СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ РАБОТЫ ГИДРОЦИКЛОНА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2003 года по МПК 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 автоматического регулирования работы гидроциклона путем измерения гранулометрического состава его слива, где регулируют гранулометрический состав слива изменением разрежения, создаваемого в сифоне, посредством изменения величины отверстия, выполненного в сифоне и сообщенного с атмосферой (А.С. СССР 940865, МКИ В 04 С 11/08. Б.И. 25, 1982 г.).

Недостатком этого способа является его ограниченность по возможности влияния на технические показатели в аппарате как на перераспределение расходов между сливом и песками, так и на изменение гранулометрического состава между сливом и песками, так как, во-первых, создаваемое разрежение ограничивается возможностями сифона; во-вторых, разрежение передается в тело гидроциклона лишь в одно стационарное место - в область входа в сливной патрубок.

Известен гидроциклон фирмы "Данор", состоящий из цилиндроконического корпуса с тангенциальным входным, сливным и песковым патрубками, у которого с целью улучшения гидравлического режима имеются сливная и шламовая камеры, соединенные трубкой, причем все эти элементы армированы регулировочными клапанами, а в центре аппарата помещен гладкий стержень (Скирдов И.В., Понамарев В. Г. Очистка сточных вод в гидроциклонах. М., Стройиздат, 1975 г., 176 с., с.32., рис.1.18).

Недостатком этого гидроциклона является низкая производительность, конструктивная и аппаратная избыточность и, как следствие, низкая надежность в работе. Все влияние на расходные характеристики в гидроциклоне и, как следствие, на разделительную способность заключено в регулировании разряжения посредством регулировочных клапанов, создаваемого рабочим напором на входе в гидроциклон, а это не всегда достаточно. Наличие шламовой камеры у пескового патрубка гидроциклона ведет к увеличению проходного сечения жидкости, то есть к непроизводительным сбросам.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является способ регулирования работы гидроциклона путем измерения гранулометрического состава его слива, где регулируют гранулометрический состав слива синхронным изменением разряжения в теле гидроциклона, подводимого через вакуумные трубки посредством их перемещения в области сливного и пескового патрубков (Патент Р.Ф. 2170622, МКИ В 04 С 11/00, Б.И. 20, 2001 г.).

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 воздействие на поток осуществляется в определенное время, в определенном месте и только на часть со стороны воздушного шнура, при этом на внутреннюю часть потока воздействие оказывается лишь косвенно.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является гидроциклон, состоящий из цилиндроконического корпуса с тангенциальным входным, сливным и песковым патрубками, у которого с целью улучшения гидродинамического режима по продольной оси расположены две вакуумные трубки, одна из которых расположена со стороны сливного, а другая со стороны пескового патрубков, причем патрубки установлены с возможностью синхронного возвратно-поступательного движения (Патент Р.Ф. 2170622, МКИ В 04 С 11/00, Б.И. 20, 2001 г.).

Недостатком этого гидроциклона является низкая эффективность в работе, ведь все воздействие на процесс разделения осуществляется лишь за счет регулирования разряжения в воздушном шнуре аппарата, подводимого через трубки, в определенном месте и в определенное время, когда воздействие на внутреннюю структуру потока, для ее улучшения, устройство оказать не в состоянии.

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

Задача достигается тем, что согласно способу регулирования работы гидроциклона регулируют гранулометрический состав слива изменением напора эжектирующих струй в эжектирующих устройствах в области сливного и пескового патрубков или изменением скорости вращения эжектирующих устройств, или этими действиями совместно, а устройство для осуществления способа, содержащее цилиндроконический корпус с тангенциальным входным, сливным и песковым патрубками, снабжено размещенными по продольной оси корпуса двумя подводящими патрубками с возвратно-поступательным движением, одним со стороны сливного, а другим со стороны пескового патрубков, причем проводящие патрубки имеют на концах эжектирующие устройства, установленные с возможностью принудительного вращения, а эжектирующее устройство выполнено в виде тора с патрубками для подвода эжектирующей среды, на котором с внешней стороны расположены эжекционные сопла, по касательной к его поверхности и под углом к его образующей, направленные у каждого патрубка в его же сторону.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на фиг.1 изображен предлагаемый гидроциклон, а на фиг.2 - эжектирующее устройство.

