Вакуумный гидроциклон

Полезная модель относится к области очистки жидкостей, классификации дисперсных материалов, сгущения гидросмесей и др. и предназначена для очистки жидкостей находящихся в резервуарах при расположении насоса ниже уровня жидкости, а также может найти применение в реакторных отделениях АЭС, отсеках подводных и надводных судов при их аварийном затоплении, например, в результате разрыва паропровода.
Известен гидроциклон, состоящий из цилиндроконического корпуса, питающего патрубка подающего обрабатываемую жидкость по касательной к внутренней цилиндрической поверхности гидроциклона, сливного патрубка установленного коаксиально цилиндрической части, нижний конец которого заглублен относительно стыка цилиндрической и конической частей, а верхний конец соединен посредством трубопровода с емкостью для приема осветленной жидкости, вершина конической части оснащена насадкой для удаления шлама (БСЭ, том 6, третье издание, 1971 г., С. 510).
Основным недостатком аналога является необходимость использования дорогостоящих насосов специального исполнения, проточная часть которых защищена от воздействия абразивных включений, агрессивных жидкостей, нефтепродуктов и т.п.
Известна конструкция гидроциклона (А.А. Абдураманов. Режим работы гидроциклона на всасывающей линии центробежного насоса. Автореферат диссертации, Министерство энергетики и электрификации СССР, Казахский научно-исследовательский институт энергетики, Алма-Ата, 1971, С. 5-7), у которой сливной патрубок включен во всасывающую линию центробежного насоса и обрабатываемая жидкость поступает по питающему патрубку в корпус гидроциклона за счет вакуума создаваемого во всасывающей линии насоса. При этом в проточную часть насоса поступает жидкость, очищенная от инородных включений.
Существенным недостатком данной конструкции является ограничение вакуума во всасывающей линии величиной атмосферного давления приближенно равной 10 метрам водяного столба. Из-за чего скорость жидкости поступающей в цилиндрическую часть гидроциклона не может превышать теоретического предела  На практике вследствие гидравлических потерь скорость входа ниже теоретически возможной примерно на 30%, что снижает эффективность очистки жидкости от инородных включений. Кроме того, у данной конструкции возможен режим, при котором происходит разрыв сплошности жидкости и образование воздушного столба по оси гидроциклона, что снижает эффективность его работы.
Известно устройство для сбора нефтепродуктов с поверхности воды, включающее цилиндроконический вакуумный гидроциклон с питающим патрубком, сливным патрубком и патрубком тяжелой фазы жидкости, воронку и патрубок легкой фазы жидкости, при этом воронка соединена питающим патрубком с гидроциклоном, который может иметь несколько сливных патрубков и патрубков легкой фазы жидкости, причем все патрубки, кроме питающего, расположены коаксиально, сливной патрубок или сливные патрубки установлены с шагом в вершине конической части гидроциклона с внешним током жидкости, а патрубок или патрубки легкой фазы жидкости установлены с шагом в части гидроциклона с внутренним током жидкости, при этом сливные патрубки и патрубки легкой фазы жидкости могут иметь перфорированные насадки (Патент РФ №2205260, МПК Е02В 15/04, опубл. 27.05.2003 г.).
По числу сходных признаков и достигаемому результату данное техническое решение выбрано в качестве прототипа предлагаемого вакуумного гидроциклона.
В прототипе устранена возможность появления воздушного столба, благодаря тому, что сливной патрубок выполнен в форме одной или нескольких коаксиальных труб, ось которых совпадает с осью гидроциклона, концевые участи труб снабжены круглыми или щелевидными отверстиями, через которые легкие фракции жидкости засасываются внутрь сливного патрубка, тяжелые фракции за счет центробежной силы отжимаются на поверхность цилиндроконической части гидроциклона и смещаются по ней за пределы гидроциклона.
Главным недостатком прототипа является ограничение скорости потока на входе в цилиндрическую часть гидроциклона, которая определяется величиной напора на входе равного атмосферному давлению за вычетом превышения насоса над поверхностью воды и гидравлических потерь, которое снижает эффективность работы гидроциклона по очистке воды от инородных включений.
Технический результат, на достижение которого направлена предлагаемая полезная модель, состоит в повышении эффективности вакуумного гидроциклона при очистке жидкости заполняющей емкость.
