УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ЖИДКИХ СРЕД ОТ ПРИМЕСЕЙ

Полезная модель предназначена для удаления из транспортируемой по трубопроводу жидкой среды примесей, таких как механические включения, газовые включения, следы масел и нефтепродуктов, в частности, может быть использована в теплоэнергетическом оборудовании тепловых сетей, в промышленных водооборотных системах. Устройство также может быть использовано для очистки пластовых вод, скважинной воды, а также любой технической воды.
Известно устройство для очистки жидких сред от примесей (RU Патент РФ №54318), который содержит в своем составе корпус с днищем с входным и выходным патрубками, расположенными на одной оси и с патрубками для вывода грязи, по меньшей мере, один из которых установлен в верхней части корпуса. На одной оси с входным и выходным патрубками установлена труба, которая жестко соединена с выходным патрубком, установленным в днище корпуса, при этом противоположный конец трубы закрыт отбойной водонаправляющей поверхностью, форма которой позволяет воде скатываться по ней в сторону дна. На трубе, вокруг нее, по ее длине установлены водонаправляющие поверхности, форма которых позволяет воде скатываться по ним в сторону дна, а на частях трубы, перекрытых водонаправляющими поверхностями, выполнены продольные прорези.
В известном устройстве загрязняющие воду тяжелые механические частицы под действием гравитационных сил скапливаются на днище корпуса и могут быть удалены через патрубки для вывода грязи. Но легкие механические частицы, удельный вес которых меньше удельного веса воды, на днище не попадают, а остаются плавать в верхней части. Для удаления таких видов загрязнений предназначен верхний патрубок. Но поскольку вода в грязевик поступает под напором, пузырьки воздуха, легкие частицы постоянно перемешиваются с поступающей массой воды, затем засасываются через прорези в трубу, и за счет этого вода на выходе устройства содержит нежелательные включения.
Известна конструкция устройства для очистки жидких сред от примесей (Патент РФ №64097), в котором очистка производится более эффективно. По совокупности существенных признаков известное устройство является наиболее близким к предлагаемому. Оно содержит в своем составе корпус с крышкой и днищем, входной и выходной патрубки, расположенные на одной оси, и патрубки очистки. Внутри корпуса установлена труба на одной оси с входным и выходным патрубками, которая соединена с выходным патрубком, установленным в днище корпуса, а противоположный конец трубы закрыт отбойной водонаправляющей поверхностью, форма которой позволяет воде скатываться по ней в сторону дна. На трубе, вокруг нее, по ее длине установлены водонаправляющие поверхности, форма которых позволяет воде скатываться по ним в сторону дна, а на частях трубы, перекрытых водонаправляющими поверхностями, выполнены продольные прорези. Выходной конец входного патрубка заглублен во внутрь корпуса. При таком выполнении грязевика очищаемый поток жидкости подается через входной патрубок в корпус и поступает под напором на отбойную поверхность, а затем через прорези в трубе поступает в выходной патрубок. Тяжелые фракции скапливаются на днище, а легкие фракции частично всплывают вверх благодаря снижению скорости потока на входе в корпус грязевика.
Недостатком известного устройства является недостаточная эффективность очистки жидкой среды от примесей, так как при увеличении расхода среды поступающий в корпус поток может захватывать и уносить большую часть этих примесей в прорези под водонаправляющие поверхности.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является разработка конструкции, которая позволяет удалять из основного потока как тяжелые, так и легкие фракции загрязнений и удалять их.
Техническим результатом является увеличение эффективности очистки жидкой среды от примесей.
Технический результат достигается за счет того, что предлагаемое устройство, также как и известное, содержит в своем составе корпус с крышкой и днищем, заглубленный в боковую часть корпуса тангенциально установленный входной патрубок, и выходной патрубок, расположенный на одной оси с корпусом, и очистные патрубки; внутри корпуса установлена труба на одной оси с выходным патрубком, которая соединена с выходным патрубком, установленным в днище корпуса, а противоположный конец трубы закрыт отбойной водонаправляющей поверхностью, форма которой позволяет воде двигаться по ней в сторону днища; на трубе, вокруг нее, по ее длине установлены водонаправляющие поверхности, форма которых позволяет воде скатываться по ним в сторону дна, а на частях трубы, перекрытых водонаправляющими поверхностями, выполнены продольные прорези. Но, в отличие от известного устройства, в предлагаемом входной патрубок выполнен в виде трубы, тангенциально установленной и введенной внутрь корпуса сбоку, и имеющей сужающееся выходное сечение, по сравнению с входным сечением трубы входного патрубка. В верхней части корпуса имеется объемная камера, сформированная пространством между верхней крышкой и усеченным конусом, отделяющим ее от корпуса, причем камера снабжена очистным патрубком, расположенным в верхней точке корпуса.
