Гидроциклонный сепаратор
HYDROCYCLONE SEPARATOR

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0001] Настоящее изобретение относится к устройству для классификации материала в виде частиц, такого как, например, минеральные массы. Более конкретно, настоящее изобретение относится к гидроциклонному сепаратору для классификации твердого материала в жидкой суспензии. Настоящее изобретение также относится к системе, содержащей несколько гидроциклонных сепараторов, и к способу классификации твердого материала в жидкой суспензии.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Известно, что гидроциклонные сепараторы могут использоваться для классификации или фракционирования крупнозернистых твердых частиц, суспендированных в жидкости. В целом, гидроциклон представляет собой закрытую вертикальную машину, традиционно содержащую короткую цилиндрическую часть (основную часть), за которой следует (коническая) сужающаяся часть. Порция суспензии из твердых частиц подается под заранее заданным давлением по касательной или по спиральной траектории в основную часть, чтобы создать в ней завихренный поток текучей среды, который затем следует по траектории постепенно уменьшающегося радиуса в направлении точки наименьшего радиуса конуса, обычно известной как вершина.
[0003] По мере приближения спиральной траектория к вершине гидроциклона, ее часть поворачивается, и она начинает проходить к противоположному концу, то есть к цилиндрической части. Также этот поток проходит по спиральной траектории с радиусом, меньшим, чем радиус первой спирали, вращаясь в том же направлении. Таким образом, в гидроциклоне образуется вихрь. Давление будет ниже вдоль центральной оси вихря и будет увеличиваться в радиально наружном направлении. Идея состоит в том, что гидроциклон будет отделять частицы суспензии в соответствии с их формой, размером и удельным весом, при этом быстрее оседающие частицы перемещаются к наружной стенке гидроциклона, в конечном счете покидая гидроциклон через выпускное отверстие вершины. Медленнее оседающие частицы будут двигаться к центральной оси и перемещаться к основной части, в конечном итоге покидая гидроциклон через переливную выпускную трубу. Выпускная труба обычно проходит вниз в цилиндрическую часть, так что предотвращается перепуск поданной суспензии.
[0004] Эффективность этой операции, то есть точность отделения более крупных от более мелких частиц, зависит от различных факторов, таких как, например, размер отверстия вершины, скорость подачи и плотность материала, который должен быть отделен и классифицирован. Длина конической части от цилиндрической части до отверстия вершины также будет влиять на операцию разделения и/или классификации.
[0005] Такое разделение по форме, размеру и удельному весу иногда называют «стратификацией». Однако такая стратификация материала не всегда полностью достигается, что приводит к неполной классификации. Кроме того, отверстие вершины имеет тенденцию к засорению во время работы, особенно когда разделение частиц является довольно эффективным, что приводит к очень вялой или плотной массе, проталкиваемой через отверстие вершины, и может возникнуть необходимость предотвратить или частично смягчить любое такое состояние.
[0006] Таким образом, все еще существует потребность в усовершенствованиях в этой области техники, и, более конкретно, существует потребность в гидроциклонном сепараторе, который обеспечивал бы хорошее разделение, но в то же время снижал риск засорения вершины во время работы.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0007] Поэтому целью настоящего изобретения является создание гидроциклонного сепаратора, системы и способа классификации твердого материала в жидкой суспензии, который устраняет все или по меньшей мере некоторые из рассмотренных выше недостатков известных в настоящее время систем.
[0008] Другой целью является создание гидроциклона с улучшенными стратификационными свойствами по сравнению с известными в настоящее время решениями.
[0009] В последующем термин «иллюстративный» следует понимать как служащий в качестве примера, экземпляра или иллюстрации.
[0010] Эти и другие цели достигаются с помощью гидроциклонного сепаратора, системы и способа классификации твердого материала в жидкой суспензии, как определено в прилагаемой формуле изобретения.
[0011] В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, предложен гидроциклонный сепаратор для классификации твердого материала в жидкой суспензии. Гидроциклонный сепаратор содержит основную часть, имеющую впускную трубу, предназначенную для подачи суспензии в основную часть, переливную выпускную трубу, расположенную в основной части, и выпускное отверстие вершины. Гидроциклонный сепаратор дополнительно содержит сужающуюся разделительную часть, расположенную между основной частью и выпускным отверстием вершины, причем сужающаяся разделительная часть имеет проксимальный конец и дистальный конец, при этом сужающаяся разделительная часть сужается к дистальному концу. Кроме того, гидроциклонный сепаратор содержит часть для содействия потоку, расположенную у сужающейся разделительной части или между сужающейся разделительной частью и выпускным отверстием вершины. Часть для содействия потоку содержит по меньшей мере одно впускное отверстие для содействия потоку, выполненное с возможностью введения текучей среды вдоль по меньшей мере части внутренней поверхности части для содействия потоку в направлении, по меньшей мере частично, к выпускному отверстию вершины. Гидроциклонный сепаратор выполнен с возможностью ориентации таким образом, чтобы выпускное отверстие вершины было расположено по вертикали выше относительно переливной выпускной трубы.
[0012] Таким образом, предложен гидроциклонный сепаратор, способный достигать улучшенной эффективности работы с уменьшенным риском засорения выпускного отверстия вершины. Улучшенная или повышенная эффективность работы в настоящем контексте должна рассматриваться как улучшенная эффективность работы с точки зрения, например, стратификации, классификации материалов, обесшламливания, восстановления мелких фракций, уплотнения и обезвоживания.
