ПРЯМОТОЧНЫЙ ГИДРОЦИКЛОН

Область техники
Полезная модель относится к устройствам для непрерывного разделения суспензий, а более конкретно - к устройствам для разделения суспензий под действием центробежных сил с использованием вихревых потоков, комбинированным с фильтрами, и может найти применение, например, в энергетике, химической и нефтехимической промышленности.
Уровень техники
Известен гидроциклон [1], который содержит корпус с тангенциальным вводом, сливным патрубком для вывода легкого продукта и разгрузочным штуцером для вывода тяжелого продукта. Сливной патрубок гидроциклона снабжен фильтрующим элементом. К недостаткам описанной конструкции гидроциклона относится тангенциальный ввод жидкости и необходимость изменения осевого направления вихревого потока на противоположное, что приводит к увеличению габаритов конструкции и повышенному гидравлическому сопротивлению, вызывающему потерю напора потока. Фильтрующий элемент забивается частицами загрязнений, а для его очистки требуется выключать устройство из режима эксплуатации.
Известен горизонтальный гидроциклон [2], включающий цилиндрический корпус с тангенциальным патрубком подвода исходной суспензии, сливным и песковым патрубками, камеру с установленным в ней фильтрующим элементом и укрепленную после сливного патрубка
перфорированную решетку, размещенную между фильтрующим элементом и сливным патрубком. К недостаткам описанной конструкции гидроциклона также относится тангенциальный ввод жидкости и необходимость изменения осевого направления вихревого потока на противоположное, что приводит к увеличению габаритов конструкции и повышенному гидравлическому сопротивлению, вызывающему потерю напора потока. Фильтрующий элемент находится под постоянным ударным и вибрационным воздействием, что ведет к ее ускоренному износу.
Известен газожидкостной сепаратор [3], включающий цилиндрический корпус с центральным коническим обтекателем на входе, снабженным закручивающими поток лопастями, и усеченную конусную вставку на выходе, а также патрубки отвода осветленной и сгущенной фракций. Недостатком данного устройства является низкая эффективность разделения суспензии, что обусловлено отсутствием фильтрующего элемента.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению, принятым за прототип, является горизонтальный гидроциклон [4], который включает цилиндрический корпус с центральным обтекателем на входе и усеченной конусной вставкой на выходе, патрубками отвода осветленной и сгущенной фракций, и центральной трубой. Он снабжен размещенной коаксиально внутри корпуса цилиндроконической камерой с вмонтированным в нее осевым обтекателем с закручивающими поток лопастями, и дополнительной камерой с установленной внутри нее перфорированной перегородкой. При этом центральная труба одним концом закреплена в перфорированной перегородке, а другим заглублена в цилиндроконическую камеру. К недостаткам данного устройства относится конструктивная сложность, неоднократное
разветвление и слияние, а также изменение сечения, разгон и торможение потоков жидкости, что приводит к повышенному гидравлическому сопротивлению, вызывающему потерю напора потока. Фильтрующая перегородка находится под постоянным ударным и вибрационным воздействием, что ведет к ее ускоренному износу.
Раскрытие изобретения
Целью заявляемой полезной модели является упрощение конструкции и повышение долговечности гидроциклона. Техническим результатом, который достигается посредством заявляемой конструкции, является упрощение и удешевление конструкции гидроциклона, снижение гидравлического сопротивления и повышение долговечности фильтрующей перегородки за счет ее очистки потоком жидкости при исключении ударного и вибрационного воздействия.
Технический результат достигается тем, что прямоточный гидроциклон содержит цилиндрический корпус, осевой обтекатель, расположенный на входе корпуса и снабженный средством для закручивания потока, центральную трубу, расположенную соосно с корпусом с образованием между центральной трубой и корпусом щели, сообщающейся с дополнительной камерой, снабженной патрубком для отвода сгущенной фракции, и фильтрующую перегородку, которая имеет форму конуса с конусностью от 1:4 до 1:10, фильтрующая перегородка расположена соосно с корпусом и центральной трубой и присоединена основанием к центральной трубе, а сужающейся частью погружена в корпус, причем щель между центральной трубой и корпусом охватывает ближайшую к основанию часть фильтрующей перегородки.
