ГИДРОЦИКЛОН-ДЕМПФЕР

Заявляемая полезная модель относится к аппаратам для разделения гетерогенных систем под действием центробежных сил и может быть использована в нефтяной и других отраслях промышленности.
Известен гидроциклон, содержащий цилиндроконический корпус, патрубок подачи исходной суспензии, патрубки для отвода осветленной и сгущенной фракций суспензии, устройство для отвода сгущенной фракции суспензии, выполненное в виде двух установленных коаксиально корпусу гидроциклона горизонтальных дисков, нижний из которых закреплен на валу и имеет возможность вращения и вертикального перемещения, а верхний имеет форму кольца и жестко соединен с корпусом гидроциклона, между дисками образован радиальный канал, а с верхним диском жестко соединена емкость, образующая с ним цилиндрическую камеру с патрубками для отвода сгущенной фракции суспензии (патент РФ №2372147 С1, дата приоритета 16.06.2008, дата публикации 10.11.2009, автор Яблонский В.О., RU).
Недостатком известного аналога является наличие в нем крупногабаритного устройства для отвода сгущенной фракции суспензии, выполненного с вероятностью образования застойных периферийных зон, снижающих эффективность отвода сгущенной фракции.
Известен гидроциклон, содержащий сборный цилиндроконический корпус с приемной цилиндрической камерой в верхней части, с которой соединен тангенциально сопряженный с ней ввод для подачи в нее суспензии, имеющий высоту, превышающую его ширину и составляющую, по меньшей мере, большую часть высоты приемной камеры, гидроциклон также снабжен крышкой со сливным патрубком, введенным внутрь корпуса, и пескоструйной насадкой, выполненной с возможностью вывода для возврата на домол отсепарированных негабаритно крупных частиц (патент РФ №2465060 С1, дата приоритета 26.09.2011, дата публикации 27.10.2012, авторы: Валюхов С.Г. и др., RU).
Недостатком данного аналога является ограниченное применение гидроциклона, обусловленное необходимостью подбора определенного соотношения параметров гидравлически взаимодействующих питательного и сливного патрубков, а также песковой насадки гидроциклона.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является известный гидроциклон-флотатор, принятый в качестве прототипа, содержащий цилиндрический корпус с крышкой, патрубки для подачи исходного продукта, для отвода пены и осветленной жидкости, внутренняя поверхность стенки корпуса выполнена в виде винтовой поверхности синусоидального профиля, направление нарезки которой совпадает с направлением вращения потока разделяемой суспензии, расстояние между выступами возрастает, а амплитуда уменьшается в осевом направлении по мере удаления от патрубка для подачи исходного продукта, причем в стенке корпуса установлен теплоэлектронагреватель, витки обмотки которого расположены на оси симметрии каждого выступа винтовой поверхности корпуса (патент РФ №2433000 С1, дата приоритета 23.04.2010, дата публикации 10.11.2011, автор Яблонский В.О., RU, прототип).
Недостатком прототипа является низкая разделительная способность из-за наличия кольцевых вихрей в верхней цилиндрической части, снижающих эффективность разделения дисперсных систем. Это обусловлено тем, что в гидроциклоне возникают два основных вращающихся в одну сторону потока - внешний, имеющий поступательное движение по спирали вниз, и внутренний, двигающийся по спирали вверх к отводящему патрубку. При этом наряду с основными нисходящими и восходящими потоками в гидроциклоне наблюдаются многочисленные местные циркуляции и перемешивание. Все это определяет сложность гидродинамических процессов и оказывает влияние на эффективность разделения дисперсных систем.
Технической проблемой является создание конструкции, обеспечивающей повышение разделительной способности гидроциклона.
Для решения технической проблемы предложен гидроциклон-демпфер, включающий корпус с крышкой, тангенциально расположенный входной патрубок, отводные верхний и нижний патрубки, верхний из которых введен внутрь корпуса. Новым является то, что корпус содержит верхнюю цилиндрическую и нижнюю коническую части. В цилиндрической части корпуса коаксиально установлены две втулки с наружной и внутренней винтовыми поверхностями, образующие между собой кольцевой канал по высоте цилиндрической части корпуса, соединенный с входным патрубком и полостью конической части. При этом втулка с наружной винтовой поверхностью установлена на верхнем отводном патрубке, а втулка с внутренней винтовой поверхностью установлена внутри цилиндрической части корпуса и снабжена отверстием, сопряженным с входным патрубком.
Согласно полезной модели, втулки установлены с возможностью их замены при необходимости изменения профильных сечений, шаговых и высотных параметров винтовой поверхности, с возможностью регулирования условий турбулентности в зависимости от состава пульпы и режимных параметров.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении полезной модели, заключается в повышении разделительной способности гидроциклона за счет демпфирования потока в цилиндрической части корпуса и полного исключения подкрышечного кольцевого вихря.
На фиг. 1 - схематично изображен гидроциклон-демпфер предлагаемой конструкции, общий вид; на фиг. 2 - верхняя часть гидроциклона-демпфера, с отображением движения жидкости; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2.
Гидроциклон-демпфер содержит сборный корпус, включающий верхнюю цилиндрическую часть 1 с крышкой 2 и нижнюю коническую часть 3, тангенциально сопряженный с корпусом входной патрубок 4, верхний отводной патрубок 5, коаксиально расположенный в крышке 2 и в цилиндрической части 1 корпуса, и нижний отводной патрубок 6. Внутри цилиндрической части 1 корпуса установлена втулка 7 с внутренней винтовой поверхностью и с отверстием, сопрягаемым с входным патрубком 4, а на патрубке 5 установлена втулка 8 с наружной винтовой поверхностью. В совокупности втулки 7 и 8 образуют демпферное устройство, содержащее кольцевой канал 9 между винтовыми поверхностями втулок по высоте цилиндрической части корпуса. При этом кольцевой канал 9 соединен с входным патрубком 4 через выполненное во втулке 7 отверстие и с полостью конической части 3.
Гидроциклон-демпфер работает следующим образом. Пульпа, предназначенная для разделения, поступает в гидроциклон-демпфер через входной патрубок 4, тангенциально сопряженный с цилиндрической частью 1 корпуса. Далее пульпа с центробежным ускорением спирально спускается по каналу 9, образованному втулками 7 и 8. При этом поток демпируется и становится менее турбулентным, чем на входе в гидроциклон-демпфер. Затем пульпа спускается по спиральной траектории вдоль стен конической части 3 корпуса, к нижнему отводному патрубку 6. Основная часть извлекаемой мелкодисперсной фракции поднимается вверх по спиральной траектории противоположного направления к нисходящему потоку, к сливному патрубку 5. Более крупные фракции прижимаются вдоль стен конической части 3 корпуса и выводятся через нижний отводной патрубок 6. При этом за счет демпфирования потока в цилиндрической части корпуса не образуется подкрышечный кольцевой вихрь и повышается разделительная способность гидроциклона.