ГИДРОВИХРЕВОЙ СЕПАРАТОР Российский патент 1994 года по МПК F04D29/70 B04C1/00 

Изобретение относится к гидромашиностроению, в частности к конструкциям сепараторов, и может быть использовано для отделения твердых частиц при перекачивании жидких сред или отделения тяжелой фазы в двухфазных потоках, когда плотность тяжелых частиц превышает плотность перекачиваемой жидкости.

Известно устройство для сепарации жидкого потока, содержащее корпус с тангенциальным входным патрубком, камерами для сбора тяжелой и легкой компонент жидкой среды, между которыми установлена спиральная концентричная перегородка с верхней и нижней крышками, оканчивающаяся трубчатым элементом, поверхность которого выполнена перфорированной для сбора тяжелых частиц, при этом верхняя крышка выполнена с рядом отверстий, расположенных вдоль внутренней стенки спиральной перегородки, а нижняя крышка - с рядом отверстий, расположенных у наружной стенки спиральной перегородки.

Недостатком указанного сепаратора является необходимость использования спиральной концентрической перегородки, переходящей в трубчатый элемент, что в некоторой степени снижает эффективность сепаратора, так как на таких участках локально повышается гидравлическое сопротивление при движении жидкости, особенно при сепарации твердых включений.

Цель изобретения - повышение эффективности сепарации твердых включений за счет совершенствования конструкции сепаратора.

В заявляемом гидровихревом сепараторе усовершенствована форма спиралевидного канала путем образования спирального канала переменного радиуса с постоянно увеличивающейся кривизной относительно полюса сепаратора по ходу сепарируемой жидкости, т.е. образована форма единого канала в виде спирали Архимеда или логарифмической спирали.

Заявляемая конструкция гидровихревого сепаратора усовершенствована за счет использования перегородки, которая выполнена по спирали Архимеда или логарифмической спирали, а также за счет корпуса, который снабжен перфорированной перегородкой, расположенной эквидистантно спиральной перегородке с образованием полости, причем отверстия в торцевой стенке корпуса выполнены в зоне между двумя перегородками.

Кроме этого, конструкция сепаратора предусматривает подключение входного патрубка к источнику высокого давления сепарируемой жидкости, а выходного патрубка к источнику разрежения.

Поставленная цель достигается тем, что в сепараторе перегородка выполнена по спирали Аpхимеда или логарифмической спирали, при этом образуется спиральный канал переменного радиуса в направлении от периферийного входного патрубка до осевого выходного патрубка. Использование перфорированной перегородки, расположенной эквидистантно спиральной перегородке, позволяет образовать полость, в которой образуется застойная зона, что способствует концентрации и осаждению твердых частиц естественным путем и повышает эффективность отсоса. Эффективность сепарации повышается при подключении входного патрубка к источнику высокого давления сепарируемой жидкости, а выходного патрубка к источнику разрежения.

Сущность изобретения состоит в том, что на поток сепарируемой жидкости в пределах спирального канала осуществляется постоянно возрастающее действие гидродинамических сил, ускоряющее поток за счет плавного уменьшения площади поперечного сечения и повышающее степень закрутки потока с минимальными гидравлическими потерями вследствие постоянно увеличивающейся в радиальном направлении от периферии к полюсу сепаратора кривизны спирального канала, форма которого образована в виде спирали Архимеда или логарифмической спирали. Такая организация движения сепарируемого потока способствует повышению интенсивности закрутки жидкости с минимальными потерями энергии.

На фиг.1 изображен продольный разрез сепаратора; на фиг.2 и 3 - разрез А-А на фиг.1 (варианты формирования канала в виде логарифмической спирали и спирали Архимеда).

