Устройство для очистки потока жидкости от твердых частиц загрязнений
Владельцы патента RU 2552547:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) (RU)
Изобретение предназначено для очистки потока жидкости от твердых частиц загрязнений и может быть использовано в нефтехимической, металлургической, энергетической, автомобильной и других отраслях промышленности. Устройство для очистки потока жидкости от твердых частиц загрязнений содержит цилиндрический корпус с последовательно и соосно установленными в нем входным патрубком для осевого подвода жидкости, неподвижным закручивающим аппаратом, выполненным, например, в виде многолопастной крыльчатки, и на расстоянии от него выходным патрубком, часть которого расположена внутри цилиндрического корпуса. В нижней части цилиндрического корпуса в его стенке выполнен канал отвода твердых частиц загрязнений в грязесборник. Грязесборник представляет собой полость серповидного сечения в нижней части устройства, образованную кожухом, например, цилиндрической формы, эксцентрично охватывающим цилиндрический корпус и образующим также кольцевую камеру, охватывающую выходной патрубок и ограниченную торцевыми стенками цилиндрического корпуса и кожуха, непосредственно сообщающуюся с полостью грязесборника, а также с полостью цилиндрического корпуса с помощью дренажного отверстия, выполненного в верхней части его торцевой стенки. В верхней части кольцевой камеры выполнен запираемый дренажный канал, при этом канал отвода твердых частиц загрязнений в грязесборник выполнен в виде одной или нескольких щелей в стенке цилиндрического корпуса, расположенных в нижней и средней частях окружности его поперечного сечения. Техническим результатом является улучшение отделения твердых частиц загрязнений от потока жидкости и обеспечение надежного удаления воздушных пробок из сложных полостей конструкции. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение предназначено для очистки потока жидкости от твердых частиц загрязнений и может быть использовано в нефтехимической, металлургической, энергетической, автомобильной и других отраслях промышленности.
Известны устройства для очистки жидкости от механических примесей (патенты РФ 2133136, 2226121, патент США 7318849 и др.), содержащие цилиндрический корпус с осевыми патрубками для ввода и вывода потока, размещенный внутри корпуса неподвижный закручивающий аппарат и специальные проточные каналы для отвода отделяемых от потока твердых частиц загрязнений в грязесборник. Общими недостатками таких устройств являются недостаточно высокая эффективность, значительные габариты и масса, большое гидравлическое сопротивление.
Известно устройство для очистки потока жидкости от твердых частиц загрязнений (патент США 7070637, МПК (2006) В01D 45/12), содержащее цилиндрический корпус с последовательно и соосно установленными в нем входным патрубком для осевого подвода жидкости, неподвижным закручивающим аппаратом, выполненным, например, в виде многолопастной крыльчатки, и на некотором расстоянии от него выходным патрубком, часть которого расположена внутри цилиндрического корпуса. В нижней части цилиндрического корпуса в его стенке выполнен канал отвода твердых частиц загрязнений в грязесборник.
Недостатком такого устройства для очистки потока жидкости является невысокая эффективность, обусловленная нерациональными формой и расположением канала отвода отделяемых от потока твердых частиц загрязнений в нижней части стенки корпуса. Кроме этого, устройство имеет значительные габаритные размеры и массу вследствие нерационального выполнения формы и расположения грязесборника. К тому же, при коаксиальном размещении отводящего патрубка относительно цилиндрического корпуса, внутри последнего могут образовываться парожидкостные или воздушные пробки, снижающие надежность и эффективность устройства.
Указанные недостатки ухудшают основные технические характеристики устройства для очистки потока жидкости от твердых частиц загрязнений.
Задачей изобретения является повышение эффективности и надежности устройства для очистки потока жидкости.
