СТРУЙНЫЙ СЕПАРАТОР Российский патент 1996 года по МПК B01D45/04 

Изобpетение относится к сепарационным устройствам для текучей среды с твердыми включениями и может быть использовано в гидроприводе при очистке масла от механических примесей, а также в металлургической, горной, химической и других отраслях промышленности, например, для фильтрации газового потока.

Известно сепарационное устройство для дисперсной среды, включающее корпус с впускным каналом, сообщенным с соплом, выходная диффузорная часть которого выведена в трубу, сообщенную с резервуаром-накопителем для сбора отсепарированной фракции. Сопло размещено в перегородке между трубой и выпускной камерой и концентрически окружено конической расходящейся щелью, служащей для отвода отделяемой фракции в выпускную камеру. Резервуар и погруженная в него труба предварительно заполнены жидкой дисперсной средой, зеркало которой примыкает к выходу диффузорной части сопла. Разделение дисперсной среды на легкую и тяжелую фракции осуществляется при взаимодействии вытекающей из сопла струи с находящейся в резервуаре дисперсной средой [1]
Недостатком данного устройства является низкое качество сепарации, зависящее от многих, трудноосуществимых условий (определенное соотношение проходных сечений кольцевой конической щели и сопла, расстояния от среза сопла до зеpкала текучей среды, имеющейся в резервуаре и профиля торца стенки, отделяющей выпускную камеру от трубы). При определенных условиях (малая величина входного сечения кольцевой щели) процесса сепарации может вообще не быть.

Наиболее близким к изобретению является струйный сепаратор, содержащий цилиндрическую приемную камеру с впускным каналом, расположенную под приемной камерой выпускную камеру с выпускным каналом для очищенной текучей среды, сопло, установленное между приемной и выпускной камерами, выходной частью сообщенное с выпускной камерой, накопитель тяжелой фракции, размещенный под выпускной камерой и снабженный трубой для отвода сгущенной текучей среды, установленной напротив выхода сопла соосно ему [2]
Недостаткам такого устройства является (как и в предыдущем случае) недостаточная степень очистки текучей среды от твердых включений, что обусловлено неполным использованием всех возможностей инерционных сил при прохождении текучей среды через сопло. Кроме того, накопитель, в котором происходит вторая ступень сепарации, имеет сложную конструкцию.

Цель изобретения улучшение степени сепарации.

Цель достигается тем, что в струйном сепараторе, содержащем приемную камеру с впускным каналом, расположенную под приемной камерой, выпускную камеру с выпускным каналом для очищенной текучей среды, сопло, установленное между приемной и выпускной камерами и сообщенное входной частью с приемной, а выходной с выпускной камерами, накопитель тяжелой фракции, размещенный под выпускной камерой и снабженный трубой для отвода сгущенной текучей среды, установленный напротив сопла, соосно ему, сопло своей входной частью размещено внутри приемной камеры и выступает над основанием приемной камеры, а сепаратор снабжен направляющим элементом, установленным в приемной камере и выполненным в виде концентрично окружающего сопло перевернутого стакана, между дном которого и верхним срезом сопла образован торцевой зазор, а между внутренней цилиндрической поверхностью стакана и боковой поверхностью сопла кольцевой радиальный зазор, причем нижней частью стакан примыкает к основанию приемной камеры с образованием радиального прохода из полости между внутренней стенкой приемной камеры и боковой поверхностью стакана в упомянутый кольцевой радиальный зазор.

Кроме того, радиальный проход выполнен в виде отверстий, равномерно расположенных по периметру нижней части стакана.

Кроме того, радиальный проход образован кольцевой торцевой щелью между основанием и нижним торцем стакана.

Кроме того, выходная часть сопла выполнена диффузорной.

Цель достигается тем, что труба для отвода сгущенной среды размещена в центре выпускной камеры, нижняя часть которой сообщена с верхней частью накопителя соединительными каналами и снабжена отражательным диском, прикрепленным к трубе над соединительными каналами.

