ГИДРОЦИКЛОН-СГУСТИТЕЛЬ Российский патент 2005 года по МПК B04C5/00 B04C5/14 

Изобретение относится к устройствам для разделения суспензий с последующим обезвоживанием их сгущенной фракции и может быть использовано в пищевой, химической промышленности и других отраслях, в частности в животноводстве для получения твердой фазы из жидкого навоза.

Наиболее близок к заявленному устройству по технической сущности и достигаемому результату известный гидроциклон-сгуститель, включающий цилиндроконический корпус с питателем в виде тангециального входного патрубка, выгрузным патрубком и крышкой со сливным патрубком, и устройство для обезвоживания сгущенной фракции, выполненное в виде камеры, установленной соосно выгрузному патрубку с возможностью вращения, на которой выполнен примыкающий к выгрузному патрубку наклонный канал, взаимодействующий с радиальными пазами барабана, вращающегося на регулируемых конусных опорах (1).

Процесс обезвоживания сгущенной фракции в известном гидроциклоне-сгустителе недостаточно надежен ввиду обеспечения вращения барабана за счет сгущаемой массы, застревание которой в сужающемся наклонном канале не исключено, а частоты вращения барабана - за счет регулировки сил трения на его конусных опорах, неспособных обеспечить постоянство частоты по мере притирки и износа их опорных поясков.

Задача изобретения: повышение надежности процесса обезвоживания сгущенной фракции.

Задача решается следующей совокупностью признаков заявленного устройства.

Заявленный гидроциклон-сгуститель, как и известный, включает цилиндроконический корпус с крышкой и выгрузным патрубком, питатель, сливной патрубок и устройство для обезвоживания сгущенной фракции, выполненное на выгрузном патрубке. В отличие от известного, в предлагаемом гидроциклоне-сгустителе устройство для обезвоживания сгущенной фракции выполнено в виде образованного на конце выгрузного патрубка раструба и расположенной под ним, закрепленной на выгрузном патрубке тарелки с бортом, наклонным к периферии, и конусным дном, обращенным вершиной к выгрузному патрубку, причем торец раструба и боковая поверхность последнего образуют зазоры относительно борта тарелки и конусного дна, соответственно, а на вершине последнего выполнено отверстие. При этом цилиндроконический корпус установлен с возможностью вращения в подшипниковых опорах, а питатель выполнен в виде закрепленного на опоре закрытого стакана с боковым входным патрубком на верхней части и боковым питающим патрубком на нижней части, выполненным в виде дуги, образованной в поперечном закрытому стакану уровне, периферийный контур которой выполнен по кривой, касательной к стенке цилиндроконического корпуса, причем относительно последней окончание питающего патрубка образует гарантированный зазор. При этом средняя часть закрытого стакана охватывается через сальниковое уплотнение центральным патрубком, выполненным на крышке, а сливной патрубок пропущен через закрытый стакан с радиальным зазором относительно его боковой стенки и герметично относительно донышек закрытого стакана.

Техническим результатом изобретения является повышение скорости вихревого потока сгущенной фракции на входе в устройство для обезвоживания сгущенной фракции, получение на раструбе и борту тарелки центрифугирования сгущенной фракции, выброса через борт ее твердой фазы и отсоса по поверхности конусного дна жидкой фазы в сливной патрубок.

Технический результат связан с признаками изобретения следующим образом.

Выполнение питателя в заявленном виде обусловливает подачу исходной суспензии по касательной к стенке цилиндроконического корпуса, обеспечивая правильную технологию разделения суспензии и на вращающемся корпусе. А вращение цилиндроконического корпуса в сторону вращения образующегося на его поверхности вихревого потока сгущенной фракции при равности их угловых скоростей исключает горизонтальную составляющую сил трения, встречно действующих на вихревой поток со стороны стенки этого корпуса, что снижает потерю скорости потока на преодоление сил трения. В результате максимально сохранивший приданную питателем кинетическую энергию вихревой поток сгущенной фракции, выходя из выгрузного патрубка и распределяясь под действием центробежных сил по поверхности раструба, достигает борта тарелки, обезвоживаясь вследствие центрифугирования и на раструбе, и на борту тарелки. При этом под действием вертикальной составляющей реактивной силы со стороны наклонного борта тарелки твердая фаза сдвигается по борту кверху и, достигнув его края, выгружается. А жидкая фаза, отделяющаяся на раструбе и борту тарелки, увлекается по конусному дну кверху в результате ее отсоса восходящим через сливной патрубок вихревым осветленным потоком жидкой фракции, возникшим в центре цилиндроконического корпуса при разделении суспензии. При этом отверстие на вершине конусного дна обеспечивает подсос воздуха в центр цилиндроконического корпуса для образования на оси последнего воздушного столба, формирующего вокруг себя упомянутый осветленный поток, как в известных гидроциклонах (2).