Разогнанная за счет сужения выходного сечения входного патрубка жидкость попадает тангенциально в корпус, заполненный водой, образуя поточную струю, по форме приближенную к плоской и направленную по касательной к цилиндрическому корпусу устройства. Поток жидкости за счет инерции и центробежной силы прижимается к внутренней поверхности устройства и образует вращательное движение жидкости внутри корпуса. При этом частицы легко всплывающих загрязнений быстро поднимаются в верхнюю камеру, где накапливаются и затем периодически удаляются через верхний дренажный патрубок при его открывании. Для предотвращения захвата уже всплывших частиц загрязнений из верхней камеры вращающимся потоком, в верхней части корпуса установлен усеченный конус, который обеспечивает формирование объема верхней камеры, где движение потока жидкости затухает.
Тяжелые частицы загрязнений устремляются с нисходящим вращательным потоком, который после прохождения через кольцевое сечение между корпусом и первой водонаправляющей поверхностью резко снижает скорость за счет увеличения поперечного сечения. Частицы загрязнений за счет центробежной силы отбрасываются на периферию потока, к внутренней стенке корпуса. Далее поток жидкости разделяется: одна часть потока уже очищенной жидкости поступает под первую водонаправляющую поверхность и уходит через прорези в центральную осевую трубу, а другая часть потока еще не очищенной жидкости, продолжая по инерции нисходящее вращательное движение, проходит кольцевое сечение между корпусом и второй водонаправляющей поверхностью. При этом частицы загрязнений продолжают концентрироваться у внутренней стенки корпуса, а поток жидкости вновь разделяется: очищенная жидкость поступает под вторую водонаправляющую поверхность и уходит через прорези в центральную осевую трубу, а оставшаяся часть потока загрязненной жидкости, замедляя свое вращательное движение, проходит кольцевое сечение между корпусом и третьей водонаправляющей поверхностью. При этом очищенная жидкость уходит под третью водонаправляющую поверхность через прорези в центральную осевую трубу, а частицы загрязнений продолжают падение на нижнее днище корпуса, где накапливаются и затем периодически удаляются через дренажные патрубки при их открывании.
Совокупность признаков, сформулированных в пункте 1 формулы полезной модели, характеризует устройство для очистки жидких сред от примесей, в котором входной патрубок выполнен в виде трубы, тангенциально установленной и введенной внутрь корпуса сбоку, и имеющей сужающееся выходное сечение, по сравнению с входным сечением трубы входного патрубка. Такое исполнение входного патрубка обеспечивает появление ускоренного вращательного движения потока жидкости в корпусе, смещение частиц загрязнений к стенкам корпуса и их эффективное отделение за счет центробежной силы. Кроме того, такая конструкция входного патрубка обеспечивает меньшее влияние возможного увеличения скорости потока входящей жидкости на эффективность улавливания примесей.
Расположение входного патрубка сбоку корпуса дополнительно уменьшает габаритно-присоединительные размеры устройства и упрощает его монтаж.
Совокупность признаков, изложенная в пункте 2 формулы полезной модели, характеризует устройство для очистки жидких сред от примесей, в котором длины прорезей на участках центральной осевой трубы, перекрытых водонаправляющими поверхностями, уменьшаются последовательно в направлении от верхней части трубы к выходному патрубку.
Уменьшающиеся длины прорезей на участках трубы, перекрытых водонаправляющими поверхностями, в направлении от верхней части трубы к выходному патрубку обеспечивают разделение общего расхода жидкости по зонам и выравнивание гидравлического давления по длине трубы, что повышает эффективность очистки жидкости устройством.
Совокупность признаков, изложенная в пункте 3 формулы полезной модели, характеризует устройство для очистки жидких сред от примесей, в котором днище выполнено коническим.
Такой вариант выполнения днища обеспечивает направленное накопление уловленных частиц загрязнений в нижней части днища и более легкое, и полное их удаление из корпуса.
