СЕПАРАТОР Российский патент 1997 года по МПК B01D45/12 

Изобретение относится к влаго-, масло-, пылеотделителям, гидроциклонам и может быть использовано в металлургической, химической и других отраслях промышленности, в частности в электрометаллургии и прикладной электрохимии и более конкретно может найти применение в конструкциях устройств для сепарации смесей при охлаждении жидкостей, например на электролитных цинковых заводах при охлаждении электролита.

Известно устройство для очистки газов (каплеуловитель), включающий корпус с патрубками подвода и отвода газа, газораспределительный конус, вихревую тарелку, выполненную в виде тангенциально расположенных лопаток, сливной патрубок (1).

Однако данная конструкция достаточно сложна в изготовлении, поскольку лопатки вихревой тарелки выполнены с отверстиями в форме труб Вентури и оси этих отверстий необходимо для достижения требуемого результата выполнить в вертикальной плоскости, размещенной на расстоянии 1/3-3/4 длины лопатки от ее внешнего края, и не обеспечивает необходимой эффективности сепарации.

Известен сепаратор, выбранный в качестве ближайшего аналога (прототипа), включающий корпус с крышкой, тангенциальный входной и соосный корпусу выходной патрубки, входную, центральную и выходную камеры, отбойник, установленный соосно корпусу и прикрепленный к крышке направляющий элемент с криволинейными каналами, и патрубок для удаления конденсата и посторонних включений (2).

Однако данная конструкция сепаратора громоздка, не обладает достаточной эффективностью сепарации. Кроме того, данная конструкция может быть использована только в компрессорах для очистки потока газа и не может быть использована в других отраслях машиностроения.

Таким образом, задачей, на решение которой направлено заявляемое решение, является создание такой конструкции сепаратора, которая бы характеризовалась простотой и могла бы быть использована в различных отраслях народного хозяйства, обеспечивая высокую степень сепарации.

Указанная задача достигается тем, что в известном сепараторе, включающем корпус с крышкой, тангенциальный выходной соосный корпусу выходной патрубки, выходную, центральную и входную камеры, отбойник, установленный соосно корпусу и прикрепленный к крышке направляющий элемент с криволинейными каналами, и патрубок для включений, согласно изобретению, выходной патрубок сепаратора установлен в торцевой стенке выходной камеры и большей своей частью расположен внутри корпуса в центральной и выходной камерах, сепаратор снабжен дополнительным направляющим элементом в виде прямоугольных лопастей, расположенных под прямым углом к оси корпуса, установленных на выходном патрубке в промежутке между его входным и выходным отверстиями, выходная камера выполнена большего диаметра, чем центральная камера, и имеет скошенную под острым углом к оси корпуса торцевую стенку, а отбойник установлен на входном отверстии выходного патрубка с возможностью обеспечения прохода потока к дополнительному направляющему элементу и выполнен в виде полого тела вращения, содержащего корпус в виде цилиндрической обечайки, торцом, обращенным к центральной камере, сопряженным с конусом, а противоположным торцом с обратным усеченным конусом, меньшим диаметром, обращенным к выходной камере, установленный внутри цилиндрической части корпуса сепарирующий элемент в виде полого усеченного конуса с образующей в виде ломаной линии с тупым углом при вершине, и диск, установленный на меньшем диаметре обратного усеченного конуса.

Предлагаемое расположение выходного патрубка сепаратора, наличие дополнительного направляющего элемента, конструкция выходной камеры, предлагаемое расположение и конструкция отбойника позволяет значительно упростить конструкцию сепаратора в целом за счет того, что конструктивно вышеперечисленные элементы предлагаемого сепаратора более просты и не требуют для своего изготовления сложной технологической оснастки.

