Гидроциклон

 

Изобретение предназначено для разделения жидкости неоднородных систем под воздействием центробежных сил и может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей, пищевой, горнорудной промышленности и при очистке природных и сточных вод. Технической задачей является повышение эффективности разделения жидкости неоднородных систем. Технический результат достигается тем, что гидроциклон содержит корпус с входным патрубком и патрубками выхода осветленной и тяжелой фракций, коническую вставку, размещенную внутри корпуса и снабженную усеченным конусом, корпус выполнен в форме опрокинутого усеченного конуса с внутренними криволинейными винтообразными кондукторами, 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 в виде "ласточкина хвоста", имеет на конце входного патрубка суживающееся сопло с внутренними криволинейными спиралевидными канавками, а перед ним размещен пульсатор, выполненный в виде клотоиды с лепестками из пружинистых пластин количеством не менее четырех, насаженных на ось с возможностью вертикального перемещения в пределах нижнего и верхнего ограничителей. 6 ил.

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

Известен гидроциклон (см. а.с. 930851, МКИ В 04 С 1/103, БИ 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 меньшим 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, выполненного в виде поршня, установленного с возможностью осевого перемещения относительно вставки.

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

Известен гидроциклон (см. патент PФ 2167002, МПК В 04 С 5/06, БИ 14, 2001), 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 меньшим 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, корпус выполнен в форме опрокинутого усеченного конуса с внутренними криволинейными винтообразными кондукторами, соединенными патрубками с приемником крупной фракции тяжелых 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.

Недостатком данного гидроциклона является недостаточная эффективность разделения суспензий из-за неполного перемешивания исходной жидкости и использования центробежных и вибрационных сил.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности разделения неоднородных систем путем установки на конце входного патрубка суживающегося сопла с внутренними криволинейными спиралевидными канавками и размещением перед ним пульсатора, выполненного в виде клотоиды с лепестками из пружинистых пластин количеством не менее четырех, насаженных на ось с возможностью вертикального перемещения в пределах нижнего и верхнего ограничителей.

Технический результат достигается тем, что гидроциклон содержит корпус с входным патрубком и патрубами выхода осветленной и тяжелой фракций, коническую вставку, размещенную внутри корпуса и снабженную усеченным конусом, примыкающим к меньшему основанию вставки, и центрально установленной трубой, соединенной 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, выполненного в виде поршня, установленного с возможностью осевого перемещения относительно вставки, корпус выполнен в форме опрокинутого усеченного конуса с внутренними криволинейными винтообразными кондукторами, соединенными патрубками с приемником крупной фракции тяжелых 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 тяжелых фракций, причем эластичная вставка подвешена на амортизаторах к корпусу, имеет на конце входного патрубка суживающееся сопло с внутренними криволинейными спиралевидными канавками, а перед ним размещен пульсатор, выполненный в виде клотоиды из пружинистых пластин количеством не менее четырех, насаженных на ось с возможностью вертикального перемещения в пределах нижнего и верхнего ограничителей.

На фиг.1 приведена принципиальная схема гидроциклона; на фиг.2 - разрез А-А фиг.1; на фиг.3 - виброловушка; на фиг.4 - пружинистые направляющие из сжатых циклоид; на фиг. 5 - развертка внутренней поверхности корпуса с криволинейными винтообразными кондукторами; на фиг.6 - пульсатор, выполненный в виде клотоиды.

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, и наружную коническую поверхность 8. Коническая вставка снабжена усеченным конусом 9, примыкающим к меньшему основанию вставки. При этом наружные поверхности вставки 5 и конуса 9 образуют своими большими основаниями с конусом 1, выполненными в форме опрокинутого усеченного конуса, 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 разделения 12 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. Нa 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.

