Управляемый турбулентный разделяемый поток
Предложен гидроциклонный сепаратор для сортировки твердого материала, находящегося в жидкой суспензии. Гидроциклонный сепаратор содержит головную часть, имеющую впускной канал, и конически сужающуюся сепарационную часть. Согласно изобретению гидроциклонный сепаратор имеет одно или более внутренних ребер, которые вызывают возмущение потока материала внутри гидроциклонного сепаратора. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 8 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Данное изобретение относится к устройству для сортировки зернистого материала, например агрегатов, в частности, к сортировке с использованием гидроциклона.
ПРЕДПОСЫЛКИ
В целом сортировка может быть описана как способ сепарации смесей, например, частиц на два или более продукта. Известно об использовании для выполнения сортировки зернистого материала гидроциклонов, которые подтвердили свою высокую эффективность при сортировке мелкой фракции. Часто гидроциклоны содержат цилиндрическую верхнюю часть, в которую подается шлам, содержащий сортируемые частицы, и наверху которой выполнен верхний слив. К нижнему концу верхней части прикреплен резервуар конической формы, открытый на его меньшем конце. Как правило, шлам подается тангенциальным образом или по спиральной траектории к наружной стенке верхней части с созданием, таким образом, вихревого потока шлама, который проходит по траектории постепенно уменьшающегося радиуса к местоположению вблизи минимального радиуса конуса, называемому вершиной. По мере приближения спиральной траектории к вершине гидроциклона часть шлама разворачивается и начинает перемещаться к противоположному концу, то есть по направлению к цилиндрической секции. Данный поток также проходит по спиральной траектории, но меньшего радиуса по сравнению с радиусом первой спирали, и при этом вращается в том же направлении. Таким образом, внутри гидроциклона образуется завихрение. Давление является более низким вдоль центральной оси завихрения и увеличивается в радиально наружном направлении к наружной стенке гидроциклона. Идея заключается в том, что гидроциклон обеспечивает сепарацию частиц шлама в соответствии с их формой, размером и удельной массой, при этом частицы, оседающие быстрее, перемещаются по направлению к наружной стенке гидроциклона и в итоге выходят из гидроциклона через нижний слив. Частицы, которые оседают медленнее, перемещаются по направлению к центральной оси и вверх и в итоге выходят из гидроциклона через выпускную трубу (верхний слив). Выпускная труба обычно проходит вниз к цилиндрической секции так, что замыкание подаваемого потока предотвращено. Данную трубу также называют «разгрузочной насадкой циклона». Описанную сепарацию, выполняемую в соответствии с формой, размером и удельной массой частиц, иногда называют «стратификацией». Однако данная стратификация материала не всегда обеспечивается в полной мере, что приводит к неполной сортировке.
СУЩНОСТЬ
Целью изобретения является устранение или по меньшей мере сокращение вышеуказанных проблем. Конкретная цель заключается в создании гидроциклона, обладающего улучшенными стратификационными характеристиками.
Согласно изобретению эти и другие цели в полной мере или частично достигаются с помощью предложенного гидроциклонного сепаратора для сортировки твердого материала, находящегося в жидкой суспензии. Гидроциклонный сепаратор содержит головную часть, имеющую впускной канал, и конически сужающуюся сепарационную часть. Согласно изобретению гидроциклонный сепаратор имеет одно или более внутренних ребер, которые вызывают возмущение потока материала внутри указанного сепаратора.
Согласно первому аспекту изобретения указанные и другие цели в полной мере или частично достигаются с помощью гидроциклонного сепаратора, предназначенного для сортировки твердого материала, находящегося в текучей суспензии, и содержащего по меньшей мере головную часть, имеющую впускной канал для подачи суспензии в головную часть, и конически сужающуюся сепарационную часть. Согласно данному первому аспекту верхний конец сужающейся сепарационной части соединен с нижним концом головной части, при этом внутренний диаметр на верхнем конце сепарационной части больше внутреннего диаметра на нижнем конце головной части. Данная разница диаметров приводит к образованию ребра на внутренней поверхности гидроциклона, которое вызывает возмущение потока материала, проходящего указанное ребро в процессе эксплуатации гидроциклона. Когда поток частиц проходит по ребру, среди них возникает определенное возмущение, и слипшиеся частицы могут отсоединяться друг от друга. Кроме того, в результате создания возмущения в потоке материала у стенок циклона более крупнозернистый материал может быть вытеснен от стенки с обеспечением его повторного смешивания со смежным потоком для сдвига наслоения на стенках и освобождения из стеновой области включений мелкозернистых материалов, захваченных указанным крупнозернистым наслоением. Другими словами, вследствие наличия ребра частицы, которые по каким-то причинам застряли внутри гидроциклона в ненадлежащем положении, могут быть освобождены и могут занять надлежащее положение. В результате может быть улучшена стратификация потока материала и повышено качество сортировки. Кроме того, как указано выше, давление в гидроциклоне изменяется вдоль его радиуса, и перепад давлений, возникающий у ребра вследствие изменения диаметра, приводит к высвобождению частиц с возможностью их повторного смешивания внутри гидроциклона. Таким образом, если может быть высвобождена, например, очень мелкая частица, которая изначально прилипла к более крупной частице, данная мелкая частица может занять надлежащее положение внутри гидроциклона, то есть переместиться ближе к центральной оси гидроциклона и выйти из него через верхний слив. Это в корне отличается от ситуации, при которой мелкая частица остается прилипшей к более крупной частице и в этом случае направляется вместе с более крупной частицей к периферии гидроциклона и покидает его ненадлежащим образом через нижний слив вместо верхнего.
