Способ отделения частиц от жидкости при помощи турбулентных вихрей и устройство для его осуществления

 

Изобретение предназначено для отделения твердых частиц от жидкости. Способ отделения частиц от жидкости включает пропускание гидросмеси через гидродинамическую трубу со скоростью, необходимой для образования турбулентных вихрей, взаимодействующих с частицами, при этом стенки трубы имеют бугорки для генерирования стационарных турбулентных вихрей жидкости, а высоту бугорка выбирают такой, чтобы при данной средней скорости потока гидросмеси значение центробежной силы на поверхности вихря жидкости, определяемое его радиусом и скоростью вращения, было не больше величины веса отделяемой частицы в данной гидросмеси. Сепаратор для отделения от гидросмеси частиц примесей содержит соединенную с нагнетателем гидросмеси подводящую трубу, сообщенную с приемником для отделенных частиц через щель в ее стенке. Подводящая труба снабжена бугорками, расположенными в шахматном порядке. Изобретение обладает широкими функциональными возможностями. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к отделению твердых частиц от жидкости, конкретно, к способам, в которых используются турбулентные эффекты, возникающие при протекании жидкости с взвешенными частицами через трубу с бугорками на внутренней стенке.

Известен турбулентно-вихревой очиститель, содержащий горизонтальный подводящий трубопровод ПТ и состыкованную с ним выводную трубу ВТ, причем в плоскости стыковки между ПТ и ВТ имеется кольцевой зазор (см. свидетельство на полезную модель N 6349, кл. B 04 C 3/00, 1998 г.). В данном устройстве используют турбулентные вихри в потоке жидкости, который протекает с заданной скоростью по трубе определенного диаметра. Диаметр трубы и минимальную скорость потока определяют из уравнения Рейнольдса, которое задает условия для возникновения элементарных турбулентных вихрей. Эти вихри захватывают мелкие частицы взвеси и отделяют их от основного потока.

Недостатком устройства является то, что оно не сортирует частицы взвеси. Переработка отходов станет значительно эффективнее, если частицы сортировать по плотности.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что в способе отделения частиц от жидкости, в котором гидросмесь пропускают через гидродинамическую трубу, на внутренней стенке которой имеются бугорки определенной высоты, со скоростью, достаточной для образования турбулентных вихрей, имеющих определенный радиус и скорость вращения, взаимодействующих с частицами, при этом среднюю скорость потока устанавливают такой, чтобы значение центробежной силы на поверхности вихря не превышало веса отделяемой частицы в данной гидросмеси. Величину средней скорости гидросмеси задают не более критической, установленной для отделяемых частиц с данной крупностью.

Достигаемый технический результат заключается в том, что генерируемые бугорками турбулентные вихри образуют стационарный вихревой слой жидкости, который будет отбрасывать частицы, вес которых недостаточен для преодоления центробежной отталкивающей силы этого слоя. Осаждаться на дно трубы будут только те частицы, вес которых превышает суммарное действие сил на поверхности вихревого слоя.

Предлагаемый способ реализован в турбулентно-вихревом сепараторе, содержащем соединенную с нагнетателем гидросмеси подводящую трубу, сообщающуюся с приемником для отделенных от данной гидросмеси частиц.

Устройство отличается тем, что подводящая труба, имеющая внутри бугорки определенной высоты для генерирования турбулентных вихрей, сообщена через щель в ее стенке с приемником для отделенных частиц, прикрепленным герметично снаружи к трубе. Упомянутые бугорки расположены в шахматном порядке.

Устройство турбулентно-вихревого сепаратора и принцип его работы поясняются чертежами, на которых показаны следующие виды: фиг. 1 - продольное сечение устройства, фиг. 2 - вид 1 фиг. 1, фиг. 3 - сечение А-А по фиг. 1. На фиг. 4 изображено семейство характеристических кривых, показывающих зависимость предельной скорости V частицы с данной плотностью от радиуса R вихря.

