ГИДРОЦИКЛОН

Предлагаемое техническое решение относится к области очистки жидкостей, в частности к конструкции гидроциклона и может быть использовано на предприятиях химической, нефтегазовой, пищевой, энергетической, и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах разделения неоднородных систем.
Известна конструкция гидроциклона, содержащего цилиндроконический корпус с песковым патрубком, а также расположенные в верхней цилиндрической части корпуса тангенциальный питающий патрубок и осевой сливной патрубок, при этом внутренний радиус цилиндрической поверхности верхней части корпуса больше максимального внутреннего радиуса нижней части корпуса. (Патент на полезную модель RU №125099, B04C 5/00, 2013).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относятся высокое гидравлическое сопротивление напорному потоку жидкости вследствие сил вязкого трения.
Известна конструкция. гидроциклона, включающего
цилиндроконический корпус с центральной и периферийной сборной камерами, осевой разделительный коллектор, подающий, отводящий и шламовый трубопроводы, при этом стенки осевого разделительного коллектора выполнены с криволинейным очертанием в виде гофрированного коноидального насадка, вокруг него размещен потокоформирующий эллипсоид, а подающий трубопровод снабжен гидроэлеватором с отсасывающей трубкой, входная часть которого введена сверху в центр осевого разделительного коллектора. (Патент №2442663, RU B04C 5/22, 2012).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относятся высокое гидравлическое сопротивление гидроциклона.
Известна конструкция гидроциклона, содержащего цилиндроконический корпус, на одном конце которого установлен тангенциальный входной патрубок и осевой патрубок вывода легкой фазы, на другом - песковый насадок, а внутри корпуса установлен осевой элемент для выравнивания давления, при этом неподвижный раскручивающий осевой элемент установлен в выходном конце корпуса и выполнен в виде крыльчатки, наружный диаметр которой меньше или равен внутреннему диаметру корпуса, наклон входных кромок лопастей крыльчатки совпадает с наклоном траектории движения тяжелой фазы, а выходные кромки лопастей направлены по осевым плоскостям корпуса. (Патент №2211095, RU B04C 5/103, 2003).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относятся высокое гидравлическое сопротивление потоку жидкости.
Известна конструкция гидроциклона, включающего цилиндроконический корпус с тангенциальным входным и соосным с корпусом песковым патрубками, крышку с осевым сливным патрубком, кольцевой вкладыш под крышкой с тангенциальными каналами различных сечений, при этом тангенциальные каналы на вкладыше выполнены с одним или несколькими симметричными спаренными соплами с острыми углами наклона между собой их осей, причем между цилиндрической стенкой, к которой примыкает тангенциальный входной патрубок, и наружной цилиндрической поверхностью вкладыша выполняют кольцевой зазор, исполняющий роль напорной камеры. (Патент №2242289, RU B04C 5/02 B04C 5/103, 2004).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относятся высокое гидравлическое сопротивление гидроциклона.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому объекту и принятому за прототип является гидроциклон, включающий цилиндроконический корпус со сливным патрубком и входным патрубком, при этом внутри корпуса в верхней и нижней части сливного патрубка жестко закреплены горизонтальные кольцевые диски для разделения потока очищаемой жидкости на внешнюю рабочую зону и внутреннюю застойную зону. (Патент на полезную модель RU №136367, B04C 5/103 B04C 5/107, 2014).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относятся высокое гидравлическое сопротивление вследствие сил вязкого трения очищаемой жидкости, особенно при очистке высоковязких неньютоновских жидкостей.
Целью предлагаемой конструкции гидроциклона является создание газовой прослойки между потоком жидкости в кольцевом канале и сливным патрубком.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является снижение гидравлического сопротивления потоку жидкости при высоких показателях степени улавливания.