Согласно второму аспекту изобретения указанные и другие цели в полной мере или частично также достигаются с помощью гидроциклонного сепаратора, предназначенного для сортировки твердого материала, находящегося в текучей суспензии, и содержащего по меньшей мере головную часть, имеющую впускной канал для подачи суспензии в головную часть, и конически сужающуюся сепарационную часть. Согласно данному второму аспекту верхний конец сужающейся сепарационной части соединен с нижним концом головной части, и на внутренней поверхности сепарационной части выполнена канавка с обеспечением образования ребра, которое вызывает возмущение потока материала, проходящего указанное ребро. Ребро, обеспечивающее возмущение потока материала, образовано канавкой, выполненной на внутренней поверхности конически сужающейся сепарационной части. В данном случае следует понимать, что канавка может быть образована выемкой или выступом, выполненным (выполненной) на внутренней поверхности, или их комбинацией. Как выступ, так и выемка обеспечивают заданное возмущение потока, так что процесс стратификации улучшается. Наличие канавки на внутренней поверхности сужающейся сепарационной части обеспечивает возможность достижения требуемого возмущения потока в конкретном положении внутри гидроциклона. Распределение частиц по размерам внутри гидроциклона в процессе работы вовсе не является однородным, и при доступности всей внутренней поверхности сепарационной части гидроциклона канавка или канавки могут быть расположены в наиболее подходящем положении или положениях для обеспечения оптимальной стратификации.
Согласно третьему аспекту изобретения указанные и другие цели в полной мере или частично также достигаются с помощью гидроциклонного сепаратора, предназначенного для сортировки твердого материала, находящегося в текучей суспензии, и содержащего по меньшей мере головную часть, имеющую впускной канал для подачи суспензии в головную часть, и конически сужающуюся сепарационную часть. Согласно данному третьему аспекту сужающаяся сепарационная часть образована конически сужающимся шланговым элементом, верхний конец которого соединен с нижним концом головной части. Внутренний диаметр на верхнем конце шлангового элемента больше внутреннего диаметра на нижнем конце головной части, вследствие чего образовано ребро, которое вызывает возмущение потока материала, проходящего указанное ребро. Использование шлангового элемента обеспечивает получение износоустойчивой сепарационной части, поскольку материал шланга, как правило, обладает хорошими характеристиками износа, и на внутренней поверхности указанной части может быть легко расположен, например, керамический материал или другой материал, повышающий износоустойчивость. Кроме того, материал шланга является гибким и при необходимости может изменять свою форму в соответствии с прикладываемой к нему нагрузкой. Как правило, шланг представляет собой многослойное изделие, изготовленное на оправке, конструкция которой может быть легко изменена в соответствии с необходимостью для получения формы, оптимальной для конкретного процесса. Даже сложные формы шлангового элемента с изменяющимися радиусами и диаметрами могут быть получены без выполнения большого объема дополнительных работ. Жесткость шлангового элемента также может быть изменена в соответствии с необходимостью в каждой конкретной ситуации путем создания шлангового элемента с соответствующим количеством слоев (например, с внутренним износным слоем, подложкой и наружным покрывающим слоем), обладающих соответствующими характеристиками жесткости. По сравнению с сепарационными частями, выполненными, например, из стали, шланговый элемент является более простым в изготовлении, более дешевым и более пластичным, и даже очень сложные формы могут быть изготовлены в виде единого компонента. Поскольку не требуется использования сложных и дорогих формовочных шаблонов, можно избежать увеличения производственных затрат. Благодаря выполнению фланца на конце шлангового элемента может быть обеспечено простое и надежное соединение с головной частью, при этом замена изношенных частей дополнительно упрощается вследствие того, что шланговый элемент может быть выполнен в виде одного компонента без какой-либо обмотки и т.п.
В одном из вариантов выполнения указанная канавка выполнена в виде выступа, отходящего от внутренней поверхности конически сужающейся сепарационной части. Благодаря выполнению внутренней поверхности сепарационной части с выступающей канавкой может быть обеспечена заданная степень возмущения потока материала. Выступ может быть выполнен непосредственно в процессе, например, литья сепарационной части или добавлен к поверхности на отдельном этапе.
В одном из вариантов выполнения канавка выполнена в виде выемки во внутренней поверхности конически сужающейся сепарационной части. Благодаря выполнению выемки во внутренней поверхности сепарационной части может быть обеспечена заданная степень возмущения потока материала. Выемка может быть выполнена непосредственно в процессе, например, литья сепарационной части или выполнена в поверхности путем механической обработки и т.п. на отдельном этапе.
В одном из вариантов выполнения канавка проходит в форме дуги. Канавка необязательно должна проходить вокруг всего периметра конуса.