Совокупность признаков, изложенная в пункте 4 формулы полезной модели, характеризует устройство для очистки жидких сред от примесей, в котором диаметр днища уменьшается по направлению к выходному патрубку.
Такое исполнение обеспечивает большую прочность устройства при его использовании в потоках жидкости с высоким давлением.
Совокупность признаков, изложенная в пункте 5 формулы полезной модели, характеризует устройство для очистки жидких сред от примесей, в котором в днище установлены дополнительные патрубки очистки.
Такой вариант выполнения днища обеспечивает более полное и равномерное удаление тяжелых примесей через дополнительные патрубки, и позволяет выполнять очистку внутренней поверхности нижнего днища в период профилактического обслуживания устройства.
Совокупность признаков, изложенная в пункте 6 формулы полезной модели, характеризует устройство для очистки жидких сред от примесей, в котором образующая верхней части корпуса имеет форму дуги.
При такой форме крышки будет сформировано дополнительное пространство для накопления частиц легко всплывающих примесей в верхней камере, а также обеспечена прочность корпуса устройства при его установке в потоках с высоким давлением. Дополнительно это дает возможность установки очистного патрубка для удаления накопленных примесей в самой верхней точке корпуса устройства.
Совокупность признаков, изложенная в пункте 7 формулы полезной модели, характеризует устройство для очистки жидких сред от примесей, в котором в верхней точке корпуса установлен патрубок очистки.
Такое конструктивное решение обеспечивает полное удаление накопленных в верхней камере легко всплывающих примесей в виде твердых частиц, газов и нефтепродуктов.
Совокупность признаков, изложенная в пункте 8 формулы полезной модели, характеризует устройство для очистки жидких сред от примесей, в котором каждая водонаправляющая поверхность имеет конусообразную форму. Достоинством такой формы направляющих является то, что при любых изменениях расхода жидкости частицы загрязнений будут всегда направляться в нижнюю часть устройства. Кроме того, такая форма обеспечивает простоту их изготовления.
Совокупность признаков, изложенная в пункте 9 формулы полезной модели, характеризует устройство для очистки жидких сред от примесей, в котором образующая каждой водонаправляющей поверхности имеет дугообразную форму. Использование таких водонаправляющих поверхностей приводит к улучшению их гидродинамических свойств за счет уменьшения их гидравлического сопротивления, и, как следствие, уменьшение гидравлического сопротивления всего устройства. При этом происходит выравнивание поля скоростей, улучшается гидравлическая обтекаемость округлых поверхностей потоком, увеличивается ламинарность потока в пространстве под водонаправляющими поверхностями. Следствием является увеличение степени очистки жидкости.
Совокупность признаков, изложенная в пункте 10 формулы полезной модели, характеризует устройство для очистки жидких сред от примесей, в котором каждая водонаправляющая поверхность своей широкой частью соединена с цилиндрической обечайкой. Такое конструктивное решение обеспечивает создание кольцевого зазора между стенкой корпуса устройства и стенкой цилиндрической обечайки, в котором происходит ускорение потока жидкости, и формируется нисходящая направленность потока. Дополнительно увеличивается время нахождения жидкости и уменьшается образование паразитных вихрей под водонаправляющими поверхностями, что обеспечивает увеличение эффекта очистки жидкости.
Полезная модель поясняется чертежом, на котором показано сечение предлагаемого устройства.
Устройство для очистки жидких сред от примесей содержит корпус 1, на одной оси которого установлены выходной патрубок 3 и центральная осевая труба 4, жестко соединенная с выходным патрубком 3. Входной патрубок 2 выполнен в виде трубы, тангенциально установленной и введенной внутрь корпуса сбоку, и имеющей сужающееся выходное сечение, по сравнению с входным сечением трубы входного патрубка. Верхняя часть трубы 4 закрыта отбойной водонаправляющей поверхностью 5. Вокруг трубы 4, вдоль нее, установлены водонаправляющие поверхности 6. В рассматриваемом примере выполнения грязевика водонаправляющии поверхности имеют конусообразную форму, и каждая водонаправляющая поверхность своей широкой частью соединена с цилиндрической обечайкой 7.
На частях трубы, перекрытых водонаправляющими поверхностями 6, выполнены продольные прорези 8. В рассматриваемом примере образующая нижнего днища 9 имеет форму конуса.