Поставленный технический результат достигается тем, что в гидроциклоне, включающем цилиндроконический корпус со сливным патрубком, в нижней части которого жестко закреплен горизонтальный кольцевой диск, и входным патрубком, причем на горизонтальном кольцевом диске, осесимметрично со сливным патрубком, установлен цилиндр с пористой боковой поверхностью с образованием газовой камеры, в верхней части которой расположен патрубок для подачи газа, при этом отношение диаметров цилиндра и сливного патрубка составляет D/d=1.02-1.1, где D - диаметр пористого цилиндра, d - диаметр выходного патрубка.
Установка осесимметрично со сливным патрубком внутри цилиндроконического корпуса гидроциклона цилиндра, с пористой боковой поверхностью, позволяет создавать равномерный слой таза, прилегающий к внешней поверхности сливного патрубка, тем самым снизить гидравлическое сопротивление гидроциклона.
Образование газовой камеры, заключенной между внешней поверхностью сливного патрубка и внутренней поверхностью пористого цилиндра, позволяет равномерно подавать газ сквозь пористый материал цилиндра, что повышает эффект по снижению гидравлического сопротивления.
Установка в верхней части корпуса патрубка для подачи газа позволяет дозировано подавать газ и регулировать толщину газовой прослойки, прилегающей к внешней пористой поверхности цилиндра.
Схема предлагаемой конструкции гидроциклона представлена на фиг.
Гидроциклон включает в себя цилиндроконический корпус 1 со сливным патрубком 2, в нижней части которого жестко закреплен горизонтальный кольцевой диск 3, входной патрубок 4. Осесимметрично со сливным патрубком 2 внутри цилиндроконического корпуса 1, на горизонтальном кольцевом диске 3, установлен цилиндр 5 с пористой боковой поверхностью, с образованием газовой камеры 6, в верхней части которой установлен патрубок для подачи газа 7.
Гидроциклон работает следующим образом. Поток жидкости, под напором, тангенциально поступает через входной патрубок 4 в кольцевой канал между цилиндроконическим корпусом 1 и цилиндром 5. Вследствие тангенциального ввода жидкости в потоке образуется интенсивное центробежное поле, за счет которого тяжелая фракция (дисперсные частицы) перемещается к периферии, а легкая оттесняется к центру. При совместном действии силы тяжести и центробежной силы, тяжелая фракция поступает в нижнюю часть цилиндроконического корпуса 1, а легкая отводится через сливной патрубок 2. Газ через патрубок 7 поступает дозировано в газовую камеру 6. Из газовой камеры 6, газ через пористую боковую поверхность цилиндра 5 поступает в кольцевой канал, образованный цилиндроконическим корпусом 1 и цилиндром 5, что позволяет создавать газовую прослойку и существенно снизить гидравлическое сопротивление гидроциклона.
Подача газа через газовую камеру 6 дает возможность регулировать толщину газовой прослойки вокруг пористой боковой поверхности цилиндра 5. Проницаемость материала пористого цилиндра 5 должна быть достаточной для создания равномерной газовой прослойки на его внешней поверхности. Размеры пор цилиндра с пористой боковой поверхностью 5 должны быть таковы, чтобы газ заполнял весь объем капилляров и препятствовал проницаемости жидкости. Компенсация сил вязкого трения, соответственно и снижение гидравлического сопротивления препятствует снижению скорости потока жидкости в кольцевом канале, поддерживает интенсивность центробежного поля, что повышает степень улавливания частиц в гидроциклоне.
Заданное отношение диаметра выходного патрубка к диаметру пористого цилиндра D/d=1.02-1.1, обеспечивает оптимальный зазор в газовой камере для эффективного газораспределения. При D/d<1.02 затрудняется равномерное распределение газа, при D/d>1.1 дальнейшего снижения гидравлического сопротивления не происходит, но при этом уменьшается рабочий объем гидроциклона.
Таким образом, предлагаемая конструкция гидроциклона позволяет снизить гидравлическое сопротивление потоку очищаемой жидкости, при высоких показателях степени улавливания частиц.