В одном из вариантов выполнения канавка проходит вдоль периметра конически сужающейся сепарационной части. Благодаря выполнению одной или более канавок, проходящих по всему периметру внутренней поверхности конуса, может быть достигнуто достаточное возмущение потока в заданных местоположениях внутри гидроциклона.
В одном из вариантов выполнения канавка проходит по спиральной траектории на внутренней поверхности конически сужающейся сепарационной части. Благодаря расположению канавки спиральным образом на внутренней поверхности сужающейся сепарационной части, достигается непрерывное возмущение потока материала.
В одном из вариантов выполнения спиральная траектория, проходящая по внутренней поверхности конически сужающейся сепарационной части, направлена против потока твердого материала в текучей суспензии. Если спиральная канавка проходит в направлении, противоположном потоку материала, возмущение потока может быть увеличено в еще большей степени.
В одном из вариантов выполнения конически сужающаяся сепарационная часть имеет несколько секций, причем внутренний диаметр нижнего конца верхней секции меньше внутреннего диаметра верхнего конца смежной нижней секции, вследствие чего образовано второе ребро. Это позволяет регулировать размер ребра, поскольку имеется возможность расположения секций разного диаметра смежно друг с другом для образования ребра, имеющего заданные параметры, в различных ситуациях.
В одном из вариантов выполнения конически сужающаяся сепарационная часть имеет несколько секций, причем разные секции имеют разный угол сходимости или угол конусности для соответствия, например, разным скоростям потока в разных секциях.
В одном из вариантов выполнения шланговый элемент содержит внутренний износный слой, имеющий внутреннюю поверхность, предназначенную для контакта с твердым материалом, находящимся в текучей среде, и наружную поверхность. Шланговый элемент также содержит опорную конструкцию, навитую, сплетенную или обмотанную вокруг указанной наружной поверхности, и внешний покрывающий слой, располагаемый поверх указанной опорной конструкции. В данном варианте выполнения шланговый элемент может дополнительно содержать систему контроля, содержащую по меньшей мере один датчик влажности, предназначенный для обнаружения влаги в опорной конструкции или около нее, и средства связи, соединенные с указанным датчиком для создания сигнала, указывающего на обнаружение влаги в опорной конструкции или около нее. Поскольку поток частиц обычно содержит жидкость в виде воды, датчик влажности, расположенный внутри шлангового элемента, может использоваться в качестве индикатора износа. При использовании опорной конструкции для распознавания влаги будет обнаружена любая протечка вдоль продольного направления сепарационной части, поскольку опорная конструкция навита, сплетена или обмотана вокруг наружной поверхности внутреннего износного слоя вдоль продольного направления сепарационной части и проводит и направляет текучую среду указанной протечки вдоль продольного направления к указанному по меньшей мере одному датчику, при этом средства связи указывают на обнаружение влаги, заблаговременно предупреждая оператора об износе сепарационной части. Благодаря созданию полости между опорной конструкцией и смежным слоем шлангового элемента обеспечено направление любой воды или других жидкостей к датчику влажности и/или датчику давления системы контроля. Часто в шлангах используется резина, и данная полость может быть легко получена, если резиновый слой, расположенный смежно с опорной конструкцией, например, имеющей вид спирального стального корда, не присоединен вулканизацией к опорной конструкции.
В одном из вариантов выполнения опорная конструкция имеет структуру, которая обеспечивает направление или проведение вдоль нее текучей среды. Это обеспечивает направление протечки к указанному по меньшей мере одному датчику влажности так, что может быть получено сообщение об обнаруженном износе.
В одном из вариантов выполнения опорная конструкция содержит стальной корд.
В одном из вариантов выполнения система контроля дополнительно содержит по меньшей мере один датчик давления, предназначенный для измерения давления в опорной конструкции или около нее, и средства связи, соединенные с указанным датчиком давления для создания сигнала, отображающего измеренное давление в опорной конструкции или около нее. При такой конфигурации датчик влажности может обеспечивать первичную индикацию износа и протечки, а датчик давления измеряет давление внутри опорной конструкции и может обеспечивать вторичную индикацию износа и выдавать предупреждение при заданном пороговом значении до того, как рост давления внутри сепарационной части приведет к возникновению опасной или критической ситуации.
В одном из вариантов выполнения опорная конструкция содержит по меньшей мере один кордовый слой, навитый вокруг указанной наружной поверхности. Корд вместе с его продольными проволоками обеспечивает проведение и направление протечки текучей среды вдоль опорной конструкции к датчику и отображение показаний на датчике и т.д.
В одном из вариантов выполнения опорная конструкция содержит спиральную конструкцию, навитую вокруг указанной наружной поверхности или вокруг указанного по меньшей мере одного кордового слоя. Такая спиральная конструкция образует окружную полость вокруг указанной конструкции, и текучая среда, протекающая в кордовый слой со спиральной конструкцией, поступает в эту окружную полость, перемещается вдоль спиральной конструкции и по достижении той области внутри опорной конструкции, в которой расположен датчик влажности, приводит к отображению показаний на датчике. При использовании окружной полости, расположенной вокруг спиральной конструкции, для обнаружения любой влаги будет обнаружена любая протечка вдоль продольного направления сепарационной части, поскольку указанная полость проходит вдоль продольного направления сепарационной части, и одна протечка в одном местоположении заполнит внутреннее пространство окружной полости, что приведет к отображению показаний на датчике, при этом средства связи указывают на обнаружение влаги, заблаговременно предупреждая оператора установки о критическом износе сепарационной части.