Прямоточный гидроциклон работает следующим образом. Поток суспензии поступает в цилиндрический корпус, обтекает расположенный на входе корпуса осевой обтекатель, снабженный средством для закручивания потока, вследствие чего закручивается по спирали. В вихревом потоке тяжелая фракция, содержащая грубые частицы примесей, сгущается в периферической области, а легкая осветленная фракция собирается в центральной части потока. Сгущенная фракция проходит через щель между корпусом и центральной трубой и попадает в дополнительную камеру, снабженную патрубком для отвода сгущенной фракции. Осветленная же фракция проходит через фильтрующую перегородку, которая задерживает наиболее мелкие частицы примесей. При этом фильтрующая перегородка постоянно омывается вихревым потоком, который сносит скапливающиеся на ней частицы примесей и через щель сбрасывает частицы примесей в дополнительную камеру, откуда они удаляются вместе со сгущенной фракцией. Прошедшая через фильтрующую перегородку осветленная фракция через центральную трубу выводится из гидроциклона.
В отдельном случае осуществления заявляемой полезной модели средство для закручивания потока выполнено в виде винтовой поверхности, имеющей от двух до четырех витков с шагом от 0,3d до 1,5d, где d - внутренний диаметр корпуса.
В отдельном случае осуществления заявляемой полезной модели ширина щели между центральной трубой и корпусом составляет от 0,1d до 0,25d, где d - внутренний диаметр корпуса.
В отдельном случае осуществления заявляемой полезной модели осевой обтекатель соединен с центральной трубой одним или несколькими стержнями.
В отдельном случае осуществления заявляемой полезной модели фильтрующая перегородка размещена на каркасе из стержней, соединяющих осевой обтекатель с центральной трубой.
В отдельном случае осуществления заявляемой полезной модели центральная труба с осевым обтекателем, средством для закручивания потока, соединяющими их стержнями и расположенной на каркасе из стержней фильтрующей перегородкой выполнены с возможностью извлечения из корпуса и дополнительной камеры.
По сравнению с прототипом то, что фильтрующая перегородка, имеет форму конуса с конусностью от 1:4 до 1:10, фильтрующая перегородка расположена соосно с корпусом и центральной трубой и присоединена основанием к центральной трубе, а сужающейся частью погружена в корпус, причем щель между центральной трубой и корпусом охватывает ближайшую к основанию часть фильтрующей перегородки, является новым. Выполнение фильтрующей перегородки в форме конуса с конусностью от 1:4 до 1:10, расположение фильтрующей перегородки соосно с корпусом и центральной трубой, присоединение фильтрующей перегородки основанием к центральной трубе, погружение ее сужающейся части в корпус, причем щель между центральной трубой и корпусом охватывает ближайшую к основанию часть фильтрующей перегородки, позволяет упростить и удешевить конструкцию гидроциклона, снизить гидравлическое сопротивление и повысить долговечность фильтрующей перегородки за счет ее очистки потоком жидкости. Тем самым, новой совокупностью существенных признаков достигается технический результат.
Краткое описание чертежей
На фигуре изображена схема, иллюстрирующая возможность осуществления заявляемой полезной модели. На схеме применены следующие обозначения:
1 - цилиндрический корпус;
2 - осевой обтекатель;
3 - средство для закручивания потока;
4 - центральная труба;
5 - дополнительная камера;
6 - патрубок для отвода сгущенной фракции;
7 - соединительные стержни;
8 - фильтрующая перегородка.
Осуществление полезной модели
Возможность осуществления заявляемой полезной модели иллюстрируется схемой, представленной на фигуре.
Прямоточный гидроциклон содержит цилиндрический корпус 1, осевой обтекатель 2, расположенный на входе корпуса и снабженный средством для закручивания потока 3. Средство для закручивания потока 3 выполнено в виде винтовой поверхности, имеющей от двух до четырех витков с шагом от 0,3d до 1,5d, где d - внутренний диаметр корпуса 1. Соосно с корпусом 1 расположена центральная труба 4, так что между центральной трубой и корпусом имеется кольцевая щель. Ширина этой щели составляет от 0,1d до 0,25d, где d - внутренний диаметр корпуса 1. Щель сообщается с дополнительной камерой 5, снабженной патрубком 6 для отвода сгущенной фракции. Осевой обтекатель 2, снабженный средством для закручивания потока 3, соединен с центральной трубой 4 одним или несколькими стержнями
7, служащими каркасами для фильтрующей перегородки 8. Фильтрующая перегородка 8 имеет форму конуса с конусностью от 1:4 до 1:10. Она расположена соосно с корпусом 1 и центральной трубой 4 и присоединена основанием к центральной трубе 4, а сужающейся частью погружена в корпус 1. Щель между центральной трубой и корпусом охватывает ближайшую к основанию часть фильтрующей перегородки. Центральная труба 4 с осевым обтекателем 2, соединяющими их стержнями 7 и расположенной на каркасе из стержней фильтрующей перегородкой 8 выполнены с возможностью извлечения из корпуса 1 и дополнительной камеры 5.