[0013] В контексте настоящего описания термин «дистальный» или «дистально» следует толковать как в направлении выпускного отверстия вершины, а термин «проксимальный» или «проксимально» следует толковать как в направлении основной части. Кроме того, считается, что термины «верхний продукт» и «нижний продукт» означают их обычное значение в данной области техники, несмотря на то, что гидроциклон, выполненный в соответствии с настоящим изобретением, выполнен с возможностью использования в перевернутой ориентации, в результате чего выпускное отверстие для верхнего продукта (то есть выпускное отверстие для легких компонентов) расположено «ниже» выпускного отверстия для нижнего продукта (то есть выпускного отверстия для тяжелых компонентов).
[0014] Настоящее изобретение, по меньшей мере частично, основано на осознании того, что при размещении гидроциклонного сепаратора в перевернутой конфигурации эффективность эксплуатации в целом может быть увеличена, но за счет повышенного риска засорения выпускного отверстия вершины. Таким образом, авторы настоящего изобретения считают, что путем выполнения части для содействия потоку по меньшей мере с одним впускным отверстием для содействия потоку, которое(-ые) используется / используются для формирования поддерживающего потока текучей среды вдоль внутренних стенок выпускного отверстия вершины, риск прилипания вялой / плотной массы к внутренним стенкам выпускного отверстия вершины снижается. Иными словами, впускное(-ые) отверстие(-я) для содействия потоку обеспечивает(-ют) нечто наподобие «смазки» и способствует(-ют) выпуску нижнего продукта через выпускное отверстие вершины.
[0015] Поскольку во время работы гидроциклон находится в перевернутой ориентации (может также упоминаться как инверсная или полуинверсная ориентация), выпуск нижнего продукта обеспечивается давлением подачи и ему противодействует сила тяжести, в отличие от традиционных систем, где выпуск нижнего продукта обеспечивается давлением подачи и силой тяжести. Система сопел (выпускное отверстие(-я) для содействия потоку) соответственно, по меньшей мере частично, компенсирует гравитационное притяжение в заявляемом гидроциклонном сепараторе. Набор впускных отверстий для содействия потоку может быть выполнен с возможностью введения жидкости (такой как, например, вода) или введения газа (такого как, например, воздух) или их комбинации.
[0016] Под термином «перевернутая конфигурация» следует понимать, что в процессе эксплуатации гидроциклонный сепаратор ориентирован так, что выпускное отверстие вершины расположено по вертикали выше относительно переливной выпускной трубы. Иными словами, в процессе эксплуатации удлиненная центральная ось гидроциклона образует угол в диапазоне от 91° до 269° относительно вертикальной оси отсчета, если идеально прямая, традиционная конфигурация считается имеющей угол равным 0°. Совершенно прямая конфигурация - это такая конфигурация, в которой выпускное отверстие для верхнего продукта расположено прямо над выпускным отверстием вершины, а центральная ось совершенно вертикальна. Таким образом, термин «перевернутая конфигурация» не обязательно должен толковаться как ограниченный только ориентацией, повернутой на 180°, когда выпускное отверстие вершины находится прямо над выпускным отверстием для верхнего продукта.
[0017] Часть для содействия потоку может, например, представлять собой единую целую часть дистального конца сужающейся разделительной части в непосредственной близости от выпускного отверстия вершины. Следовательно, в соответствии с по меньшей мере одним иллюстративным вариантом выполнения настоящего изобретения, по меньшей мере одно впускное отверстие для содействия потоку расположено на дистальной половине сужающейся разделительной части, вдали от основной части. Дистальная половина сужающейся разделительной части представляет собой половину, расположенную ближе к дистальному концу (то есть ближе к выпускному отверстию вершины). Иными словами, в соответствии с по меньшей мере одним иллюстративным вариантом выполнения настоящего изобретения, гидроциклонный сепаратор содержит набор впускных отверстий для содействия потоку, расположенных в сужающейся разделительной части и выполненных с возможностью введения текучей среды вдоль по меньшей мере части внутренней поверхности сужающейся разделительной части в направлении к выпускному отверстию вершины.
[0018] Однако, часть для содействия потоку также может представлять собой отдельный компонент или часть, которая присоединена между дистальным концом сужающейся разделительной части и выпускным отверстием вершины. Это позволяет быстро и просто модифицировать традиционные гидроциклонные сепараторы. Кроме того, часть для содействия потоку может иметь в целом цилиндрическую форму, которая может иметь сужающуюся форму или не иметь ее.
[0019] Кроме того, проксимальный конец сужающейся разделительной части может быть соединен непосредственно с основной частью, или, в качестве альтернативы, гидроциклонный сепаратор может дополнительно содержать промежуточную (проставочную) часть или часть, расположенную между основной частью и проксимальным концом сужающейся разделительной части.
[0020] Кроме того, в соответствии с по меньшей мере одним иллюстративным вариантом выполнения настоящего изобретения, часть для содействия потоку содержит несколько впускных отверстий для содействия потоку, выполненных с возможностью ввода текучей среды вдоль по меньшей мере части внутренней поверхности части для содействия потоку в направлении к выпускному отверстию вершины. Кроме того, в соответствии с по меньшей мере одним иллюстративным вариантом выполнения изобретения, указанные впускные отверстия для содействия потоку расположены по периферии части для содействия потоку.
[0021] Кроме того, впускное отверстие(-я) для содействия потоку может(-гут) быть выполнено(-ы) таким образом, что вводимая текучая среда образует (непрерывный) слой или пленку текучей среды вдоль внутренней стенки сепаратора гидроциклона, причем вводимая текучая среда способствует выпуску нижнего продукта. В качестве альтернативы, в иллюстративных вариантах выполнения, содержащих впускные отверстия для содействия потоку, последние могут быть выполнены таким образом, что вводимая текучая среда образует множество параллельных потоков, проходящих вдоль внутренней стенки гидроциклонного сепаратора, причем вводимая текучая среда способствует выпуску нижнего продукта.