В одном из вариантов выполнения ребро выполнено закругленным для обеспечения плавного перехода от меньшего диаметра к большему диаметру. Форма и размер закругленного ребра оказывают влияние на степень создаваемого возмущения. Концепция закругленного ребра требует, чтобы его размеры не вызывали схлопывание структуры воздушного сердечника в циклоне в процессе эксплуатации, а вместо этого обеспечивали плавное возмущение потока, создавая возможность повторного смешивания и повторной сортировки. Таким образом, использование закругленных ребер на ограниченных высотах является преимущественным для создания требуемого эффекта без нарушения принципа работы циклона. Кроме того, плавный переход не подвергается такому износу, как более резкий переход.
Другие цели, признаки и преимущества данного изобретения станут очевидны из нижеприведенного подробного описания, прилагаемой формулы изобретения, а также из чертежей. Следует отметить, что изобретение относится ко всем возможным комбинациям признаков.
По существу, все выражения, используемые в формуле изобретения, следует интерпретировать согласно их обычному значению в данной области техники, если четко не указано иное. Использование слов в единственном числе («элемент», «устройство», «компонент», «средство», «этап» и т.д.) следует интерпретировать как ссылку на наличие по меньшей мере одного из указанных элемента, устройства, компонента, средства, этапа и т.д., если четко не указано иное. Этапы любого способа, описанного в данном документе, необязательно должны быть выполнены точно в описанном порядке, если не указано иное.
Используемое в данном документе слово «содержащий» и его производные не исключают другие дополнения, компоненты, значения или этапы.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Ниже приведено более подробное описание изобретения со ссылкой на прилагаемые схематические чертежи, на которых изображен пример варианта выполнения изобретения, являющегося предпочтительным на данный момент.
Фиг. 1 изображает схематический вид известного гидроциклонного сепаратора.
Фиг. 2 изображает схематический вид гидроциклонного сепаратора согласно варианту выполнения первого аспекта изобретения.
Фиг. 3 изображает фрагмент гидроциклона, показанного на фиг. 2.
Фиг. 4 изображает разрез гидроциклонного сепаратора согласно первому варианту выполнения второго аспекта изобретения.
Фиг. 5 изображает разрез гидроциклонного сепаратора согласно второму варианту выполнения второго аспекта изобретения.
Фиг. 6 изображает разрез гидроциклонного сепаратора согласно первому варианту выполнения третьего аспекта изобретения.
Фиг. 7 изображает разрез конически сужающейся сепарационной части согласно второму варианту выполнения третьего аспекта изобретения.
Фиг. 8 изображает разрез конически сужающейся сепарационной части согласно третьему варианту выполнения третьего аспекта изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Ниже приведено более подробное описание данного изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых изображены варианты выполнения изобретения, являющиеся предпочтительными на данный момент. Тем не менее данное изобретение может быть реализовано в множестве других форм и не должно считаться ограниченным вариантами выполнения, изложенными в данном документе. Эти варианты выполнения приведены для обеспечения полноты и завершенности изложения и для полной передачи объема изобретения для специалиста. На протяжении всего документа одинаковые номера позиций относятся к одинаковым элементам.
На фиг. 1 изображен схематический вид известного гидроциклонного сепаратора 1. Данный гидроциклонный сепаратор 1 содержит цилиндрическую головную часть 10. Для подачи суспензии твердого материала в цилиндрическую головную часть 10 выполнен впускной канал 11, и через верхний участок части 10 в осевом направлении проходит сливная выпускная труба 12. Цилиндрическая головная часть 10 соединена с конически сужающейся сепарационной частью 20. Шлам, как правило, подают тангенциальным образом или по спиральной траектории через наружную стенку 13 головной части 10 с обеспечением тем самым вихревого перемещения 14 шлама, который проходит по траектории постепенно уменьшающегося радиуса по направлению к месту с самым узким радиусом конуса или вершине 15. По мере приближения спиральной траектории к вершине 15 гидроциклона 1 часть 16 шлама разворачивается и начинает перемещаться к противоположному концу, то есть к головной части. Кроме того, данный поток 16 проходит по спиральной траектории, радиус которой меньше радиуса первой спирали 14, и при этом вращается в том же направлении. Таким образом, внутри гидроциклона 1 образуется завихрение. Давление является более низким вдоль центральной оси завихрения и увеличивается в радиально наружном направлении к наружной стенке 13 гидроциклона 1. Гидроциклон 1 обеспечивает сепарацию частиц шлама в соответствии с их формой, размером и удельной массой, при этом частицы, оседающие быстрее, перемещаются по направлению к наружной стенке гидроциклона 1 и в итоге выходят из него через нижний слив 17. Частицы, которые оседают медленнее, перемещаются по направлению к центральной оси и вверх и в итоге выходят из гидроциклона через выпускную трубу 12 (верхний слив). Выпускная труба 12 обычно проходит вниз к цилиндрической головной части 10 так, что замыкание подаваемого потока предотвращено. Данная сепарация в соответствии с формой, размером и удельной массой может быть названа «стратификацией».
