Многоступенчатая гидроциклонная установка
MULTISTAGE HYDROCYCLONE UNIT

Предлагаемое изобретение относится к устройствам для разделения жидких неоднородных сред под действием центробежных сил и может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей, пищевой и других отраслях промышленности.
Известна двухступенчатая гидроциклонная установка для очистки глинистого раствора, в которой для лучшей очистки раствора последовательно применен гидроциклон грубой очистки и батарея гидроциклонов тонкой очистки [1].
Недостатком известной установки является низкая эффективность второй ступени очистки (батареи гидроциклонов тонкой очистки) ввиду того, что первая ступень очистки (гидроциклон грубой очистки) соединена со второй ступенью очистки соединительным патрубком в виде цилиндрического трубопровода. При таком исполнении соединительного патрубка происходит разрушение закрученного потока жидкости, выходящей из сливного патрубка гидроциклона первой ступени очистки и формирование из него нового закрученного потока на входе в гидроциклон второй ступени очистки. Это приводит во-первых к потере давления на входе в гидроциклон второй ступени очистки, во-вторых к снижению эффективности очистки в гидроциклоне второй ступени очистки.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является многоступенчатая гидроциклонная установка, состоящая из гидроциклонов с тангенциальными входными патрубками, сливными патрубками и песковыми патрубками. Сливной патрубок гидроциклона первой ступени соединен с тангенциальным входным патрубком гидроциклона второй ступени, сливной патрубок гидроциклона второй ступени соединен с тангенциальным входным патрубком гидроциклона третьей ступени, а сливной патрубок гидроциклона третьей  ступени соединен с тангенциальным входным патрубком гидроциклона 4 ступени [2].
Недостатком известной установки является снижение эффективности разделения второй ступени по сравнению с первой, третей ступени по сравнению со второй и т.д. (т.е последующей ступени по сравнению с предыдущей).
Цель предполагаемого изобретения – повысить эффективность разделения второй, третьей и последующих ступеней разделения многоступенчатой гидроциклонной установки за счет особой конструкции патрубка, соединяющего ступени между собой (соединяющего сливной патрубок гидроциклона предыдущей ступени разделения с входным патрубком гидроциклона последующей ступени разделения).
Эта цель достигается тем, что каждая последующая ступень соединена с предыдущей соединительным патрубком, выполненным в виде двух отрезков труб, расположенных перпендикулярно друг другу, один из этих отрезков одним концом соосно соединен с входным патрубком последующей ступени разделения, а другой конец тангенциально подсоединен ко второму отрезку трубы соединительного патрубка к концу, который заглушен плоской крышкой с центральным отверстием, причем другой конец второго отрезка трубы соединен соосно со сливным патрубком гидроциклона предыдущей ступени разделения. При этом тангенциальное соединение двух отрезков соединительного патрубка совпадает с направлением вращения закрученного потока из сливного патрубка гидроциклона предыдущей ступени разделения.
Такое исполнение соединительного патрубка не разрушает структуру сформировавшегося в гидроциклоне предыдущей ступени разделения закрученного потока, выходящего из сливного патрубка гидроциклона предыдущей ступени, и этот поток в неразрушенном виде поступает на разделение во входной патрубок гидроциклон последующей ступени очистки. Такая конструкция соединительного патрубка также позволяет по сравнению с прототипом снизить количество местных сопротивлений при переходе потока разделяемой суспензии из одной ступени разделения в другую и, как следствие, повысить давление на входе в последующую ступень разделения. Увеличение давления на входе гидроциклона последующей ступени, а также сохранение структуры закрученного потока из гидроциклона предыдущей ступени разделения позволяет повысить эффективность разделения в гидроциклоне последующей ступени разделения.
При работе гидроциклона, вдоль его оси возникает воздушный столб (разрыв сплошности), в который «подсасывается» воздух как из пескового отверстия, так и из сливного отверстия. Для сохранения этого воздушного столба с «подсосом» воздуха из сливного отверстия по центру плоской крышки, заглушающей один конец трубы соединительного патрубка, выполнено отверстие. Наличие воздушного столба очень важно, так как при этом сливной поток будет обладать значительным динамическим напором, который по порядку величин близок к напору во входном патрубке. А чем выше динамический напор в сливном патрубке гидроциклона предыдущей ступени разделения и соответственно во входном патрубке гидроциклона последующей ступени разделения, тем выше эффективность разделения гидроциклона последующей ступени разделения.