[0022] Кроме того, в соответствии с по меньшей мере одним иллюстративным вариантом выполнения изобретения, указанные впускные отверстия для содействия потоку выполнены с возможностью ввода текучей среды вдоль по меньшей мере части внутренней поверхности части для содействия потоку, непосредственно в направлении выпускного отверстия вершины. Таким образом, вводимая текучая среда проходит вдоль внутренней стенки части для содействия потоку и непосредственно к вершине, что означает, что вводимая текучая среда не протекает по касательной с завихрением или вихрем, созданным первичной порцией суспензии, подаваемой в основную часть. Как было указанно выше, текучая среда, вводимая через впускные отверстия для содействия потоку, может способствовать выпуску нижнего продукта и не зависит от суспензии, подаваемой в основную часть.
[0023] Кроме того, в соответствии с по меньшей мере одним иллюстративным вариантом выполнения изобретения, каждое впускное отверстие для содействия потоку ориентировано так, чтобы вводить текучую среду в направлении, противоположном, по меньшей мере частично, направлению силы тяжести, когда гидроциклонный сепаратор ориентирован так, что выпускное отверстие вершины расположено по вертикали выше относительно переливной выпускной трубы.
[0024] Термин «по меньшей мере частично противоположный» не обязательно означает совершенно антипараллельный (то есть параллельный, но движущийся в противоположных направлениях), но его скорее следует истолковывать как векторное представление направления ввода, имеющего компонент, который является антипараллельным направлению гравитационного притяжения. Другими словами, ввод текучей среды осуществляется, в некоторой степени, против гравитационного притяжения.
[0025] В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения, предложена система, содержащая несколько гидроциклонных сепараторов, выполненных в соответствии с любым из вариантов выполнения, описанных со ссылкой на первый аспект настоящего изобретения. Таким образом, с помощью этого аспекта изобретения достигаются сходные преимущества и обеспечиваются предпочтительные признаки, как и в описанном выше первом аспекте изобретения.
[0026] Далее, в соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения, предложен способ классификации твердого материала в жидкой суспензии, включающий:
использование гидроциклонного сепаратора, содержащего основную часть, имеющую впускную трубу, выполненную с возможностью подачи жидкой суспензии в основную часть, переливную выпускную трубу, проходящую в основной части в осевом направлении, выпускное отверстие вершины, сужающуюся разделительную часть, расположенную между основной частью и выпускным отверстием вершины, и часть для содействия потоку, расположенную между сужающейся разделительной частью и выпускным отверстием вершины,
расположение гидроциклонного сепаратора в такой ориентации, чтобы выпускное отверстие вершины находилось по вертикали выше относительно переливной выпускной трубы.
подачу жидкой суспензии во впускную трубу таким образом, что в гидроциклонном сепараторе образуется вихревой поток жидкой суспензии, причем поток течет по спиральной траектории в направлении выпускного отверстия вершины,
ввод текучей среды вдоль по меньшей мере части внутренней поверхности части для содействия потоку, в направлении, по меньшей мере частично, к выпускному отверстию вершины.
[0027] Таким образом, предложен способ классификации твердых материалов в жидкой суспензии, который обеспечивает улучшенную эффективность эксплуатации с уменьшенным риском засорения выпускного отверстия вершины. Этап подачи и этап ввода не должны выполняться в каком-либо точном порядке.
[0028] С этим аспектом изобретения достигаются сходные преимущества и обеспечиваются предпочтительные признаки, что и в описанном выше первом аспекте изобретения, и наоборот.
[0029] Кроме того, в соответствии с по меньшей мере одним иллюстративным вариантом выполнения настоящего изобретения, этап ввода текучей среды включает ввод текучей среды вдоль по меньшей мере части внутренней поверхности части для содействия потоку в направлении, поперечном спиральной траектории потока жидкой суспензии и непосредственно к выпускному отверстию вершины. Соответственно, вводимая текучая среда (которая отличается от жидкой суспензии) предназначена для содействия выпуску нижнего продукта и для снижения риска засорения выпускной части вершины.
[0030] Кроме того, в соответствии с по меньшей мере одним иллюстративным вариантом выполнения настоящего изобретения, этап ввода текучей среды дополнительно включает ввод текучей среды в направлении, по меньшей мере частично противоположном направлению силы тяжести. Термин «по меньшей мере частично противоположный» не обязательно означает совершенно антипараллельный (то есть параллельный, но движущийся в противоположных направлениях), но его скорее следует истолковывать как векторное представление направления ввода, имеющее компонент, который не параллелен направлению гравитационного притяжения. Другими словами, ввод текучей среды осуществляется, в некоторой степени, против гравитационного притяжения.
[0031] Кроме того, в соответствии с по меньшей мере одним иллюстративным вариантом выполнения настоящего изобретения, этап ввода текучей среды дополнительно включает формирование слоя текучей среды вдоль по меньшей мере части внутренней поверхности части для содействия потоку, причем слой текучей среды протекает в направлении к выпускному отверстию вершины. Соответственно, слой текучей среды будет образовывать тип буферного или промежуточного слоя в плотной суспензии, протекающей через выпускное отверстие вершины (т.е. в нижнем продукте).
