ПОГРУЖНАЯ ТРУБА ДЛЯ УСТРОЙСТВ, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫХ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ СИЛ СМЕСЕЙ ВЕЩЕСТВ Российский патент 1997 года по МПК B04C5/02 

Изобретение относится к погружной трубе для устройств, предназначенных для разделения под действием центробежных сил смесей веществ, состоящих по меньшей мере из одной жидкой или газообразной среды и по меньшей мере одного жидкого или твердого вещества, имеющего больший по сравнению со средой удельный вес. Через эту трубу по меньшей мере частично освобожденная от вещества среда отводится из устройства. На конце погружной трубы предусмотрено направляющее приспособление, причем направляющее приспособление содержит по меньшей мере один изогнутый направляющий щиток и расстояние направляющего щитка от продольной оси погруженной трубы в окружном направлении все более уменьшается.

Из патента [1] известно направляющее приспособление на погружных трубах, содержащее направляющие щитки, которые изогнуты исключительно вокруг оси, параллельной оси погружной трубы. Благодаря этому создается исключительно радиальное ускорение, которое несколько не способствует переходу среды в погружную трубу.

Устройство для разделения смесей, состоящих по меньшей мере из одного вещества и среды, известны, например, из патента [2]
В этих известных устройствах для выхода среды, освобожденной по меньшей мере частично предпочтительно полностью от отделяемого вещества (веществ), предусмотрены погружные трубы, заходящие в разделительную камеру.

Из патента [2] известно также размещение между погружными трубами направляющих приспособлений в форме направляющих щитков, проходящих в направлении потока изнутри наружу и вызывающих изменение направления потока среды при переходе из пространства, в котором смесь веществ приводится во вращательное движение, в пространство, в котором происходит собственно разделение.

Задачей настоящего изобретения является дальнейшее усовершенствование известных погружений труб таким образом, чтобы был улучшен переход среды из разделительной камеры в погружную трубу или трубы при двух соосных друг к другу противолежащих и отводящих среду в противоположном направлении погружных трубах. В частности, исполнение погружных труб, согласно изобретению, подходит для разделительных устройств в соответствии с патентом [2]
Согласно изобретению, эта задача в случае погружения трубы описанного выше рода решается тем, что радиусы направляющего щитка, лежащие по отношению к оси в нормальных плоскостях, увеличивается в осевом направлении от свободного, противоположного погружения трубе края направляющего щитка в сторону устья погружной трубы.

Благодаря тому, что приведенная во вращательное движение среда в зоне устья погружной трубы получает за счет направляющего приспособления, согласно изобретению, не только радиальное, но также и аксиальное ускорение, то есть ускорение в направлении истекания среды, происходит благоприятный с гидротехнической точки зрения и при незначительной потере энергии переход среды из разделительной камеры в погружную трубу или погружные трубы, если предусмотрены две погружные трубы.

Благодаря тому, что направляющее приспособление придает среде в пространстве, расположенном вне устья погружной трубы, и внутри боковой поверхности погружной трубы одновременно радиально направленное вовнутрь и аксиальное ускорение, происходит улучшение перехода среды в погружную трубу или погружные трубы.

Поскольку направляющее приспособление, согласно изобретению, состоит по меньшей мере из одного изогнутого направляющего щитка, имеющего наклон под острым углом к оси погружной трубы, то за счет стремления среды вращаться с постоянным радиусом вращения, среда благодаря особой форме направляющих щитков выполненного направляющего приспособления вынуждена поступать в погружную трубу и при этом происходит усиление получаемого истекающей средой со стороны направляющего приспособления на погружной трубе сдвига (ускорения).

Форма выполнения погружной трубы, согласно изобретению, отличается тем, что направляющее приспособление содержит по меньшей мере один выполненный в виде частичного конуса, в частности в виде частичного конуса изогнутый направляющий щиток, ось кривизны которого проходит предпочтительно параллельно оси погружной трубы и смещена по отношению к ней, причем наибольший радиус кривизны больше, чем радиус погружной трубы, а наименьший радиус кривизны меньше, чем радиус погружения трубы.

