СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ РАБОТЫ ГИДРОЦИКЛОНА И ГИДРОЦИКЛОН Российский патент 2002 года по МПК B04C5/12 B04C11/00 

Изобретение относится к способам и устройствам регулирования работы гидроциклонов при непрерывном разделении пульпы под действием центробежных сил и может быть использовано на обогатительных фабриках, в химической, пищевой и других отраслях промышленности, а также при классификации инертных строительных материалов.

Известен способ управления работой гидроциклона путем осуществления выгрузки из него песков с помощью эжектирующих трубок, установленных в зоне скопления твердой фазы пульпы, когда дополнительно измеряют гранулометрический состав твердой фазы пульпы по акустическому спектру потока и в зависимости от измеренной величины осуществляют поэтапное включение и отключение эжектирующих трубок и изменение мощности их струй (A.C. СССР 1152663, МКИ В 04 С 11/00. Б.И. 16 1985г.).

Недостатком данного способа управления работой гидроциклона является низкое качество управления процессом разделения, так как, воздействуя эжектирующими струями на твердую фазу пульпы, скопившуюся в зоне пескового отверстия, мы тем самым продвигаем часть твердого во внутренний поток гидроциклона, который выходит в слив, и тем самым ухудшаем качество слива.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является способ автоматического регулирования работы гидроциклона путем измерения гранулометрического состава его слива, где регулируют гранулометрический состав слива изменением разряжения, создаваемого в сифоне, посредством изменения величины отверстия, выполненного в сифоне и сообщенного с атмосферой (А.С. СССР 940865 МКИ В 04 С 11/00, Б.И., 25 1982г.).

Недостатком этого способа является его ограниченность по возможности влияния на технологические показатели в аппарате как на перераспределение расходов между сливом и песками, так и на изменение гранулометрического состава между сливом и песками, так как создаваемое разряжение ограничивается, во-первых, конструктивными возможностями сифона, ведь для каждого гидроциклона диаметр сифона, т. е. диаметр сливного патрубка строго ограничен; во-вторых, технологическими возможностями, ведь разряжающая способность сифона зависит от вязкости жидкости, на которой он работает, и теоретически для воды не может превышать 10 метров водяного столба.

Известен напорный гидроциклон "Вайрлкоун", состоящий из цилиндроконического корпуса с тангенциальным входным, сливным и песковым патрубками, причем цилиндрическая часть снабжена спиральной камерой, а сливной патрубок - резьбой, что позволяет изменять глубину погружения нижней кромки сливного патрубка, также могут изменяться размеры шламового отверстия (В.В. Найденко. Применение математических методов и ЭВМ для оптимизации и управления процессами разделения суспензий в гидроциклонах. Горький, Волго-Вятское кн. изд-во, 1976. с. 28-29, рис. 3. в. 5.).

Недостатком данного является наличие спиральной камеры, которая не приводит к значительному улучшению эффекта разделения, зато значительно увеличивает потери напора в гидроциклоне, чем снижает его общую эффективность, при этом изменение размеров шламового отверстия, т.е. вмешательство в гидродинамику потока в месте наибольшего скопления твердой фазы пульпы ведет к дополнительной турбулизации потока и снижению качества разделения.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является гидроциклон фирмы Дорра (гидроциклон "Доррклон"), состоящей из цилиндроконического корпуса с тангенциальным входным, сливным и песковым патрубками, причем регулирование частоты разделения в гидроциклоне осуществляется регулированием размеров шламового отверстия, размеры которого в свою очередь зависят от величины разряжения в воздушном столбе аппарата, фиксируемого посредством трубки, введенной внутрь, по его продольной оси со стороны сливного патрубка (Найденко В.В. Применение математических методов и ЭВМ для оптимизации и управления процессами разделения суспензий в гидроциклонах. Горький, Волго-Вятское кн. изд-во., 1976, с. 26 рис. 3.2).

Недостатком данного гидроциклона является низкая надежность и качество регулирования вследствие большого и неравномерного износа шламовой насадки, а также то, что изменение размеров шламового отверстия, т.е. вмешательство в гидродинамику потока в месте наибольшего скопления твердой фазы пульпы ведет к значительной турбулизации потока и снижению качества разделения, при этом изменять размеры шламового отверстия можно лишь в незначительных пределах, не нарушая гидродинамику твердой фазы пульпы, а это не всегда достаточно при возможно большой изменчивости входных параметров, как, например, при классификации нерудных строительных материалов.

Техническим решением задачи предлагаемого изобретения является интенсификация работы гидроциклона, повышение эффективности и расширение диапазона регулирования как по расходам между сливом и песками, так и по твердой фазе пульпы, а также повышение надежности его работы.