[0032] Кроме того, в соответствии с по меньшей мере одним иллюстративным вариантом выполнения изобретения, впускное отверстие для содействия потоку выполнено в форме кольцевой щели, расположенной вдоль периферии части для содействия потоку. Эта комбинация ввода текучей среды по касательной с наклонной кольцевой щелью впускного отверстия для содействия потоку приводит к разбрызгиванию текучей среды вдоль поверхности, которая имеет вектор скольжения, аналогичный вектору скольжения суспензии, протекающей к вершине из сужающейся разделительной части.
[0033] В соответствии с по меньшей мере одним иллюстративным вариантом выполнения настоящего изобретения, этап ввода текучей среды дополнительно включает ввод множества потоков текучей среды вдоль по меньшей мере части внутренней поверхности части для содействия потоку, причем каждый поток текучей среды протекает в направлении к выпускному отверстию вершины.
[0034] Эти и другие признаки настоящего изобретения будут дополнительно пояснены ниже со ссылкой на варианты выполнения, описанные ниже.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0035] Для иллюстративных целей изобретение ниже описано более подробно со ссылкой на варианты его выполнения, проиллюстрированные на приложенных чертежах, на которых:
[0036] Фиг. 1 изображает вид в аксонометрии в частичном разрезе гидроциклонного сепаратора, известного из уровня техники;
[0037] Фиг. 2А изображает вид в аксонометрии в частичном разрезе гидроциклонного сепаратора, выполненного в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения;
[0038] Фиг. 2В изображает частично увеличенный вид в аксонометрии в частичном разрезе части гидроциклонного сепаратора (слева) и вид в аксонометрии в частичном разрезе гидроциклонного сепаратора (справа), в соответствии с двумя вариантами выполнения настоящего изобретения.
[0039] Фиг. 3А изображает увеличенный вид в аксонометрии в частичном разрезе дистальной части гидроциклонного сепаратора, содержащего выпускное отверстие вершины, в соответствии с одним вариантом выполнения настоящего изобретения;
[0040] Фиг. 3В аналогичен Фиг. 3А и изображает увеличенный вид в аксонометрии в частичном разрезе, иллюстрирующий дистальную часть, но в работе;
[0041] Фиг. 3С аналогичен Фиг. 3В и изображает увеличенный вид в аксонометрии в частичном разрезе дистальной части, но в другом режиме работы;
[0042] Фиг. 4А изображает схематический вид сбоку гидроциклонного сепаратора предшествующего уровня техники, расположенного в прямой традиционной (0°) ориентации;
[0043] Фиг. 4В изображает схематический вид сбоку гидроциклонного сепаратора, расположенного в перевернутой (на 180°) ориентации, в соответствии с одним вариантом выполнения настоящего изобретения;
[0044] Фиг. 4С изображает схематический вид сбоку гидроциклонного сепаратора, расположенного в перевернутом положении (на 225°), в соответствии с одним вариантом выполнения настоящего изобретения;
[0045] Фиг. 4D изображает схематический вид сбоку гидроциклонного сепаратора, расположенного в перевернутом положении (на 135°), в соответствии с одним вариантом выполнения настоящего изобретения.
[0046] Фиг. 5 иллюстрирует блок-схему последовательности операций способа классификации твердого материала в жидкой суспензии, в соответствии с одним вариантом выполнения настоящего изобретения.
[0047] Фиг. 6A изображает увеличенный схематический вид в аксонометрии в разрезе, в соответствии с одним вариантом выполнения настоящего изобретения.
[0048] Фиг. 6B изображает схематический вид в аксонометрии в разрезе, в соответствии с одним вариантом выполнения настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
[0049] В последующем подробном описании описаны иллюстративные варианты выполнения настоящего изобретения. Однако следует понимать, что признаки различных вариантов выполнения являются взаимозаменяемыми между вариантами и могут комбинироваться различными способами, если специально не указано иное. Несмотря на то, что в последующем описании изложены многочисленные конкретные детали, чтобы обеспечить более полное понимание настоящего изобретения, специалисту будет очевидно, что настоящее изобретение может быть осуществлено на практике без этих конкретных деталей. В других случаях хорошо известные конструкции или функции не описаны подробно, чтобы не затруднять понимание настоящего изобретения. Одинаковые номера позиций относятся к одинаковым элементам во всем описании.
[0050] На Фиг. 1 изображен схематический вид известного гидроциклонного сепаратора 100. Этот гидроциклонный сепаратор 100 (или просто «гидроциклон») содержит цилиндрическую основную часть 110. Впускная труба 111 выполнена с возможностью подачи суспензии твердого материала в цилиндрическую основную часть 110, а переливная выпускная труба 112 проходит в осевом направлении через верхнюю часть цилиндрической основной части 110. Цилиндрическая основная часть 110 соединена с конически сужающейся разделительной частью 120. Суспензия обычно подается по касательной или по спиральной траектории через наружную стенку 113 основной части 110, создавая, тем самым, вихревое движение 114 суспензии, которая следует по траектории постепенно уменьшающегося радиуса в направлении точки наименьшего радиуса конуса 120 и вершины 115. По мере приближения спиральной траектории к вершине 115 гидроциклона 100, ее часть 116 поворачивается и начинает проходить к противоположному концу, то есть к основной части 110. Также этот поток 116 находится в спиральной траектории радиуса, который меньше радиуса первой спирали 114 при вращении в том же направлении. Таким образом, внутри гидроциклона 100 генерируется вихрь. Давление будет ниже вдоль центральной оси вихря и будет увеличиваться радиально наружу по направлению к наружной стенке 113 гидроциклона 100. Гидроциклон 100 будет отделять частицы суспензии в соответствии с их формой, размером и удельным весом, причем быстрее оседающие частицы, движущиеся к наружной стенке гидроциклона 100, в конечном итоге покидают гидроциклон в качестве нижнего продукта 117. Медленнее оседающие частицы будут двигаться к центральной оси и перемещаться вверх, в конечном итоге покидая гидроциклон через выпускную трубу 112 (как верхний продукт). Выпускная труба 112 обычно проходит вниз в основную часть 110 (часто называется разгрузочной насадкой, не показана) так, что предотвращается перепуск поданной суспензии. Такое разделение по форме, размеру и удельному весу можно назвать «стратификацией».