На фиг. 2 изображен разрез варианта выполнения первого аспекта изобретения. Гидроциклон 1 в соответствии с данным аспектом изобретения содержит головную часть 10, которая на данном чертеже показана в целом цилиндрической. Однако специалисту должно быть понятно, что возможны и другие формы, такие как коническая форма или изогнутая форма. Например, угол конусности головной части, имеющей коническую форму, может составлять от 0° до 20°. В месте соединения между головной частью 10 и нижележащей, конически сужающейся сепарационной частью 20 расположено ребро 18. Данное ребро 18 образовано в результате выполнения головной части 10 так, что диаметр ее нижнего конца немного меньше диаметра верхнего конца нижележащей сепарационной части 20. Когда материал, поступающий в гидроциклон 1 через впуск 11, спускаясь по гидроциклону, достигает ребра 18, возникает определенное возмущение потока. Вследствие создания возмущения в потоке материала у стенок циклона более крупнозернистый материал может быть вытеснен от стенки с обеспечением его повторного смешивания со смежным потоком для сдвига наслоения на стенках и освобождения из стеновой области включений мелкозернистых материалов, захваченных указанным крупнозернистым наслоением. Другими словами, вследствие наличия ребра частицы, которые по каким-то причинам застряли внутри гидроциклона в ненадлежащем положении, могут быть освобождены и могут занять надлежащее положение. В результате может быть улучшена стратификация потока материала и повышено качество сортировки. Кроме того, как указано выше, давление в гидроциклоне изменяется вдоль его радиуса, и перепад давлений, возникающий у ребра вследствие изменения диаметра, приводит к высвобождению частиц с возможностью их повторного смешивания внутри гидроциклона. Кроме того, слипшиеся друг с другом частицы, например частицы меньшего размера, прилипшие к частицам большего размера, могут оторваться в результате удара, возникающего при переходе потока из зоны меньшего диаметра головной части 10 к зоне большего диаметра сужающейся сепарационной части 20. Отсоединение частиц друг от друга обеспечивает возможность улучшенной стратификации сортируемого материала. Как показано на фиг. 3, изображающей фрагмент гидроциклона, показанного на фиг. 2, расширение диаметра у ребра 18 может быть выполнено с плавным переходом. Сглаженное ребро не приводит к схлопыванию структуры воздушного сердечника в циклоне в процессе эксплуатации, вызывающему так называемое «втягивание», при котором эффективность сепарации уменьшается и материал с размером выше номинального выходит через верхний слив. В отличие от этого, сглаженное ребро обеспечивает плавное возмущение потока, создавая возможность повторного смешивания и повторной сортировки. Таким образом, использование закругленных ребер на ограниченных высотах является преимущественным для создания требуемого эффекта без нарушения принципы работы циклона. Кроме того, плавный переход не подвергается такому износу, как более резкий переход. Более того, как изображено на фиг. 2, конически сужающаяся сепарационная часть 20 может быть выполнена с изменяющимся углом конусности. Например, угол конусности может быть относительно небольшим в первой секции, увеличенным во второй секции и снова немного меньшим в третьей секции. Разумеется, могут быть выполнены и другие комбинации в зависимости от конкретных требований в различных ситуациях.
На фиг. 4 и 5 изображены варианты выполнения второго аспекта изобретения. В данном случае возмущение потока материала обеспечивается канавками 19. Когда поток пересекает канавки 19, которые могут быть выполнены в виде выемок или выступов на внутренней поверхности сепарационной части 20, аналогично варианту выполнения, описанному выше в отношении фиг. 2 и 3, частицы подвергаются вышеописанному эффекту, который обеспечивает отсоединение частиц, слипшихся друг с другом, и приводит к их повторному перемешиванию с улучшением тем самым процесса стратификации в гидроциклоне 1. На фиг. 4 канавки 19 расположены в нескольких плоскостях, каждая из которых проходит по существу перпендикулярно продольной оси гидроциклона 1. Разумеется, также возможно выполнение одной канавки 19, лежащий в плоскости, по существу перпендикулярной продольной оси гидроциклона 1, или в плоскости, наклоненной относительно указанной оси. Также возможно расположение канавок 19 в плоскостях, каждая из которых наклонена относительно продольной оси гидроциклона 1. В рамках объема данного изобретения также возможны комбинации наклонных и перпендикулярных плоскостей. Кроме того, канавка или канавки 19 могут проходить вдоль всего периметра сужающейся сепарационной части 20 или могут проходить только вдоль участка периметра сепарационной части 20, то есть в форме дуги. Количество канавок, их протяженность и наклон представляют собой параметры, которые могут регулироваться для обеспечения заданных характеристик гидроциклона 1, требуемых в конкретных ситуациях. На фиг. 5 изображен другой вариант выполнения. В данном случае канавка (канавки) 19 расположена (расположены) вдоль спиральной траектории на внутренней поверхности сужающейся сепарационной части 20. В предпочтительном варианте выполнения спиральная траектория канавок 19 проходит в направлении, противоположном потоку материала, но также может проходить по ходу потока материала. Спиральная канавка, проходящая против хода потока, обеспечивает большее взаимодействие между шламом и канавкой (канавками). Шаг спиральной траектории, проходящей по ходу потока, следует выбирать таким образом, чтобы гарантировать прохождение потока материала через канавку (канавки) 19, даже если канавки проходят по ходу потока материала. Для обоих вариантов выполнения, изображенных на фиг. 4 и 5, наличие сглаженных выступов и/или выемок обеспечивает такие же преимущества, как описанные выше в отношении сглаженных ребер.