Задача достигается тем, что согласно способу регулирования работы гидроциклона изменяют или местоположение сопла в камере смешения, или рабочий напор эжектирующей струи, или тем и другим действием совместно, а в устройстве для осуществления способа, включающем цилиндроконический корпус с тангенциальным входным, сливным и песковым патрубками, сливной патрубок выполнен в виде струйного эжектора, включающего сопло, камеру смешения, горловину и диффузор, причем сопло установлено с возможностью возвратно-поступательного движения.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что способ отличается тем, что регулируют состав слива изменением местоположения сопла в камере смешения, или рабочего напора эжектирующей струи, или тем и другим действием совместно, что позволяет улучшить гидродинамический режим работы аппарата, интенсифицировать работу, повысить эффективность, надежность в работе и расширить диапазон регулирования как по расходу между сливом и песками, так и по твердой фазе пульпы. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию "новизна". Сравнительный анализ заявляемого способа с другими решениями в данной области не позволил выявить в них признака, отличающего заявляемое решение от прототипа. Это позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "изобретательский уровень".

Регулируя разряжение в сливном патрубке гидроциклона, представляющем струйный эжектор, путем местоположения сопла в камере смешения, или рабочего напора эжектирующей струи, или тем и другим действиями совместно можно добиться перераспределения расходов между сливом и песками и твердой фазы пульпы, причем независимо от места введения трубки с соплом в тело гидроциклона со стороны сливного или пескового патрубков, все равно трубка располагается в воздушном шнуре и на работу аппарата своим присутствием влияния не оказывает, другое дело - выбрасываемая под регулируемым давлением струя воды или воздуха из сопла, когда диапазон этого давления весьма и весьма значителен, что соответственно значительно окажет влияние на перераспределение расходов и твердой фазы между сливом и песками, при этом необходимо учитывать, что с целью уменьшения энергозатрат на регулирование работы гидроциклона рациональнее ближе располагать сопло к горловине, чем увеличивать рабочий напор струи при более дальнем расположении сопла от горловины в струйном эжекторе, но при этом любое из названных действий или они совместно обеспечивают улучшение гидродинамического режима работы аппарата, интенсифицируют его работу, повышают эффективность и надежность в работе и расширяют диапазон регулирования.

Сопоставительный анализ заявляемого устройства с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается тем, что сливной патрубок выполнен в виде струйного эжектора, включающего сопло, камеру смешения, горловину и диффузор, причем сопло установлено с возможностью возвратно-поступательного движения. Таким образом, заявляемое устройство, предназначенное для реализации способа, соответствует критерию "новизна". Сравнительный анализ заявляемого устройства с другими решениями в данной области не позволил выявить в них признаки, отличающие заявляемое от прототипа, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "изобретательский уровень". Именно устройство сливного патрубка гидроциклона в виде струйного эжектора, включающего сопло, камеру смешения, горловину и диффузор, причем сопло установлено с возможностью возвратно-поступательного движения, позволяет "охватить" параметрами управления весь аппарат и не турбулизируя дополнительно поток, особенно в зоне скопления твердой фазы пульпы, обеспечивать нужное перераспределение расходов между сливом и песками и, как следствие, и твердой фазы потока, что в конечном итоге позволяет повысить качество и расширить диапазон регулирования работы гидроциклона за счет адекватного реагирования устройством на изменение входных параметров.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображен гидроциклон и структурная схема для реализации предлагаемого способа регулирования его работы в автоматическом режиме.

Устройство для осуществления способа регулирования работы гидроциклона включает корпус 1, песковой 2, тангенциальный входной 3 и сливной 4 патрубки, последний - в виде струйного эжектора в свою очередь состоит из диффузора 5, горловины 6, камеры смешения 7 и сопла 8. Для осуществления способа как в ручном, так и в автоматическом режимах работы, необходимы соединенные последовательно пробоотборник 9 и датчик-гранулометр 10. Далее при ручном управлении сопло 8, установленное с возможностью к возвратно-поступательному движению, может перемещаться вручную в зависимости от показаний датчика-гранулометра 10. Если же способ осуществляется в автоматическом режиме, то также последовательно после датчика-гранулометра 10 необходимы в структурной схеме следующие элементы: блок сравнения 11, усилитель 12, исполнительный механизм 13 и редуктор 14.

Предлагаемый гидроциклон работает следующим образом: исходный продукт разделения подается с помощью насоса или самонапорно в цилиндроконический корпус 1 через тангенциальный питающий патрубок 3, в результате чего под действием центробежных сил происходит разделение, при этом более тяжелая фракция прижимается к стенке корпуса 1 и под действием потока выходит беспрепятственно в песковой патрубок 2, более легкая фракция с внутренним потоком через сливной патрубок 4 в виде струйного эжектора уходит в слив. Струйный эжектор с соплом 8 вступает в работу лишь при установившемся режиме работы аппарата, а ввиду того, что сопло 8 установлено с возможностью возвратно-поступательного движения, имеем, что если необходимо максимальное увеличение расхода в слив 4, то, естественно, через сопло 8 будет подаваться максимально возможный по технологии рабочий напор струи, а само сопло 8 будет занимать положение, при котором оно оказывает наибольшее влияние на процесс захвата жидкости в камере смешения 7 и при падении давления, вследствие уменьшения площади в горловине 6 будет способствовать пропуску большего расхода в диффузор 5. Если же необходимо уменьшить расход в слив и тем самым увеличить расход в пески, то необходимо либо уменьшить напор рабочей струи, либо переместить сопло 8 от эффективного положения по воздействию на расход, либо выполнить оба эти действия одновременно.

