ГИДРОЦИКЛОН
HYDROCYCLONE

Изобретение относится к технике очистки жидкостей в центробежном поле и предназначено для разделения жидкостей на жидкую и твердую фазы.
Известны конструкции трубопроводов двойной спиралеобразной конфигурации для транспортировки воды с ее одновременным осветлением [Шаубергер В. Энергия воды. - М.: Эксмо, Яуза, 2007. - С.112-114]. Проходные сечения таких труб выполнены из повторяющихся полукругов, обусловливающих центростремительное равномерное закручивание воды по спирали, благодаря чему обеспечивается частичное извлечение из водного потока механических примесей.
Недостатком данных конструкций является то, что осветление воды относится только к их побочной функции, так как основное назначение спиралеобразных труб - это улучшение условий качественной транспортировки жидкости.
Известен цилиндроконический гидроциклон напорного типа [Очистка производственных сточных вод/Под ред. С.В.Яковлева. - М.: Стройздат, 1985. - С.82-87: ил.], применяемый для разделения сточных вод на жидкую и твердую фазу и предназначенный, в основном, для 1 извлечения из сточных вод грубо-дисперсных примесей.
К недостаткам известного гидроциклона относятся низкий эффект удаления из очищаемой жидкости средне-, мелко- и тонкодисперсных примесей.
4
Известен также напорный гидроциклон [А.с. СССР №1537489, МКИ В24В 31/06 Вибрационный станок / С.В.Жаров, Б.Ж.Унайбаев, Я.К.Делолио (СССР)], включающий цилиндроконический корпус с центральной и периферийной сборной камерами, осевой разделительный коллектор, подающий, отводящий и шламовый трубопроводы.
Известный гидроциклон обеспечивает извлечение из обрабатываемой жидкости механических примесей всех классов крупности, однако максимальный эффект очистки жидкости по степени ее осветления и экономичности аппарата, в виду недостаточности использования процесса разделения потока обрабатываемой воды на жидкую и твердую фазы, при этом не достигается.
Задачей изобретения является повышение эффективности и экономичности гидроциклона путем улучшения гидродинамических характеристик процесса разделения обрабатываемой жидкости.
Указанный технический результат достигается тем, что в гидроциклоне, включающем цилиндроконический корпус с центральной и периферийной сборной камерами, осевой разделительный коллектор, подающий, отводящий и шламовый трубопроводы, стенки осевого разделительного коллектора выполнены с криволинейным очертанием в виде гофрированного коноидального насадка, вокруг него размещен потокоформирующий эллипсоид, а подающий трубопровод снабжен гидроэлеватором с отсасывающей трубкой, входная часть которой введена сверху в центр осевого разделительного коллектора, поверхности стенок этого коллектора дополнительно придана форма клинообразных выступов-гофров с направлением спиральной линии их витков снизу вверх против хода часовой стрелки, причем сами витки наклонены к горизонту под углом 12-17°, а угол заострения выступов-гофров составляет 130-150°.
Устройство заявляемого гидроциклона показано на чертеже, из которого видно, что этот аппарат состоит из цилиндроконического корпуса (1), подающего трубопровода (2) с гидроэлеватором (3), снабженным отсасывающей трубкой (4), периферийной сборной камеры (5), отводящего трубопровода (6), центральной камеры (7), потокоформирующего эллипсоида (8), осевого разделительного коллектора (9) и шламового трубопровода (10).
Гидроциклон работает следующим образом. Тангенциальный ввод подающего трубопровода (2), снабженный коноидальным насадком, обеспечивает подачу обрабатываемой жидкости в центральную камеру (7) цилиндроконического корпуса (1) аппарата, что обеспечивает круговое закручивание всей массы вводимой в гидроциклон жидкости относительно его вертикальной оси, за счет чего происходит образование внешнего кольца спиралеобразного нисходящего потока. Дойдя до нижней части конусной зоны корпуса (1), этот поток, вращающийся против хода часовой стрелки, преобразуется в более узкий как бы внутренний восходящий поток, продолжающий свое водоворотное движение также против хода часовой стрелки. В указанных работах [Кн. Шаубергер В. Энергия воды и кн. Очистка производственных сточных вод / Под. Ред. С.В.Яковлева] подетально раскрыты особенности всех гидродинамических характеристик такого вращения воды в напорных гидроциклонах, включая возникновение и действие восходящего воздушного потока, повышающего при этом эффективность управляемого разделения жидкости на внешнюю и внутреннюю разнонаправленные зоны и извлечение из внешнего потока жидкости под воздействием центростремительных сил частиц твердой фазы. Одновременно все эти виды движения жидкого и твердого вещества в пространстве гидроциклона испытывают прямое влияние также и центробежных, и кориолисовых сил, и гравитационных сил, что и обусловливает "притяжение" механических примесей к стенкам цилиндроконического корпуса (1) и их "сползание" в шламовый трубопровод (10). Причем на пути внутреннего столба-потока восходящей жидкости оказывается осевой разделительный коллектор (9), пройдя который уже осветленная жидкость оказывается в полости периферийной сборной камеры (5), откуда она и уходит из гидроциклона через отводящий трубопровод (6).
Лабораторные опыты на серии моделей заявляемого гидроциклона показали, что гидродинамические характеристики аппарата не только улучшаются, благодаря управлению его работой путем использования осевого разделительного коллектора (9), но и становятся оптимальными при правильном подборе формы его клинообразных выступов-гофров с приданием стенкам коллектора очертания гофрированного коноидального насадка. Исследование работы моделей показало при этом, что наиболее рациональный угол наклона витков таких выступов-гофров к горизонту лежит в интервале от 12 до 17°, а оптимальный угол между наклонными стенками выступов-гофров - от 130 до 150°. Для обеспечения дополнительных осветлительного и гидродинамического эффектов в верхней части осевого разделительного коллектора (9) смонтировано тело потокоформирующего эллипсоида (8), придающего определенную геометрическую неравномерность внешнему нисходящему потоку жидкости. Кроме того, для управления движением центрального воздушного восходящего столба в состав гидроциклона введена регулирующая система, состоящая из гидроэлеватора (3), установленного на подающем трубопроводе (2) непосредственно перед вводом обрабатываемой жидкости в аппарат и отсасывающей трубки (4), входная часть которой направлена в центр верхней зоны осевого разделительного коллектора (9).
Сравнение известного гидроциклона, принятого за прототип, и заявляемого устройства, показывает, что последнее обладает большими возможностями оптимизации технологического процесса осветления жидкости. Использование принципов регулирования, контроля и управления с выходом на лучшее конструктивное решение позволяет улучшить гидродинамические качества гидроциклона и обусловливает повышение его технологической эффективности и экономичности.