Для достижения указанного технического результата в вакуумном гидроциклоне, содержащем цилиндроконический корпус с питающим патрубком, сливной патрубок, который выполнен в форме одной или нескольких труб с перфорированными насадками и установленный на оси гидроциклона, верхний торец сливного патрубка соединен с крышкой цилиндроконического корпуса, состоящего из цилиндрической и конической частей, нижний конец сливного патрубка пропущен сквозь отверстия в горизонтальных стенках емкости для сбора шлама и соединен трубопроводом, подключенным к центробежному насосу, емкость для сбора шлама состыкована с нижним концом конической части корпуса с помощью фланцевого соединения, внутренний диаметр которого превышает диаметр сливного патрубка, питающий патрубок выполнен в форме криволинейных направляющих пластин, пристыкованных к вертикальным прорезям в цилиндрической части корпуса, и размещенных между его крышкой и шайбой, закрепленной на нем, и имеющих общую касательную плоскость по линии контакта с поверхностью цилиндрической части корпуса.
Отличительными признаками предлагаемой конструкции от указанной выше известной, наиболее близкой к ней, являются: закрепление верхнего торца сливного патрубка на крышке цилиндроконического корпуса вакуумного гидроциклона, пропускание нижнего конца сливного патрубка сквозь отверстия в горизонтальных стенках емкости для сбора шлама и соединение с центробежным насосом, расположенным за пределами резервуара посредством трубопровода, совмещение нижнего конца конической части корпуса с помощью фланцевого соединения с верхней горизонтальной стенкой емкости для сбора шлама, внутренний диаметр фланцевого соединения превышает диаметр сливного патрубка, выполнение питающего патрубка в форме криволинейных направляющих пластин, пристыкованных к вертикальным прорезям в цилиндрической части корпуса, размещение криволинейных направляющих пластин между крышкой и шайбой, закрепленной на нем и имеющих общую касательную плоскость по линии контакта с поверхностью цилиндрической части корпуса.
Благодаря наличию этих признаков предлагаемый вакуумный гидроциклон позволяет повысить скорость жидкости внутри гидроциклона за счет повышения напора на входе равного превышению входного патрубка над центробежным насосом, снизить долю инородных включений, выпадающих в осадок на дно резервуара за счет равномерного распределения направляющих пластин и прорезей в цилиндрической части корпуса по периметру гидроциклона.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1, 2.
на фиг. 1 показан разрез вакуумного гидроциклона вертикальной плоскостью, проходящей через оси корпуса и сливного трубопровода;
на фиг. 2 - разрез цилиндрической части корпуса вакуумного гидроциклона горизонтальной плоскостью.
Вакуумный гидроциклон содержит цилиндроконический корпус, включающий цилиндрическую часть 1 с прорезями и коническую часть 2, питающий патрубок, включающий в себя крышку 3, шайбу 4 и направляющие пластины 5, сливной патрубок 6 с прорезанными в нем щелями (прорезями), фланцевое соединение 7, емкость 8 для сбора шлама, трубопровод 9, центробежный насос 10, резервуар 11, обрабатываемая жидкость 12.
Предлагаемый вакуумный гидроциклон работает следующим образом.
При аварийном заполнении резервуара 11 водой, например, реакторного отделения АЭС, в случае разрыва паропровода, требуется циркуляция воды для ее охлаждения и очистки от фрагментов теплоизоляции и другого мусора. При включении центробежного насоса 10 во всасывающей линии образуется разрежение вследствие чего обрабатываемая жидкость (вода) 12 через щели (прорези) в цилиндрической части 1 цилиндроконического корпуса по касательной попадает внутрь корпуса, вращаясь вокруг его оси. Центробежная сила отбрасывает инородные включения на поверхность конической части 2, которые под действием силы тяжести смещаются вниз и по кольцевому зазору между сливным патрубком 6 и фланцами 7 попадают в емкость 8 для сбора шлама. Осветленная вода через щели (прорези) в сливном патрубке 6 попадает внутрь последнего и по трубопроводу 9 центробежным насосом 10 удаляется за пределы резервуара 11.
Благодаря направляющим пластинам 5, плавно сопряженным с поверхностью цилиндрической части 2 цилиндроконического корпуса, струи воды попадают внутрь корпуса по касательной. И благодаря загнутым краям крышки 3 и шайбы 4 снижены гидравлические потери на входе в вакуумный гидроциклон.
На фиг. 2 представлен питающий патрубок, состоящий из шести направляющих пластин 5. Для иллюстрации показаны лини тока жидкости между смежными направляющими пластинами 5.