Устройство для выделения частиц твердых веществ и текучих сред более высокой плотности из текучих сред более низкой плотности

 

Изобретение относится к оборудованию для выделения частиц твердых веществ и текучих сред более высокой плотности из текучих сред более низкой плотности, в частности для очистки топлива от воды и механических примесей. Устройство содержит вертикальный цилиндрический корпус, отстойник с патрубком для удаления примесей, расширительную камеру с дефлектором, верхняя часть которого выполнена в виде тарелки из усеченного конуса, а нижняя - в виде тарелки из конуса вершиной вверх. Устройство имеет отражательную перегородку в виде тарелки из усеченного конуса меньшим основанием вниз, установленную выше дефлектора. Дефлектор снабжен дополнительными тарелками в виде сеченного конуса, расположенными между верхней и нижней тарелками и жестко, соосно раскрепленными относительно друг друга. Наружные края всех тарелок загнуты вниз, а внутренние края дополнительных тарелок загнуты вверх. В нижней части каждой дополнительной тарелки выполнен ряд отверстий, а спрямляющее устройство выполнено заодно с нижней тарелкой. Технический результат состоит в повышении эффективности очистки топлива. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к оборудованию для выделения частиц твердых веществ и текучих сред более высокой плотности из текучих сред более низкой плотности, а в частности для очистки топлива от воды и механических примесей.

Известным аналогом предложенному устройству являются центробежные сепараторы, которые служат основным средством очистки топлива от механических примесей в виде частиц песка, глины, металлических частей, окалины, ржавчины, попадающих в топливо при его транспортировке, сливе, хранении, а также от воды (см. А.Л. Филиппов. Обработка топлива и масла для судовых дизелей и котлов. Изд. Транспорт, М., 1966, стр. 46-175).

Центробежные сепараторы громоздки, дорогостоящи и сложны по конструкции, требуют больших затрат энергии, специального обслуживания и контроля, ненадежны в эксплуатации. Вместе с тем, подготовка топлива и улучшение его эксплуатационных свойств перед сжиганием является актуальной задачей.

Наиболее близким к предложенному устройству является сепаратор для очистки топлива. Патент РФ 2077916. МКИ В 01 D 43/00, В 01 D 17/00 - прототип.

Учитывая, что отделяемые примеси тяжелее текучей среды, эффект сепарации достигается созданием в конструкции устройства условий для наибольшего проявления сил инерции, сил тяжести (гравитационных) и сил молекулярного притяжения взвешенных в текучей среде более низкой плотности (топливе) частиц твердых веществ и текучих сред более высокой плотности (воды и механических примесей).

Сепаратор недостаточно полно сепарирует мельчайшие примеси, менее эффективен при работе в условиях волнения моря (качки) и не обеспечивает виброустойчивость.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности сепарации и обеспечение виброустойчивости устройства.

Решение поставленной задачи осуществляется за счет размещения между верхней и нижней тарелками дефлектора дополнительных тарелок, выполненных в виде усеченного конуса, раскрепленных жестко, соосно относительно друг друга и предназначенных для высевания на них частиц текучей среды более высокой плотности, а также небольшого загиба наружного края всех тарелок вниз, загиба внутреннего края дополнительной тарелки вверх по направлению набегающего потока текучей среды.

Кроме того, для исключения турбулизации потока при выходе из канала, образованного тарелками, захвата и уноса с восходящим потоком очищенной среды части уже сепарированных более тяжелых частиц, в нижней части каждой дополнительной тарелки выполнен ряд отверстий, равномерно распределенных по поверхности ее конуса и равноудаленных от центра (оси) устройства.

Кроме того, для обеспечения виброустойчивости спрямляющее устройство сепаратора выполнено заодно с нижней тарелкой.

Использование новых элементов повышает эффективность сепарации за счет увеличения активной площади для высевания эмульгированных частиц и улучшения условий для разъединения текучих сред, а также обеспечивает виброустойчивость устройства, что выгодно отличает защищаемое устройство от его прототипа.