Техническим результатом, обеспечивающим решение поставленной задачи, является улучшение отделения твердых частиц загрязнений от потока жидкости и обеспечение надежного удаления воздушных пробок из сложных полостей конструкции при одновременном уменьшении габаритов и массы предлагаемого устройства.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для очистки потока жидкости от твердых частиц загрязнений, содержащем цилиндрический корпус с последовательно и соосно установленными в нем входным патрубком для осевого подвода жидкости, неподвижным закручивающим аппаратом, выполненным, например, в виде многолопастной крыльчатки, и на некотором расстоянии от него выходным патрубком, часть которого расположена внутри цилиндрического корпуса, а в нижней части цилиндрического корпуса в его стенке выполнен канал отвода твердых частиц загрязнений в грязесборник, последний представляет собой полость серповидного сечения в нижней части устройства, образованную кожухом, например, цилиндрической формы, эксцентрично охватывающим цилиндрический корпус и образующим также кольцевую камеру, охватывающую выходной патрубок и ограниченную торцевыми стенками цилиндрического корпуса и кожуха, непосредственно сообщающуюся с полостью грязесборника, а также с полостью цилиндрического корпуса с помощью дренажного отверстия, выполненного в верхней части его торцевой стенки, а в верхней части кольцевой камеры выполнен запираемый дренажный канал, при этом канал отвода твердых частиц загрязнений в грязесборник выполнен в виде одной или нескольких щелей в стенке цилиндрического корпуса, расположенных в нижней и средней частях окружности его поперечного сечения, а на внутренней поверхности цилиндрического кожуха установлена гибкая вставка в форме тонкого листа из магнитопластика.
Размещение цилиндрического кожуха эксцентрично относительно цилиндрического корпуса с образованием объема серповидного сечения в зазоре между цилиндрическим корпусом и цилиндрическим кожухом в нижней части конструкции позволяет создать компактный и в то же время достаточно емкий грязесборник, ориентированный в продольном направлении относительно корпуса устройства. Поскольку все твердые загрязнения, попавшие в грязесборник, будут оседать в нем под действием сил тяжести, такое выполнение грязесборника позволяет эффективно удерживать частицы загрязнений, сепарированные из потока жидкости.
Цилиндрический кожух при эксцентричном расположении относительно цилиндрического корпуса может устанавливаться с зазором в верхней части устройства или без него.
Выполнение одной или нескольких щелей в стенке цилиндрического корпуса служит для отвода сепарированных из потока жидкости твердых частиц загрязнений в грязесборник. Размеры и количество щелей в стенке цилиндрического корпуса определяются особенностями конкретной конструкции. На практике их количество может составлять от 2 до 12 и более.
Расположение этих щелей по окружности поперечного сечения цилиндрического корпуса может быть различным. При этом следует учитывать, что в зоне сопряжения внешней поверхности цилиндрического корпуса с внутренней поверхностью цилиндрического кожуха (верхний участок устройства) выполнение щелей малоэффективно из-за влияния сил тяжести твердых частиц загрязнений и «отжимания» последних от внутренней стенки цилиндрического корпуса при прохождении частицами верхней зоны. Поэтому щели в предлагаемой конструкции располагаются только в нижней и средней частях окружности поперечного сечения цилиндрического корпуса, что повышает эффективность устройства.
При этом щели в стенке цилиндрического корпуса могут выполняться как продольными (вдоль образующей цилиндрического корпуса), так и наклонными или поперечными относительно оси цилиндрического корпуса устройства. Щели могут быть выполнены и в виде ряда отверстий в стенке цилиндрического корпуса. Расположение щелей в нижней и средней частях по окружности поперечного сечения цилиндрического корпуса может быть также равномерным или неравномерным. Возможно тангенциальное расположение щелей относительно стенки цилиндрического корпуса.
Указанные особенности расположения щелей в стенке цилиндрического корпуса, служащих для отвода сепарированных из потока жидкости твердых частиц в грязесборник, позволяют повысить эффективность очистки потока жидкости.