Достигаемый таким путем технический результат повышает надежность обезвоживания сгущенной фракции ввиду конструктивной простоты обеспечения этого процесса в заявленном гидроциклоне-сгустителе. Причем более быстрое прохождение суспензии через вращающийся цилиндроконический корпус заявленного гидроциклона-сгустителя повышает производительность ее разделения на сгущенную и жидкую фракции, как, например, в известных разделителях суспензии с вращающимся цилиндроконическим корпусом (3), (4).

На фиг.1 изображен гидроциклон-сгуститель в продольном разрезе; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

Гидроциклон-сгуститель устроен следующим образом.

Цилиндроконический корпус 1 с выгрузным патрубком 2 и крышкой 3 с центральным патрубком 4 установлен в подшипниковых опорах 5 и 6. Питатель 7, закрепленный относительно опоры 5, выполнен в виде закрытого стакана 8 с боковыми входным 9 и питающим 10 патрубками, при этом средняя часть закрытого стакана через сальниковое уплотнение 11 охватывается центральным патрубком 4. Через закрытый стакан 8 пропущен сливной патрубок 12 с радиальным зазором относительно боковой стенки закрытого стакана и герметично относительно его донышек 13, 14. Питающий патрубок 10 выполнен в виде дуги, образованной в поперечном закрытому стакану 8 уровне, с сужающимся свободным концом. Периферийный контур 15 дуги, образующей питающий патрубок 10, выполнен по кривой, касательной к стенке цилиндроконического корпуса 1, причем относительно этой стенки окончание свободного конца питающего патрубка образует гарантированный зазор. Для придания вращения цилиндроконическому корпусу 1 на выгрузном патрубке 2 закреплен шкив 16 клиноременной передачи, например, от электродвигателя (на чертеже не показано). Под шкивом 16 расположено устройство 17 для обезвоживания сгущенной фракции, выполненное в виде раструба 18, образованного на конце выгрузного патрубка 2, и расположенной под раструбом тарелки 19, закрепленной на выгрузном патрубке посредством кронштейна 20 с выгрузными окнами 21. Тарелка 19 имеет конусное дно 22, обращенное вершиной к выгрузному отверстию 23, и наклонный к периферии борт 24. При этом между конусным дном 22 и поверхностью раструба 18, а также между бортом 24 тарелки и торцом раструба образованы зазоры 25, 26 соответственно, а на вершине конусного дна 22 выполнено отверстие 27.

Гидроциклон-сгуститель работает следующим образом.

Во входной патрубок 9 питателя 7 подается под давлением исходная суспензия, которая, пройдя кольцевое пространство между стенкой закрытого стакана 8 и сливным патрубком 12, выходит из питающего патрубка 10, получив дополнительное ускорение на его сужающемся свободном конце, и вступает по касательной в контакт со стенкой вращающегося в направлении подачи суспензии цилиндроконического корпуса 1. В результате полученной на выходе из питающего патрубка 10 кинетической энергии и центробежного ускорения и под действием собственного веса суспензия образует вихревой поток слоя сгущенной фракции на поверхности цилиндроконического корпуса 1, а в центре последнего вихревой осветленный поток жидкой фракции, которые отводятся наружу через выгрузной 2 и сливной 12 патрубки соответственно. Так как цилиндроконический корпус 1 вращается в сторону вращения вихревого потока сгущенной фракции, то при равности их угловых скоростей горизонтальная составляющая сил трения, направленных со стороны стенки цилиндроконического корпуса по винтовой линии навстречу вихревому потоку, исчезает. Что соответственно снижает потерю скорости вихревого потока из-за противодействия ему сил трения, более значительных к выводу через выгрузной патрубок 2, где коэффициент трения между стенкой цилиндроконического корпуса 1 и сгущенной фракцией более высок вследствие большей там ее насыщенности твердой фазой. А при превышении угловой скорости цилиндроконического корпуса 1 относительно угловой скорости вихревого потока на отдельном его участке возникающие со стороны стенки цилиндроконического корпуса силы трения становятся направленными в сторону вращения вихревого потока, стремясь увеличить угловую скорость этого его участка. Оптимально выбранная угловая скорость вращения цилиндроконического корпуса 1 обеспечивает максимально нерастраченную к входу в устройство для обезвоживания сгущенной фракции кинетическую энергию ее вихревого потока, причем формирующегося в виде слоя и на поверхности выгрузного отверстия 23 при правильном выборе его диаметра. При плавном переходе поверхности выгрузного отверстия 23 к поверхности раструба 18 сгущенная фракция распределяется по поверхности раструба и при правильно выбранных его параметрах, центрифугируясь, продвигается в виде все более обезвоживаемой массы к борту 24 тарелки 19, где, центрифугируясь на ее борту, продвигается через зазор 26 кверху под действием вертикальной составляющей реактивной силы со стороны наклонного борта. В итоге твердая фаза обезвоживаемой массы выгружается через борт 24 тарелки 19 в окна 21 кронштейна 20. А жидкая фаза, отделяющаяся при обезвоживании массы на борту 24, проникает вниз сквозь идущую через зазор 26 массу (как через фильтр) вследствие ее отсоса восходящим через сливной патрубок 12 вихревым осветленным потоком жидкой фракции, возникшим в центре цилиндроконического корпуса 1 при разделении в нем исходной суспензии. В результате вихревой осветленный поток увлекает отделяющуюся на борту 24 и раструбе 18 жидкую фазу по конусному дну 22 кверху в сливной патрубок 12. При этом отверстие 27 на вершине конусного дна 22 обеспечивает подсос воздуха в центр цилиндроконического корпуса 1 для образования на его оси воздушного столба, формирующего вокруг себя вихревой осветленный поток жидкой фракции.