[0051] На Фиг. 2А показан вид в аксонометрии в частичном разрезе гидроциклонного сепаратора 1, пригодного для классификации твердого материала в жидкой суспензии. Гидроциклонный сепаратор 1 имеет основную часть 2, имеющую впускную трубу 3, выполненную с возможностью подачи суспензии в основную часть 2. Основная часть 2 на этом чертеже показана цилиндрической. Однако, как уже очевидно для квалифицированного читателя, возможны другие формы, такие как, например, форма конуса (имеющая угол конусности в диапазоне от 0 до 20 градусов) или криволинейная форма. Кроме того, гидроциклон 1 имеет переливную выпускную трубу 4, расположенную в основной части 2 в осевом направлении. Однако переливная выпускная труба 4 также может быть расположена в основной части 2 и в других ориентациях (например, наклонно или не в центре).
[0052] Кроме того, гидроциклон 1 имеет сужающуюся разделительную часть 5 с проксимальным концом 6 и дистальным концом 7. Проксимальный конец 7 соединен с основной частью, а сужающаяся разделительная часть 5 сужается к дистальному концу 7. Основная часть 2 на этом чертеже показана как съемная или отсоединяемая часть, которая соединена вместе с сужающейся разделительной частью по фланцу, однако возможны другие варианты выполнения, в которых две части объединены в одну деталь. Кроме того, гидроциклонный сепаратор 1 может содержать промежуточную цилиндрическую (проставочную) часть, расположенную между основной частью 2 и сужающейся разделительной частью 5 (не показана). Кроме того, сужающаяся разделительная часть 5 может представлять собой конически сужающуюся разделительную часть, имеющую непрерывно уменьшающийся угол конусности, то есть выполненную в форме раструба (как показано на Фиг. 2А). В качестве альтернативы, сужающаяся разделительная часть 5 может иметь две или большее количество конических секций, имеющих разные углы конусности, с большими углами конусности вблизи основной части 2 (на проксимальном конце 6) и с меньшими углами конусности на большем удалении от основной части 2 в направлении дистального конца. В еще одном варианте выполнения (не показан) конически сужающаяся разделительная часть 5 может содержать одну сужающуюся секцию, имеющую один угол конусности.
[0053] Кроме того, сепаратор 1 содержит выпускное отверстие 8 вершины (для нижнего продукта), расположенное дистально от сужающейся разделительной части 5, с расположенной между ними частью 20 для содействия потоку. Часть 20 для содействия потоку имеет одно или несколько впускных отверстий для содействия потоку, выполненных с возможностью ввода текучей среды вдоль по меньшей мере части внутренней поверхности 11 части для содействия потоку, в направлении, по меньшей мере частично, к выпускному отверстию вершины. В этом варианте выполнения часть 20 для содействия потоку выполнено в виде впускных отверстий 9 для содействия потоку, расположенных в сужающейся разделительной части 5 и выполненных с возможностью ввода текучей среды вдоль по меньшей мере части внутренней поверхности сужающейся разделительной части 5 в направлении к выпускному отверстию 8 вершины. Набор впускных отверстий 9 для содействия потоку едва виден на виде в аксонометрии, показанном на Фиг. 2; поэтому обсуждения, относящиеся к впускным отверстиям 9 для содействия потоку, будут представлены более подробно со ссылкой на Фиг. 3А-3С.
[0054] Гидроциклон 1 расположен в перевернутой ориентации, в которой выпускное отверстие 8 вершины расположено по вертикали выше относительно переливной выпускной трубы 4. Перевернутая ориентация обеспечивает преимущества с точки зрения способности к обезвоживанию, что означает, что суспензия, проталкиваемая через выпускное отверстие 8 вершины, будет плотной, что приводит к повышенному риску засорения выпускного отверстия 8 вершины. Однако благодаря наличию набора впускных отверстий 9 для содействия потоку этот риск может быть уменьшен, по меньшей мере частично, так как вводимая текучая среда образует разделительный слой или барьер между плотной суспензией, обеспечивая пониженную вероятность прилипания суспензии к внутренним стенкам выпускного отверстия вершины и/или к дистальному концу 7 сужающейся разделительной части 5 (и, следовательно, уменьшая риск засорения).
[0055] При работе суспензия подается в основную часть 2 через впускную трубу 3 по спиральной траектории через наружную стенку основной части 2, создавая направленное вверх вихревое движение 14 суспензии (пульпы) с постепенно уменьшающимся радиусом. По мере того как сужающаяся спиральная траектория 14 движется вверх и приближается к выпускному отверстию 8 вершины, часть суспензии поворачивает и начинает течь вниз к основной части 2. Этот обратный поток (не показан) также следует по спиральной траектории, хотя и с меньшим радиусом, чем направленная вверх спиральная траектория 14. Соответственно, давление будет ниже вдоль центральной оси 50 вихря, создаваемого в гидроциклоне 1, и будет возрастать в радиальном направлении наружу. Быстрее оседающие частицы будут перемещаться к наружной стенке гидроциклона 1 и выталкиваться вверх через выпускное отверстие 8 вершины (как нижний продукт), а медленнее оседающие частицы будут перемещаться к центральной оси 50 и покидать гидроциклон 1 через переливную выпускную трубу 4. Кроме того, набор впускных отверстий 9 для содействия потоку будет вводить текучую среду в направлении вверх по направлению к выпускному отверстию 8 вершины, облегчая, тем самым, выпуск нижнего продукта, которому в этой перевернутой конфигурации противодействует гравитационное притяжение. Соответственно, каждое впускное отверстие 9 для содействия потоку выполнено с возможностью ввода текучей среды в направлении, по меньшей мере частично, против направления силы тяжести 30, когда сепаратор 1 ориентирован так, что выпускное отверстие 8 расположено по вертикали выше относительно переливной трубы 4.
