СПОСОБ СГУЩЕНИЯ НАНОСОВ Российский патент 1995 года по МПК B04C3/06 

Изобретение относится к способам отделения твердой фазы от жидкости и может быть использовано в процессах горнодобывающей промышленности, обогатительной и химической промышленности, в транспортном и гидротехническом строительстве, в других отраслях народного хозяйства, связанных с гидромеханическим способом производства работ.

Известны способы отделения твердой фазы от жидкости, заключающиеся в увеличении скорости двухфазного потока путем ввода в него водяного пара или сжатого воздуха [1,2].

Недостатком этих способов является необходимость ввода и гидроциклон дополнительного рабочего тела в виде пара или воздуха.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату можно считать способ улавливания осадка на всасывающей трубе насоса, заключающий в том, что, подавая воду в гидроциклон через его входной патрубок и откачивая осветленную жидкость из сливной трубы, сепарируют твердые частицы и удаляют их из циклона высоконапорной струей воды [3].

Однако этот способ обладает существенным недостатком, так как не является саморегулируемым и не позволяет получить сгущенный продукт, поскольку последний на выходе из циклона разжижается высоконапорной струей воды.

Целью изобретения является получение саморегулируемого и импульсного процесса сгущения наносов и недопущения их в насос.

Цель достигается тем, что при данном способе сгущения наносов, в отличие от прототипа, откачивают воду через сливной патрубок заполненного ею гидроциклона, что создает в этом патрубке и прилегающей к нему области зону разрежения глубиной 10-50 кПа, (соответствующей зоне абсолютного давления величиной 90-50 кПа), затем, продолжая откачку воды из сливного патрубка, через входной патрубок гидроциклона подают разделяемую жидкость под давлением, определяемым по формуле
P_вх= P_оп+ ρgh_п+ ρg Σ ζ , где Р_вх - абсолютное давление жидкости во входном патрубке гидроциклона, кПа;
Р_оп - давление (разрежение) в песковом патрубке гидроциклона в момент начала процесса сгущения, кПа;
ρ- плотность скапливающегося в устье гидроциклона осадка, кг/м³;
g - ускорение свободного падения, м/с²;
h_п - высота скапливающегося осадка, м;
Σζ- сумма коэффициентов сопротивления движению жидкости в гидроциклоне от входного до пескового патрубка;
V_вх - скорость движения жидкости во входном патрубке, м/с.

Это давление изменяется в пределах 100-200 кПа, в результате чего получают в гидроциклоне гидравлический режим, характеризующийся совокупностью напорного и вакуумного режимов, неоднократно циклично самопереходящих один в другой на протяжении всего процесса сгущения.

Откачивание воды в начальный момент работы гидроциклона из его сливного патрубка, обеспечивающее возникновение в патрубке и прилегающей к нему области разрежения глубиной 10-50 кПа, приводит к тому, что скорость истечения пульпы из пескового патрубка уменьшается и даже в некоторые моменты становится равной нулю, вследствие чего твердые частицы, собираясь в устье гидроциклона, накапливаются в нем и постепенно уменьшают объем зоны разрежения.

Подача разделяемой жидкости через входной патрубок под давлением, определяемым по приведенной формуле и изменяющимся в пределах 100-200 кПа, в начальный момент работы гидроциклона вызывает в нем незначительное давление, но по мере того, как в устье гидроциклона происходит накопление твердых частиц и уменьшается свободный от них объем, давление, оказываемое поступающей под напором разделяемой жидкостью, растет, и в момент, когда высота слоя осадка достигает h_п и сила давления становится больше силы, удерживающей осевший в устье осадок, происходит выдавливание последнего за пределы гидроциклона.

После выдавливания сгущенного осадка в гидроциклоне опять возникает зона разрежения и процесс повторяется снова.

На фиг.1-3 показаны различные варианты компановки устройств для осуществления способа; на фиг.4-6 - непосредственно процесс сгущения и саморегулирования.

Более предпочтительными вариантами являются комбинации, изображенные на фиг.1 и 2 и представляющие собой сочетание напорного водоисточника 1 в виде насоса или какой-либо емкости, напорно-вакуумного гидроциклона, имеющего в своем составе тангенциальной входной патрубок 2, камеру 3 с устьем 4, осевые песковой 5 и сливной 6 патрубки, и насоса 7, подающего по нагнетательному трубопроводу 8 осветленную воду потребителю.

Предложенный способ можно осуществить и по схеме, изображенной на фиг. 3, где источником гидравлического разрежения в напорно-вакуумном гидроциклоне служит вакуум-гидроциклон, содержащий камеру 9 с устьем 10, входной 11 и сливной 12 патрубки, а напор создается гидроэлеватором 13.

Процесс сгущения наносов происходит следующим образом.