На фиг. 6 изображен вариант выполнения третьего аспекта изобретения. В данном случае конически сужающаяся сепарационная часть 20 содержит шланговый элемент 21. Шланговый элемент 21 присоединен к головной части 10 с помощью фланца 22, закрепленного винтами и гайками или аналогичными крепежными средствами. Аналогично решению, описанному в отношении фиг. 2 и 3, внутренний диаметр у верхнего конца конически сужающегося шлангового элемента 20, 21 больше внутреннего диаметра у нижнего конца головной части 10, вследствие чего образовано ребро 18, которое создает возмущение в потоке материала, проходящего указанное ребро 18. Однако, разумеется, внутренняя поверхность шлангового элемента 21 может быть выполнена с канавками 19, как описано выше в отношении второго аспекта изобретения. Такие канавки 19 также могут быть выполнены в комбинации с ребром 18, расположенным между головной частью 10 и шланговым элементом 21. Использование шлангового элемента 21 обеспечивает износоустойчивую сепарационную часть 20 в гидроциклоне 1, поскольку материал шланга, как правило, обладает хорошими характеристиками износа, и на внутренней поверхности шлангового элемента может быть легко расположен, например, керамический материал или другой материал, повышающий износоустойчивость. Кроме того, материал шланга является гибким и при необходимости может изменять свою форму в соответствии с прикладываемой к нему нагрузкой. Как правило, шланг представляет собой многослойное изделие, изготовленное на оправке, конструкция которой может быть легко изменена в соответствии с практически любыми необходимыми формой и размерами, которые могут требоваться для получения сепарационной части 20, являющейся оптимальной для конкретного процесса. Даже сложные формы шлангового элемента с изменяющимися радиусами и диаметрами могут быть получены без выполнения большого объема дополнительных работ. Жесткость шлангового элемента 21 также может быть изменена в соответствии с необходимостью в каждой конкретной ситуации путем создания шлангового элемента с соответствующим количеством слоев (например, с внутренним износным слоем, подложкой и наружным покрывающим слоем), обладающих подходящими соответствующими характеристиками жесткости. По сравнению с конически сужающимися частями, выполненными, например, из стали, шланговый элемент является более простым в изготовлении, более дешевым и более пластичным, и даже очень сложные формы могут быть изготовлены в виде единого компонента. Поскольку не требуется использования сложных и дорогих формовочных шаблонов, можно избежать увеличения производственных затрат. Благодаря выполнению фланца на конце шлангового элемента может быть обеспечено простое и надежное соединение с головной частью, при этом замена изношенных частей дополнительно упрощается вследствие того, что шланговый элемент может быть выполнен в виде одного компонента без какой-либо обмотки и т.п. Разумеется, внутренняя поверхность шлангового элемента 21 может иметь канавку (канавки) 19, как описано выше, в дополнение к ребру 18, расположенному между шланговым элементом 21 и головной частью 10, или вместо такого ребра 18. Кроме того, благодаря возможности обработки материала шланга разные части шлангового элемента 21 могут иметь разные диаметры и разные углы конусности. Более того, участки внутренней поверхности элемента 21 или вся указанная поверхность могут содержать материалы, повышающие износоустойчивость, такие как керамика.
В другом варианте выполнения данного аспекта изобретения шланговый элемент 21 выполнен с системой контроля, содержащей по меньшей мере один датчик 30 влажности, предназначенный для обнаружения влаги в указанной опорной конструкции или около нее, и средства 60 связи, соединенные с датчиком 30 для создания сигнала, указывающего на обнаружение влаги в опорной конструкции или около нее. В опорной конструкции или около нее также может быть выполнен дополнительный датчик 40 давления, с которым соединены средства 60 связи для создания сигнала, отображающего измеренное давление в опорной конструкции или около нее. В настоящее время большинство используемых шлангов обычно полностью изнашиваются до обнаружения износа. Это может привести к протечке материала, что не только представляет угрозу для персонала вследствие высокого давления материала в гидроциклоне, но и может стать причиной нанесения вреда окружающей среде вследствие выхода протечки, а также привести к очевидным производственным потерям. Таким образом, возможность заблаговременного предупреждения оператора установки о такой ситуации является преимуществом, и, следовательно, желательно обнаружить такие местоположения износа и заранее предупредить оператора установки для предотвращения полного изнашивания шланговых элементов и обеспечения возможности замены шлангового элемента до того, как его состояние станет критическим.