Цель достигается также и тем, что в верхней части накопителя установлен конический, расширяющийся вниз раструб с соосно размещенным в нем коническим обтекателем, образующими расходящийся кольцевой канал, причем при выходе из накопителя раструб переходит в трубу для отвода сгущенной текучей среды. Такое выполнение струйного сепаратора, позволяющее за счет введения направляющего элемента полноценно использовать свойства самой струи, обеспечит значительное снижение потерь энергии при очистке и улучшит степень сепарации. Степень очистки повышается также благодаря введению дополнительной сепарационной ступени в виде соединительных каналов между верхней частью накопителя и нижней частью выпускной камеры.

Предлагаемый сепаратор можно использовать в гидросистемах различного назначения, в частности во всасывающей линии насоса, что является оптимальным с точки зрения надежности системы.

На чертеже изображен струйный сепаратор.

Сепаратор содержит цилиндрический корпус 1 с цилиндрической приемной камерой 2, имеющей впускной канал 3, и выпускной камерой 4, расположенной под приемной камерой 2 и снабженной боковым выпускным каналом 5 для очищенной текущей среды. Между приемной камерой 2 и выпускной камерой 4 установлено сопло 6, выступающее своей входной частью 7 над основанием 8 внутрь приемной камеры 2. Выходная часть 9 сопла сообщена с выпускной камерой 4. Сепаратор снабжен направляющим элементом, выполненным в виде перевернутого стакана 10, установленного в приемной камере 2 и концентрично окружающего сопло 6. Между дном 11 стакана и верхним срезом 12 сопла образован торцевой зазор 13, а между внутренней цилиндрической поверхностью стакана 10 и боковой поверхностью сопла кольцевой радиальный зазор 14. Своей нижней частью стакан 10 примыкает к основанию 8 приемной камеры 2 с образованием радиального прохода 15, сообщающего кольцевую полость 16 между внутренней стенкой приемной камеры и наружной поверхностью стакана с кольцевым радиальным зазором 14. Радиальный проход 15 может быть образован рядом отверстий, равномерно расположенных по периметру нижней части стакана, или кольцевой торцовой щелью между основанием 8 и нижним торцем стакана 10.

Сепаратор снабжен накопителем 17 для тяжелой фракции, расположенным под выпускной камерой 4 и отделенный от нее перегородкой 18. Накопитель 17 снабжен трубой 19 для отвода сгущенной текучей среды, проходящей через перегородку 18 внутрь впускной камеры 4. Труба 19 размещена в центре выпускной камеры 4, ориентирована напротив сопла 6 соосно ему. Накопитель 17 представляет прикрепленный к корпусу 1 отстойный резервуар, сообщенный в верхней части с нижней частью выпускной камеры 4 посредством соединительных каналов 20, выполненных в виде окон в перегородке 18. В нижней части выпускной камеры 4 установлен отражательный диск 21, прикрепленный к трубе 19 и размещенный над соединительными каналами 20.

В верхней части накопителя 17 установлен конический расширяющийся вниз раструб 22 с соосно размещенным в нем и жестко с ним связанным коническим обтекателем 23, образующими периферийный расходящийся кольцевой канал 24. При выходе из накопителя 17 раструб 22 переходит в трубу 19. Накопитель 17 снабжен пробкой (не показана), размещенной в его дне и предназначенной для обеспечения выгрузки осадка. Отстойный резервуар накопителя 17 выполнен цилиндрическим и прикреплен к корпусу 1.

Сепаратор работает следующим образом.

Текучая среда с твердыми частицами поступает по впускному каналу 3 в приемную камеру 2. Из кольцевой полости 16 поток, проходя через радиальный проход 15 в виде отверстий, поступает в кольцевой радиальный зазор 14, а затем в торцевой зазор 15, последовательно поворачивая на 90^о. При прохождении текучей среды по радиальному и торцовому зазорам 13, 14 твердые частицы, находящиеся в потоке, пытаясь сохранить первоначальное направление движения, прижимаются к внутренним поверхностям стакана 10 цилиндрической и торцевой. При входе потока текучей среды в сопло 6 твердые частицы перемещаются по внутренней поверхности дна 11 стакана 10 от периферии к центру и концентрируются в центре по оси сопла. Легкая фракция при повороте потока в сопло 6 группируется по его периферии. Скоплению твердой фракции в центре способствует также то, что в центре в области оси образуется зона высокоскоростной струи и низкого давления, способствующая концентрации в ней тяжелой фракции. Таким образом, уже в пределах сопла 6 имеет место разделение потока на зоны с тяжелой и легкой фракцией. В дальнейшем при поступлении потока в диффузорную выходную часть сопла происходит последующее перераспределение скорости твердых частиц и несущей текучей среды. В результате твердые частицы вместе с высокоскоростной струей пролетают в трубу 19, откуда они поступают в накопитель 17, представляющий гравитационный отстойный резервуар. Освободившийся от твердых частиц поток удаляется через отводной боковой канал 5. Сгущенная текучая среда, поступившая в трубу 19, через успокоитель в виде конического раструба 22 с обтекателем 23, исключающим размыв потока, при поступлении в накопитель 17 подвергается дополнительному разделению. Твердая тяжелая фракция оседает на дне накопителя 17, а очищенная среда через соединительные каналы 20 в виде окон в перегородке 18 поступает в выпускную камеру 4, откуда, огибая отражательный диск 21, направляется в выпускной боковой канал 5. Такая двухступенчатая сепарация увеличивает качество очистки.