Устройство для осуществления способа регулирования работы гидроциклона содержит цилиндроконический корпус 1 с тангенциальным входным патрубком 2, сливным 3 и песковым 4 патрубками. Гидроциклон снабжен размещенными по продольной оси корпуса двумя подводящими патрубками 5 с эжектирующими устройствами на конце, одно из которых 6 расположено со стороны сливного, а другое 7 - со стороны пескового патрубков, причем эжектирующие устройства выполнены в виде тора 8, с соплами 9. Способ может осуществляться как в ручном, так и в автоматическом режимах работы. Для реализации в автоматическом режиме необходимы пробоотборник 10, связанный с датчиком-гранулометром 11, блок сравнения 12, усилитель 13, исполнительный механизм 14 и устройство 15, фиксирующее состояние параметров системы, преобразованное в соответствующее напряжение.

Предлагаемый гидроциклон работает следующим образом: исходный продукт разделения подается с помощью насоса или самонапорно в цилиндроконический корпус 1, через тангенциальный входной патрубок 2, где под действием центробежных сил происходит разделение, при этом более тяжелая фракция прижимается к стенке корпуса 1 и под действием внешнего потока выходит через песковой патрубок 4, более легкая фракция, с внутренним потоком, через сливной патрубок 3 уходит в слив. Патрубки 5 с эжектирующими устройствами в конце у сливного патрубка 6 и у пескового патрубка 7, вступают в работу лишь при установившемся режиме работы аппарата, причем патрубки установлены с возможностью вращения и возвратно-поступательного движения. Под действием центробежных сил твердые частицы перемещаются в вихревом потоке к периферии и движутся по спирали к песковому патрубку 4. Дойдя до эжектирующего устройства 7, выполненного в виде тора 8, с соплами 9, твердые частицы, попадая в зону действия отдельной струи, получают дополнительное ускорение радиальной составляющей скорости, направленное по ходу движения потока, а также в связи с направлением эжектирующих струй под углом к динамической оси потока - дополнительное ускорение осевой составляющей, направленное в сторону пескового отверстия. Чем больше частицы, тем большее ускорение они получают и тем больше вероятность скорейшего выхода их из гидроциклона.

Вследствие вращения эжектирующего устройства 7 либо устройства 6, когда скорость этого вращения близка либо несколько больше скорость движения самого потока и твердых частиц в нем, происходит существенное влияние на поток, так как всем частицам потока передается наибольшее количество энергии от эжектирующих струй за счет постоянного сопровождения частиц при их движении по окружности и за счет того, что эжекционнные сопла 9 расположены на торе 8 с внешней стороны по касательной к его поверхности и под углом к его образующей и направлены у пескового патрубка 4 в его сторону, а у сливного патрубка 3 в его сторону. Для интенсификации процесса и организации максимального воздействия на частицы, при их движении по спирали, эжектирующие устройства движутся возвратно-поступательно и вращаются со скоростью движения жидкости в потоке, обеспечивая возможность управления расходами в песковой патрубок 4 и сливной 3, причем возврат в исходное состояние, за которое берется положение эжектирующего устройства наиболее удаленное от патрубка, осуществляется либо с малой скоростью вращения, либо вообще без нее, а также либо с малым напором эжектирующих струй, либо вообще без расхода в последнюю. Для цели интенсификации процесса также используется прием изменения напора эжектирующих струй, в случае когда энергии потока струй достаточно для органичного (с наименьшей турбулизацией потока) слияния с основным потоком, будет увеличение расхода в патрубок песковой 4 или сливной 3, но чем больше турбулизация потока в зоне воздействия эжектирующих устройств, тем меньше расход будет идти в патрубки. При этом воздействие можно осуществлять по отдельности на каждом патрубке или совместно, используя приемы одновременно, или каждый в отдельности, или в какой-либо комбинаторике, но целью воздействий должно явится перераспределение расходов между сливным 3 и песковым 4 патрубками, которого можно добиться либо изменением скорости вращения эжектирующих устройств 6 или 7, либо изменением напора эжектирующих струй, либо этими действиями совместно.