На конце входного патрубка 2 установлено суживающееся сопло 30 с внутренними криволинейными спиралевидными канавками 31, а перед ним размещен пульсатор 32, выполненный в виде клотоиды 33 с лепестками 34, 35, 36 и 37 из пружинистых пластин количеством не менее четырех, насаженных на ось 38 с возможностью вертикального перемещения в пределах нижнего 39 и верхнего 40 ограничителей.

Гидроциклон работает следующим образом.

Исходная смесь подается под давлением в корпус 1, выполненный в форме опрокинутого усеченного конуса, через входной патрубок 2 гидроциклона. Исходная смесь, проходя через криволинейные спиралевидные канавки 31, установленные на внутренней поверхности суживающегося сопла 30, закручивается, приобретая вихревое движение, и выбрасывается на пульсатор 32, выполненный в виде клотоиды 33 с лепестками 34, 35, 36 и 37 из пружинистых пластин количеством не менее четырех, насаженных на ось 38 с возможностью вертикального перемещения в пределах нижнего 39 и верхнего 40 ограничителей. При этом под действием гидродинамических сил лепестки 34, 35, 36 и 37 начинают вращаться вокруг оси 39 и совершать поступательное движение вверх и вниз в пределах ограничителей нижнего 39 и верхнего 40, создавая исходной смеси объемное движение, заставляющее ее тщательно перемешиваться и пульсировать во всем объеме гидроциклона. Далее благодаря действию криволинейных винтообразных кондукторов 19, установленных на внутренней поверхности корпуса 1, исходная смесь приобретает в нем вращательное спиралевидное движение, переходящее в волновое. Под действием центробежных и вибрационных сил тяжелая фракция твердой фазы 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, a 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 гидроциклона через кольцевой зазор 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 разделения 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 мелкие фракции твердых частиц за счет центробежных, вибрационных и пульсирующих сил, создаваемых амортизаторами 29, эластичными свойствами вставки 3 и пульсаторами 32, отбрасываются к периферийной ее части и попадают в виброловушку 24 в виде "ласточкина хвоста" 25 с задвижкой 27 с приемником 28 мелкой фракции твердых частиц. Виброловушки 24 предотвращают вынос из них мелкой фракции твердых частиц под действием гидродинамических сил, в них эти частицы сталкиваются между собой, оттираются, укрупняются, коагулируются и опускаются вниз под действием гравитационных сил, попадают в приемник 28 мелкой фракции твердых частиц, из которого выпускаются 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 суживающегося сопла с внутренними криволинейными спиралевидными канавками и пульсатором, создающими центробежные, вибрационные и пульсирующие силы. Введение в конструкцию гидроциклона дополнительной камеры разделения повышает эффективность разделения суспензии на составляющие компоненты, а наличие на ее внутренней поверхности пружинистых направляющих, образованных из сжатых циклоид, с одной стороны, усиливает закрутку потока в гидроциклоне, а с другой стороны, 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 сепарации неоднородных систем и эффективность разделения суспензии. Поэтапное удаление тяжелой фракции твердых частиц по высоте гидроциклона снижает энергозатраты на движение эмульсии. Таким образом, усиление эффекта закрутки потока суспензии, предварительное удаление части тяжелой фракции твердых частиц улучшает гидравлические, энергетические и технологические условия работы гидроциклона и повышает эффективность разделения неоднородных систем.

Оригинальность предлагаемого технического решения заключается в использовании эффекта закрутки, вибрации и пульсации, создаваемого гибкими свойствами элементов гидроциклона, спиралевидными канавками, пульсатором, вызывающими дополнительные центробежные, вибрационные и пульсирующие силы, способствующие повышению эффективности разделения неоднородных систем в гидроциклоне.

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 большими основаниями 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, 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, отличающийся тем, что на конце входного патрубка установлено суживающееся сопло с внутренними криволинейными спиралевидными канавками, а перед ним размещен пульсатор, выполненный в виде клотоиды с лепестками из пружинистых пластин количеством не менее четырех, насаженных на ось с возможностью вертикального перемещения в пределах нижнего и верхнего ограничителей.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6