[0056] Фиг. 2В иллюстрирует частично разобранный вид в аксонометрии в частичном разрезе части гидроциклонного сепаратора (слева) и вид в аксонометрии в частичном разрезе сепаратора 1 (справа), выполненных в соответствии с двумя вариантами выполнения настоящего изобретения. Поскольку многие детали и компоненты такие же, как и на Фиг. 2А, а общие принципы работы сепаратора 1 уже описаны, основное внимание будет уделено отличающимся частям, а именно частям 20 для содействия потоку. Самый левый, разобранный вид в аксонометрии изображает вариант выполнения, в котором часть 20 представляет собой отдельный компонент / часть, которая расположена между сужающейся разделительной частью 5 и выпускным отверстием 8 вершины.
[0057] Самая правая иллюстрация на Фиг. 2В показывает альтернативный вариант выполнения, в котором гидроциклон содержит часть 20 для содействия потоку, имеющую одно впускное отверстие 9 для содействия потоку, выполненное с возможностью ввода текучей среды вдоль по меньшей мере части внутренней поверхности 11 части 20. Более конкретно, впускное отверстие 9 для содействия потоку выполнено с возможностью ввода текучей среды так, что оно образует поток по касательной или спирально закрученный поток вдоль части внутренней поверхности 11 части для содействия потоку. Фактическое впускное отверстие может, например, иметь форму щели или аналогичную форму, выполненную во внутренней стенке / поверхности 11 части для содействия потоку (аналогично впускной трубе в основной части). Введенная текучая среда также имеет осевой компонент (то есть текучая среда вводится в направлении, по меньшей мере частично, выпускного отверстия вершины), чтобы содействовать выпуску нижнего продукта через выпускное отверстие 8 вершины.
[0058] На Фиг. 3А показан вид в аксонометрии в частичном разрезе только части гидроциклонного сепаратора. Более конкретно, на Фиг. 3А показана дистальная часть гидроциклона с выпускным отверстием 8 вершины и частью для содействия потоку. Набор впускных отверстий 9 для содействия потоку расположен вдоль периферии части 20.
[0059] В этом варианте выполнения впускные отверстия 9 для содействия потоку имеют форму сопел 16, соединенных с общей подводящей трубой 21 через канал 13 и клапан 15. Впускные отверстия 9 для содействия потоку выполнены с возможностью ввода текучей среды вдоль внутренней стенки 11 части для содействия потоку вниз по направлению к выпускному отверстию 8 вершины и вдоль его внутренней стенки, чтобы способствовать выпуску нижнего продукта через выпускное отверстие 8 вершины. Как уже упоминалось, впускные отверстия 9 для содействия потоку соединены с общей подводящей трубой 21, имеющей впускной канал 13, в который подается текучая среда (как указано жирными стрелками). Общая подводящая труба 21 окружает часть 20 для содействия потоку в радиальном направлении наружу от набора впускных отверстий 9 для содействия потоку. Благодаря использованию общей подводящей трубы 21, установка гидроциклонного сепаратора облегчается, поскольку следует выполнять меньшее количество этапов в отношении выполнения соединений для текучей среды, и тому подобного. Другими словами, общая подводящая труба 21 обеспечивает быструю и простую установку, так как должен быть предусмотрен только один внешний источник 23 текучей среды, вместо того, чтобы соединять каждое впускное отверстие 9 для содействия потоку по отдельности.
[0060] Фиг. 3В иллюстрирует часть, показанную на Фиг. 3А, но в работе. Структурные компоненты и различные детали, связанные с этой частью, уже обсуждались со ссылкой на Фиг. 3А и для краткости будут опущены. Впускные отверстия 9 для содействия потоку выполнены с возможностью ввода текучей среды вдоль части внутренней поверхности 11 части 20 для содействия потоку непосредственно к выпускному отверстию 8 вершины. В варианте выполнения, показанном на Фиг. 3В, впускные отверстия 9 для содействия потоку выполнены с возможностью ввода или формирования слоя текучей среды 24 вдоль внутренней поверхности 11. Таким образом, если текучая среда представляет собой жидкость, то она будет образовывать что-то типа жидкой пленки или барьера для уменьшения риска прилипания плотной суспензии (здесь обозначенной в виде крупных частиц 25) к внутренним поверхностям 11 и закупоривания выпускного отверстия 8 вершины. В качестве альтернативы, если текучая среда 24 представляет собой газ, она будет образовывать газовую подушку с аналогичным эффектом.
[0061] Фиг. 3С иллюстрирует другой режим работы, по сравнению с Фиг. 3В. Этот режим работы может быть осуществлен с тем же набором впускных отверстий для содействия потоку, который используется в примере, показанном на Фиг. 3В, или с другим набором впускных отверстий для содействия потоку. На Фиг. 3С впускные отверстия 9 для содействия потоку вводят множество потоков текучей среды, вдоль по меньшей мере части внутренней поверхности части 20 для содействия потоку, причем каждый поток текучей среды протекает в направлении к выпускному отверстию 8 вершины. В других вариантах выполнения возможно объединить ввод текучей среды, сформированной в виде слоя на Фиг. 3В, с вводом текучей среды в виде множества потоков на Фиг. 3С.
