ВИХРЕДИНАМИЧЕСКИЙ СЕПАРАТОР Российский патент 2003 года по МПК B01D45/04 

Изобретение относится к области разделения многокомпонентных сред, в частности к устройствам для разделения потоков аэро- и гидросмесей с газовыми, жидкими и твердыми компонентами различной плотности.

Процессы разделения и сгущения различных смесей являются основными в широкой области применения, например, на горно-обогатительных, металлургических и перерабатывающих предприятиях, при очистке окружающей среды от промышленных выбросов, в химических технологиях и др.

Известно устройство инерционного типа для разделения двух и более компонентных текучих сред, которое включает корпус с выпускным патрубком и коническую решетку с выпускным патрубком и соосно расположенными с зазорами кольцами, каждое из которых имеет криволинейную внутреннюю, заднюю и наружную поверхности с вихреобразующей заостренной кромкой в месте пересечения первых двух (пат. СССР 1804340, кл. В 01 D 45/04). Это устройство принято за прототип.

При движении смеси от основания к вершине решетки на вихреобразующих кромках колец происходит срыв потока с образованием в зазорах тороидальных вихрей, которые создают упругую среду для вытеснения концентрированной фазы с более плотными компонентами в приосевую область потока и выпуска ее через выпускной патрубок из вершины решетки. Очищенная текучая среда с менее плотными компонентами удаляется через межкольцевые зазоры и выпускной патрубок корпуса.

Недостатком известного устройства является недостаточные эффективность и надежность разделения потоков смесей. Возникающие при вращении с высокими скоростями тороидальных вихрей центробежные силы отбрасывают более плотные твердые частицы не только внутрь сгущаемого потока в решетке, но часть их и за ее пределы в вытесняемую через межкольцевые зазоры очищаемую несущую среду, увлекающую с собой еще и малоинерционные тонкодисперсные фракции. Кроме того, концентрация фазы сгущаемых более плотных компонентов, удаляемой из вершины разделительной решетки при ее неизменных конструктивных параметрах, зависит от меняющегося соотношения гидравлических сопротивлений выпускных патрубков при различных характеристиках смесей, что приводит к нестабильности режима их разделения и сгущения.

Кроме того, известен вихрединамический сепаратор инерционного типа, также включающий корпус и встроенную в него разделительную решетку из соосно расположенных с зазорами колец, каждое из которых имеет внутреннюю рабочую, заднюю и наружную нерабочую поверхности с вихреобразующей кромкой в месте пересечения первых двух. Сепаратор отличается тем, что смежные кольца со стороны наружных поверхностей соединены фильтрующими элементами для улавливания твердых частиц (пат. РФ 2102114, кл. В 01 D 45/04).

Однако, наряду с относительно эффективной и тонкой очисткой указанный сепаратор имеет нестабильно повышенные гидравлические сопротивления. Это связано с тем, что фильтрованию подвергаются периферийные области вихря, насыщенные отброшенными центробежной силой более плотными частицами. Задерживаемые частицы образуют на фильтре подвижный слой осадка, который повышает сопротивление фильтрации, затрудняющее проток очищаемой среды. Это может нарушать стабильность режима разделения смесей и периодически сдвигать баланс потоков разделяемых фаз в зависимости от величины слоя осадка либо в сторону уменьшения концентрации фазы с отделяемыми частицами, выпускаемой из вершины разделительной решетки, за счет дополнительного поступления не отфильтрованной несущей среды, либо, наоборот, в сторону ее сгущения.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности и надежности разделения и сгущения потоков аэро- и гидросмесей с компонентами различной плотности.

Это достигается тем, что в вихрединамическом сепараторе, включающем, как и известные устройства, корпус и встроенную в него разделительную решетку с соответственно установленными с зазорами воронкообразными кольцами с вихреобразующими кромками, смежные кольца по периметру наружных поверхностей соединены перегородкой с образующими вихрециклонные карманы сливными патрубками, имеющими соосные с вихрями боковые отверстия с перечистными самоочищающимися фильтрующими элементами, а выпускные патрубки корпуса и разделительной решетки снабжены регулируемыми дросселями.

Такое техническое решение дает возможность вытеснения части смеси с менее плотными компонентами их вихрециклонных карманов в корпус из приосевых областей вращения вихрей по принципу циклонного слива с дополнительной очисткой фильтрующими элементами от оставшихся тонкодисперсных твердых или жидких компонентов, а дросселями на выпускных патрубках корпуса и разделительной решетки регулировать их гидравлические сопротивления и обеспечивать необходимые параметры разделения и сгущения смесей, что повышает эффективность и надежность работы сепаратора.

На фиг.1 показан общий вид вихрединамического сепаратора, на фиг.2 и 3 - укрупненно узел А и его сечение Б-Б.

Вихрединамический сепаратор состоит из корпуса 1 со встроенными входным патрубком 2 и разделительной решеткой 3 конической, пирамидальной или других форм, собранной из соосно установленных с зазорами воронкообразных колец 4.

