Регулируемый гидроциклон
ADJUSTABLE HYDROCYCLONE

Предлагаемый гидроциклон предназначен для очистки производственных и бытовых сточных вод от взвешенных веществ и может быть использовано в машиностроении, приборостроении, строительной индустрии.
Известны устройства для очистки загрязненных сточных вод от взвешенных веществ с использованием центробежных сил
Например, в кн. «Инженерно-экологический справочник», (А.С. Тимонин. изд. Н. Бочкаревой, Калуга, 848 с., 2003 г., рис. 1.49, табл. 1, 3, 4. стр. 488) описаны различные схемы и конструкции устройств очистки в гидроциклонах. Основной принцип всех устройств - закрутка исходной загрязненной жидкости или за счет тангенциального входного устройства или специальными закручивающими устройствами. В корпусе аппарата производится сепарация за счет центробежных сил и отвод очищенной жидкость из центральной части аппарата и тяжелой фракции в виде шлама из пристеночной зоны. В зависимости от количества исходной воды, которую нужно очистить существуют различные типы размеров гидроциклонов (см. кн. А.С. Тимонин, табл. 1.34, рис 1.49, стр 488), для расширения диапазона использования гидроциклонов по расходам очищаемой воды. Для этих целей используют гидроциклон с переменным поперечным сечением входного винтового канала. Для возможности плавного регулирования входного сечения гидроциклона предложено устройство (а.с. № 390838 «Гидроциклон» бюл. № 31 от 23.07.1973 г.), в котором регулирование проходного сечения гидроциклона осуществляется поршнем, расположенными в цилиндрической части корпуса, имеющего винтовой канал. Данное устройство принято нами за прототип. Недостатки прототипа следующее. Во-первых, отвод очищенной воды производится из центральной части аппарата по трубе, направленной вниз, поэтому все легкие фракции и мелкие частицы загрязнителей не будут сливаться вниз, а начнут скапливаться под днищем поршня.
3
По мере эксплуатации все верхнее пространство гидроциклона будет заиливаться, и вся эта субстанция будет вовлекаться в закрученное течение потока и качество очистки будет ухудшаться. Во-вторых, изменяя положение поршня меняется только площадь поперечного сечения входного винтового канала, а площадь самого винтового канала не изменяется и скорость истечения потока в пространство гидроциклона  уменьшится, что приведет к снижению фактора разделения в аппарате пропорционально квадрату скорости  что значительно снизит качество очистки. Третий недостаток прототипа заключается в том, что отсутствует регулирование проходного сечения патрубка отвода шлама. На практике концентрация содержания загрязняющих веществ в воде Свх[мг/л],[мг/м] может существенно отличаться, даже при одном и том же расходе воды. Если концентрация будет маленькой, то в патрубке отвода шлама будет уходить много воды, снижая производительность процесса очистки. Если концентрация будет большой, то отвод через шламовый патрубок может быть затруднен из-за значительной вязкости отводимой суспензии.
Техническое решение заявляемого устройства направлено на устранение отмеченных недостатков.
Предложен регулируемый гидроциклон, который содержит цилиндро-конический корпус с винтовым каналом, напорную камеру и поршня в зоне винтового канала, патрубки тангенциального подвода загрязненной воды, отвода очищенной воды и отвода шлама, механизм перемещения поршня, в котором патрубок отвода очищенной воды направлен вверх, расположен коаксиально корпусу, проходит через поршень и связан с ним, а патрубок отвода шлама выполнен с переменным проходным сечением, регулируемым от параметров исходной воды. На поршне выполнены винтовые каналы, расположенные в зоне винтовых каналов на корпусе, образующие единый винтовой канал с каналами на корпусе, а на нижней части патрубка отвода очищенной воды, под поршнем расположен винтовой шнек, с винтовым каналом поршня, причем, наружный диаметр витков шнека убывает от верхнего витка к нижнему, а на нижнем срезе отводного патрубка расположен отражатель. Механизм перемещения поршня выполнен в виде зубчатой реечной или червячной передачи и связан системой гидроцилиндров с узлом регулирования проходного сечения патрубка отвода шлама, которое осуществляется упругой манжетой, меняющей свою конфигурацию от давления жидкости внутри манжеты, зависящей от гидроцилиндров, связанных с положением поршня.
Предлагаемый регулируемый гидроциклон представлен на фиг. 1, 2, 3, 4, 5, где
фиг. 1 - поперечное сечение,
фиг. 2 - устройство регулирования положения поршня,
фиг. 3 - устройство регулирования проходного сечения патрубка отвода шлама,
фиг. 4 - схема регулирования параметров гидроциклона,
фиг. 5 - график (номограмма)выбора параметров гидроциклона.
Здесь: 1 - корпус, 2 - винтовой шнек, 3 - корпус винтовых каналов, 4 - винтовые каналы, 5 - напорная камера, 6 - крышка, 7 - гибкий элемент(сильфон), 8 - зубчатое колесо, 9 - зубчатая рейка, 10 - патрубок подвода загрязненной воды, 11 - винтовой поршень, 12 - патрубок отвода чистой воды, 13 - отражатель, 14 - днище, 15 – гидроцилиндр регулирования проходного сечения патрубка отвода шлама, 16 - патрубок отвода шлама, 17 - шток, 18 - гидроцилиндр регулирования положения поршня, 19 - гидравлическая магистраль, регулирования поршня, 20 - многопозиционный регулятор, 21 - корпус регулятора проходного сечения патрубка отвода шлама, 22 - жидкая среда, 23 - упругая манжета, 24 - гидравлическая патрубок, 25 - гидравлическая магистраль регулирования сопла.