В случае практического осуществления этой формы исполнения можно предусмотреть, согласно изобретению, чтобы направляющий щиток имел форму боковой поверхности частичного конуса или при нескольких направляющих щитках форму боковой поверхности частично усеченного конуса, край которого на конце с большим радиусом примыкает к погружной трубе. Данная форма исполнения изобретения имеет то преимущество, что такой направляющий щиток можно развертывать.

Конструктивно простая форма исполнения погружной трубы с ее направляющим приспособлением состоит, согласно другому предложению изобретения, в том, что край направляющего щитка соединен с краем погружной трубы.

Благоприятное влияние на поток среды из разделительной камеры в погружную трубу или погружные трубы под воздействием направляющего щитка, который одновременно отслаивает слои из вращающейся среды и направляет их в погружную трубу или погружные трубы, может быть еще больше усилено, если предусмотреть, согласно изобретению, два или более идентично выполненных направляющих щитка, оси кривизны которых проходят предпочтительно параллельно друг другу и по отношению к оси погружной трубы.

Кроме того, погружная труба может отличаться также и тем, что направляющее приспособление содержит по меньшей мере один направляющий щиток, который пролегает вокруг оси примерно на 360^o, а при направляющем приспособлении с более чем одним направляющим щитком, каждый щиток пролегает вокруг оси на соответствующую числу щитков долю от 360^o.

При всех формах исполнения предмета изобретения (также и в случае более чем двух идентично выполненных направляющих щитков) оправдано в рамках изобретения симметричное взаиморасположение направляющих щитков относительно оси погружной трубы.

При всех формах исполнения с более чем одним направляющим щитком можно предусмотреть, в соответствии с предметом изобретения, чтобы оси кривизны направляющих щитков имели равное расстояние от оси погружной трубы и были диаметрально противоположны по отношению друг к другу относительно оси погружной трубы или расположены с зазором друг против друга. При такой форме исполнения обеспечивается пространственно благоприятное расположение и особо выгодное действие направляющего приспособления, когда края направляющих щитков, проходящие приблизительно в направлении оси погружной трубы, выполнены предпочтительно прямыми, а при двух направляющих щитках лежат в плоскости, в которой находятся также и оси погружной трубы или при более чем двух направляющих щитках в цилиндрической боковой поверхности, которая концентрична оси погружной трубы.

В рамках изобретения можно предусмотреть далее, чтобы отверстия в направлении вращения среды, ограниченные в основном параллельными по оси краями направляющих щитков или кромок погружной трубы, были открыты. В качестве альтернативы можно предусмотреть также, чтобы отверстия, ограниченные в основном параллельными по оси краями направляющих щитков или кромок погружной трубы, были открытыми против направления вращения среды.

Как уже упоминалось выше, предмет изобретения можно с особым преимуществом применять не только исключительно в устройствах, которые известны из патента [2]
Поэтому изобретение распространяется также на устройство для отделения по меньшей мере одного вещества из жидкой или газообразной среды под действием центробежных сил, которое имеет отличающийся от среды удельный вес или массу, в частности, для отделения веществ с большим удельным весом из потока жидкости или газа. Устройство содержит корпус, приспособления для создания вращательного движения смеси, состоящей из вещества и среды, в кольцеобразном или спиралеобразном пространстве, разделительную камеру, в которой предусмотрены выходные отверстия как для среды, освобожденной по меньшей мере частично от вещества среды, так и для отделенного от среды вещества, причем выходное отверстие для очищенной среды образовано по меньшей мере одной заходящей в разделительную камеру погружной трубой.