2
Прямоточный гидроциклон работает следующим образом. Поток суспензии поступает в цилиндрический корпус 1, обтекает расположенный на входе корпуса осевой обтекатель 2 и проходит через средство 3 для закручивания потока. Так как это средство выполнено в виде винтовой поверхности, имеющей от двух до четырех витков с шагом от 0,3d до 1,5d, где d - внутренний диаметр корпуса 1, то сечение спирального канала составляет от (0,3d)×(0,5d-0,5δ) до (1,5d)×(0,5d-0,5δ), где δ - диаметр осевого обтекателя. Вследствие этого сечение спирального канала, по крайней мере, не превосходит сечения цилиндрического корпуса, которое равно 0,785d. Следовательно, закручиваясь по спирали, поток дополнительно ускоряется. Если шаг спиральной поверхности меньше, чем 0,3d, то поток встречает чрезмерное гидравлическое сопротивление; если же шаг спиральной поверхности больше, чем 1,5d, то поток не получает необходимого ускорения. В ускоренном вихревом потоке тяжелая фракция, содержащая грубые частицы примесей, сгущается в периферической области, а легкая осветленная фракция собирается в центральной части потока. Сгущенная фракция проходит через щель между корпусом
2
2
1 и центральной трубой 4. Ширина этой щели составляет от 0,1d до 0,25d, так что сечение щели составляет от 0,1πd до 0,25πd и, по крайней мере, не превосходит сечения цилиндрического корпуса. Вследствие этого проходит через щель только часть потока, содержащая наиболее тяжелые и крупные частицы загрязнений. Эта фракция попадает в дополнительную камеру 5, снабженную патрубком 6 для отвода сгущенной фракции. Осветленная же фракция проходит через фильтрующую перегородку 8, которая задерживает наиболее мелкие частицы примесей. Если ширина щели меньше, чем 0,1d, то сгущенная фракция встречает чрезмерное сопротивление и частично поступает на фильтрующую перегородку, сильно забивая ее частицами примесей; если же ширина щели больше, чем 0,25d, то поток суспензии беспрепятственно проходит через щель, не испытывая принуждения проходить через фильтрующую перегородку. Фильтрующая перегородка 8 постоянно омывается вихревым потоком, который сносит скапливающиеся на ней частицы примесей и через щель сбрасывает частицы примесей в дополнительную камеру 5, откуда они удаляются вместе со сгущенной фракцией. Прошедшая через фильтрующую перегородку 8 осветленная фракция через центральную трубу 4 выводится из гидроциклона. Если возникает необходимость принудительной очистки фильтрующей перегородки 8 и средства для закручивания потока 3, то центральную трубу 4 вместе с соединительными стержнями 7, обтекателем 2, средством для закручивания потока 3 и фильтрующей перегородкой 8 вынимают из корпуса 1 и дополнительной камеры 5 и подвергают внешней механической очистке.
Промышленная применимость
Прямоточный гидроциклон может быть применен в промышленности. Заявляемая конструкция проста, дешева, обладает низким гидравлическим сопротивлением и при этом обеспечивает долговечность фильтрующей перегородки. Эти качества делают использование заявляемой конструкции возможным и целесообразным, например, в энергетике, химической и нефтехимической промышленности. Изготовление прямоточного гидроциклона описанной конструкции возможно известными и широко распространенными в промышленности методами на оборудовании, традиционно применяемом в химическом машиностроении.
Источники, принятые во внимание:
1. Патент РФ №2180272, МПК В 04 С 5/12, В 04 С 9/00, опубл. 10.03.2002 г. Гидроциклон / Сабитов С.3., Зиазетдинов А.3., Ахсанов Р.Р., Сабитов А.С.
2. Авт. свид. СССР №528122, МПК В 04 С 5/13, опубл. 15.09.1976 г. Горизонтальный гидроциклон / Батуров В.И., Байдуков В.А., Соколов В.И.
3. Патент Франции №2142568, МПК В 04 С 5/00, опубл. 02.02.1973 г. Газожидкостной сепаратор / J.Langlois.
4. Авт. свид. СССР №639170, МПК B 01 D 45/12, В 04 С 3/00, опубл. 10.03.1995 г. Горизонтальный гидроциклон / Байдуков В.А., Глаголев Н.И., Батуров В.И. (прототип).