ГИДРОЦИКЛОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ОТ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ ЗАГРЯЗНЕНИЙ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ ПОРШНЕВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
HYDROCYCLONE DEVICE FOR CLEANING PISTON ENGINE COOLANT FROM SOLID POLLUTANTS

Изобретение предназначено преимущественно для очистки потока охлаждающей жидкости поршневых двигателей от твердых частиц загрязнений, а также может быть использовано в энергетической, нефтехимической, металлургической и других отраслях промышленности.
Известны гидроциклонные устройства для очистки жидкости от механических примесей (патенты РФ 2006291, 2097142, патент США 2364799, патент Великобритании 438229 и др.), содержащие цилиндрический корпус с входным тангенциальным патрубком для закрутки потока и осевым выходным патрубком для отвода потока, вихревую камеру для сепарации твердых частиц загрязнений из потока и грязесборник для удержания твердых частиц. Общими недостатками таких устройств являются недостаточно высокая эффективность, сложность конструкции, значительные габариты, масса и гидравлическое сопротивление.
Известно устройство для очистки потока от твердых частиц загрязнений (патент РФ 2480294, МПК (2006) В04С 5/107), содержащее цилиндрический корпус с расположенными в его верхней части подводящим тангенциальным патрубком и отводящим осевым патрубком, установленным коаксиально относительно цилиндрического корпуса, в нижней части которого расположены вихревая камера, а также включающее конструктивный элемент с улавливающими отверстиями, расположенный внутри цилиндрического корпуса и вихревой камеры, причем последняя сообщается с расположенным ниже грязесборником, имеющим корпус для сбора твердых частиц загрязнений.
Недостатком такого устройства для очистки потока жидкости является невысокая эффективность, обусловленная нерациональным расположением внутри цилиндрического корпуса и вихревой камеры конструктивного элемента с улавливающими отверстиями. Кроме этого, устройство имеет сложную конструкцию, значительные габаритные размеры (особенно по вертикали) и массу вследствие нерационального выполнения улавливающих отверстий и расположения грязесборника. Такое расположение внутри цилиндрического корпуса и вихревой камеры конструктивного элемента с улавливающими отверстиями создает дополнительное гидравлическое сопротивление при прохождении потока через устройство.
Указанные недостатки ухудшают основные технические характеристики устройства для очистки потока жидкости от твердых частиц загрязнений.
Задачей изобретения является повышение эффективности, упрощение конструкции при одновременном уменьшении габаритов, массы и гидравлического сопротивления устройства для очистки потока охлаждающей жидкости поршневых двигателей от твердых частиц загрязнений.
Техническим результатом, обеспечивающим решение поставленной задачи, является улучшение отделения твердых частиц загрязнений от потока охлаждающей жидкости при одновременном упрощении конструкции предлагаемого устройства, уменьшении его габаритов, массы и гидравлического сопротивления.
Указанный технический результат достигается тем, что в гидроциклонном устройстве для очистки от твердых частиц загрязнений потока охлаждающей жидкости поршневых двигателей, содержащем цилиндрический корпус с расположенными в его верхней части подводящим тангенциальным патрубком и отводящим осевым патрубком, установленным коаксиально относительно цилиндрического корпуса, в нижней части которого расположена вихревая камера, а также конструктивный элемент с улавливающими отверстиями, расположенный внутри цилиндрического корпуса и вихревой камеры, которая сообщается с расположенным ниже грязесборником, имеющим корпус для сбора твердых частиц загрязнений, улавливающие отверстия выполнены непосредственно в стенке вихревой камеры и сообщают полость этой камеры с грязесборником, причем верхняя часть корпуса грязесборника охватывает снаружи вихревую камеру.
Выполнение улавливающих отверстий непосредственно в стенке вихревой камеры и сообщающими полость этой камеры с грязесборником, а также расположение грязесборника таким образом, что верхняя часть его корпуса охватывает снаружи вихревую камеру, позволяют создать эффективное, простое по конструкции и компактное устройство для очистки от твердых частиц загрязнений потока охлаждающей жидкости поршневых двигателей, имеющее небольшое гидравлическое сопротивление.