В днище 9 установлены патрубки 10 для удаления грязи. Длина продольных прорезей 8 в трубе 4 уменьшается в направлении от верхней части трубы к выходному патрубку 3. Таким образом обеспечивается зональное распределение расхода поступающей в устройство жидкости, и снижаются скорости ее движения под водонаправляющими поверхностями 6. Верхняя крышка 11 корпуса может иметь куполообразную форму, т.е. образующая может иметь форму дуги. Над отбойной водонаправляющей поверхностью 5 соосно установлен усеченный конус 12, большим основанием направленный в сторону верхней крышки 11, который обеспечивает формирование объема верхней камеры 13, где движение потока жидкости затухает, и обеспечиваются условия для накопления всплывающих примесей.
Верхняя камера 13 снабжена патрубком очистки 14 для вывода накопленных загрязнений, например, всплывающих твердых частиц, газов, масел, нефтяных включений и т.д.
Входной патрубок 2 установлен тангенциально, проходит через боковую стенку корпуса, имеет заглубление в корпус 1, а его выходное отверстие расположено в пространстве между усеченным конусом 12 и отбойной водонаправляющей поверхностью 5. Выходное отверстие входного патрубка 2 имеет сужение, которое обеспечивает формирование вытекающего из него потока в виде струи, по форме приближенной к плоской и направленной по касательной к цилиндрическому корпусу, а также для разгона жидкости перед ее попаданием внутрь корпуса устройства.
Поток жидкости через тангенциально расположенный входной патрубок 2 попадает в корпус, заполненный водой, и образует вращательное движение жидкости. За счет увеличения поперечного гидравлического сечения на уровне входного патрубка происходит быстрое выделение из поступающего потока среды газов, легко всплывающих твердых частиц, нефтепродуктов, которые последовательно поднимаются в верхнюю часть корпуса, собираются в верхней камере 13, откуда могут быть удалены через патрубок 14. При этом усеченный конус 12 отделяет верхний объем жидкости с легко всплывающими примесями от активно перемещающейся части воды и уменьшает паразитные вихри, которые могут захватить частицы легко всплывающих примесей.
Нисходящий вращательный поток жидкости опускается на отбойную водообтекаемую поверхность 5 трубы 4 и первую водонаправляющую поверхность 6, далее проходит в кольцевом зазоре между корпусом 1 и обечайкой 7. При этом частицы загрязнений за счет центробежной силы отбрасываются на периферию потока, к внутренней стенке корпуса устройства. Далее поток жидкости разделяется: одна часть потока уже очищенной жидкости, совершая поворот на 180°, поступает под первую водонаправляющую поверхность 6 и уходит через прорези 8 в центральную осевую трубу 4, а другая часть потока еще не очищенной жидкости, продолжая нисходящее вращательное движение, проходит кольцевое сечение между корпусом и второй водонаправляющей поверхностью 6. При этом частицы загрязнений продолжают концентрироваться у внутренней стенки корпуса, а поток жидкости вновь разделяется: очищенная жидкость, совершая поворот на 180°, поступает под вторую водонаправляющую поверхность 6 и уходит через прорези в центральную осевую трубу, а оставшаяся часть потока загрязненной жидкости, замедляя свое вращательное движение, проходит кольцевое сечение между корпусом и третьей водонаправляющей поверхностью. При этом очищенная жидкость, совершая поворот на 180°, уходит под третью водонаправляющую поверхность через прорези в центральную осевую трубу, а частицы загрязнений продолжают падение на нижнее днище корпуса, где накапливаются и затем периодически удаляются через дренажные патрубки 10 при их открывании. Расположенный в нижнем днище очистной патрубок 15, выполненный в виде люка-лаза или люка-ревизии, позволяет выполнять очистку внутренней поверхности днища в период профилактических работ.
Таким образом, частицы тяжелых загрязнений отделяются от жидкости в процессе вращения нисходящего потока среды и поворота потока на 180° под каждую водонаправляющую поверхность под действием гравитационной, инерционной и центробежной сил. Дополнительно под водонаправляющими поверхностями 6 создаются условия для ламинарного режима течения со скоростью 0,05 м/сек и менее. Такая скорость обеспечивает высокую степень очистки жидкости от примесей. Расход, а, следовательно, и скорость среды под каждой из последующих конусообразных поверхностей уменьшается, и степень очистки жидкости от загрязнений повышается.
Таким образом, описание конструкции устройства и его работы доказывают возможность выделения из жидкой среды твердых, газообразных и других примесей, тем самым обеспечивая эффективную очистку жидкости от указанных загрязнений.