过过滤元件的压力差ΔPf取决于流速、网的几何形状和污染程度。在工作过程中，ΔPf达到通常大约为0.5bar的“堵塞压力”值ΔPb。从而在清洁作用前的出口压力Pe＝Po-ΔPb大约为1.5至9.5bar。当打开冲洗阀以将喷嘴与大气连通时(基准压力Pa＝0)，在过滤元件的出口侧与冲洗阀出口之间的总压力差ΔPt将为ΔPt＝Pe-Pa≌Pe。发明的“下列”喷嘴能够几乎完全将ΔPt用于清洁，因为喷嘴防止了从入口腔直接进入喷口的侧流。发明人已经确定实现的清洁压力差ΔP可以是总压力差ΔPt的80％以上。应理解，原理上总压差不能完全用于清洁，因为从喷口到大气的流道中(在管道中，冲洗阀中等等)存在不可避免的水力损失。当工作压力Po较低时，可在冲洗期间例如通过关闭出口18停止过滤。从而出口压力Pe可升高至等于工作压力Po，并且清洁压力差ΔP同样升高。
参照图3C，通过使喷嘴帽表面形成有台阶，使得台阶的高度至少是喷口半径的一半，可以进一步减小本发明的喷嘴34’的边缘宽度，并且边缘面积不超过喷口面积的4倍。这样可进一步减小将过滤元件推向喷嘴边缘的力，从而减小伴随的磨损。
喷嘴帽46’和边缘47’由提供低摩擦和低摩擦磨损的材料制成，从而过滤元件表面和喷嘴帽46’将至少在过滤器使用寿命期间正常工作。
本发明的清洁头实现了在高清洁压力下对过滤元件(网)的有效清洁以及可靠的延长工作。紧凑(例如圆形)的喷嘴口将全部可用的压力差集中在较小区域上用于有效抽吸。而且，被弹簧偏压的喷嘴保持与过滤元件表面永久接触并限制摩擦、网变形和磨损。保护喷嘴与头基部之间的套管接头和弹簧元件不被污染和粘附，这样可以利用较弱的弹簧元件并进一步减少接触磨损。宽度减小的边缘也有助于减小作用在喷嘴边缘与过滤元件之间的力。
虽然已经对具体实施例进行了描述，但可以预期在不脱离本发明范围的情况下可以进行各种改变。例如，本发明可被修改并用于通过利用扫描运动用的适当驱动器从弯曲过滤元件的内侧或外侧清洁具有不同布局(例如平的、圆锥形的)的过滤元件；并可用在网过滤器和盘过滤器中；喷嘴的接头可以不是套管，并且可被诸如波纹管套筒的其它装置保护。
权利要求
1.一种清洁头，该清洁头用于清洁过滤装置中的过滤元件，该过滤装置具有用于在高工作压力下进入的未经净化的流体的入口以及用于已过滤流体的出口，所述过滤元件布置在所述入口和所述出口之间，所述入口与由所述过滤元件的入口表面限定的入口腔流体连通，所述入口表面易于被所述未经净化的流体中的颗粒阻塞，所述清洁头包括基部和可移动地安装在该基部上的喷嘴，所述喷嘴具有在边缘中限定的喷口，所述喷口可连接到低压出口，所述清洁头基部可安装在驱动机构上，从而所述喷嘴可扫描与该喷嘴平行的所述入口表面，并且可通过回洗流清洁所述入口表面，该回洗流在清洁压力差的作用下穿过所述过滤元件进入所述喷口，所述清洁压力差是通过将所述喷口连接到所述低压出口而产生的，其中所述喷口的最大尺寸至少比沿着所述入口表面的所述过滤元件的任意尺寸小一个数量级，并且所述喷嘴是活动的，从而在扫描期间保持在所述边缘与所述入口表面之间的永久接触，从而在所述扫描期间不管在所述清洁头基部与所述入口表面之间的距离如何变化，都基本阻止了从所述入口腔直接进入所述喷口的侧向流。
2.根据权利要求1所述的清洁头，其特征在于，所述喷嘴通过一接头安装在所述清洁头基部上，该接头允许所述喷嘴相对于所述入口表面垂直运动，从而保持所述永久接触。