Предлагаемый струйный сепаратор не содержит подвижных механических частей, сложных деталей и узлов, имеет высокую пропускную способность при небольших габаритах и массе.

Использование: в гидроприводах при очистке масла от механических примесей, а также в металлургической, горной, химической и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: сепаратор содержит цилиндрическую приемную камеру с впускным каналом, выпускную камеру с выпускным каналом для очищенной текучей среды, расположенную под приемной камерой, и накопитель тяжелой фракции. Между приемной и выпускной камерами установлено сопло, размещенное своей входной частью внутри приемной камеры и выступающее над основанием. Накопитель тяжелой фракции размещен под выпускной камерой и снабжен трубой для отвода сгущенной текучей среды. Труба установлена напротив сопла, соосно ему. Сепаратор снабжен установленным в приемной камере направляющим элементом в виде перевернутого стакана, концентрично окружающего сопло. Между дном стакана и верхним срезом сопла образован торцовый зазор, а между внутренней цилиндрической поверхностью стакана и боковой поверхностью сопла - кольцевой радиальный зазор. Стакан своей нижней частью примыкает к основанию приемной камеры с образованием радиального прохода в упомянутый кольцевой радиальный зазор из полости между внутренней стенкой приемной камеры и наружной боковой поверхностью стакана. Такое выполнение позволяет за счет введения направляющего элемента полноценно использовать свойства самой струи, обеспечить снижение потерь энергии при очистке и улучшить степень сепарации. 5 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. Струйный сепаратор, содержащий приемную камеру с впускным каналом, расположенную под приемной камерой выпускную камеру с выпускным каналом для очищенной текущей среды, сопло, установленное между приемной и выпускной камерами и сообщенное входной частью с приемной камерой, а выходной с впускной, накопитель тяжелой фракции, размещенный под выпускной камерой и снабженный трубой для отвода сгущенной текучей среды, установленной напротив сопла соосно с ним, отличающийся тем, что сопло своей входной частью размещено внутри приемной камеры и выступает над основанием приемной камеры, сепаратор снабжен направляющим элементом, установленным в приемной камере и выполненным в виде концентрично окружающего сопло перевернутого стакана, между дном и внутренней цилиндрической поверхностью которого и верхним срезом и боковой поверхностью сопла образованы кольцевые торцевой и радиальный зазоры, сообщенные с полостью между внутренней стенкой приемной камеры и наружной поверхностью стакана. 2. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что стакан закреплен на основании приемной камеры и выполнен с радиальными отверстиями, равномерно расположенными по периметру его нижней части. 3. Сепаратор по п. 1, отличающийся тем, что между основанием приемной камеры и нижним торцом стакана образована торцевая щель. 4. Сепаратор по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что выходная часть сопла выполнена диффузорной. 5. Сепаратор по п.1 или 4, отличающийся тем, что труба для отвода сгущенной текучей среды размещена в центре выпускной камеры, нижняя часть которой сообщена с верхней частью накопителя соединительными каналами и снабжена отражательным диском, прикрепленным к трубе над соединительными каналами. 6. Сепаратор по п.1 или 5, отличающийся тем, что к верхней части накопителя под соединительными каналами установлен конический расширяющийся вниз раструб с соосно размещенным в нем и жестко связанным коническим обтекателем, образующими кольцевой расходящийся канал, причем при выходе из накопителя раструб переходит в трубу.