Гидровихревой сепаратор содержит цилиндрический корпус 1 с тангенциальным входным и осевым выходным патрубками 2 и 3, торцевой стенкой 4 с отверстиями 5, сообщенными с патрубком 6 отвода твердых включений и, спиральной перегородкой 7, образующей спиральный канал 8, форма которого выполнена в виде спирали Архимеда (фиг.3) или логарифмической спирали (фиг.2) и который подключен к входному 2 и выходному 3 патрубкам. Сепаратор может быть снабжен спиральной перфорированной перегородкой 9 с образованием посредством эквидистантно расположенной перегородки 7 полости 10, подключенной к патрубку 6 отвода твердых включений посредством отводящих отверстий 5. Входной патрубок 2 может быть подключен к источнику высокого давления сепарируемой жидкости, а выходной патрубок 3 - к источнику разрежения.

Гидровихревой сепаратор работает следующим образом.

В результате разрежения и подпора жидкая сепарируемая среда с твердыми включениями, входя в спиральный канал 8, разгоняется монотонно, получая ускорение. В результате такой организации потока в спиральном канале 8 под действием гидродинамических сил происходит перемещение твердых включений и концентрация их в слое жидкости, прилегающем к перфорированной спиральной перегородке 9. Вследствие того, что в полости 10 создается разрежение, например, за счет энергии внешнего источника (например, эжектора), твердые включения и часть жидкости проникают через отверстия перфорированной спиральной перегородки 9 в полость 10, а из нее через отверстия 5 в патрубок 6, откуда удаляются за счет энергии внешнего источника (например, эжектора) за пределы гидровихревого сепаратора. Количество витков спирального канала выбирается в зависимости от количества и состава твердых включений, т.е. чем меньше размеры твердых включений и больше их концентрация, тем больше количество витков необходимо совершить жидкой среде в радиальном и тангенциальном направлениях до получения полностью осветленной жидкости. На последнем витке своего движения осветленная жидкость в осевом направлении поступает в выходной патрубок 3. Продувка отверстий перфорированной перегородки 9 с целью ее очистки осуществляется высоконапорной жидкостью, направляемой через патрубок 6. Выбор формы канала 8, организованного по спирали Архимеда или логарифмической спирали, также зависит от количества и состава твердых включений. Так, при большей концентрации и меньших размерах твердых включений использование канала 8 в виде логарифмической спирали предпочтительней, так как ускорение потока в таком канале происходит с большей интенсивностью. Однако технически изготовление канала 8 по закону логарифмической спирали несколько сложнее, чем изготовление такого же канала, спроектированного по закону спирали Архимеда, поэтому оба варианта профилирования канала 8 жизнеспособны и их применение зависит от конкретных технических условий использования гидровихревого сепаратора.

Использование: при перекачивании жидкостей с твердыми включениями как в напорных, так и во всасывающих гидравлических системах, где требуется сепарация твердых включений. Сущность изобретения: сепаратор содержит цилиндрический корпус 1 с тангенциальным входным и осевым выходным патрубками 2, 3 и торцевой стенкой 4 с отверстиями 5. Отверстия 5 сообщены с патрубком 6 отвода твердых включений. Сепаратор содержит также спиральную перегородку (П). П размещена в корпусе 1 с образованием канала, который подключен к входному и выходному патрубкам 2, 3. П выполнена в виде спирали Архимеда или логарифмической спирали. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. ГИДРОВИХРЕВОЙ СЕПАРАТОР, содержащий цилиндрический корпус с тангенциальным входным и осевым выходным патрубками и торцевой стенкой с отверстиями, сообщенными с патрубком отвода тяжелых включений, и спиральную перегородку, размещенную в корпусе с образованием канала, подключенного к входному и выходному патрубкам, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности сепарации твердых включений за счет совершенствования конструкции сепаратора, перегородка выполнена по спирали Архимеда или логарифмической спирали. 2. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что корпус сепаратора снабжен перфорированной перегородкой, расположенной эквидистантно спиральной перегородке с образованием полости, причем отверстия в торцевой стенке стенке корпуса выполнены в зоне между двумя перегородками. 3. Сепаратор по п. 2, отличающийся тем, что входной патрубок подключен к источнику высокого давления сепарируемой жидкости. 4. Сепаратор по п. 3, отличающийся тем, что выходной патрубок подключен к источнику разрежения.