Каждое кольцо имеет внутреннюю, заднюю и наружную поверхности с вихреобразующей кромкой в месте пересечения первых двух. Смежные кольца по периметру наружных поверхностей соединены перегородкой 5, которая снабжена образующими в межкольцевом зазоре вихрециклонные карманы сливными патрубками 6 с боковыми соосными с вихрями отверстиями и перечистными самоочищающимися фильтрующими элементами 7. Все кольца разделительной решетки собраны в сборочных рейках 8, стянутых соединительными бандажами 9. Выпускные патрубки 10 и 11 корпуса 1 и разделительной решетки 3 снабжены регулируемыми дросселями 12 и 13.

Вихрединамический сепаратор работает следующим образом. При подаче в корпус 1 через входной патрубок 2 потока, например, пылевоздушной смеси и движении его внутри разделительной решетки 3 от основания к вершине на вихреобразующих кромках колец 4 происходит срыв потока с образованием в вихрециклонных карманах вихрей, вращающихся вокруг своих осей с высокими скоростями касательно основному потоку. Под действием возникающих при этом центробежных сил в вихрях происходит расслоение смеси по плотности компонентов. Более плотные пылевые частицы интенсивно отбрасываются в периферийные области вихрей, возвращаются в движущийся внутри решетки основной поток и в виде сгущенной фазы с концентрацией, регулируемой дросселями 12, 13, по выпускному патрубку 11 разделительной решетки 3 поступают в пылесборник с периодическим или непрерывным опорожнением. Менее плотная воздушная среда, предварительно освободившаяся в вихрях от пылевых частиц, сосредоточивается в приосевых областях вихрей, дополнительно очищается от тонкодисперсных пылевых фракций в перечистных самоочищающихся фильтрующих элементах 7, через соосные с вихрями боковые отверстия сливных патрубков 6 по принципу циклонного слива вытесняется из вихрециклонных карманов в корпус 1 и удаляется из него по соответствующему выпускному патрубку 10. В условиях попутного отбора очищаемой несущей среды через межкольцевые зазоры сужающаяся форма разделительной решетки 3 позволяет поддерживать постоянство скоростей вращения вихрей в вихрециклонных карманах и эффективность режима и надежности работы по всей длине решетки сепаратора, а дроссели 12, 13 на выпускных патрубках 10, 11, регулирующие их гидравлические сопротивления, обеспечивают необходимые параметры разделения и сгущения смесей.

Изобретение предназначено для разделения многокомпонентных сред, относится, в частности, к устройствам для разделения потоков аэро- и гидросмесей с газовыми, жидкими и твердыми компонентами различной плотности и может быть использовано в разнообразных технологических процессах при очистке окружающей среды от промышленных выбросов и т. п. Сепаратор включает корпус и встроенную в него разделительную решетку, содержащую соосно установленные с зазорами воронкообразные кольца, каждое из которых имеет внутреннюю, заднюю и наружную поверхности с вихреобразующей кромкой в месте пересечения первых двух. Смежные кольца по периметру наружных поверхностей соединены перегородкой, которая снабжена образующими в зазоре вихрециклонные карманы сливными патрубками с боковыми, соосными с вихрями отверстиями и фильтрующими элементами с возможностью вытеснения через них очищенных менее плотных компонентов смеси в выпускной патрубок корпуса, а концентрированной фазы более плотных компонентов в выпускной патрубок в вершине разделительной решетки. Оба выпускных патрубка снабжены дросселями с возможностью регулирования их гидравлических сопротивлений и обеспечения необходимых параметров разделения и сгущения смесей. Сепаратор обеспечивает повышение эффективности и надежности в работе. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Вихрединамический сепаратор для разделения потоков аэро- и гидросмесей с газовыми, жидкими и твердыми компонентами различной плотности, включающий корпус с выпускным патрубком для менее плотных компонентов и встроенную в него разделительную решетку с выпускным патрубком для более плотных компонентов, содержащую соосно установленные с зазорами воронкообразные кольца, каждое из которых имеет внутреннюю, заднюю и наружную поверхности с вихреобразующей кромкой в месте пересечения первых двух, отличающийся тем, что смежные кольца по периметру наружных поверхностей соединены перегородкой, которая снабжена образующими в межкольцевом зазоре вихрециклонные карманы сливными патрубками с боковыми, соосными с вихрями отверстиями с возможностью вытеснения через них в корпус менее плотных компонентов смеси из приосевых областей вращения вихрей по принципу циклонного слива. 2. Вихрединамический сепаратор по п. 1, отличающийся тем, что на боковых отверстиях сливных патрубков установлены самоочищающиеся фильтрующие элементы с возможностью дополнительного улавливания тонкодисперсных твердых или жидких компонентов. 3. Вихрединамический сепаратор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что выпускные патрубки корпуса и разделительной решетки снабжены дросселями с возможностью регулирования их гидравлических сопротивлений и обеспечения необходимых параметров разделения и сгущения смесей.