Гидроциклон

 

Изобретение предназначено для разделения жидкости неоднородных систем под действием центробежных сил и может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей, пищевой промышленности при очистке природных и сточных вод. Гидроциклон содержит корпус с входным патрубком и патрубками выхода осветленной и тяжелой фракций, коническую вставку, размещенную внутри корпуса и снабженную усеченным конусом, примыкающим к меньшему основанию вставки, и центрально установленной трубой, соединенной каналом с наружной поверхностью вставки. Корпус выполнен в форме опрокинутого усеченного конуса с внутренними криволинейными винтообразными кондукторами, соединенными патрубками с приемником крупной фракции твердых частиц, на внутренней поверхности конической вставки установлены пружинистые направляющие, образованные из сжатых циклоид, а патрубок выхода осветленной фракции выполнен в виде эластичной вставки конической формы с виброловушками на внутренней ее поверхности в виде "ласточкина хвоста", которые соединены выпускной трубой с приемником мелкой фракции твердых частиц, причем эластичная вставка подвешена на амортизаторах к корпусу. В гидроциклоне обеспечивается высокая эффективность процесса разделения суспензий. 5 ил.

Изобретение относится к устройствам для разделения жидкости неоднородных систем под воздействием центробежных сил и может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей, пищевой промышленности, при очистке природных и сточных вод.

Известен гидроциклон (см. а.с. N 352676, МКИ B 04 C 1/103, бюл. N 29, 1972), содержащий цилиндро-конический корпус с тангенциальным патрубком входа суспензии с вкладышем, обрабатываемый совместно с корпусом гидроциклона, штуцером слива осветленной жидкости и выхода шлама.

Недостатком данного гидроциклона является сложность изготовления, ремонта и невысокая эффективность разделения суспензий.

Известен гидроциклон (см. а.с. N 980851, МКИ B 04 C 1/103, бюл. N 46, 1982), содержащий корпус с входным патрубком и патрубками выхода осветленной и тяжелой фракций, коническую вставку, размещенную внутри корпуса и снабженную усеченным конусом, примыкающим к меньшему основанию вставки, и центрально установленной трубой, соединенной каналом с наружной поверхностью вставки, при этом сечения между внутренней поверхностью корпуса и большим основанием вставки и конуса выполнены уменьшающимися в направлении выгрузки тяжелой фракции, причем вставка снабжена кольцевой перегородкой, прикрепленной к ней верхним концом, а нижний торцом, установленной ниже канала вставки, вставка также снабжена регулирующим органом для изменения проходного сечения канала, выполненным в виде поршня, установленного с возможностью осевого перемещения относительно вставки.

Недостатком данного гидроциклона является незначительная эффективность разделения суспензий из-за слабой закрутки потока жидкости и, следовательно, небольшой величины возникающих центробежных сил.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности разделения суспензий путем выполнения корпуса в форме опрокинутого усеченного конуса с внутренними криволинейными винтообразными кондукторами, соединенными патрубками с приемником крупной фракции твердых частиц, на внутренней поверхности конической вставки установлены пружинистые направляющие, образованные из сжатых циклоид (см. М. Я. Выгодский. Справочник по высшей математике. - М.: Физматлит, 1965, с. 56, с. 791. ..822), а патрубок выхода осветленной фракции выполнен в виде эластичной вставки конической формы с виброловушками на внутренней ее поверхности в виде "ласточкина хвоста", которые соединены выпускной трубой с приемником мелкой фракции твердых частиц, причем эластичная вставка подвешена на амортизаторах к корпусу.

Технический результат достигается тем, что гидроциклон, содержащий корпус с входным патрубком и патрубками выхода осветленной и тяжелой фракций, коническую вставку, размещенную внутри корпуса и снабженную усеченным конусом, примыкающим к меньшему основанию вставки, и центрально установленной трубой, соединенной каналом с наружной поверхностью вставки, при этом сечения между внутренней поверхностью корпуса и большим основанием вставки и конуса выполнены уменьшающимися в направлении выгрузки тяжелой фракции, причем вставка снабжена кольцевой перегородкой, прикрепленной к ней верхним концом, а нижним торцом, установленной ниже канала вставки, вставка также снабжена регулирующим органом для изменения проходного сечения канала, выполненным в виде поршня, установленного с возможностью осевого перемещения относительно вставки, имеет корпус выполненный в форме опрокинутого усеченного конуса с внутренними криволинейными винтообразными кондукторами, соединенными патрубками с приемником крупной фракции твердых частиц, на внутренней поверхности конической вставки установлены пружинистые направляющие, образованные из сжатых циклоид, а патрубок выхода осветленной фракции выполнен в виде эластичной вставки конической формы с виброловушками на внутренней ее поверхности в виде "ласточкина гнезда", которые соединены выпускной трубой с приемником мелкой фракции твердых частиц, причем эластичная вставка подвешена на амортизаторах к корпусу.