Причем если выполнить отрезок трубы соединительного патрубка, соединенный с входным патрубком гидроциклона последующей ступени разделения не прямым а в виде участка спирали по закрутке совпадающей с направлением закрученного потока из сливного патрубка гидроциклона предыдущей ступени разделения, то произойдет дополнительное снижение местных сопротивлений соединительного патрубка, дополнительное повышение давления на входе в последующую ступень разделения и соответственно дополнительное повышение эффективности разделения в гидроциклоне последующей ступени разделения.
К снижению местных сопротивлений и, как следствие, повышению давления на входе в последующую ступень разделения и соответственно повышению эффективность разделения в гидроциклоне последующей ступени разделения приведет также выполнение проходного сечения отрезка трубы переходного патрубка, соединенного с входным патрубком последующей ступени разделения, по форме и площади таким же как входное отверстие входного патрубка гидроциклона последующей ступени разделения, а так же выполнение внутреннего диаметра отрезка трубы соединительного патрубка, соединенного со сливным патрубком предыдущей ступени разделения, равным внутреннему диаметру сливного патрубка предыдущей ступени разделения.
Таким образом, новая совокупность признаков, содержащаяся в заявленном техническом решении, неизвестна ни в аналогах, ни в прототипе и позволяет получить положительный эффект, указанный в цели изобретения, и соответствует критерию «существенные отличия».
На фиг.1 представлен элемент многоступенчатой гидроциклонной установки, состоящий из двух гидроциклонов: 1- гидроциклон предыдущей ступени разделения, 2- гидроциклон последующей ступени разделения (изометрия-фото); на фиг.2 - соединительный патрубок (изометрия-фото); на фиг.3- соединительный патрубок (чертеж); на фиг.4 - соединительный патрубок со спиральным отрезком (изометрия-фото).
Многоступенчатая гидроциклонная установка состоит из нескольких ступеней разделения, каждая ступень - это гидроциклон с тангенциальным входным 4 (фиг.1), сливным 5 (фиг.1) и песковым 6 (фиг.1) патрубками. Ступени соединены между собой соединительными патрубками 3 (фиг. 1,2). Соединительный патрубок (фиг. 2) представляет собой соединение двух взаимно перпендикулярных отрезков труб, один из которых 7 (фиг.3) одним концом 8 (фиг.3) соединен с входным патрубком гидроциклона последующей ступени разделения (см. фиг.1) а другой конец 9 (фиг.3) тангенциально соединен с заглушенным крышкой с центральным отверстием концом 10 (фиг.3) второго отрезка трубы 11 (фиг.3). Второй конец этого отрезка трубы
12 (фиг.3) соединен со сливным патрубком гидроциклона предыдущей ступени разделения (см. фиг.1)
Многоступенчатая гидроциклонная установка работает следующим образом (см. фиг.1,2,3).
Сливной закрученный поток из сливного патрубка гидроциклона предыдущей ступени разделения 5 поступает в отрезок трубы 11 соединительного патрубка, соединенный со сливным патрубком 5 гидроциклона предыдущей ступени разделения. Сформированный в гидроциклоне предыдущей ступени разделения закрученный поток в неразрушенном виде из отрезка трубы 11 соединительного патрубка 3 поступает в тангенциально подсоединенный отрезок трубы 7 соединительного патрубка 3 и далее во входной патрубок 4 гидроциклона последующей ступени разделения.
За счет указанной выше конструкции соединительного патрубка удается перенести без разрушения закрученный поток разделяемой среды из предыдущей ступени разделения в последующую и за счет снижения местных сопротивлений повысить давление разделяемой среды на входе во вторую ступень разделения. Оба этих фактора позволяют повысить эффективность разделения второй, третьей и последующих ступеней разделения многоступенчатой гидроциклонной установки.
30
[1] Авторское свидетельство СССР №123490, кл. 5а, 31 , 1959.
[2] Авторское свидетельство СССР №1699625, кл. В 04 С 5/24, 1991.