Из водоисточника 1 (фиг.1, 2) через входной патрубок 2 жидкость подают в гидроциклонную камеру 3, где она вследствие тангенциальности патрубка получает вращательно-винтовое движение. Под действием центробежных сил твердые частицы, содержащиеся в гидросмеси, перемещаются к стенкам гидроциклона и движутся к песковому патрубку 5. Далее при помощи насоса 7 откачивают воду из сливного патрубка 6 и создают в нем, а также в прилегающей к нему области (фиг.4-6) зону разрежения глубиной 10-50 кПа, соответствующего 90-50 кПа абсолютного давления, в результате чего под действием атмосферного давления скорость истечения пульпы через песковой патрубок 5 уменьшается, а при определенных условиях [4] даже становится равной нулю.

В подобных условиях твердые частицы, собираясь в устье 4 гидроциклона, накапливаются в нем и перекрывают песковое отверстие (фиг.5). Образование и последующее увеличение слоя осадка, более плотного, чем разделяемая гидросмесь, уменьшает зону разрежения и способствует переходу гидравлического режима в гидроциклоне к напорному.

Благодаря этому давление на отлагающийся осадок, оказываемое подаваемой под напором 100-200 кПа жидкостью, непрерывно растет и в тот момент, когда высота слоя осадка достигает h_п, а сила давления, увеличенная за счет веса самого осадка, становится больше силы, удерживающей его в устье гидроциклона, происходит выдавливание осадка через песковой патрубок гидроциклона за пределы последнего (фиг.6).

После выдавливания сгущенного осадка в гидроциклоне опять восстанавливается зона разрежения, и процесс повторяется снова.

Процесс сгущения, осуществляемый по схеме, изображенной на фиг.3, происходит следующим образом.

Разделяемая двухкомпонентная жидкость через входной патрубок 11 попадает в камеру 9 вакуум-гидроциклона и вследствие тангенциальности патрубка приобретает вращательно-винтовое движение. Очищенная жидкость через сливной патрубок 12 подается в насос 14 и направляется потребителю. Отделенная от сепарируемой жидкости пульпа собирается в устье 10 гидроциклона и промывным расходом гидроэлеватора 13 под напором подается в камеру 3 напорно-вакуумного гидроциклона, где происходит дальнейшее сгущение пульпы по вышеописанной схеме (фиг.1,2).

Изобретение предназначено для получения саморегулируемого импульсного процесса сгущения наносов и недопущения их в насос с целью применения его в производственных процессах горнодобывающей, обогатительной и химической промышленности, а также использования конечного продукта сгущения в транспортном, гидротехническом строительстве, в других родственных отраслях народного хозяйства, связанных с гидромеханическим способом производства работ.

Оно может быть осуществлено без особых затрат на реализацию, так как в качестве основных элементов для устройства, реализующего предлагаемый способ, используются стандартные насос и гидроциклон, а изготовление вспомогательной арматуры для его монтажа и установки не предоставляет трудностей.

Вследствие достигаемого эффекта саморегулирования процесса сгущения предлагаемый способ позволит полностью отказаться от автоматических, электрических, механических и т.п. систем управления, получить конечный продукт большей степени сгущения, а также увеличить срок службы насоса за счет лучшей очистки перекачиваемой жидкости.

Использование: в отраслях народного хозяйства, связанных с гидромеханическим способом производства работ. Сущность: во входной патрубок гидроциклона, установленный на всасывающей линии насоса, подают двухфазную жидкость под давлением, изменяющимся в пределах 100-200 кПа, а в сливном патрубке и прилегающей к нему области создают зону разрежения глубиной 10-50 кПа. При этом давление, под которым осуществляют подачу двухфазной жидкости, определяют по формуле, приведенной в описании изобретения. 6 ил.

СПОСОБ СГУЩЕНИЯ НАНОСОВ в гидроциклоне, установленном на всасывающей линии насоса, заключающийся в подаче двухфазной жидкости через входной патрубок гидроциклона под давлением и откачке жидкости из сливного патрубка гидроциклона, создавая в этом патрубке и прилегающей к нему области зону разрежения, отличающийся тем, что создают разрежение глубиной 10 - 50 кПа, соответствующее 90 - 50 кПа абсолютного давления, затем при продолжающейся откачке воды из сливного патрубка разделяемую двухфазную жидкость подают под давлением, изменяющимся в пределах 100 - 200 кПа и определяемым по формуле

где P_вх - абсолютное давление жидкости во входном патрубке гидроциклона, кПа;
P_оп - давление в песковом патрубке гидроциклона в момент начала процесса сгущения, кПа;
ρ - плотность скапливающегося в устье гидроциклона осадка, кг/м³;
g - ускорение свободного падения, м/с²;
h_п - высота скапливающегося осадка, м;
Σζ - сумма коэффициентов сопротивления движению жидкости в гидроциклоне от входного до пескового патрубка;
v_вх - скорость движения во входном патрубке, м/с.