На фиг.1 приведена принципиальная схема гидроциклона; на фиг.2 - разрез А - А; на фиг. 3 - виброловушка; на фиг.4 - пружинистые направляющие из сжатых циклоид; на фиг.5 - развертка внутренней поверхности корпуса с криволинейными винтообразными кондукторами.

Гидроциклон содержит корпус 1 с входным патрубком 2, эластичную вставку 3 для выхода осветленной фракции и патрубок 4 для выхода тяжелой фракции. Внутри корпуса 1 соосно ему установлена вставка 5, имеющая внутреннюю коническую поверхность, образующую основную камеру 6 разделения, оканчивающуюся отверстием 7 для выгрузки тяжелой фракции. Наружная поверхность вставки 5 выполнена в виде двух усеченных конусов 8 и 9, образующих большими основаниями с конусом кольцевые зазоры 10 и 11 с уменьшающимися в направлении выгрузки тяжелой фракции поперечными сечениями. Наружная поверхность вставки 5 образует с корпусом 1 дополнительную камеру разделения 12. Камера 12 разделения с камерой 6 разделения соединена каналами 13, выполненными в виде нескольких трубок 14. Трубки 14 соединены с центральной трубой 15, установленной на оси отверстия 7. Вставка 5 снабжена кольцевой перегородкой 16 для уменьшения взаимодействия нисходящих и восходящих потоков в дополнительной камере 12 разделения и регулирующим органом 17, выполненным в виде поршня 18, установленного во вставке 5 с возможностью осевого перемещения и предназначенного для изменения проходного сечения каналов 13, соединяющих камеры 6 и 12 разделения. Корпус 1, выполненный в форме опрокинутого усеченного конуса, на внутренней поверхности имеет криволинейные винтообразные кондукторы 19, соединенные патрубками 20 с приемником 21 крупной фракции твердых частиц. На внутренней поверхности конической вставки 5 установлены пружинистые направляющие 22, образованные из сжатых циклоид 23. На внутренней поверхности эластичной вставки 3 предусмотрены виброловушки 24 в виде "ласточкина хвоста" 25, которые соединены выпускной трубой 26 с задвижкой 27 с приемником 28 мелкой фракции твердых частиц. Эластичная вставка 3 подвешена на амортизаторах 29 к корпусу 1.

Гидроциклон работает следующим образом.

