ГИДРОЦИКЛОН ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ НЕОДНОРОДНЫХ ЖИДКИХ СРЕД
HYDROCYCLONE FOR SEPARATING INHOMOGENEOUS LIQUIDS

Изобретение относится к технике разделения неоднородных жидких сред, в частности к гидроциклонам и может применяться при добыче чистого песка из карьеров, а также при углублении русел рек.
Известны гидроциклоны (авт. свид. №1611456 A1, SU, кл. В04С 5/12), содержащие цилиндроконический корпус с тангенциальным питающим и сливным патрубками, осевую песковую насадку.
Недостатком известного решения является низкое качество разделения крупной и мелкой фракций жидких сред.
В реальном рабочем процессе гранулометрический состав пульпы примеси меняется, в результате чего меняется ее консистенция (концентрация) (см. Харин А.И. Гидромеханизация в мелиоративном строительстве. - М.: Колос, 1983. - С. 28). К тому же, в гидроциклонах имеют место два ярко выраженных течения:
- течение вниз от входного к песковому отверстию по коническим спиральным траекториям W;
- восходящее спиральное течение от пескового отверстия к выходному, сливному R. Возникновение этого течения R обусловлено:
наличию первичного ниспадающего спирального течения W;
гидравлическим сопротивлениям этому первичному течению W.
При продвижении этого течения оно, за счет вихревого вида, имеет значительный путь трения, и к тому же та счет уменьшения радиуса траектории в конической части корпуса имеет место нарастание местных гидравлических потерь, связанных с деформацией потока. Эти два обстоятельства снижают скорость, повышают пьезометрическую составляющую линии тока, увеличивают объем, занимаемый течением W, при этом увеличение объема и сужающаяся форма корпуса смещает его (W) на малые радиусы. В результате у песковой насадки по отношению к цилиндрической части на равных радиусах вблизи оси гидроциклона образуется превышение давления. Образовавшаяся разность давлений обуславливает возникновение (течение Россби) восходящего потока в сливное отверстие в приосевой области.
Его интенсивность определяемся балансом сопротивлений в песковом и сливном отверстиях. При увеличении потерь в отверстии осевой песковой насадки размеры течения Россби увеличиваются и расход через сливное отверстие растет. При повышении сопротивлении на сливном отверстии размеры и интенсивность течения Россби снижаются, и в случае закрытия сливного отверстия оно совсем исчезает, и весь входной поток устремляется в песковое отверстие. Таким образом, выглядит структура потоков в гидроциклоне при его работе на чистой воде.
песк
слив
песк
слив
При работе на водно-грунтовой смеси повышение ее консистенции увеличивает и гидравлические сопротивления, следовательно, в этом случае изменится и баланс расходов Q - Q в сторону увеличения расхода через сливное отверстие. Потому всякое увеличение консистенции входного потока уменьшит расход через песковое отверстие Q и увеличит через сливное Q, смещая тем самым точку начала зарождения течения Россби к отверстию осевой песковой насадки и наоборот.
Местоположение начала зарождения (возвратного) течения Россби определяет величину граничного зерна сепарируемого продукта.
Больший объем возвратного течения Россби будет способствовать большему объему отбираемой твердой фазы в слив, то есть более густой продукт из пескового отверстия будет содержать меньшую долю мелкодисперсных примесей.
сл
песк
Обедненная водно-грунтовая смесь обусловит меньшие размеры течения Россби, следовательно, и меньший расход через сливное отверстие Q, и больший через песковое Q с засоряющими товарный продукт мелкими и пылеватыми фракциями.
Поэтому гидроциклон, параметры которого рассчитаны под определенную величину граничного зерна, при изменении концентрации питающего потока будет давать различное качество сепарации в товарном потоке, различный гранулометрический состав, что в значительной мере снизит качество технологического процесса сепарации, в результате чего в реальных условиях получается низкое качество разделения крупной и мелкой фракций.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышения качества сепарации по размеру фракций жидких сред.
Такой технический результат достигается тем, что гидроциклон содержит цилиндроконический корпус с тангенциальным питающим и сливным патрубками, осевую песковую насадку, причем осевая песковая насадка выполнена из отвода и наклонного трубопровода, соединенных между собой посредством сферического соединения, установленного в начале наклонного трубопровода, выходной конец которого соединен с пружиной, закрепленной на опоре, причем на выходном конце трубы установлена шаберная задвижка, заслонка которой через кинематически связанный рычаг соединена с опорой. Сферическое соединение между отводом гидроциклона и наклонным трубопроводом может быть выполнено в виде гибкого трубопровода, например, рукава.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображен гидроциклон.
Гидроциклон содержит цилиндроконический корпус 1, тангенциально питающий патрубок 2, осевой сливной патрубок 3 и песковую насадку, состоящую из отвода 4, шарового сферического соединения (например, шарового) 5 и наклонного трубопровода 6, выходной конец которого соединен с пружиной 7, закрепленной на опоре 8. На выходном конце трубы установлена шаберная задвижка 9, корпус которой соединен с наклонным трубопроводом 6, а заслонка 10 шаберной задвижки через кинематически (шарнирно) связанный рычаг 11 прикреплена неподвижно к опоре 8.
Сферическое соединение между отводом 5 и наклонным трубопроводом 6 может быть выполнено в виде гибкого трубопровода, например, рукава.
Предлагаемый гидроциклон работает следующим образом.
При заполнении наклонного трубопровода 6 высоко концентрированной пульпой повышается совокупный вес и через растяжение пружины 7, на котором подвешен выходной конец наклонного трубопровода 6, труба вместе с корпусом шаберной задвижки 9 опускается вниз на высоту Δh и позволяет увеличить проходное сечение выходной трубы за счет неподвижно установленной заслонки 10, прикрепленной рычагом 11 к неподвижной опоре 8.
В итоге песковая магистраль, образованная отводом, шарниром, наклоняемой подвижной трубой, соединенной с корпусом задвижки открывается на полное сечение.
При снижении концентрации пульпы в наклоняемой трубе ее совокупный вес уменьшается, труба вместе с корпусом задвижки пружиной поднимается на высоту Δh, а неподвижная заслонка 10 остается на месте, что вызовет перекрытие части контура отверстия трубы, при этом сократит расход через отверстие и предупредит попадание мелких фракций в жидкую среду песка.
Земснаряд с различной производительностью грунтового насоса соответствует своя величина растяжения пружины, своя степень перекрытия проходного сечения трубы.
Устройство позволяет существенно повысить качество разделения крупной и мелкой фракций жидких сред.