Выполнение на выходном участке цилиндрического кожуха кольцевой камеры, образованной цилиндрическим кожухом, а также торцевыми стенками цилиндрического корпуса и цилиндрического кожуха, сообщающейся с помощью выполненного в верхней части торцевой стенки цилиндрического корпуса дренажного отверстия с внутренним пространством цилиндрического корпуса устройства, а также непосредственно с объемом серповидного сечения в зазоре между цилиндрическим корпусом и цилиндрическим кожухом, позволяет эффективно удалять воздушные пробки из сложных полостей устройства, повышая при этом его надежность и эффективность. Для удаления воздуха из сложных полостей устройства при первоначальном заполнении его жидкостью в верхней части кольцевой камеры предусмотрен запираемый дренажный канал, перекрываемый, например, резьбовой пробкой. Вместо резьбовой пробки может быть применен подпружиненный шариковый клапан или другой элемент аналогичного функционального назначения.
Кроме того, на внутренней поверхности цилиндрического кожуха (внутри грязесборника) закреплена гибкая вставка в форме тонкого листа из магнитопластика (гибкого полимера с магнитными качествами), предназначенная для удержания в грязесборнике частиц загрязнений, обладающих магнитными свойствами. Такая вставка повышает эффективность устройства для очистки потока жидкости от загрязнений.
На Фиг.1 представлена конструкция устройства для очистки потока жидкости от твердых частиц загрязнений.
На Фиг.2 показаны цилиндрический корпус устройства (а) и развертки его боковой поверхности с различными вариантами (б-д) выполнения щелей в стенке цилиндрического корпуса для отвода сепарированных из потока жидкости твердых частиц загрязнений в грязесборник.
Устройство для очистки потока жидкости от твердых частиц загрязнений содержит цилиндрический корпус 1 (см. Фиг.1) с торцевыми стенками, выполненными в виде фланцев 2 и 3, входной патрубок 4 для осевого подвода жидкости и выходной патрубок 5 для отвода жидкости из цилиндрического корпуса 1. Последовательно за входным патрубком 4 (по ходу потока) установлен неподвижный закручивающий аппарат 6 в виде многолопастной крыльчатки, расположенной на входе в цилиндрический корпус 1. Выходной патрубок 5 для отвода жидкости из цилиндрического корпуса 1 расположен на фланце 3 коаксиально относительно цилиндрического корпуса 1, причем торец выходного патрубка 5 внутри цилиндрического корпуса 1 установлен на определенном расстоянии L1 от неподвижного закручивающего аппарата 6. На выходном участке цилиндрического корпуса 1 в его стенке, причем только в нижней и средней частях окружности по его поперечному сечению (см. Фиг.1, разрез А-А), выполнены щели 7 длиной L2, служащие для отвода сепарированных из потока жидкости твердых частиц загрязнений из цилиндрического корпуса 1 в грязесборник 8.
Щели в стенке цилиндрического корпуса 1 могут иметь различное конструктивное исполнение. Например:
- щели продольные тангенциальные 7 (см. Фиг.2,а);
- щели продольные 9 (см. Фиг.2,б);
- щели наклонные 10 (см. Фиг.2,в);
- щели поперечные 11 (см. Фиг.2,г);
- щели в виде круглых отверстий 12 (см. Фиг.2,д) или в форме отверстий самой различной конфигурации.
Продольные тангенциальные щели 7 выполнены вдоль образующей цилиндрического корпуса 1 с тангенциальным направлением относительно его стенки (см. Фиг.2,а). Продольные щели 9 ориентированы вдоль образующей цилиндрического корпуса 1 (см. Фиг.2,б). Наклонные щели 10 выполнены с наклоном относительно оси цилиндрического корпуса устройства (см. Фиг.2,в). Щели поперечные 11 выполнены в виде поперечных сквозных пазов в стенке цилиндрического корпуса 1 (Фиг.2,г). Щели могут выполняться в виде круглых отверстий 12 (см. Фиг.2,д) или в форме отверстий самой различной конфигурации.