На фиг. 1 изображен расположенный в разделительной камере конец погружной трубы с направляющим приспособлением, вид спереди; на фиг. 2 разрез по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 показанная на фиг. 1 и 2 погружная труба с направляющим приспособлением в аксонометрической проекции; на фиг. 4 заготовка для направляющего щитка направляющего приспособления; на фиг. 5 развертка снабженного направляющим приспособлением конца погружной трубы, расположенного в разделительной камере; на фиг. 6 исполнение с тремя направляющими щитками; на фиг. 7 измененная форма выполнения направляющего приспособления в наглядном изображении; на фиг. 8 направляющее приспособление, согласно фиг. 7, при виде в плане.

Погружная труба 1 не изображенного далее разделительного устройства, которое может быть, например, предпочтительно одной из конструкций, известных из патента [2] несет на своем конце направляющее приспособление 2, содержащее преимущественно от одного до трех идентично выполненных направляющих щитка. Направляющие щитки 3 в рассматриваемом примере выполнения изобретения изогнуты в виде боковой поверхности усеченного конуса, при этом ее оси кривизны 4 направлены параллельно оси 5 погружной трубы 1.

Как можно видеть на фиг. 1 и 2, оси кривизны 4 направляющих щитков 3 расположены на расстоянии от оси 5 погружной трубы 1. При этом расположение осей таково, что обе оси кривизны 4 направляющих щитков 3 имеют равное расстояние "а" от оси 5 погружной труды 1.

Направляющие щитки 3 имеют на своих свободных краях 6 радиус кривизны "r" и на своем конце с большим радиусом кривизны R соединены с краем 7 входящего в разделительную камеру конца погружной трубы 1. В переходной зоне между погружной трубой 1 и обоими направляющими щитками 3 образуется, благодаря этому, изогнутая в двух направлениях, имеющая в плане (соответственно изобретению разреза на фиг. 2) форму полукруга кромка 7, которая образована краями направляющих щитков 3 и краем погружной трубы 1. Эта кромка 7 приблизительно указывает направление потоку среды в зоне обоих направляющих щитков 3 перед тем, как он поступает в погружную трубу 1.

Из разреза, показанного на фиг. 2, можно видеть, кроме того, что проходящие приблизительно в направлении осей кривизны 4 прямые края 8 и каждого направляющего щитка 3 лежат в плоскости 10, в которой расположены также и обе оси кривизны 4 направляющих щитков 3 и ось 5 погружной трубы 1.

Благодаря описанному расположению и выполнению обоих направляющих щитков 3 происходит их возрастающее сближение в направлении вращения среды (см. стрелку 11 на фиг. 2) с осью 5 погружной трубы 1, причем образующие боковой поверхности частично усеченного корпуса направляющих щитков 3 наклонены к оси 5 погружной трубы 1 под острым углом.

Благодаря вышеописанному виду выполнения направляющих щитков 3 направляющего приспособления 2 дополнительно к перпендикулярному оси 5 устью 13 (фиг. 3) образуются две впускные щели 12, которые соответственно ограничены на конце погружной трубы 1 смежными краями 8 и 9 обоих направляющих щитков 3 и кромкой 14, проходящей параллельно оси 5 погружной трубы 1. На свободном конце направляющего приспособления 2 эти впускные щели 12 переходят в отверстие (устье) 13.

На фиг. 4 можно видеть один из направляющих щитков 3 направляющего приспособления 3 в развернутом плоском виде, то есть заготовку.

На фиг. 5 показана развертка конца погружной трубы 1, на котором находится направляющее приспособление 2 из двух направляющих щитков 3, соединенное с кромкой края 16. При этом следует учитывать, что часть кромки 15 образует кромку 14, которая ограничивает щель 12. Остальная часть кромки 15 граничит с лежащей на другом конце развертки кромкой 17, когда погружная труба 1 закрыта.

В случае вышеописанной формы выполнения направляющего приспособления 2 с двумя направляющими щитками 3 каждый направляющий щиток 3 воздействует через половину оборота среды или через половину объема разделительной камеры на среду. Если предусматривается применение более двух направляющих щитков 3, то каждый из них оказывает воздействие на среду через долю (например, треть, четверть и т.д.) оборота среды, соответствующую числу направляющих щитков.