На чертеже изображен общий вид заявленного инерционно-гравитационного устройства с вырезом его стенки для лучшего показа конструкции.

Инерционно-гравитационное устройство состоит из вертикального цилиндрического корпуса 1, подводящего патрубка 2, отстойника 3 с патрубком для удаления примесей, отражательной перегородки 4, выполненной в виде усеченного конуса, ориентированного вершиной вниз, дефлектора, состоящего из верхней тарелки 5, конструктивно соединенной с расширительной камерой, дополнительной тарелки 6 и нижней тарелки 7, выполненной заодно с спрямляющим устройством 8, расположенным в центре расширительной камеры.

Тарелки 5, 6, 7 выполнены в виде усеченных конусов, вершины которых направлены вверх, при этом наружные края тарелок слегка загнуты вниз, а внутренний край дополнительной тарелки 6 загнут вверх по направлению набегающего потока текучей среды. Кроме того, у наружного края дополнительной тарелки 6 выполнен один ряд отверстий, равномерно распределенных по ее поверхности и равноудаленных от центра (оси) устройства. Увеличение количества тарелок выполнено в целях сокращения расстояния, проходимого тяжелыми компонентами смеси до того, как они отделяются от более легких компонентов. Дефлектор служит для предотвращения основного уноса твердых веществ и текучих сред более высокой плотности (воды и механических примесей) с потоком текучей среды более низкой плотности (топлива). Отражательная перегородка 4 установлена между корпусом 1 и отстойником 3 для предотвращения вторичного уноса твердых веществ и текучих сред более высокой плотности с сепарированным потоком, прошедшим дефлектор. Патрубки подвода и отвода сепарированных текучих сред более низкой плотности размещены на крыше корпуса устройства, а патрубок удаления сепарированных твердых веществ и текучих сред более высокой плотности - в днище отстойника. Такое размещение способствует наибольшему проявлению действия сил инерции и сил тяжести на поток.

Рассмотрим работу частей, комплектующих устройство, при обработке (сепарации) обводненного топлива.

Поток обрабатываемого продукта, поступающий через подводящий патрубок 2 в дефлектор устройства, подвергается резкому торможению, эмульгированию и спрямлению в расширительной камере, затем поступает в каналы, образованные тарелками 5, 6, 7, способствующими интенсификации разделения обрабатываемого продукта (топлива), где распределяется в виде тонкого слоя. При движении по каналам от центра в сторону периферии эмульгированные плотные частицы большего размера под действием силы тяжести (гравитационных сил) будут стремиться вниз. Однако движению частиц в вертикальном направлении препятствует верхняя поверхность дополнительной 6 и нижней 7 тарелок, частицы вынуждены оседать и, претерпевая коалесценцию на поверхности тарелок, сливаясь и укрупняясь до капли, сползать вниз по этим поверхностям. Очищенный продукт, как более легкий компонент поступающей среды, наоборот стремится занять более близкое положение к нижней поверхности дополнительной 6 и верхней 5 тарелок. Под напором вновь поступающей жидкости очищенный продукт проталкивается по зазору между тарелками вниз к выходу из дефлектора с меньшей скоростью, т. к. его движению в перпендикулярном направлении препятствует нижняя сторона дополнительной 6 и верхней 5 тарелок, что помогает разъединению слоев. Поэтому с первым поступлением среды между тарелками начнется отделение частичек более тяжелой текучей среды от более легкой. Обе среды движутся в одном направлении, но тяжелая среда сползает с дополнительной 6 и нижней 7 тарелок с нормальной скоростью, а более легкая (очищенный продукт), стремясь вверх к центру устройства, выталкивается поступающим потоком с замедлением. В процессе разделения оба компонента текучей среды выталкиваются из каналов, образованных между тарелками 5, 6, 7. Плотные частицы и более тяжелая смесь будут собираться в нижней грязевой камере-отстойнике 3. Поэтому содержимое, выходящее из-под верхней части тарелок 5, 6 устройства, будет являться чистым продуктом. Для более действенного торможения слоя очищенной среды, способствующего разъединению слоев, наружные края верхней 5 и дополнительной 6 тарелок слегка загнуты вниз. Это сделано также и для предупреждения выброса сепарированных плотных частиц вместе с чистым продуктом и направления их в отведенное для осаждения этих частиц пространство - отстойник 3.