Расположение отбойника сепаратора на входном отверстии выходного патрубка, расположенного внутри корпуса в центральной его камере, с возможностью обеспечения прохода к дополнительному направляющему элементу, наличие дополнительного направляющего элемента в виде прямоугольных лопастей, расположенных под прямым углом к оси корпуса, установленных на выходном патрубке в промежутке между его входным и выходным отверстиями, выполнение выходной камеры большего диаметра, чем центральная камера, и наличие скошенной под острым углом к оси корпуса торцевой стенки, выполнение отбойника в виде полого тела вращения, содержащего корпус в виде цилиндрической обечайки, торцом, обращенным к центральной камере, сопряженным с конусом, а противоположным с обратным усеченным конусом с меньшим диаметром, обращенным к выходной камере, установленный внутри цилиндрической части корпуса сепарирующий элемент в виде полого усеченного конуса с образующей в виде ломанной линии с тупым углом при вершине и диск, установленный на меньшем диаметре обратного усеченного конуса позволяет значительно повысить эффективность сепарации за счет увеличения общей поверхности контакта, практически полностью перекрыть путь паро- (масло-)воздушной смеси и, кроме того, создать наилучшие условия для укрупнения капель на внутренних поверхностях корпуса отбойника, элемента в виде обратного усеченного конуса и диска и свободного стекания их вниз.

Кроме того, предлагаемая конструкция сепаратора, позволяет использовать его в различных отраслях народного хозяйства за счет того, что данная конструкция сепаратора включают в себя одновременно элементы как циклона, гидроциклона так и сепаратора. При этом конструктивно они выполнены так, что дополняют друг друга и улучшает эффективность отделения любых потоков смесей.

На фиг. 1 представлен общий вид сепаратора, на фиг.2 сечение А-А; на фиг.3 увеличенный узел 1, на фиг.4 сечение Б-Б.

Сепаратор имеет корпус 1 с крышкой 2, тангенциальный входной 3 и соосный корпусу 1 выходной патрубки 4, входную 5, центральную 6 и выходную 7 камеры, отбойник 8, установленный соосно корпусу 1, и прикрепленный к крышке 2 направляющий элемент 9 с криволинейными каналами 10 и патрубок 11 для удаления конденсата и посторонних включений.

При этом, выходной патрубок 4 установлен в торцевой стенке 12 выходной камеры 7 и выполнен в виде полого канала 17, большей своей частью расположен внутри корпуса 1 в центральной 6 и выходной 7 камерах. Сепаратор снабжен дополнительным направляющим элементом 13, выполненным в виде прямоугольных лопастей 14, расположенных под прямым углом к оси корпуса 1,установленных на выходном патрубке 4 в промежутке между его входным 15 и выходным 16 отверстиями.

Выходная камера 7 выполнена большего, чем центральная камера 6, диаметра и имеет скошенную под острым углом к оси корпуса торцевую стенку 12.

Отбойник 8 установлен на входном отверстии 15 выходного патрубка 4 с возможностью обеспечения прохода потока к дополнительному направляющему элементу 13 и выполнен в виде полого тела вращения, содержащего корпус в виде цилиндрической обечайки 18, торцом 19, сопряженным с конусом 20, а торцом 21 с обратным усеченным конусом 22, сепарирующий элемент 23 и диск 24.

При этом криволинейные каналы 10 направляющего элемента 9 образованы прямоугольными лопастями 25, расположенными под острым углом к оси корпуса 1.

Сепаратор работает следующим образом.

Обрабатываемый поток, входной через тангенциальный патрубок 3 поступает во входную камеру 5 корпуса 1 сепаратора.

Поток, проходя по патрубку 3, увеличивает скорость своего движения и входит в камеру 5 с большой линейной скоростью. В камере 5 поток изменяет направление своего движения с тангенциального, под которым он входит в камеру 5, на кольцевое. Возникающие при этом движении центробежные силы (большие по величине из-за высокой входной скорости потока) воздействуют на компоненты потока и приводят к тому, что на боковых стенках камеры 5 происходит интенсивное отделение конденсата, который стекает по стенкам камер 5, 6 и в камеру 7 и затем через патрубок отвода конденсата удаляется из сепаратора.

Пройдя предварительное отделение в камере 5, поток поступает в криволинейные каналы 10 направляющего элемента 9.