На фиг. 7 и 8 изображены два варианта возможной конструкции шлангового элемента 21 и возможного расположения датчика 30 влажности и датчика 40 давления внутри элемента 21. Фиг. 7 и 8 изображают частичный увеличенный вид шлангового элемента 21, на котором показаны различные слои его стенки. Слой, обозначенный номером 34 позиции, является внутренним износным слоем, имеющим внутреннюю поверхность, предназначенную для контакта с твердым материалом, находящимся в текучей среде, и наружную поверхность. Слои, обозначенные номерами 32 и 33 позиций, представляют собой два кордовых слоя, которые окружают наружную поверхность первого слоя для обеспечения выравнивания давления вокруг шлангового элемента и вдоль него. Таким образом, в данном варианте выполнения опорная конструкция содержит два кордовых слоя 32 и 33. И, наконец, слой, обозначенный номером 31 позиции, представляет собой наружный покрывающий слой, расположенный поверх самого дальнего от центра кордового слоя 32. В варианте выполнения, изображенном на фиг. 7, система контроля была установлена в процессе изготовления шлангового элемента. Между двумя совмещаемыми кордовыми слоями 32 и 33 был установлен беспроводной датчик 30, обнаруживающий любую влагу, направляемую вдоль или внутри опорной конструкции, содержащей кордовые слои 32 и 33. Корд вместе с его продольными проволоками обеспечивает проведение и направление протечки текучей среды вдоль опорной конструкции к датчику и выдачу показаний на датчике. В варианте выполнения, изображенном на фиг. 7, между двумя совмещаемыми кордовыми слоями 32 и 33 также был расположен опционный беспроводной датчик 40 давления, обнаруживающий любую влагу, направляемую вдоль или внутри опорной конструкции, содержащей кордовые слои 32 и 33. Датчик влажности и датчик давления могут представлять собой беспроводные датчики, например, на основе радиочастотной идентификации (RFID). В варианте выполнения, изображенном на фиг. 8, имеется система контроля, предназначенная для обнаружения влаги в указанной опорной конструкции, то есть кордовых слоях 32 и 33. Система контроля установлена путем прорезывания наружного покрывающего слоя 31 и первого кордового слоя 32 с образованием полости 50 для датчика. Датчик 30 влажности расположен внутри полости 50 или у закрывающей стенки 35. Внутри полости 50 или у закрывающей стенки 35 также может быть расположен датчик 40 давления. Полость 50 для датчика изолирована от пространства снаружи шланга. Как схематически показано на фиг. 7 и 8, датчики 30 влажности и датчики 40 давления расположены в сообщении со средствами 60 связи, которые также могут содержать систему автоматического контроля, содержащую сигнальные устройства 36, по меньшей мере один узел 37 доступа, предназначенный для сбора данных от всех сигнальных устройств 36 в пределах его диапазона, и сервер 38 мониторинга/оповещения, предназначенный для сбора данных от каждого узла 37. Данные средства связи могут сообщаться с помощью проводов или беспроводным образом, например, с помощью сети Wi-Fi или пакетной передачи данных (GPRs), при этом указанные серверы 38 могут содержать серверы с системой, развернутой в облаке, и все данные могут быть представлены в Web-браузере. Для мгновенного уведомления при обнаружении влаги могут использоваться персональные компьютеры, компьютеры Mac, iPad и смартфоны типа iPhone, Android и Windows Phone.
При наличии шланговых элементов 21, которые расположены в гидроциклоне и каждый из которых содержит по меньшей мере один отдельный датчик 30 влажности и, опционально, по меньшей мере один отдельный датчик 40 давления, любое обнаружение влаги и/или давления выше порогового значения приведет к выдаче оповещения, зависящего от конкретного устройства, и оператор установки сможет определить, какой элемент шланга подлежит замене. Если имеется несколько шланговых элементов, скрепленных друг с другом обычным способом, каждый элемент содержит собственный по меньшей мере один датчик 30 влажности и, опционально, по меньшей мере один датчик 40 давления, и при получении предупреждения оператор установки будет знать, какой элемент шланга нужно заменить. Обнаружение влаги, поступающей в опорную конструкцию шлангового элемента 21 или в полость, образованную между опорной конструкцией и смежным слоем шлангового элемента, можно рассматривать как заблаговременное предупреждение об износе, а обнаружение давления, превышающего заданное пороговое значение, является еще одним предупреждением о том, что шланговый элемент вскоре может разрушиться и/или разорваться и что процесс остановится и следует заменить указанный шланговый элемент. Благодаря мониторингу раннего обнаружения влаги и его своевременности у оператора установки есть возможность выполнить обоснованную и экономически целесообразную остановку процесса и провести техническое обслуживание гидроциклона.
Специалисту должно быть понятно, что возможно выполнение ряда модификаций вариантов выполнения, описанных в данном документе, без отклонения от объема изобретения, который определяется прилагаемой формулой изобретения. Например, сепарационная часть согласно изобретению необязательно должна быть конической в строгом значении этого слова. При условии в целом уменьшения внутреннего диаметра от верхнего конца к нижнему концу данная часть может иметь разные углы конусности вдоль ее продольной оси, а также может иметь более криволинейные очертания, то есть иметь постоянно изменяющийся угол конусности. Кроме того, специалисту должно быть понятно, что ребро может быть расположено в любом месте вдоль продольной оси сепарационной части, даже в нижнем отводе или около него. Канавка, описанная в отношении сепарационной части, также может быть расположена в головной части.