Расположение щелей в нижней и средней частях окружности в поперечном сечении цилиндрического корпуса может быть равномерным или неравномерным.
Грязесборник 8 (см. Фиг.1) выполнен в виде полости серповидного сечения в нижней части конструкции, образованной цилиндрическим корпусом 1 и охватывающим его цилиндрическим кожухом 13. Полость серповидного сечения образована за счет эксцентричного расположения цилиндрического кожуха 13 относительно цилиндрического корпуса 1. Цилиндрический кожух 13 при эксцентричном расположении относительно цилиндрического корпуса 1 может устанавливаться с зазором в верхней части устройства или без него. При этом кожух 13 охватывает цилиндрический корпус 1 и крепится с одной стороны по окружности на фланце 2, а с другой - по окружности на торцевой стенке цилиндрического кожуха 13, представляющей собой дополнительный фланец 14, расположенный на некотором расстоянии от фланца 3 цилиндрического корпуса 1 (по ходу потока). В торцевой части выходного участка устройства выполнена кольцевая камера 15, образованная торцевой стенкой цилиндрического корпуса 1 в виде фланца 3 и дополнительным фланцем 14, а также цилиндрическим кожухом 13, охватывающим выходной патрубок 5. Кольцевая камера 15 сообщается с помощью дренажного отверстия 16, выполненного в верхней части фланца 3, с внутренним пространством цилиндрического корпуса 1, а также непосредственно с полостью грязесборника 8. В верхней части кольцевой камеры 15 расположен запираемый дренажный канал, перекрываемый резьбовой пробкой 17, служащий для удаления воздуха при первоначальном заполнении жидкостью устройства и гидравлической системы в целом (на Фиг.1 не показана).
Кроме того, на внутренней поверхности цилиндрического кожуха 13 (в грязесборнике 8) закреплена гибкая вставка 18 в форме тонкого листа из магнитопластика (гибкого полимера с магнитными качествами), предназначенная для удержания в грязесборнике 8 частиц загрязнений, обладающих магнитными свойствами. Вставка 18 в форме тонкого листа из магнитопластика установлена на внутренней поверхности цилиндрического кожуха 13 таким образом, что в верхней части конструкции она упирается кромками в зоны сопряжения цилиндрического кожуха 13 и цилиндрического корпуса 1. Такое закрепление вставки 18 «в распор» не требует каких-либо дополнительных креплений вставки 18 в полости грязесборника 8 и не позволяет ей перемещаться.
В качестве материала для изготовления устройства могут быть применены специальные пластики, алюминиевые сплавы, нержавеющая сталь и др.
Устройство для очистки потока жидкости от твердых частиц загрязнений работает следующим образом (см. Фиг.1).
Поток жидкости, содержащий твердые частицы загрязнений, поступает в устройство через входной патрубок 4 и после прохождения через закручивающий аппарат 6 приобретает вращательное движение, которое развивается далее при движении потока в цилиндрическом корпусе 1. Закрученный поток в цилиндрическом корпусе 1 имеет различную окружную скорость - высокую на периферии (вблизи стенки) и низкую в центральной зоне. Благодаря действию центробежных сил в закрученном потоке, твердые частицы отбрасываются на внутреннюю поверхность стенки цилиндрического корпуса 1 и в процессе закрученного движения потока проходят через щели 7 в полость грязесборника 8. Выход потока жидкости, очищенного от твердых частиц загрязнений, осуществляется через центральную часть цилиндрического корпуса 1 в выходной патрубок 5. Далее очищенная жидкость поступает в магистраль гидравлической системы (на Фиг.1 не показана), в которую включено устройство.
При включении устройства в конкретную гидравлическую систему, в процессе заполнения последней жидкостью, необходимо удалить воздух из сложных полостей устройства с помощью запираемого дренажного канала, перекрываемого резьбовой пробкой 17, который открывается в процессе заполнения системы жидкостью и закрывается только после того, как воздух из полостей устройства будет полностью удален.