Расположение улавливающих отверстий непосредственно в стенке вихревой камеры служит для отвода сепарированных из потока жидкости твердых частиц загрязнений в грязесборник. Размеры, форма и количество улавливающих отверстий в стенке вихревой камеры определяются особенностями конкретной конструкции. Практически улавливающие отверстия в стенке вихревой камеры могут быть круглыми, овальными, треугольными, прямоугольными (продольными - вдоль образующей вихревой камеры, горизонтальными или наклонными), серповидными, L-образными или перевернутыми Т-образными и т.п.
Геометрическая форма вихревой камеры тоже может быть различной, что определяется также конкретной конструкцией устройства. Вихревая камера может иметь цилиндрическую форму, в виде усеченного конуса (с различными углами конусности), конусную, полусферическую, конусно-полусферическую и др.
Указанные особенности расположения улавливающих отверстий непосредственно в стенке вихревой камеры, служащих для отвода сепарированных из потока охлаждающей жидкости твердых частиц в корпус грязесборника, позволяют повысить эффективность очистки потока жидкости при одновременном снижении гидравлического сопротивления устройства за счет отсутствия загромождающего(их) поток конструктивного элемента (элементов) в цилиндрическом корпусе и вихревой камере.
На Фиг. 1 представлена конструкция гидроциклонного устройства для очистки потока охлаждающей жидкости от твердых частиц загрязнений в поршневых двигателях.
На Фиг. 2 схематично показаны варианты исполнения форм перфорированных отверстий непосредственно в стенке вихревой камеры, служащих для отвода сепарированных из потока охлаждающей жидкости твердых частиц в корпус грязесборника.
На Фиг. 3 схематично представлены возможные формы выполнения вихревой камеры предлагаемого устройства.
Устройство для очистки потока охлаждающей жидкости от твердых частиц загрязнений в поршневых двигателях содержит цилиндрический корпус 1 (см. Фиг. 1), в верхней части которого размещены входной тангенциальный патрубок 2 для закрутки потока и выходной осевой патрубок 3, установленный коаксиально относительно цилиндрического корпуса 1. В нижней части цилиндрического корпуса 1 расположена вихревая камера 4 с выполненным непосредственно в ее стенке рядом улавливающих отверстий 5, сообщающих полость вихревой камеры 4 с полостью грязесборника 6 и служащих для отвода сепарированных из потока жидкости твердых частиц загрязнений из внутренней полости вихревой камеры 4 в полость 6 грязесборника. При этом корпус 7 грязесборника своей верхней частью охватывает снаружи вихревую камеру 4.
В качестве материала для изготовления устройства могут быть применены специальные пластики, алюминиевые сплавы, нержавеющая сталь и др.
Корпус 7 грязесборника может крепиться к цилиндрическому корпусу 1 устройства различными способами - с помощью резьбы (как показано на Фиг. 1), фланцевого соединения или с помощью сварки, специального высокопрочного клея и т.п. В первых двух случаях устройство получается разборным, что позволяет использовать его многократно после очистки грязесборника от твердых частиц загрязнений. В других случаях крепления корпуса 7 грязесборника к цилиндрической камере 1 устройство является неразборным и одноразовым изделием. После заполнения грязесборника твердыми частицами устройство демонтируется с двигателя и утилизируется.
Улавливающие отверстия 5, выполненные непосредственно в стенке вихревой камеры 4, могут иметь различное конструктивное исполнение, схематично показанное на Фиг. 2 (обозначение позиций то же, что и на Фиг. 1). Например:
- отверстия 5 круглые (см. Фиг. 2а);
- отверстия 5 овальные (см. Фиг. 2б);
- отверстия 5 треугольной формы (см. Фиг. 2в);
- отверстия 5 прямоугольные, продольные вдоль образующей вихревой камеры 4 (см. Фиг. 2г);
- отверстия 5 прямоугольные горизонтальные (см. Фиг. 2д);
- отверстия 5 прямоугольные, наклонные относительно образующей вихревой камеры 4 (см. Фиг. 2е);
- отверстия 5 серповидной формы (см. Фиг. 2ж);
- отверстия 5 L-образной формы (см. Фиг. 2з);
- отверстия 5 в форме перевернутой буквы Т (см. Фиг. 2и);
- отверстия 5, образованные ячейками сетки (металлической или пластиковой) с размерами ячейки несколько миллиметров (см. Фиг. 2к).