Для исключения турбулизации потока при выходе из канала, образованного тарелками, захвата и уноса части уже сепарированных более тяжелых частиц с восходящим потоком очищенной среды у края средней тарелки 6 на равноудаленном от центра (оси) устройства расстоянии равномерно по поверхности конуса выполнен один ряд отверстий, служащих для перепуска (перетока) сепарированной среды из верхней части нижнего канала в верхнюю часть верхнего канала до выхода ее из дефлектора.

Пройдя дефлектор, поток изменяет свое направление на 180^o с переходом на восходящее направление для максимального проявления сил инерции, вторично претерпевает торможение и эмульгирование. Взвешенные мельчайшие частички плотного вещества и текучей среды более высокой плотности высеваются на отражательной перегородке и наружной тарелке 5, прикрепляясь к их конусной поверхности, сгущаются и укрупняются в капли под действием сил межмолекулярного притяжения, стекают по ним вниз, объединяясь. Частички плотного вещества и текучей среды более высокой плотности (сепарированный продукт) отводятся из отстойника по мере накопления.

Так как пространство между тарелками обеспечивает основной унос в отстойник более тяжелого продукта, то увеличение каналов за счет установки дополнительных тарелок, загиба наружного края тарелок вниз и выполнения у наружного края тарелок, расположенных внутри пакета, ряда отверстий, равноудаленных от центра устройства, предотвращает захват и унос с восходящим потоком текучей среды уже сепарированных плотных веществ и текучей среды более высокой плотности, значительно снижает время разделения слоев и повышает эффективность сепарации даже в условиях волнения моря.

Кроме того, для обеспечения виброустойчивости спрямляющее устройство выполнено заодно с нижней тарелкой.

Благодаря используемым признакам, предлагаемая конструкция инерционно-гравитационного устройства незаменима при обработке сильно обводненных топлив, повышает отсев более мелких частичек механических примесей, обеспечивает 100% удаление воды. При этом усовершенствование конструкции дефлектора практически не влияет на весовые и габаритные характеристики существующего устройства.

Формула изобретения

1. Устройство для выделения частиц твердых веществ и текучих сред более высокой плотности из текучих сред более низкой плотности, содержащее вертикальный цилиндрический корпус, отстойник с патрубком для удаления примесей, расширительную камеру с дефлектором, верхняя часть которого выполнена в виде тарелки из усеченного конуса, а нижняя - в виде тарелки из конуса, вершина которого направлена вверх, при этом нижняя тарелка снабжена спрямляющим устройством, расположенным в центре расширительной камеры, отражательную перегородку в виде тарелки из усеченного конуса меньшим основанием вниз, установленную выше дефлектора, патрубок подвода текучей среды, вмонтированный в верхнюю часть корпуса по его оси и соединенный одним концом с расширительной камерой, патрубок отвода текучей среды, размещенный в верхней части сепаратора, отличающееся тем, что дефлектор снабжен дополнительными тарелками, выполненными в виде усеченного конуса, расположенными между верхней и нижней тарелками и жестко, соосно раскрепленными относительно друг друга, при этом наружные края всех тарелок загнуты вниз, а внутренние края дополнительных тарелок загнуты вверх по направлению набегающего потока текучей среды.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в нижней части каждой дополнительной тарелки выполнен ряд отверстий, равномерно распределенных по поверхности ее конуса и равноудаленных от центра (оси) устройства.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что спрямляющее устройство выполнено за одно с нижней тарелкой.

РИСУНКИ

Рисунок 1