При работе устройства твердые частицы загрязнений, обладающие магнитными свойствами и попавшие в грязесборник 8, удерживаются в нем за счет притяжения к поверхности вставки 18 в форме тонкого листа из магнитопластика, расположенного на внутренней поверхности цилиндрического кожуха 13. Немагнитные твердые частицы загрязнений находятся в грязесборнике 8 и не выходят внутрь цилиндрического корпуса 1 за счет указанного расположения щелей в стенке цилиндрического корпуса 1, образующих лабиринтную систему. Кроме этого, удержанию твердых частиц в грязесборнике 8 способствует отсутствие интенсивной циркуляции жидкости в его полости, что достигается за счет эксцентричного расположения цилиндрического кожуха 13 относительно цилиндрического корпуса 1 устройства, а также выполнением щелей 7 только в нижней и средней частях окружности поперечного сечения цилиндрического корпуса 1.
Устройство для очистки потока жидкости от твердых частиц загрязнений может быть выполнено как разборным, так и неразборным. В последнем случае оно рассчитывается на определенный срок эксплуатации, после чего удаляется из гидравлической системы и утилизируется.
Устройство может работать при ориентации его продольной оси как в горизонтальном, так и в наклонном положении. При этом запираемый дренажный канал, перекрываемый резьбовой пробкой, должен находиться в верхней точке устройства в его рабочем положении.
Данное техническое решение обладает рядом преимуществ - простотой, технологичностью, компактностью конструкции, эффективностью, надежностью.
Заявленные форма и расположение щелей в стенке цилиндрического корпуса позволяют рационально использовать поперечное сечение устройства для увеличения эффективности отбора твердых частиц загрязнений и существенного снижения гидравлического сопротивления устройства.
Выполнение кольцевой камеры, сообщающей сложные полости устройства, а также расположение в ее верхней части запираемого дренажного канала, перекрываемого резьбовой пробкой, позволяют удалять воздух при первоначальном заполнении жидкостью устройства и гидравлической системы в целом, что повышает надежность и эффективность устройства для очистки потока жидкости от твердых частиц загрязнений.
Расположение цилиндрического кожуха эксцентрично относительно цилиндрического корпуса с образованием полости серповидного сечения в нижней части конструкции позволяет создать компактный и в то же время достаточно емкий грязесборник.
Установка на внутренней поверхности цилиндрического кожуха гибкой вставки в форме тонкого листа из магнитопластика обеспечивает удержание в грязесборнике частиц загрязнений, обладающих магнитными свойствами, что повышает эффективность устройства в целом.
1. Устройство для очистки потока жидкости от твердых частиц загрязнений, содержащее цилиндрический корпус с последовательно и соосно установленными в нем входным патрубком для осевого подвода жидкости, неподвижным закручивающим аппаратом, выполненным, например, в виде многолопастной крыльчатки, и на расстоянии от него выходным патрубком, часть которого расположена внутри цилиндрического корпуса, а в нижней части цилиндрического корпуса в его стенке выполнен канал отвода твердых частиц загрязнений в грязесборник, отличающееся тем, что грязесборник представляет собой полость серповидного сечения в нижней части устройства, образованную кожухом, например, цилиндрической формы, эксцентрично охватывающим цилиндрический корпус и образующим также кольцевую камеру, охватывающую выходной патрубок и ограниченную торцевыми стенками цилиндрического корпуса и кожуха, непосредственно сообщающуюся с полостью грязесборника, а также с полостью цилиндрического корпуса с помощью дренажного отверстия, выполненного в верхней части его торцевой стенки, а в верхней части кольцевой камеры выполнен запираемый дренажный канал, при этом канал отвода твердых частиц загрязнений в грязесборник выполнен в виде одной или нескольких щелей в стенке цилиндрического корпуса, расположенных в нижней и средней частях окружности его поперечного сечения.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что на внутренней поверхности цилиндрического кожуха закреплена гибкая вставка в форме листа из магнитопластика.