Исходная смесь тангенциально подается под давлением в корпус 1, выполненный в форме опрокинутого усеченного конуса через входной патрубок 2 гидроциклона. За счет тангенциального ввода исходная смесь приобретает в нем вращательное спиралевидное движение, переходящее в волновое, благодаря действию криволинейных винтообразных кондукторов 19, установленных на внутренней поверхности корпуса 1. Под действием центробежных сил тяжелая фракция отбрасывается к стенкам корпуса 1, а легкая фракция перемещается во внутренние слои потока. Коническая вставка 5 верхней своей кромкой делит движущуюся исходную смесь на два вращающиеся потока, один из которых, обогащенный тяжелой фракцией поступает через кольцевые зазоры 10 и 11 в дополнительную камеру 12 разделения, а другой, обогащенный легкой фракцией, поступает в основную камеру 6 разделения. Таким образом, исходная смесь подвергается предварительному разделению. Исходная смесь, поступающая в камеру 6 разделения, подвергается под действием центробежных сил вторичному разделению. При этом тяжелая фракция выводится из камеры 6 разделения через выгрузное устройство 7 и далее из гидроциклона через патрубок 4 для выхода тяжелой фракции. Исходная смесь, поступившая в дополнительную камеру 12 разделения, движется нисходящим вращательным потоком к кольцевому зазору 11, также подвергаясь под действием центробежных сил вторичному разделению. При этом тяжелая фракция выводится из гидроциклона через кольцевой 11 обратным восходящим потоком, образующимся у нижней поверхности конической вставки 5 и поступает через каналы 13 в камеру 6 разделения, где смешивается с потоком легкой фракции, выходящей из этой камеры 6 через патрубок 4 выхода тяжелой фракции. При прохождении исходной смеси в закрученном виде внутри конической вставки 5 в основной камере 6 разделения за счет центробежных сил тяжелая фракция твердых частиц отбрасывается к периферии и попадает в пружинистые направляющие 22, образованные из сжатых циклоид 23, в которых она с минимальными энергозатратами за счет свойств циклоиды опускается вниз. В эластичной вставке 3 для выхода осветленной фракции пылеватые частицы за счет центробежных и вибрационных сил, создаваемых амортизаторами 29 и эластичными свойствами вставки 3 и отбрасываются к периферийной ее части и попадают в виброловушки 24 в виде "ласточкина хвоста" 25, которые соединены выпускной трубой 25 с задвижкой 27 с приемником 28 мелкой фракции твердых частиц. Виброловушка 25 в виде "ласточкина хвоста" 25 предотвращает вынос из нее мелкой фракции твердых частиц под действием гидродинамических сил. В виброловушке 24 пылеватые частицы сталкиваются между собой, оттираются, укрупняются, коагулируются, опускаются вниз под действием гравитационных сил, попадают в приемник 28 мелкой фракции твердых частиц, из которого выпускается по выпускной трубе 26 через задвижку 27.

Выполнение корпуса гидроциклона конической формы с криволинейными винтообразными кондукторами на его внутренней поверхности обеспечивает закрутку потока суспензии и ее вращательное движение усиливается действием центробежных сил. Введение в конструкцию гидроциклона дополнительной камеры разделения повышает эффективность разделения суспензии, а наличие на ее внутренней поверхности пружинистых направляющих, образованных из сжатых циклоид, с одной стороны, усиливает закрутку потока в камере, а с другой, обеспечивает спуск тяжелой фракции вниз при минимальных энергозатратах. Наличие эластичной вставки на выходе осветленной фракции с виброловушками в виде "ласточкина хвоста" обеспечивает задержание пылеватых частиц, улучшает экологическую обстановку и повышает качество суспензии. Поэтапное удаление тяжелой фракции твердых частиц по высоте гидроциклона снижает энергозатраты на движение эмульсии. Таким образом, усиление закрутки потока суспензии, предварительное удаление части тяжелой фракции твердых частиц улучшает гидравлические и энергетические условия работы, повышает эффективность разделения суспензии в гидроциклоне.

Оригинальность предложенного технического решения заключается в использовании дополнительных центробежных и вибрационных сил для повышения эффективности разделения суспензии и внутренних свойств элементов конструкции аппарата без привлечения энергии извне.

Формула изобретения

Гидроциклон, содержащий корпус с входным патрубком и патрубками выхода осветленной и тяжелой фракций, коническую вставку, размещенную внутри корпуса и снабженную усеченным конусом, примыкающим к меньшему основанию вставки, и центрально установленной трубой, соединенной каналом с наружной поверхностью вставки, при этом сечения между внутренней поверхностью корпуса и большим основанием вставки и конуса выполнены уменьшающимися в направлении выгрузки тяжелой фракции, причем вставка снабжена кольцевой перегородкой, прикрепленной к ней верхним концом, а нижним торцом установленной ниже канала вставки, вставка также снабжена регулирующим органом для изменения проходного сечения канала, выполненным в виде поршня, установленного с возможностью осевого перемещения относительно вставки, отличающийся тем, что корпус выполнен в форме опрокинутого усеченного конуса с внутренними криволинейными винтообразными кондукторами, соединенными патрубками с приемником крупной фракции твердых частиц, на внутренней поверхности конической вставки установлены пружинистые направляющие, образованные из сжатых циклоид, а патрубок выхода осветленной фракции выполнен в виде эластичной вставки конической формы с виброловушками на внутренней ее поверхности в виде "ласточкина хвоста", которые соединены выпускной трубой с приемником мелкой фракции твердых частиц, причем эластичная вставка подвешена на амортизаторах к корпусу.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5