Гидроциклон представляет собой цилиндрический корпус I, на котором расположен корпус винтовых каналов 3, с винтовыми каналами 4. Над корпусом 3 установлена напорная камера 5 с патрубком тангенциального подвода загрязненной воды 10. Напорная камера 5 закрыта крышкой 6, через которую проходит патрубок отвода очищенной воды 12. Патрубок 12 проходит коаксиально через корпус 1, корпус 3 и напорную камеру 5. На патрубке 12 в зоне винтового канала 4 расположен винтовой поршень 11. На поршне 11 выполнены винтовые каналы в зоне винтовых каналов на корпусе, с тем же шагом и направлением, что и на корпусе и образующие единый винтовой канал с каналами 4. На нижней части патрубка 12,ниже поршня 11 расположен винтовой шнек 2, направление витков которого совпадает с винтовым каналом поршня 11 и наружный диаметр витков шнека убывает от верхнего витка к нижнему. Нижней срез отводного патрубка 12 имеет кольцевой отражатель 13. Корпус 1 в нижней части имеет днище 14, в центре которого расположен патрубок отвода шлама 16. К патрубку 16 крепится корпус регулятора проходного сечения патрубка отвода шлама 23. Корпус 21 и манжета 23 образуют полость, которая заполнена жидкой средой (масло) 22. Полость с жидкой средой 22 соединена с гидравлическим патрубком 24, который сообщается с гидроцилиндром регулирования проходного сечения патрубка отвода шлама 15. Гидроцилиндр 15 связан гидравлической магистралью 25 с многопозиционным регулятором 20.Патрубок отвода чистой воды 12 выполнен подвижным и в верхней части, выше крышки 6 оборудован зубчатой рейкой 9, находящейся в зацеплении с зубчатым колесом 8. Вместо соединения «зубчатая рейка-колесо» может использоваться соединение «винт-гайка» или соединение «червяк-червячное колесо». При любом варианте, вращение зубчатого колеса, или гайки, или червяка осуществляется маховиком(не показан). Рейка 9 соединена штоком 17,с поршнем гидроцилиндра регулирования положения поршня 18. Поршень 18 соединен гидравлической магистралью регулирования поршня 19 с многопозиционным регулятором 20. Патрубок отвода чистой воды 12 в верхней части имеет гибкий элемент («типа сильфон» 7).
3
3
нач
Предложенный гидроциклон работает следующим образом. Перед началом работы гидроциклона, проводят настройку его, исходя из исходных данных очищаемой воды-расхода воды, необходимого очищать G[M/чac] и исходной концентрации взвешенных веществ С [мг/м]
вх
3
3
3
По этим исходным данным, по номограмме (фиг. 5) определяют необходимое положение винтового поршня 11 и это положение устанавливают, используя устройства 8 и 9 по предварительно проградуированной шкале. Одновременно с этим, используя многопозиционный регулятор, по значению С, устанавливают необходимое давление внутри гибкой манжеты 23, используя гидроцилиндр 15, что обеспечивает необходимую площадь проходного сечения патрубка отвода шлама 21. После настройки устройства производят процесс очистки. Через патрубок подвода загрязненной воды 10 начинает поступать вода, которая закручивается в напорной камере 5 за счет тангенциального подвода. Закрученный поток воды из камеры 5 поступает в винтовое пространство, образованное каналами 4 и каналами поршня 11. Протекая по винтовому тракту, жидкость приобретает необходимое вращение, соответствующее исходному расходу G[M/чac]. Закрученный поток воды истекает из винтового канала 4-11 и попадает в пространство корпуса 1, где протекает между лопастями винтового шнека 2 сохраняет вращательное движение. В пространстве между лопастями винтового шнека 2 происходит основная сепарация загрязняющих компонентов и воды. Взвешенные вещества за счет действия центробежных сил отбрасываются к стенке корпуса 1 и сгущаясь, в виде шлама сползают в нижнюю часть корпуса 1. По мере движения шлама вниз, толщина его возрастает, однако, уменьшение наружных диаметров витков шнека от верхнего к нижнему не нарушает целостности слоя пристеночного шлама. Далее слой шлама сползает к днищу 14 и поступает в патрубок 16, откуда, через отрегулированную манжету 23 удаляется из аппарата. Наличие отражателя 13 предотвращает попадание частиц загрязнителя в патрубок отвода чистой воды 12. При изменении условий технологического процесса, связанного с использованием промышленных вод и изменением исходных параметров воды (G[M/чac], Свх[мг/м]) производится переналадка устройства, изменяется расположение поршня 11 и патрубка отвода чистой воды 12, а наличие гибкого элемента 7 сохраняет целостность гидравлического тракта.
Таким образом, использование предложенного регулируемого гидроциклона позволяет повысить качество очистки сточных вод от взвешенных загрязнителей при различных расходах и концентрациях загрязняющих веществ.