Турбулентно-вихревой сепаратор содержит нагнетатель 1, соединенный с подводящей трубой 2, и приемную емкость 3, которая сообщена с трубой 2 через щель 4. Щель выполнена в нижней части трубы 2 в поперечной плоскости и имеет форму дуги с угловыми размерами 90 - 100^o (фиг. 3). На внутренней поверхности трубы 2 имеются бугорки 5, расположенные в шахматном порядке. Высоту бугорков выбирают в зависимости от плотности примеси, которую необходимо отделить от гидросмеси, пропускаемой через сепаратор. В примере конкретного исполнения показан сепаратор с дополнительной секцией, состоящей из трубы 2a и приемного устройства 3a. В трубе 2a с целью 4a также имеются бугорки 6, высота которых будет другой, поскольку рассчитана для отделения более легких частиц. Дополнительных секций может быть несколько, так как их число ограничено только мощностью нагнетателя 1.

Нагнетатель 1 соединен с питающей магистралью 7. Для стабилизации скорости потока гидросмеси предусмотрена отводящая труба 8 с вентилем 9, которая соединяет трубу 2 с магистралью 7 через накопительный бак 10. Трубы 2 и 2a соединены фланцевыми соединениями 11. Дополнительная секция соединена с выводной трубой 12.

Турбулентно-вихревой сепаратор работает следующим образом.

Гидросмесь поступает из питающей магистрали 7 в нагнетатель 1, который создает в трубе 2 необходимую скорость потока (направление потока обозначено стрелкой "б"). При обтекании гидросмесью бугорков 5 у стенки трубы 2 возникают турбулентные вихри, образующие стационарный вихревой слой, который отбрасывает обратно в поток частицы, плотность которых меньше расчетной, но пропускают частицы с большей плотностью. Таким образом происходит сепарация частиц гидросмеси по плотности. Поскольку стационарный вихревой слой перекрывает ширину щели 4, в щель попадают только частицы большей плотности, а гидросмесь с частицами меньшей плотности проходит дальше в трубу 2a, где высота бугорков 6 рассчитана на осаждение более легких частиц гидросмеси. Осветленная жидкость отводится через трубу 12.

Практика показывает, что со временем технические характеристики нагнетателя могут изменяться. Это связано с абразивными свойствами гидросмеси, содержащей твердые частицы. С целью продления срока непрерывной работы устройства в его конструкции предусмотрен трубопровод 8 для отвода части гидросмеси в питающую магистраль. Если со временем скорость потока в трубопроводе 2 становится ниже требуемой, то вентиль 9 перекрывают на необходимую величину для достижения требуемого значения скорости потока гидросмеси.

Предлагаемый турбулентно-вихревой сепаратор лучше изготавливать в виде встраиваемого в трубопроводный транспорт готового модуля. Тогда разделение по плотности частиц гидросмеси зольных или горнорудных отходов можно производить одновременно с их транспортированием. В этом случае производственные расходы на переработку техногенных отходов сводятся к минимуму.

Формула изобретения

1. Способ отделения частиц от жидкости при помощи турбулентных вихрей, в котором гидросмесь с частицами примесей пропускают через гидродинамическую трубу со скоростью, необходимой для образования турбулентных вихрей, взаимодействующих с частицами, отличающийся тем, что гидросмесь пропускают через трубу, стенки которой имеют бугорки для генерирования стационарных турбулентных вихрей жидкости, при этом высоту бугорка выбирают такой, чтобы при данной средней скорости потока гидросмеси значение центробежной силы на поверхности вихря жидкости, определяемое его радиусом и скоростью вращения, было не больше величины веса отделяемой частицы в данной гидросмеси.

2. Способ отделения частиц от жидкости при помощи турбулентных вихрей по п. 1, отличающийся тем, что величину средней скорости гидросмеси задают не более критической, установленной для отделяемых частиц с данной крупностью.

3. Турбулентно-вихревой сепаратор, преимущественно для отделения от гидросмеси твердых частиц примесей, содержащий соединенную с нагнетателем гидросмеси подводящую трубу, сообщенную с приемником для отделенных частиц, отличающийся тем, что подводящая труба имеет внутри бугорки для генерирования стационарных турбулентных вихрей, при этом приемник для отделенных частиц прикреплен герметично к упомянутой трубе снаружи и сообщен с ней через щель в ее стенке.

4. Турбулентно-вихревой сепаратор по п.3, отличающийся тем, что упомянутые бугорки расположены в шахматном порядке.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4