Проходя по этим каналам, поток, не теряя скорости, еще более интенсивно закручивается и выходит в центральную камеру 6.

При выходе потока из каналов 10 направляющего элемента 9 в камеру 6 происходит резкое расширение потока и скорость его резко падает.

Отделяемые компоненты потока, имеющие большую массу за счет центробежных сил, не теряя скорости, отделяются от потока и концентрируются на стенках центральной камеры 6, укрупняясь при этом, и по стенкам центральной камеры 6 движутся к выходной камере 7.

Поток с более легкими компонентами продолжает двигаться дальше и, проходя через кольцевой канал 26 между отбойником 8 и корпусом 1 сепаратора, попадает в прямолинейные каналы 27 дополнительного направляющего элемента 13, где окончательно выпрямляется и поступает в выходную камеру 7, имеющую больший диаметр, чем центральная камера 6, благодаря чему скорость потока снижается еще больше.

Давление, возникшее в выходной камере, разворачивает поток в обратном направлении, он меняет направление и через прямолинейные каналы 27 дополнительного направляющего элемента 13 поступает в отбойник 8.

При этом, капли, укрупняясь, стекают по внутренним стенкам корпуса отбойника 8. Окончательное отделение оставшихся в потоке капель происходит на поверхностях обратного усеченного конуса 22 и сепарирующего элемента 23.

Отделенный таким образом поток через канал 17 выходного патрубка 4 удаляется из сепаратора.

Конденсат и посторонние включения удаляются из сепаратора через патрубок 11.

Предлагаемая конструкция сепаратора эффективно работает в вертикальном положении.

Использование: для сепарации смесей при охлаждении жидкостей, например на электролитных цинковых заводах при охлаждение электролита. Сущность изобретения: сепаратор снабжен дополнительным направляющим элементом, выполненным в виде прямоугольных лопастей, расположенных под прямым углом к оси корпуса, установленных на выходном патрубке в промежутке между его входным и выходным отверстиями. Выходная камера выполнена больше, чем центральная камера диаметра и имеет скошенную под острым углом к оси корпуса торцовую стенку. Отбойник установлен на входном отверстии выходного патрубка с возможностью прохода потока к дополнительному направляющему элементу и выполнен в виде полого тела вращения, содержащего корпус в виде цилиндрической обечайки, торцами, сопряженными с конусом и с обратным усеченным конусом, сепарирующий элемент и диск. 1 з.п. ф-лы. 4 ил.

1. Сепаратор, включающий корпус с крышкой, тангенциальный входной и соосный корпусу выходной патрубки, входную, центральную и выходную камеры, отбойник, установленный соосно корпусу и прикрепленный к крышке направляющий элемент с криволинейными каналами и патрубок для удаления конденсата и посторонних включений, отличающийся тем, что выходной патрубок сепаратора установлен в торцевой стенке выходной камеры, большей своей частью расположен внутри корпуса в центральной и выходной камерах, сепаратор снабжен дополнительным направляющим элементом в виде прямоугольных лопастей, расположенных под прямым углом к оси корпуса, установленных на выходном патрубке в промежутке между его входным и выходным отверстиями, выходная камера выполнена большего, чем центральная камера, диаметра и имеет скошенную под острым углом к оси корпуса торцевую стенку, а отбойник установлен на входном отверстии выходного патрубка с возможностью обеспечения прохода потока к дополнительному направляющему элементу и выполнен в виде полого тела вращения, содержащего корпус в виде цилиндрической обечайки, торцом, обращенным к центральной камере, сопряженным с конусом, а противоположным торцом с обратным усеченным конусом, меньшим диаметром обращенным к выходной камере, установленный внутри цилиндрической части корпуса сепарирующий элемент в виде полого усеченного конуса с образующей в виде ломаной линии с тупым углом при вершине и диск, установленный на меньшем диаметре обратного усеченного конуса. 2. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что криволинейные каналы направляющего элемента образованы прямоугольными лопастями, расположенными под острым углом к оси корпуса.