КОРПУС ГИДРОЦИКЛОНА
HYDRAULIC CYCLONE CASING

Корпус гидроциклона предназначен для использования в устройстве очистки целлюлозы от примесей путем сепарации частиц твердой фазы во вращающемся потоке жидкости и предназначен для использования в целлюлозно-бумажной промышленности.
Корпус гидроциклона при эксплуатации подвергается жесткому эрозионному воздействию со стороны твердых включений, содержащихся в очищаемой жидкости, с высокой скоростью трущихся о внутреннюю поверхность корпуса. Причем наибольшему эрозионному воздействию подвергается поверхность на больших диаметрах корпуса, примерно на длине до 60-70% от верхнего торца корпуса.
Известен способ футеровки гидроциклона, при котором внутреннюю поверхность металлического корпуса от абразивного и кавитационного износа защищают резиновой футеровкой с высокой адгезией к внутренней поверхности корпуса по патенту РФ № 2218994 с приоритетом от 28.05.2002. Предложенная футеровка недостаточно увеличивает срок службы корпуса и трудоемка в изготовлении.
Известна конструкция армированных оболочек для высокого давления из слоистого композиционного материала, содержащая корпус из цилиндрического участка с торцевыми днищами, образованный комбинацией групп слоев спиральных и кольцевых лент, ориентированных в спиральных и окружном направлениях с соответственно расположенными в них однонаправленными высокомодульными нитями, скрепленными полимерным связующим, облицованный внутренним покрытием. Патент РФ №2190150 с приоритетом от 28.06.2001. Корпус гидроциклона с подобной конструкцией оболочки, состоящей из наружных спиральных слоев со стеклянными нитями и внутренних слоев с углеродными нитями, почти вдвое увеличил срок службы по сравнению с металлическим аналогом. При этом срок службы корпуса этой конструкции недостаточен.
Наиболее близким аналогом технического решения для корпуса гидроциклона является конструкция многослойной оболочки вращения, полученная многозонной намоткой нитями, приведенная на рис. 3.13 в книге «Композиционные материалы»: Справочник / В.В. Васильев, В.Д. Протасов, В.В. Болотин и др.; Под общ. ред. В.В. Васильева, Ю.М. Тарнопольского. -М.: Машиностроение, 1990. - 512 с. Эффективность использования рассматриваемой конструкции аналогична предыдущей, однако возможности варьирования структурой многозонной оболочки позволяют более полно реализовать эрозионностойкость композиционного материала.
Основной задачей, с одной стороны, является увеличение толщин оболочки в зоне максимального эрозионного воздействия, с другой стороны, создание на внутренней поверхности оболочки анизотропии, максимально стойкой к эрозионному износу.
Техническим результатом использования изобретения является увеличение срока службы корпуса гидроциклона.
Основная задача решена, и технический результат достигнут за счет расположения слоев и зон в оболочке с многозонной структурой.
Для этого в корпусе гидроциклона в виде многослойной оболочки вращения с конической или конической совместно с цилиндрической в верхней части формой внутренней поверхности, выполненной из композиционных материалов с полными и зонными слоями из перекрестных спиральных нитей, уложенных по геодезическим траекториям и скрепленных полимерным связующим, слои расположены так, что полюса зонных слоев располагаются в верхней части конической поверхности и полюсные части зонных слоев располагаются на внутренней поверхности оболочки.
Отличительными особенностями корпуса гидроциклона являются следующие признаки:
- полюса зонных слоев располагаются в верхней части конической поверхности;
- полюсные части зонных слоев располагаются на внутренней поверхности оболочки.
Указанные отличительные признаки являются существенными, поскольку каждый из них в отдельности и совместно направлен на решение поставленной задачи и достижение технического результата.
Расположение полюсов зонных слоев в верхней части конической поверхности позволяет увеличить толщину оболочки корпуса гидроциклона на больших диаметрах, подверженных наибольшему эрозионному износу, что позволяет допустить большую толщину эрозионного износа корпуса гидроциклона, увеличив тем самым срок его службы.
Эрозионная стойкость внутренней поверхности корпуса гидроциклона повышается, если направление вектора скорости жидкости у поверхности совпадает с направлением нитей на внутренней поверхности оболочки из композиционного материала. Ориентация нитей зонных слоев на внутренней поверхности оболочки вдоль потока позволяет повысить эрозионную стойкость корпуса гидроциклона. При расположении полюсных частей зонных слоев на внутренней поверхности оболочки увеличиваются углы ориентации нитей на внутренней поверхности оболочки относительно её образующей по отношению к оболочке, полученной обычной намоткой полных слоев. В зоне максимальной эрозии на максимальных диаметрах оболочки угол ориентации нитей на внутренней поверхности с зонными слоями находится в диапазоне 90°÷±70° относительно образующей, а в оболочке с полными слоями ±50°÷±30°. Вектор потока вращающейся жидкости на максимальных диаметрах оболочки близок к 90° относительно её образующей. Это повышает эрозионную стойкость корпуса гидроциклона с полюсными частями зонных слоев на внутренней поверхности.
Отличительные существенные признаки являются новыми, так как их использование в известном уровне техники, аналогах и прототипе не обнаружено, что позволяет характеризовать предлагаемую конструкцию корпус гидроциклона соответствующей критерию «новизна».
Единая совокупность новых существенных признаков с общими известными существенными признаками позволяет решить поставленную задачу и достичь нового технического результата - увеличения срока службы корпуса гидроциклона, что характеризует предложенное техническое решение существенными отличиями от известного уровня техники, аналогов и прототипа. Новое техническое решение является результатом научно-исследовательской работы и творческого вклада без использования стандартизованных проектов или рекомендаций в данной области техники, соответствует в совокупности существенных признаков критерию «изобретательский уровень».
Сущность изобретения поясняется чертежом с кратким описанием. На фиг. 1 представлен общий вид корпуса гидроциклона. Корпус гидроциклона имеет коническую 1 совместно с цилиндрической в верхней части 2 геометрию внутренней поверхности (цилиндрическая поверхность может отсутствовать) и состоит из полных 3 и зонных 4 слоев из композиционных материалов, полюса 5 зонных слоев располагаются в верхней части 6 конической поверхности 1.
Корпус гидроциклона может быть изготовлен методом автоматической намотки на намоточном станке слоев нитями, пропитанными полимерным связующим, на металлическую оправку с геометрией поверхности, соответствующей геометрии внутренней поверхности гидроциклона, по известным технологиям. Далее оболочка отверждается при термообработке и из нее извлекается оправка. Полученный корпус при необходимости механически обрабатывается под установку в верхней его части металлического корпуса с входным и сливным патрубками, а в нижней части корпуса гидроциклона металлического насадка для подачи воды на разбавление и сбора отходов. Форма, размеры, число слоев, материал нитей и связующего корпуса гидроциклона определяются специальными расчетами с учетом опыта эксплуатации подобных конструкций.
Использование корпусов гидроциклона из композиционных материалов только с полными слоями 3 (фиг.1) позволило увеличить срок службы на Сенежском целлюлозно-бумажном комбинате в два раза по отношению к металлическому варианту корпуса. Реализация предложенного технического решения позволит повысить срок службы корпуса гидроциклона в 1,5-2 раз по отношению к корпусу из композиционного материала с полными слоями. Таким образом, новое техническое решение воспроизводимо в условиях производства, обеспечивает решение поставленной задачи, достижение нового технического результата в предложенной совокупности признаков соответствует и критерию «промышленная применимость», то есть уровню изобретения.