Предлагаемый способ регулирования работы гидроциклона в автоматическом режиме осуществляется следующим образом: при установившемся режиме работы гидроциклона пробоотборник 9, установленный на сливном патрубке 4, связан с датчиком-гранулометром 10, преобразующим гранулометрический состав слива в соответствующее напряжение "U". Сигнал с выхода датчика-гранулометра 10 поступает на блок сравнения 11, где входящее по цепи напряжение "U" сравнивается с задающим напряжением "U₁". С выхода блока 11 сигнал поступает на усилитель 12, который усиливает входной сигнал по мощности. Выход усилителя 12 соединен с исполнительным механизмом 13, представляющим собой электродвигатель. Сигнал с выхода исполнительного механизма 13 в форме крутящего момента поступает на редуктор 14, который или перемещает трубку с соплом 8 в зоне камеры смешения 7 или регулирует задвижку на ней в зависимости от датчика-гранулометра 10, что позволяет активно влиять на перераспределение расходов между сливом и песками и интенсифицировать все процессы, происходящие в гидроциклоне.

Имея возможность активно влиять на перераспределение расходов между сливом и песками, тем самым также активно можно влиять на перераспределение твердой фазы пульпы и интенсифицировать все процессы, происходящие в гидроциклоне. Допустим, вся система работает на какой-то исходной пульпе с содержанием твердого β₁. Если содержание твердого увеличивается до β₂, когда β₁< β₂ и размер граничного зерна в сливе превышает допустимые значения или в систему поступает задание, требующее увеличения чистоты слива, система автоматически отрабатывает его некоторым перемещением сопла 8 от эффективного местоположения, способствующего увеличению расхода, в слив или уменьшением напора рабочей струи из сопла 8, или осуществляет оба эти действия одновременно, что уменьшит расход в слив и увеличит расход в пески и тем самым восстановит технологические показатели и по твердой фазе. При соответствии чистоты слива, заданной по технологическим параметрам, положение сопла 8 и рабочий напор в ней неизменны, а иногда последний вообще может отсутствовать, но при работе струйного эжектора всегда интенсифицируются все процессы в аппарате. При уменьшении содержания твердого в сливе до β₃ система отрабатывает рассогласование или перемещением сопла 8 к эффективному местоположению в камере смешения 7, или увеличением напора рабочей струи из сопла, или двумя действиями вместе, тогда происходит больший захват жидкости из внутреннего потока в аппарате, что приводит к увеличению расхода в слив и, соответственно, уменьшению расхода в пески, и восстанавливаются технологические показатели гидроциклона путем адекватного воздействия на процессы в нем в свете изменившихся входных параметров или задания.

Предлагаемый способ регулирования работы гидроциклона в связи с изменением местоположения сопла в камере смещения или рабочего напора эжектирующей струи, или двумя этими действиями одновременно позволяет, не нарушая гидродинамической структуры потока в аппарате, интенсифицировать его работу как по расходам между сливом и песками, так и по разделению твердой фазы потока между ними, при этом большой возможный диапазон изменения рабочего напора эжектирующей струи и перемещение сопла позволяют плавно отрабатывать задание, и возможности способа таковы, что расход в слив можно увеличивать на 17%, а в пески на 8%.

Гидроциклон, предлагаемый для способа регулирования работы, прост по конструкции и по принципу действия надежен в работе, при этом благодаря выполнению сливного патрубка гидроциклона в виде эжекторного устройства с камерой смешения, горловиной, диффузором и трубкой с соплом достигается интенсифицирование всех процессов в аппарате и повышается его производительность в среднем на 14%.

Изобретение предназначено для разделения пульпы под действием центробежных сил и может быть использовано на обогатительных фабриках, в химической, пищевой и других отраслях промышленности. Способ регулирования работы гидроциклона включает измерение гранулометрического состава слива. Для интенсификации работы, повышения эффективности и расширения диапазона регулирования как по расходам между сливом и песками, так и по твердой фазе пульпы, а также повышения надежности в работе гидроциклона регулируют гранулометрический состав слива посредством использования сливного патрубка, выполненного в виде струйного эжектора изменением или местоположения сопла в камере смешения, или рабочего напора эжектирующей струи, или тем и другим действием совместно. В гидроциклоне, содержащем корпус с тангенциальным входным, сливным и песковым патрубками, сливной патрубок выполнен в виде струйного эжектора, причем сопло установлено с возможностью возвратно-поступательного движения. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ регулирования работы гидроциклона путем измерения гранулометрического состава слива, отличающийся тем, что регулируют гранулометрический состав слива посредством использования сливного патрубка, выполненного в виде струйного эжектора, при этом изменяют или местоположение сопла в камере смешения, или рабочий напор эжектирующей струи, или выполняют то и другое действие совместно. 2. Гидроциклон, содержащий цилиндроконический корпус с тангенциальным входным, сливным и песковым патрубками, отличающийся тем, что сливной патрубок выполнен в виде струйного эжектора, включающего сопло, камеру смешения, горловину и диффузор, причем сопло установлено с возможностью возвратно-поступательного движения.