УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ И УЛАВЛИВАНИЯ МЕЛКОДИСПЕРСНЫХ ЧАСТИЦ
DEVICE FOR SEPARATION AND CATCHING OF FINE-DISPERSED PARTICLES

Изобретение предназначено для разделения и улавливания мелкодисперсных частиц размером 2-5 микрон из транспортируемого потока среды различного агрегатного состояния на основе перераспределения значений гравитационных и инерционных сил с накоплением частиц в емкости и последующей ручной или автоматической выгрузкой.
Известны устройства типа центробежных сепараторов, циклонов и др., которые в той или иной степени решают поставленные подобные задачи.
Известен малогабаритный высокоэффективный сепаратор «Колибри» (патент РФ №2244584, кл. B01D 45/12, 2005 г.), состоящий из цилиндрического корпуса, входного для среды и выходного для очищенной среды патрубки, дефлектора, установленного по ходу вращательного движения среды, который ссужается по горизонтали и возрастает по высоте, сохраняя при этом площадь поперечного сечения, дугообразной пластины, которая закрывает дефлектор по высоте в верхней части и в конце направлена под углом 15…30 градусов по отношению к горизонтали, сепарационного пакета из вертикальных, особым способом изогнутых вертикальных пластин по отношению к внутреннему и наружному диаметрам пакета, пластины которого образуют щелевые каналы.
Недостатком известного сепаратора является то, что в пространстве нижней части сепарационного пакета образуется застойная зона, что затрудняет удаление частиц из накопительной емкости, а при выгрузке частиц из накопительной емкости нарушается достигнутое гидродинамическое состояние, что способствует созданию неравномерной нагрузке и снижению качества удаления частиц. Увеличение нагрузки способствует увеличению сопротивления потоку и для компенсации необходимо изменять параметры сепаратора.
Наиболее близким по технической сущности является высокоэффективный жидкостно-газовый сепаратор (патент RU 2287357, B01D 45/12, 2006 г.), содержащий вертикальный цилиндрический корпус, горизонтальную крышку, входной, выходной, сливной патрубки, дефлектор, установленный по ходу вращения газожидкостного потока, вертикальный сепарационный пакет со смещенной вертикальной осевой линией сепарационного пакета относительно осевой линии корпуса на величину и в сторону, обеспечивающие соответствие зазора между дефлектором и наружной поверхностью сепарационного пакета и зазора с противоположной стороны между наружной поверхностью сепарационного пакета и внутренней поверхностью корпуса для выравнивания скорости газожидкостного потока и состоящий из плоских изогнутых сепарационных пластин, образующих щелевые каналы в зоне нахлестки и своими вертикальными изогнутыми концами направленных в разные стороны касательно относительно наружного и внутреннего диаметров сепарационного пакета.
Недостаток устройства заключается в том, что за счет пониженного давления внутри сепарационного пакета образуется встречное, по отношению к основному потоку среды, движение, которое захватывает мелкодисперсные частицы из верхней части накопительной емкости и выносит через выходной патрубок из-за значительного снижения составляющей гравитационного поля.
Техническим решением задачи является повышение эффективности сепарации, увеличение производительности и снижение потерь за счет устранения указанных недостатков.
Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для разделения и улавливания мелкодисперсных частиц, содержащем вертикальный цилиндрический корпус, горизонтальную крышку, входной, выходной, сливной патрубки, дефлектор, установленный по ходу вращения газожидкостного потока, вертикальный сепарационный пакет со смещенной вертикальной осевой линией относительно осевой линии корпуса на величину и в сторону, обеспечивающие соответствие зазора между дефлектором и наружной поверхностью сепарационного пакета и зазора с противоположной стороны между наружной поверхностью сепарационного пакета и внутренней поверхностью корпуса для выравнивания скорости газожидкостного потока, при этом сепарационный пакет состоит из плоских изогнутых сепарационных пластин, образующих щелевые каналы в зоне нахлестки и своими вертикальными изогнутыми концами направленных в разные стороны касательно относительно наружного и внутреннего диаметров сепарационного пакета, согласно изобретению оно снабжено цилиндрами, имеющими разные высоты и диаметры, которые расположены по вертикальной осевой линии сепарационного пакета, при этом два из них выполнены с соотношением высот, равным 1:3, и расположены один в другом с совмещением их нижних торцов с нижней границей сепарационного пакета, причем цилиндр меньшей высоты и большего диаметра перфорирован и его днище имеет отверстие для прохождения верхней части другого цилиндра в сепарационный пакет на высоту, равную 2/3 собственной высоты, при этом третий цилиндр расположен днищем вверх, обращенным к нижней границе сепарационного пакета, по вертикальной осевой линии которого установлен диск с регулируемым штоком, размещенные внутри конического корпуса, установленного между нижней границей сепарационного пакета и днищем третьего цилиндра, которое, как и его стенки, имеет перфорации разного диаметра, причем под третьим цилиндром расположены вращающиеся полудиски, установленные с возможностью изменения угла наклона относительно горизонтали.
Новизна заявляемого предложения заключается в том, что за счет новых отличительных конструктивных признаков предотвращается перенос мелкодисперсных частиц из накопительной емкости в центральную часть сепарационного пакета, а в сепарационной зоне создается необходимое соотношение гравитационных и центробежных сил, что позволяет получить более глубокую очистку среды с частицами, достигающими размера 2…5 микрон.
По данным патентной и научно-технической литературе не обнаружена аналогичная заявляемой совокупность признаков, позволяющих решить поставленную задачу, а именно получение требуемого разделения и улавливания мелкодисперсных частиц, которые различны по происхождению и химическому составу, что позволяет судить об «изобретательском уровне» предложения.
Предлагаемое изобретение промышленно применимо, поскольку возможно его применение в технологическом цикле любой отрасли народного хозяйства, добычи полезных ископаемых, где требуется разделение, сбор и удаление из среды различного агрегатного состояния частиц величиной 2…5 микрон.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид предложенного устройства в продольном сечении, на фиг.2 - поперечное сечение, вид А-А.
Устройство для разделения и улавливания мелкодисперсных частиц содержит вертикальный цилиндрический корпус 1 с верхней горизонтальной крышкой 2, имеющей отверстие 3, над которым расположен переходник 4 с выходным патрубком 5. Входной патрубок 6 расположен сбоку в верхней части корпуса 1. Дефлектор 7 установлен по ходу вращения газожидкостного потока и формирует закручивающее движение потока агрегатной среды внутри корпуса 1. Вертикальный сепарационный пакет 8 установлен со смещением вертикальной осевой линии относительно вертикальной осевой линии корпуса 1 на величину и в сторону, обеспечивающие соответствие зазора между дефлектором 7 и наружной поверхностью сепарационного пакета 8 и зазора с противоположной стороны между наружной поверхностью сепарационного пакета 8 и внутренней поверхностью корпуса 1 для выравнивания скорости газожидкостного потока. Сепарационный пакет 8 состоит из плоских изогнутых сепарационных пластин 9, образующих щелевые каналы 10 в зоне нахлестки пластин 9, которые своими вертикальными изогнутыми концами направлены в разные стороны касательно относительно наружного и внутреннего диаметров сепарационного пакета 8 и навстречу входящему газожидкостному потоку. В средней части сепаратор по вертикальной осевой линии сепарационного пакета 8 имеет цилиндры 11, 12 и 13 с разными размерами высоты и диаметров. Два цилиндра 11 и 12 выполнены с разной высотой и диаметром, по высоте в соотношении 1:3, и расположены один в другом с совмещением их нижних торцов с нижней границей сепарационного пакета. Цилиндр 11 меньшей высоты и большего диаметра расположен вверх днищем, которое перфорировано и имеет отверстие для прохождения верхней части среднего цилиндра 12 в сепарационном пакете 8 на высоту, равную 2/3 собственной высоты, а третий цилиндр 13 расположен вверх днищем 14 к нижней границе сепарационного пакета 8, по вертикальной осевой линии которого установлен диск 15 с регулируемым штоком 16, который регулируют вручную при компоновке сепаратора. Шток 16 помещен внутри конического корпуса 17, установлен между нижней границей сепарационного пакета 8 и днищем 14 третьего цилиндра, которое, как и стенки, имеет перфорации 18 разного диаметра. Под третьим цилиндром 13 установлены вращающиеся полудиски 19, установленные с возможностью свободного изменения угла наклона относительно горизонтальной плоскости 20 поперечного сечения корпуса 1 в зависимости от давления среды, которое может колебаться от 0,05-16 МПа. В нижней части корпуса 1 расположена накопительная емкость 21 с двумя плоскими шиберами 22 для ручной или автоматической выгрузки частиц в тележку 23 и два смотровых окна 24, расположенных над конусной частью 25 емкости 21.