Предлагаемый способ регулирования работы гидроциклона в автоматическом режиме осуществляется следующим образом: при установившемся режиме работы гидроциклона пробоотборник 10, установленный на сливном патрубке 3, связан с датчиком-гранулометром 11, преобразующим гранулометрический состав слива в соответствующее напряжение "U". Сигнал с выхода датчика-гранулометра 11 поступает на блок сравнения 12, где входящее по цепи напряжение "U" сравнивается с задающим напряжением "U₁", которое формируется с учетом реального состояния параметров системы. С выхода блока сравнения 12 сигнал поступает на усилитель 13, который усиливает входной сигнал по мощности. Выход усилителя 13 соединен с исполнительным механизмом 14, который или изменяет скорость вращения трубок с эжектирующими устройствами на конце 6 и 7, или регулирует задвижки на них с целью изменения мощности эжектирующих струй, также возможно перемещение эжектирующих устройств каждого в зоне своего патрубка в зависимости от показаний датчика-гранулометра 11 и от показаний устройства 15, фиксирующего состояние параметров системы, что позволяет активно влиять на перераспределение расхода 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 или увеличением мощности эжектирующих струй в эжектирующем устройстве 7, или снижением мощности струй в устройстве 6, или увеличением скорости вращения устройства 7, или уменьшением скорости вращения устройства 6, также возможно перемещение устройства 6 или 7 в зонах своих патрубков, или этими действиями совместно. Выбор того или иного действия определяется конкретным состоянием системы во времени, которое фиксируется устройством 15 и поступившим напряжением рассогласования с датчика-гранулометра 11. Все эти действия должны быть направлены на то, чтобы уменьшить расход в сливной патрубок 3 и увеличить расход в песковой патрубок 4, при этом задача должна быть реализована с использованием наименьшего количества приемов и действий, тогда при перераспределении расходов в гидроциклоне будет достигнута задача увеличения чистоты слива, что будет зафиксировано датчиком-гранулометром 11 и тогда процесс регулирования может быть стабилизирован до изменения или задания или входных параметров в систему, то есть пульпы.

Предлагаемый способ регулирования работы гидроциклона в связи с вращением и возвратно-поступательным движением подводящих патрубков с эжектирующими устройствами на концах позволяет качественно отрабатывать задания и вместе с тем реализовать возможность ускоренной их отработки за счет различных комбинаций с местоположением и с подключением эжектирующих устройств, а также изменением мощностей самих эжектирующих струй, что обеспечивает значительное улучшение гидродинамического режима и, как следствие, качество разделения. Максимально расширен диапазон по крупности фракций в пульпе и по самому объему пульпы между сливом и песками, а работа эжектирующего устройства способствует снижению абразивного износа песковой насадки и всего корпуса гидроциклона за счет уменьшения времени нахождения твердых частиц в теле аппарата. Представленные действия обеспечивают предотвращение нарушений в работе гидроциклона, так как при увеличенной концентрации твердых частиц в определенном месте или уменьшении подачи пульпы изменяется напор эжектирующих струй и скорость вращения эжектирующих устройств, активно меняется расход в сливном и песковом патрубках.

Гидроциклон, предлагаемый для реализации способа регулирования работы, прост по конструкции, надежен в работе, так как позволяет избежать скопление твердых частиц в конической части, а это ведет к расширению диаметров фракций, могущих содержаться в отрабатываемой жидкости до 17%, и улучшает частоту разделения до 26%, повышает надежность и производительность аппарата при минимизации ненужных сбросов.

Способ и устройство относятся к регулированию работы гидроциклонов и могут быть использованы на обогатительных фабриках, в химической, пищевой и других отраслях промышленности. В способе регулирования работы гидроциклона гранулометрический состав слива регулируют изменением напора эжектирующих струй в эжектирующих устройствах в области сливного и пескового патрубков, или изменением скорости вращения эжектирующих устройств, или этими действиями совместно. Устройство для регулирования работы гидроциклона содержит цилиндроконический корпус с тангенциальным входным, сливным и песковым патрубками, размещенные по продольной оси корпуса два подводящих патрубка с возвратно-поступательным движением, одним со стороны сливного, а другим со стороны пескового патрубков. Подводящие патрубки имеют на концах эжектирующие устройства, установленные с возможностью принудительного вращения. Данные способ и устройство отличаются повышенной эффективностью регулирования и интенсификацией работы. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Способ регулирования работы гидроциклона путем измерения гранулометрического состава его слива, отличающийся тем, что регулируют гранулометрический состав слива изменением напора эжектирующих струй в эжектирующих устройствах в области сливного и пескового патрубков, или изменением скорости вращения эжектирующих устройств, или этими действиями совместно.2. Устройство для регулирования работы гидроциклона, содержащее цилиндроконический корпус с тангенциальным входным, сливным и песковым патрубками, размещенные по продольной оси корпуса два подводящих патрубка с возвратно-поступательным движением, одним со стороны сливного, а другим со стороны пескового патрубков, отличающееся тем, что подводящие патрубки имеют на концах эжектирующие устройства, установленные с возможностью принудительного вращения.3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что эжектирующее устройство выполнено в виде тора с патрубками для подвода эжектирующей среды, а эжекционные сопла расположены на торе с внешней стороны по касательной к его поверхности и под углом к его образующей и направлены у каждого патрубка в его сторону.