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 водооборотных системах, в теплотехническом оборудовании тепловых сетей. Устройство также может быть использовано для очистки пластовых вод, скважинной воды, а также разделение жидкой среды на фракции.
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 в 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 очистки от такого вида 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.
Недостатком известного устройства является недостаточная эффективность очистки жидкой среды от легких, по сравнению с основной жидкостью, фракций, так как поступающий в корпус поток уносит большую часть этих легких фракций.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является разработка конструкции, которая позволяет удалять из основного потока не только тяжелые фракции, но и отделять легкие фракции 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 корпус входной и выходной патрубки, расположенные на одной оси, и очистные патрубки, 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. Но, в отличие от известного устройства, в предлагаемом входной патрубок выполнен в виде сопла состоящего из конфузора, участка постоянного сечения и диффузора, над верхней крышкой корпуса установлена дополнительная камера, сообщающаяся с корпусом через отверстия в крышке, причем камера снабжена очистными патрубками.
Разогнанная соплом жидкость попадает в корпус, заполненный водой и резко снижает скорость за счет увеличения поперечного сечения, при которой содержащиеся в среде газы, легкие частицы, масляные и нефтяные включения поднимаются наверх, через отверстия в крышке поступают в дополнительную камеру, в которой уже нет влияния всасывающих сил потока, и удаляются из нее через очистные патрубки.
Совокупность признаков, сформулированных в пункте 2 формулы полезной модели, характеризует устройство для очистки жидких сред от примесей, в котором диаметр дополнительной камеры меньше диаметра корпуса.
Меньший диаметр верхней части корпуса дополнительно ослабляет захватывающую силу потока среды на частицы, скапливающиеся в дополнительной камере.
Совокупность признаков, изложенная в пункте 3 формулы полезной модели, характеризует устройство для очистки жидких сред от примесей, в котором длины прорезей, перекрытых водонаправляющими поверхностями, уменьшается последовательно в направлении от входного патрубка к выходному.
Уменьшающиеся длины прорезей, перекрытых водонаправляющими поверхностями, в направлении от входного патрубка к выходному обеспечивают выравнивание гидравлического давления по длине трубы, что повышает эффективность очистки грязевиком.
Совокупность признаков, изложенная в пункте 4 формулы полезной модели, характеризует устройство для очистки жидких сред от примесей, в котором днище выполнено плоским.
Такой вариант выполнения днища обеспечивает достаточно простой монтаж устройства.
Совокупность признаков, изложенная в пункте 5 формулы полезной модели, характеризует устройство для очистки жидких сред от примесей, в котором диаметр днища уменьшается в направлении к выходному патрубку.
Совокупность признаков, изложенная в пункте 6 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 удаление тяжелых примесей через дополнительные патрубки.
Совокупность признаков, изложенная в пункте 7 формулы полезной модели, характеризует устройство для очистки жидких сред от примесей, в котором образующая верхней части корпуса имеет форму дуги.
При такой форме крышка будет обеспечивать дополнительную прочность корпуса при его установке в потоках с высоким давлением.
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 простота 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 гидродинамического сопротивления, и, как следствие, уменьшение гидродинамического сопротивления всего устройства. При этом происходит выравнивание поля скоростей, увеличение ламинарности потока за счет улучшения гидравлической обтекаемости округлых поверхностей потоком и снижение турбулентности. Следствием является увеличение степени очистки.
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.
Совокупность признаков, изложенная в пункте 11 формулы полезной модели, характеризует устройство для очистки жидких сред от примесей, в котором на направляющих поверхностях установлены магниты.
Магниты позволяют улавливать металлические частицы, которые, при отсутствии магнитов, могли быть затянуты в прорези.
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 входной 2 и выходной 3 патрубки. На этой же оси в корпусе установлена труба 4, жестко соединенная с выходным патрубком 3. Со стороны входного патрубка 2 труба 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, выполнены продольные прорези 8. В рассматриваемом примере образующая днища 9 имеет форму дуги.
В днище 9, установлены патрубки 10 для удаления грязи. Длина продольных разрезов 8 в трубе 4 уменьшается в направлении от входного патрубка 2 к выходному 3, так как поток по мере протекания по грязевику теряет напор и для попадания в трубу 4 требуются уже меньшие отверстия по сравнению с расположенными выше. Верхняя часть 11 корпуса может иметь куполообразную форму, т.е. образующая имеет форму дуги. Она сформирована отдельной крышкой. Входной патрубок 2 заглублен во внутрь корпуса. Над корпусом установлена дополнительная камера 12, снабженная патрубками очистки 13, для вывода, например, газов, масел, нефтяных включений, всплывающих твердых частиц и т.д. Входной патрубок 2 проходит через дополнительную камеру и установлен в корпусе 1 с заглублением. Входной патрубок выполнен в виде сопла, состоящего из конфузора 14, участка 15 постоянного сечения и диффузора 16. Конфузор служит согласующим звеном между трубопроводом и участком 15 постоянного сечения, который предназначен для разгона жидкости, за счет того, что его диаметр в несколько раз меньше диаметра подводящего трубопровода, а диффузор 16 является согласующим звеном участка ускорения с водной средой,
Разогнанная соплом жидкость попадает в корпус, заполненный водой, и резко снижает скорость за счет увеличения поперечного сечения. Резкое снижение скорости и большой объем пространства корпуса между соплом и отбойной поверхностью 5, закрывающей вход в трубу приводит к быстрому выделению из поступающего потока газов, легко всплывающих механических частиц, нефтепродуктов, которые последовательно поднимаются в верхнюю часть корпуса и через отверстия в крышке 11 поступают в дополнительную камеру 12 и могут быть удалены через патрубки 13. При этом диффузор отделяет верхний слой жидкости с легкими фракциями от активно перемещающейся части воды и уменьшает паразитные вихри, которые могут захватить частицы легко всплывающих фракций.
Поток опускается на отбойную водообтекаемую поверхность 5 трубы 4 и плавно растекается по всему поперечному сечению корпуса 1. Поток обтекает первую водонаправляющую поверхность 5, и из-за разницы действия сил по разные стороны от нее совершает поворот на 180°, в результате чего тяжелые частицы загрязнений отделяются и оседают на дно днища, мелкие металлические частицы захватываются магнитами 17, а поток проходит в пространство между внутренней частью водонаправляющей поверхности 5 и трубой 4, попадает через прорези 7 в трубу 4, а затем в выходной патрубок 3. Частицы загрязнений выпадают в процессе поворота потока на 180° вокруг водонаправляющей поверхности под действием гравитационной и выталкивающей сил. Этой разности сил противодействует сила сопротивления среды, которая значительно уменьшается под водонаправляющими поверхностями 5 и 6 вследствие создания ламинарного режима течения прорезями 8 в трубе. Пространство между внутренней частью водонаправляющей поверхности 6 и трубой 4 обеспечивает ламинарный режим течения среды со скоростью 0,05 м/сек и менее. Такая скорость обеспечивает высокую степень очистки от загрязнения. Расход среды для второй и последующих конусообразных поверхностей существенно уменьшается и степень очистки среды от загрязнений повышается.
Таким образом, описание конструкции устройства и его работы доказывают возможность выделения из жидкой среды твердых, газообразных и других фракций, удельный вес которых меньше удельного веса обрабатываемой жидкой среды. За счет этого эффекта увеличивается эффективность очистки.