Устройство для разделения и улавливания мелкодисперсных частиц работает следующим образом.
Агрегатное состояние среды любого происхождения, включающее мелкодисперсные частицы, с установившимися параметрами в определенных пределах технологического цикла или природных условий обрабатываемой среды, подают в устройство через входной патрубок 6 для создания плавного перехода закручивающего потока среды по окружности. Дефлектор 7 предотвращает попадание в осевую зону сепарационного пакета 8 поступающей с мелкодисперсными частицами агрегатной среды. Вращательное движение потока, проходящего через щели 10 между пластинами 9, которые своими вертикальными изогнутыми концами направлены в разные стороны касательно относительно наружного и внутреннего диаметров сепарационного пакета 8 и навстречу входящему газожидкостному потоку создает разницу давления между внутренним и наружным пространством сепарационного пакета, а также внутри его пониженное давление по отношению к остальной части пространства. Цилиндр 11 и цилиндр 12 с перфорированным днищем совместно с диском 15 с регулируемым штоком 16, помещенными внутри конического корпуса 17, уменьшают скорость потока среды, регулируют ее расход. При помощи перфораций 18 поверхности цилиндра 13 воздушная среда из верхней части накопительной емкости 21 в области расположения нижней части пластин 9 устремляется к центральному потоку сепарационного пакета 8 к выходному патрубку 5, не захватывая частицы из верхней части емкости 21.
Таким образом, при помощи перфорированных поверхностей цилиндра 13 и пустотелого цилиндра 12, верхняя часть которого поднята выше над нижней плоскостью сепарационного пакета на 2/3 своей длины, регулируемого штока 16 с диском 15, полудисков 19, регулируемых шиберов 22 создается гидродинамическое состояние агрегатной среды с равномерным распределением потока с отсутствием неравномерных нагрузок при сепарации и преобладанием гравитационной составляющей силы по отношению к инерционной, а также практически отсутствию сопротивлению потока. Такое состояние среды способствует увеличению производительности устройства, беспрепятственному движению мелкодисперсных частиц в накопительную емкость 21 и в связи с этим более глубокому разделению и улавливанию частиц размером 2…5 микрон с накоплением их в емкости 21, удаление из которой производится при помощи шиберов 22 как в ручном, так и автоматическом режиме, при этом полудиски-пластины 19 находятся в горизонтальном положении, что не препятствует непрерывному процессу работы устройства, а выгрузка очищенных частиц прекращается с момента достижения их уровня до линии перехода накопительной емкости 21 в ее конусную часть 25.
Внедрение предложенного устройства для разделения и улавливания мелкодисперсных частиц, рабочее название которого «МИКрОН-01» позволит:
- эффективно разделить и уловить из подверженной разделению агрегатного состояния среды различного происхождения мелкодисперсные частицы до 2-5 микрон;
- создать для потока минимальные потери напора за счет оптимально созданного гидродинамического состояния среды;
- увеличить производительность работы устройства;
- улучшить экологическую обстановку за счет уменьшения выброса в атмосферу частиц до 2…5 микрон.