1. Гидроциклонный сепаратор (1) для сортировки твердого материала в виде частиц, находящегося в текучей суспензии, содержащий по меньшей мере головную часть (10), имеющую впускной канал (11), предназначенный для подачи суспензии в указанную головную часть (10), и конически сужающуюся сепарационную часть (20), причем верхний конец сепарационной части (20) соединен с нижним концом головной части (10), и на сепарационной части (20) выполнено ребро (18, 19), которое вызывает возмущение потока материала, проходящего указанное ребро (18, 19), отличающийся тем, что внутренний диаметр на верхнем конце конически сужающейся сепарационной части (20) больше внутреннего диаметра на нижнем конце головной части (10), вследствие чего образовано указанное ребро (18).
2. Гидроциклонный сепаратор (1) по п.1, в котором верхний конец конически сужающейся сепарационной части (20) соединен с нижним концом головной части (10), при этом указанное ребро образовано канавкой (19), выполненной на внутренней поверхности сепарационной части.
3. Гидроциклонный сепаратор (1) по п.2, в котором канавка (19) выполнена в виде выступа, отходящего от внутренней поверхности конически сужающейся сепарационной части (20).
4. Гидроциклонный сепаратор (1) по п.2, в котором канавка (19) выполнена в виде выемки во внутренней поверхности конически сужающейся сепарационной части (20).
5. Гидроциклонный сепаратор (1) по п.2, в котором канавка (19) проходит в форме дуги.
6. Гидроциклонный сепаратор (1) по п.2, в котором канавка (19) проходит по периметру конически сужающейся сепарационной части (20).
7. Гидроциклонный сепаратор (1) по п.2, в котором канавка (19) проходит по спиральной траектории на внутренней поверхности конически сужающейся сепарационной части (20).
8. Гидроциклонный сепаратор (1) по п.7, в котором спиральная траектория, проходящая по внутренней поверхности конически сужающейся сепарационной части (20), направлена против потока твердого материала в текучей суспензии.
9. Гидроциклонный сепаратор (1) по п.1, в котором конически сужающаяся сепарационная часть (20) имеет несколько секций, причем внутренний диаметр нижнего конца верхней секции меньше внутреннего диаметра верхнего конца смежной нижней секции, вследствие чего образовано второе ребро (18).
10. Гидроциклонный сепаратор (1) по п.1, в котором конически сужающаяся сепарационная часть (20) имеет несколько секций, причем разные секции имеют разные углы конусности.
11. Гидроциклонный сепаратор (1) по п.1, в котором конически сужающаяся сепарационная часть (20) содержит шланговый элемент (21), причем верхний конец шлангового элемента (21) соединен с нижним концом головной части (10), при этом внутренний диаметр на верхнем конце шлангового элемента (21) больше внутреннего диаметра на нижнем конце головной части (10), вследствие чего образовано ребро (18), которое вызывает возмущение потока материала, проходящего указанное ребро (18).
12. Гидроциклонный сепаратор (1) по п.11, в котором шланговый элемент (21) содержит внутренний износный слой (34), имеющий внутреннюю поверхность, предназначенную для контакта с твердым материалом, находящимся в текучей среде, и наружную поверхность, опорную конструкцию (32, 33), навитую, сплетенную или обмотанную вокруг указанной наружной поверхности, и наружный покрывающий слой (31), расположенный поверх опорной конструкции (32, 33), и систему контроля, содержащую по меньшей мере один датчик (30) влажности, предназначенный для обнаружения влаги в опорной конструкции (32, 33) или около нее, и средства (60) связи, соединенные с указанным датчиком (30) для создания сигнала, указывающего на обнаружение влаги в опорной конструкции (32, 33) или около нее.
13. Гидроциклонный сепаратор (1) по п.12, в котором система контроля содержит по меньшей мере один датчик (40) давления, предназначенный для измерения давления в опорной конструкции (32, 33) или около нее, и средства (60) связи, соединенные с указанным датчиком (40) давления для создания сигнала, отображающего измеренное давление в опорной конструкции (32, 33) или около нее.
14. Гидроциклонный сепаратор (1) по п.12, в котором опорная конструкция (32, 33) имеет структуру, обеспечивающую направление или проведение текучей среды вдоль нее или внутри нее.
15. Гидроциклонный сепаратор (1) по п.12, в котором опорная конструкция (32, 33) содержит по меньшей мере один кордовый слой, навитый вокруг указанной наружной поверхности.
16. Гидроциклонный сепаратор (1) по п.12 или 15, в котором опорная конструкция (32, 33) содержит спиральную конструкцию, навитую вокруг указанной наружной поверхности или указанного по меньшей мере одного кордового слоя.
17. Гидроциклонный сепаратор (1) по п.16, в котором указанная спиральная конструкция выполнена из стали.
18. Гидроциклонный сепаратор (1) по п.16, в котором указанный по меньшей мере один датчик (30) влажности расположен внутри полости (50), образованной указанной спиральной конструкцией.
19. Гидроциклонный сепаратор (1) по п.1, в котором ребро (18) выполнено закругленным с обеспечением плавного перехода от меньшего диаметра к большему диаметру.
20. Система для сортировки частиц, содержащая один или более гидроциклонов по любому из предыдущих пунктов.