[0062] Фиг. 4А на виде сбоку в аксонометрии изображает схематическую иллюстрацию гидроциклонного сепаратора 100 известного уровня техники. Гидроциклонный сепаратор 100 расположен в традиционной прямой (0°) конфигурации. Удлиненная центральная ось 50 гидроциклона 100 совмещена с вертикальной осью 41 (осью Y), образуя угол 0° между вертикальной осью 41 (осью Y) и удлиненной центральной осью 50.
[0063] Фиг. 4В на виде сбоку в аксонометрии изображает схематическую иллюстрацию гидроциклонного сепаратора 1, выполненного в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения. Гидроциклон 1 ориентирован в прямой перевернутой конфигурации (также известной как инверсная конфигурация), в которой удлиненная центральная ось 50 гидроциклона 1 повернута на 180° относительно вертикальной оси 41 (повернута из традиционной прямой конфигурации).
[0064] Фиг. 4С на виде сбоку в аксонометрии изображает схематическую иллюстрацию гидроциклонного сепаратора 1, выполненного в соответствии с другим вариантом выполнения настоящего изобретения. Здесь гидроциклон 1 расположен в другой перевернутой ориентации / конфигурации (также известной как полуинверсная конфигурация), в которой удлиненная центральная ось 50 гидроциклона повернута на приблизительно 225° относительно вертикальной оси 41 (повернута из традиционной прямой конфигурации).
[0065] Фиг. 4D на виде сбоку в аксонометрии изображает схематическую иллюстрацию сепаратора 1, выполненного в соответствии с еще одним вариантом выполнения настоящего изобретения. Здесь гидроциклон 1 расположен в другой перевернутой ориентации / конфигурации (также известной как полуинверсная конфигурация), в которой удлиненная центральная ось 50 гидроциклона повернута на приблизительно 135° относительно вертикальной оси 41 (повернута из традиционной прямой конфигурации). Несмотря на то, что на Фиг. 4B-4D были выбраны только некоторые конкретные примеры, гидроциклонный сепаратор может быть ориентирован так, что он повернут на любое количество градусов в диапазоне от 91° до 269° относительно вертикальной оси, например, 100°, 110°, 125°, 170°, 235° и т.д.
[0066] Фиг. 5 иллюстрирует схематическое представление блок-схемы способа 500 классификации твердого материала в жидкой суспензии. Способ включает этап использования S501 гидроциклонного сепаратора, такого как гидроциклонный сепаратор, выполненный в соответствии с любым из рассмотренных выше вариантов выполнения изобретения. Выбранный гидроциклонный сепаратор предпочтительно содержит основную часть, имеющую впускную трубу, выполненную с возможностью подачи жидкой суспензии в основную часть, переливную выпускную трубу, расположенную в осевом направлении в основной части, выпускное отверстие вершины, сужающуюся разделительную часть, расположенную между основной частью и выпускным отверстием вершины, и часть для содействия потоку, расположенную между сужающейся разделительной частью и выпускным отверстием вершины.
[0067] Кроме того, гидроциклонный сепаратор устанавливают S502 в такой ориентации, в которой выпускное отверстие вершины расположено по вертикали выше относительно переливной выпускной трубы. Иными словами, гидроциклонный сепаратор устанавливают S502 в перевернутой ориентации.
[0068] Затем жидкую суспензию подают S503 во впускную трубу основной части, так что в гидроциклонном сепараторе образуется вихревой поток жидкой суспензии. Соответственно, поток будет протекать по спиральной траектории (с уменьшающимся радиусом) в направлении выпускного отверстия вершины, прежде чем он повернется и сформирует другой противоположно направленный вихревой поток внутри первого вихревого потока, как известно в уровне техники. Кроме того, текучую среду (газ или жидкость) вводят на этапе S504, по меньшей мере вдоль части внутренней поверхности части для содействия потоку, в направлении к выпускному отверстию вершины. Эта вводимая «вторичная» текучая среда способствует выпуску нижнего продукта и снижает риск засорения. Этап ввода S504 текучей среды предпочтительно включает ввод текучей среды по меньшей мере вдоль части внутренней поверхности части для содействия потоку, в направлении, перпендикулярном спиральной траектории потока жидкой суспензии, то есть текучую среду вводят непосредственно по направлению к выпускному отверстию вершины, а не по касательной к спиральной траектории. Поскольку гидроциклон расположен с перевернутой ориентацией, этап ввода S504 текучей среды предпочтительно включает ввод текучей среды, по меньшей мере частично, противоположно направлению силы тяжести. Таким образом, ввод текучей среды будет, по меньшей мере частично, противодействовать гравитационному притяжению, которое может препятствовать выпуску нижнего продукта через выпускное отверстие вершины.