Увеличение скорости сгущенной фракции на входе в устройство для ее обезвоживания и отсутствие в этом устройстве взаимно подвижных элементов повышает надежность гидроциклона-сгустителя. При этом повышается и его производительность ввиду более быстрого прохождения суспензии через вращающийся цилиндроконический корпус.

Библиографические данные

1. Авторское свидетельство СССР №760566, В 04 С 5/13, 1995 (прототип).

2. Шестов Р.Н. Гидроциклоны. М.: Машиностроение, 1967, с.22, рис.16, 17.

3. Авторское свидетельство СССР №770551, В 04 С 11/00, 1980.

4. Патент США №3648840, кл. 209-211, 11.05.72.

Изобретение предназначено для разделения суспензий с обезвоживанием их сгущенной фракции, в частности для получения твердой фазы из жидкого навоза. Гидроциклон-сгуститель содержит цилиндроконический корпус с крышкой и выгрузным патрубком, питатель, сливной патрубок и устройство для обезвоживания сгущенной фракции в виде раструба, образованного на патрубке, и закрепленной на последнем тарелки с наклонным бортом и конусным дном, обращенным вершиной к выгрузному патрубку. Относительно борта и дна раструб образует зазоры, а на вершине дна выполнено отверстие. Корпус установлен с возможностью вращения в подшипниковых опорах, а питатель выполнен в виде закрытого стакана с входным и питающим патрубками. Стакан охвачен по средней части через сальниковое уплотнение центральным патрубком крышки. Питающий патрубок выполнен в виде дуги, периферийный контур которой образован по кривой, касательной к стенке цилиндрического корпуса, а сливной патрубок пропущен через закрытый стакан. Технический результат: повышение надежности процесса обезвоживания сгущенной фракции. 2 ил.

Гидроциклон-сгуститель, включающий цилиндроконический корпус с крышкой и выгрузным патрубком, питатель, сливной патрубок и устройство для обезвоживания сгущенной фракции, выполненное на выгрузном патрубке, отличающийся тем, что устройство для обезвоживания сгущенной фракции выполнено в виде образованного на конце выгрузного патрубка раструба и расположенной под ним, закрепленной на выгрузном патрубке тарелки с бортом, наклонным к периферии, и конусным дном, обращенным вершиной к выгрузному патрубку, при этом торец раструба и боковая поверхность последнего образуют зазоры относительно борта тарелки и конусного дна, соответственно, причем на вершине последнего выполнено отверстие, при этом цилиндроконический корпус установлен с возможностью вращения в подшипниковых опорах, а питатель выполнен в виде закрепленного на опоре закрытого стакана с боковым входным патрубком на верхней части и боковым питающим патрубком на нижней части, выполненным в виде дуги, периферийный контур которой выполнен по кривой, касательной к стенке цилиндроконического корпуса, причем относительно последней окончание питающего патрубка образует гарантированный зазор, при этом средняя часть закрытого стакана охватывается через сальниковое уплотнение центральным патрубком, выполненным на крышке, а сливной патрубок пропущен через закрытый стакан с радиальным зазором относительно его боковой стенки и герметично относительно донышек закрытого стакана.