3.根据权利要求2所述的清洁头，其特征在于，所述接头包括将所述喷嘴推向所述入口表面以保持所述永久接触的偏压装置。
4.根据权利要求3所述的清洁头，其特征在于，所述活动接头和所述偏压装置使得所述喷嘴的所述垂直运动在相对于所述清洁头基部的第一距离范围内，所述过滤元件具有的所述入口表面的偏差在相对于所述清洁头基部的第二距离范围内，并且在所述扫描期间所述第二范围基本在所述第一范围内。
5.根据权利要求4所述的清洁头，其特征在于，在所述扫描期间，所述第二范围的中间基本是在所述第一范围的中间。
6.根据权利要求3所述的清洁头，其特征在于，所述活动接头是套管接头。
7.根据权利要求6所述的清洁头，其特征在于，所述偏压装置是至少一个柱形压缩弹簧。
8.根据权利要求7所述的清洁头，其特征在于，所述偏压装置是与所述套管接头同轴的柱形压缩弹簧。
9.根据权利要求2或3所述的清洁头，其特征在于，所述活动接头与所述未经净化的流体和所述回洗流中的所述悬浮颗粒隔离。
10.根据权利要求9所述的清洁头，其特征在于，所述活动接头是将所述喷嘴连接到所述头基部的套管接头。
11.根据权利要求10所述的清洁头，其特征在于，所述套管接头通过至少一个密封环而隔离，该密封环紧密牢固地安装在所述头基部上并且紧密地沿所述喷嘴滑动。
12.根据权利要求11所述的清洁头，其特征在于，所述套管接头还包括至少一个安装在所述头基部上的环形擦拭件，以擦拭所述喷嘴表面滑动经过所述密封环的部分。
13.根据权利要求11所述的清洁头，其特征在于，所述密封环与所述环形擦拭件成一体。
14.根据权利要求9所述的清洁头，其特征在于，所述套管接头通过至少一个可变形的套筒而隔离，该套筒的一端紧密安装在所述头基部上，另一端紧密安装在所述喷嘴上。
15.根据权利要求1所述的清洁头，其特征在于，所述过滤元件具有其内有所述入口腔的筒形形状，并且所述驱动机构提供沿着与所述筒形同轴的螺旋轨迹对所述入口表面的扫描。
16.根据权利要求1所述的清洁头，其特征在于，所述边缘的接触面积小于所述喷口的面积的9倍。
17.根据权利要求16所述的清洁头，其特征在于，所述接触面积小于所述喷口的面积的4倍。
18.根据权利要求16或17所述的清洁头，其特征在于，所述边缘为圆形。
全文摘要
本发明提供一种过滤器清洁头。该过滤装置具有布置在该装置的入口和出口之间的过滤元件。过滤元件的入口表面易于被进入的未经净化的流体携带的悬浮颗粒，例如废物阻塞。本发明提供的用于过滤装置的清洁头包括基部和可移动地安装在该基部上的喷嘴。所述清洁头基部安装在驱动机构上，从而所述喷嘴可扫描与该喷嘴平行的入口表面，并且可通过回洗流清洁所述入口表面，该回洗流在清洁压力差的作用下穿过所述过滤元件进入所述喷口，所述清洁压力差是通过将所述喷口连接到低压出口而产生的。所述喷嘴在扫描期间保持与所述入口表面永久接触，从而在扫描期间不管在所述清洁头基部与所述入口表面之间的距离如何变化，都基本阻止了直接进入所述喷口的侧向流。
文档编号B01D29/68GK101014397SQ200480043894
公开日2007年8月8日 申请日期2004年12月23日 优先权日2004年7月21日
发明者鲁本·施特克尔马切尔 申请人:阿米阿得过滤系统(1997)有限公司