Кроме указанных форм выполнения, улавливающие отверстия 5 могут иметь и другие различные конфигурации (в плане). Возможны также комбинации различных улавливающих отверстий, как указанных выше, так и иных.
Формы вихревой камеры 4 также могут быть различными, как показано схематично на Фиг. 3 (обозначение позиций то же, что и на Фиг. 1). Например:
- камера 4 цилиндрической формы (см. Фиг. 3а);
- камера 4 в виде усеченного конуса с различными углами конусности (см. Фиг. 3б, в);
- камера 4 в форме конуса (см. Фиг. 3г);
- камера 4 полусферической формы (см. Фиг. 3д);
- камера 4 конусно-полусферической формы (см. Фиг. 3е).
Помимо указанных форм выполнения вихревой камеры 4, могут быть использованы и другие формы вихревых камер. Также возможны комбинации различных форм вихревых камер, как указанных выше, так и других.
Предлагаемое устройство для очистки потока охлаждающей жидкости от твердых частиц загрязнений работает следующим образом (см. Фиг. 1). Поток охлаждающей жидкости, содержащий твердые частицы загрязнений, поступает в цилиндрический корпус 1 устройства через входной тангенциальный патрубок 2 и за счет тангенциального расположения патрубка 2 приобретает вращательное движение внутри цилиндрической камеры 1. Закрученный поток охлаждающей жидкости в цилиндрическом корпусе 1 имеет различную окружную скорость - высокую на периферии (вблизи стенки) и низкую в центральной зоне. При этом поток движется по винтовой линии к вихревой камере 4. Благодаря действию центробежных сил в закрученном потоке твердые частицы загрязнений отбрасываются на внутреннюю поверхность стенки цилиндрического корпуса 1 и далее поступают в вихревую камеру 4. За счет продолжающейся и интенсифицирующейся закрутки потока в вихревой камере 4 происходит отбрасывание твердых частиц загрязнений на внутреннюю стенку вихревой камеры 4, в которой выполнены улавливающие отверстия 5. За счет действия центробежных сил на твердые частицы, имеющие плотность больше, чем плотность жидкости, эти частицы проходят через улавливающие отверстия 5 и поступают из полости вихревой камеры 5 в полость грязесборника 6, где и накапливаются в процессе эксплуатации устройства.
Выход потока охлаждающей жидкости, очищенного от твердых частиц загрязнений, осуществляется через выходной осевой патрубок 3 за счет обратного закрученного центрального тока жидкости внутри цилиндрического корпуса 1. Далее очищенная жидкость поступает в магистраль гидравлической системы охлаждения двигателя (на Фиг. 1 не показана), в которую включено устройство.
На практике предлагаемое устройство может размещаться между двигателем и его радиатором - в разрыве между резиновыми патрубками системы охлаждения. По своим техническим характеристикам и массогабаритным показателям оно наиболее пригодно для использования в составе поршневых двигателей автомобилей, автобусов, тракторов различного назначения, строительно-дорожных и лесотехнических машин, армейской техники, судов, тепловозов и др.
Предлагаемое устройство может работать при ориентации его продольной оси как в вертикальном, так и в наклонном положении.
Данное техническое решение обладает рядом преимуществ - простотой, технологичностью, компактностью конструкции, эффективностью, надежностью, невысоким гидравлическим сопротивлением.
Заявленные расположение улавливающих отверстий непосредственно в стенке вихревой камеры и охват этой камеры верхней частью корпуса грязесборника позволяют рационально использовать объем устройства, увеличивая тем самым его компактность при снижении массы и упрощении конструкции, а также повысить эффективность сепарации твердых частиц загрязнений из потока охлаждающей жидкости.
Выполнение улавливающих отверстий непосредственно в стенке вихревой камеры позволяет освободить пространство цилиндрического корпуса и вихревой камеры и тем самым снизить гидравлическое сопротивление устройства.
Емкость грязесборника при этом может варьироваться в довольно широких пределах в зависимости от особенностей поршневого двигателя (емкости его системы охлаждения), условий эксплуатации устройства для очистки охлаждающей жидкости и требований, предъявляемых к нему.