[0069] На Фиг. 6A и 6B показан другой вариант выполнения настоящего изобретения. В этом варианте выполнения часть 20' для содействия потоку выполнена как отдельный компонент или часть, которая присоединена между дистальным концом сужающейся разделительной части 5' и выпускным отверстием 8' вершины. Это позволяет осуществить быструю и простую модификацию традиционных гидроциклонных сепараторов. Кроме того, впускное отверстие 9' для содействия потоку выполнено в виде кольцевой щели, проходящей через стенку части 20' для содействия потоку от подводящей трубы 21', встроенной в часть 20'. Следует отметить, что даже при том, что на Фиг. 6A и 6B она раскрыта как интегрированная в часть 20' для содействия потоку, подводящая труба 21' также может быть выполнена в виде отдельной трубы, соединенной с впускным отверстием 9' для содействия потоку посредством, например, одного или несколько клапанов. Однако интегрированное решение имеет преимущества в том, что весь кольцевой зазор впускного отверстия 9' для содействия потоку может питаться непосредственно из подводящей трубы 21'. Кроме того, внутренняя поверхность части 20' для содействия потоку может иметь в целом цилиндрическую форму, что облегчает использование части 20' для модификации существующего гидроциклона, например, путем установки между цилиндрическим выпускным отверстием 8' вершины и сужающейся разделительной частью 5'. Благодаря расположению части 20' для содействия потоку с внутренней поверхностью, в целом цилиндрической формы, часть 20' для содействия потоку может быть вставлена в интерфейс между цилиндрическим выпускным отверстием 8' вершины и сужающейся разделительной частью 5'. Она также может быть сужающейся и, таким образом, представлять собой продолжение или промежуточную часть сужающейся разделительной части 5'. Одна часть внутренней поверхности части 21' для содействия потоку содержится в по меньшей мере расположенной ниже по потоку части внутренней поверхности 27 наружной стенки части 20' для содействия потоку, а одна часть внутренней поверхности части 21' для содействия потоку состоит из внутреннего фланца 26'. Этот внутренний фланец 26' вместе с частью внутренней поверхности 27' наружной стенки части 20' для содействия потоку ограничивает кольцевую цель впускного отверстия 9' для содействия потоку. Внутренний фланец 26' может иметь клиновидное поперечное сечение или может иметь в целом прямоугольное поперечное сечение. Это влияет на геометрию кольцевой щели впускного отверстия для содействия потоку. Клиновидное поперечное сечение внутреннего фланца 26' с более или менее острым нижним краем, то есть по направлению к выпускному отверстию 8' вершины, создает более плавный переход к внутренней поверхности 27' наружной стенки части 21'.
[0070] Как обсуждалось выше, поскольку во время работы гидроциклон находится в перевернутой ориентации (может также упоминаться как инверсная или полуинверсная ориентация), выпуск нижнего продукта обеспечивается давлением подачи и противодействуется силой тяжести, в отличие от традиционных систем, в которых выпуск нижнего продукта обеспечивается давлением подачи и силой тяжести. Впускное отверстие 9' для содействия потоку в форме кольцевого зазора соответственно, по меньшей мере частично компенсирует гравитационное притяжение в заявляемом гидроциклонном сепараторе. Этап ввода текучей среды в этом варианте выполнения формирует слой текучей среды вдоль по меньшей мере части внутренней поверхности части 20' для содействия потоку, причем слой текучей среды протекает в направлении к выпускному отверстию вершины. Соответственно, слой текучей среды будет образовывать тип буферного или промежуточного слоя между плотной суспензией, протекающей через выпускное отверстие вершины (т.е. нижний продукт). При работе текучую среду подают в подводящую трубу 21' по касательной или спиральной траектории через наружную стенку части 20' для содействия потоку и через кольцевую щель впускного отверстия 9' для содействия потоку. Таким образом, поток текучей среды вводится в гидроциклон, имеющий тангенциальный компонент и осевой компонент и покрывает всю поверхность части 20', а затем всю поверхность выпускного отверстия 8' вершины, если часть 20' расположена в соединении с выпускным отверстием 8' вершины, или внутреннюю поверхность сужающейся разделительной части 5', если часть 20' расположена между двумя секциями сужающейся разделительной части 5'. Комбинация ввода текучей среды по касательной с наклонной кольцевой щелью впускного отверстия 9' для содействия потоку приводит к разбрызгиванию текучей среды вдоль поверхности, которая имеет вектор скольжения, аналогичный суспензии, протекающей к вершине из сужающейся разделительной части 5'. Таким образом, если текучая среда представляет собой жидкость, то она образует жидкую пленку или барьер, чтобы уменьшить риск прилипания плотной суспензии к внутренним поверхностям и засорения выпускного отверстия 8' вершины. В качестве альтернативы, если текучая среда представляет собой газ, то она образует газовую подушку, что приводит к аналогичному эффекту. Кроме того, даже несмотря на то, что вариант выполнения, показанный на Фиг. 6A и 6B, как правило, представляет собой модифицированное решение, он также может быть включен в гидроциклон во время его изготовления, при этом будут достигаться те же преимущества, что указаны выше.
[0071] Кроме того, специалист понимает, что возможен ряд модификаций вариантов выполнения, описанных в данном документе, без отклонения от объема изобретения, который определен в прилагаемой формуле изобретения. Например, разделительная часть, выполненная в соответствии с изобретением, не обязательно должна быть конической в строгом смысле. При условии, что внутренний диаметр в целом уменьшается от верхнего конца к нижнему концу, она может иметь множество различных углов конусности вдоль своей продольной оси и также может иметь более изогнутый внешний вид, то есть иметь постоянно меняющийся угол конусности. Кроме того, набор впускных отверстий для содействия потоку может содержать любое количество впускных отверстий, которые могут или не могут индивидуально управляться в терминах потока, направления, угла раскрытия при вводе и т.д. Изменения в раскрытых вариантах выполнения могут быть понятны и осуществлены квалифицированным специалистом при практическом применении заявленного изобретения на основе изучения чертежей, описания и прилагаемой формулы изобретения. Кроме того, в формуле изобретения слово «содержащий» не исключает наличие других элементов или этапов, а использование единственного числа не исключает множественного числа.