Направляющее приспособление 2, имеющее, согласно изобретению, как правило, два, а при определенных конструкциях также и три (фиг. 6) или четыре направляющих щитка 3, можно рассматривать как "винтовой диффузор".

Различие между направляющим приспособлением 2, согласно изобретению, и направляющими приспособлениями, известными из уровня техники, заключается также и в том, что последние действуют в плоскости, определенной концом погружной трубы, или в плоскости, определенной боковой поверхностью погружной трубы. Что касается направляющего приспособления, согласно изобретению, напротив, оно действует в пространстве между обеими названными поверхностями (плоскостью устья и воображаемым продолжением боковой поверхности погружной трубы).

Благодаря выполнению, согласно изобретению, направляющего приспособления на конце погружной трубы 1 со стороны ее устья, окружная скорость или вращательное движение среды тотчас после ее входа в зону направляющих щитков 3 превращается в осевое движение. В результате этого, а также за счет формы направляющих приспособлений, происходит предотвращение создания в зоне направляющих щитков исключительно радиального движения среды.

Больше того, одновременно образуется аксиальное движение истекающей среды, благодаря чему предотвращается в зоне конца погружной трубы со стороны устья создание чисто вращательного движения среду.

Оси 4 направляющих щитков 3 не должны быть обязательно параллельными оси 5 погружной трубы 1.

Точно так же можно использовать направляющие щитки 3, исполненные с формой частичной боковой поверхностью наклонного конуса, имеющего ось, не проходящую параллельно оси погружной трубы, и достигать описанных выше эффектов. В случае наклонного конуса с наклонно проходящей осью получается также очень крутая линия обреза (кромка 7) между направляющим щитком или направляющими щитками 3 и боковой поверхностью погружной трубы 1.

В принципе, не исключена возможность применения также и направляющих щитков 3 с формой частичной боковой поверхности наклонного конуса с осью, проходящей параллельно оси 5 погружной трубы 1.

В случае формы выполнения, изображенной на фигурах 7 и 8, ради наглядности показана не вся погружная труба 1, а только ее нижний конец (оба направляющих щитка 3 простираются за 270^o), а в форме выполнения, согласно фиг. 1 3, направляющие щитки простираются за 180^o), благодаря чему образуются диффузорообразные входные каналы, расширяющиеся от впускных отверстий 12. В результате этого улучшается восстановление давления из скорости потока среды. Таким образом, входящим в погружную трубу газам предоставляется свобода, в каком направлении им течь через направляющее приспособление к погружной трубе.

На нижнем конце направляющего приспособления, согласно фиг. 7 и 8, предусмотрена, кроме того, запорная пластина 18 с краем 19, изогнутым в сторону от погружной трубы 1. Эта запорная пластина 18, которая может быть предусмотрена также и в случае других форм выполнения направляющего приспособления, согласно изобретению, предотвращает распространение в погружную трубу зоны, в которой вне погружной трубы 1 существует разрежение.

Использование: в устройствах, предназначенных для разделения под действием центробежных сил смесей веществ. Сущность: на погружной трубе 1 предусмотрено направляющее приспособление 2, состоящее из по меньшей мере одного направляющего щитка 3, имеющего форму боковой поверхности усеченного конуса, причем ось кривизны 4 этого щитка 3 проходит параллельно оси 5 погружной трубы 1, будучи смещенной относительно последней. Благодаря направляющему приспособлению 2 среду при одновременном возврате гидравлической энергии в напорную энергию направляют в погружную трубу 1. При этом среда приобретает ускорение, направленное как в осевом направлении истекающей среды, так и в направлении оси 5 погружной трубы 1. 13 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Погружная труба для устройств, предназначенных для разделения под действием центробежных сил смесей веществ, состоящих по меньшей мере, из одной жидкой или газообразной среды и по меньшей мере одного жидкого или твердого вещества, имеющего больший по сравнению со средой удельный вес, и через которую отводится среда, по меньшей мере частично освобожденная от вещества, и включающая на конце направляющее приспособление, содержащее по меньшей мере один изогнутый направляющий щиток, отличающаяся тем, что радиусы направляющего щитка, лежащие по отношению к оси трубы в нормальных плоскостях, увеличиваются в осевом направлении от свободного, противоположного погружной трубе края направляющего щитка в сторону устья погружной трубы, а расстояние щитка до продольной оси в окружном направлении уменьшается. 2. Труба по п. 1, отличающаяся тем, что направляющее приспособление содержит по меньшей мере один изогнутый в виде частичного усеченного конуса направляющий щиток, ось кривизны которого предпочтительно параллельна оси погружной трубы и смещена относительно нее, при этом больший радиус кривизны направляющего щитка выполнен большим, чем радиус погружной трубы, а его наименьший радиус кривизны выполнен меньшим радиуса погружной трубы. 3. Труба по п. 1, отличающаяся тем, что направляющее приспособление выполнено в виде нескольких направляющих щитков, образующих боковую поверхность частичного усеченного конуса, при этом край направляющего щитка с большим радиусом соединен с краем погружной трубы. 4. Труба по п. 2, отличающаяся тем, что направляющее приспособление содержит по меньшей мере один направляющий щиток, пролегающий вокруг оси примерно на 360^o, а при направляющем приспособлении с более чем один направляющим щитком, каждый щиток пролегает вокруг оси на соответствующую числу щитков долю от 360^o. 5. Труба по пп. 1 4, отличающаяся тем, что направляющие щитки расположены симметрично относительно оси погружной трубы. 6. Труба по пп. 4 и 5, отличающаяся тем, что направляющие щитки расположены относительно оси погружной трубы диаметрально противоположно на равном расстоянии от оси или с зазором относительно друг друга. 7. Труба по п. 4, отличающаяся тем, что в направляющем приспособлении, состоящем из двух направляющих щитков, их края выполнены предпочтительно прямыми и расположены в плоскости, в которой расположены ось погружной трубы и оси их кривизны. 8. Труба по п. 7, отличающаяся тем, что отверстия, ограниченные параллельными оси краями направляющих щитков или кромкой погружной трубы, открыты в направлении вращения среды. 9. Труба по п.7, отличающаяся тем, что отверстия, ограниченные параллельными оси краями направляющих щитков или кромкой погружной трубы, открыты в направлении, противоположном вращению среды. 10. Труба по пп. 1 9, отличающаяся тем, что нижний конец направляющих щитков снабжен запорной пластиной, имеющей отогнутый от погружной трубы край. 11. Труба по пп. 1 10, отличающаяся тем, что часть направляющего щитка, расположенная в радиальном направлении дальше внутрь, установлена внахлестку с расположенной радиально дальше наружу частью каждого другого направляющего щитка, а перекрывание внахлестку охватывает по меньшей мере угол в 90^o. 12. Труба по п. 10, отличающаяся тем, что запорная пластина установлена в основном перпендикулярно оси погружной трубы, а ее внешний край выполнен выступающим за свободные концы по меньшей мере одного направляющего щитка в радиальном направлении. 13. Труба по пп. 1 12, отличающаяся тем, что свободные концы направляющих щитков выполнены спиралеобразными с радиусом кривизны, уменьшающимся в направлении снаружи внутрь. 14. Труба по пп. 7 13, отличающаяся тем, что каждый из двух направляющих щитков охватывает угол около 270^o, при этом внешние края направляющих щитков, образующие с осью погружной трубы острый угол, расположены диаметрально противоположно относительно оси погружной трубы, а внешние и внутренние края щитков смещены относительно друг друга на угол около 90^o.