БАТАРЕЙНЫЙ ГИДРОЦИКЛОН Российский патент 2007 года по МПК B04C5/28 

Предлагаемое техническое решение относится к агрегатным циклонам, в которых осевое направление вихревого потока изменяется на противоположное (более конкретно - к батарейным гидроциклонам для отделения твердых материалов от текучей среды). Изобретение может быть преимущественно использовано при безреагентной обработке воды в системах оборотного водоснабжения (в частности, в системах теплоснабжения, в энергетических установках и т.п.).

Обработка воды магнитным полем является одним из физических методов, практически применяемым в безреагентных технологических схемах улучшения качества воды (например, для предупреждения накипеобразования в теплообменных аппаратах оборотных систем теплоснабжения с водогрейными котлами), и заключается в воздействии магнитного поля на поток воды, пересекающий магнитные силовые линии [см., например, Тебенихин Е.Ф. Безреагентные методы обработки воды в энергоустановках. - 2-е изд., перераб, и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 144 с. - (Б-ка теплотехника): С.8]. Надлежащий полезный эффект магнитной обработки проявляется при ее непрерывном применении в течение длительного времени (при многократном контакте воды с магнитным полем), а также при своевременном и, по возможности, полном удалении образующегося в результате магнитной обработки тонкодисперсного шлама (взвеси). Для этого рекомендуют (как наиболее подходящие) устройства, работающие на принципе центробежной сепарации, в частности гидроциклонные аппараты [указ. соч.: С.61 (Рис.3.10)].

С целью увеличения общей производительности при обеспечении требуемой эффективности удаления твердых примесей единичные циклоны (микроциклоны, циклонные элементы) в меньшем иди большем количестве объединяют (с разделением между ними потока сепарируемой среды), образуя соответственно групповой или батарейный циклон (мультициклон) [см., например, Терновский И.Г., Кутепов А.М. Гидроциклонирование. - М.: Наука, 1994: С.19].

Из подобных гидроциклонных аппаратов известен мультигидроциклон (А.с. 1618452 СССР, МПК⁵ В04С 5/24. - Опубл. 07.01.1991, Бюл. №1], включающий корпус с камерой сгущенного схода, патрубками подачи исходного продукта и отвода жидкого и сгущенного сходов, напорную (приемную) камеру с размещенными в ней камерой жидкого схода и микроциклонами, отличающийся тем, что он снабжен втулкой с правой и левой резьбой на концах, посредством которой камера жидкого схода соединена с корпусом.

Недостатками этого мультигидроциклона являются:

- трудность обеспечения герметичности разъема в месте посадки каждого микроциклона в корпусе мультигидроциклона за счет одновременного поджатия (корпусом камеры жидкого схода) всех микроциклонов посредством усилия, создаваемого при проворачивании единственной резьбовой втулки (даже при ее центральном расположении), из-за разброса размеров микроциклонов по высоте (например, в пределах допусков изготовления),

- возможность оседания шлама из исходной суспензии в части напорной камеры, расположенной ниже входа в микроциклоны, что приводит к необходимости периодической очистки напорной камеры, которая затруднена (или невозможна) без демонтажа микроциклонов,

- затрудненность выхода воздуха из мультигидроциклона при его заполнении, что может привести к срыву потока в микроциклонах и снижению эффекта разделения мультигидроциклона,

- дополнительное увеличение радиального габарита корпуса мультигидроциклона (при необходимости размещения большого количества микроциклонов) из-за центрального положения резьбовой втулки.

Задача, решаемая изобретением, состоит в увеличении удобства обслуживания и ремонта батарейного гидроциклона (облегчение сборки-разборки, осмотра, регулирования и очистки при уменьшении затрат труда и времени) без снижения его характеристик (по показателям производительности, разделения и надежности).

Изобретение обеспечивает следующие, в частности технические, результаты:

во-первых, устранение негерметичности стыков в месте посадки каждого циклонного элемента,

во-вторых, предотвращение дополнительных напряжений в элементах батарейного гидроциклона (возникающих, в том числе, как за счет их теплового расширения, так и в процессе герметизации),

в-третьих, расширение диапазонов производительности и показателей разделения при использовании одного и того же корпуса батарейного гидроциклона,

в-четвертых, устранение необходимости добавочной воды для возмещения ее убыли из системы оборотного теплоснабжения при обеспечении показателей разделения в батарейном гидроциклоне (следовательно, увеличение эффективности использования воды в системе), а в частных случаях, кроме того, также и,

в-пятых, предотвращение возможности оседания шлама из исходной суспензии в приемной камере,

в-шестых, предотвращение задержки выхода воздуха из полостей батарейного гидроциклона при заполнении последнего в начале работы.

Сущность изобретения заключается в том, что в батарейном гидроциклоне, включающем корпус с патрубками подачи исходной суспензии и вывода сгущенного продукта и циклонные элементы, в отличии от прототипа

все циклонные элементы объединены в съемный циклонный блок посредством нижней и верхней плит, жестко связанных между собой и снабженных сквозными отверстиями для размещения соответственно цилиндрической части корпуса и патрубка отвода осветленного продукта каждого циклонного элемента,

при этом у каждого циклонного элемента цилиндрическая часть корпуса упруго уплотнена в соответствующем отверстии нижней плиты с возможностью осевого перемещения относительно последней, а конец патрубка отвода осветленного продукта снабжен резьбой и буртом ниже резьбы с возможностью закрепления указанного патрубка и упругого уплотнения бурта относительно нижнего торца верхней плиты при навинчивании гайки на участок резьбы, выступающий за верхний торец верхней плиты через соответствующее отверстие в последней,

камера осветленного продукта ограничена верхней плитой, установленной с опорой на заплечики ступени внутренней поверхности корпуса батарейного гидроциклона и упруго уплотненной относительно последнего, и крышкой батарейного гидроциклона, образующей с корпусом разъемное соединение и упруго уплотненной относительно указанного корпуса,

шламовая камера ограничена нижней частью корпуса батарейного гидроциклона и нижней плитой, упруго уплотненной относительно корпуса с возможностью ее осевого перемещения, при этом верхняя часть шламовой камеры дополнительно снабжена патрубком для отвода сгущенного продукта, вход в который со стороны указанной камеры расположен выше аналогичного входа в патрубок вывода сгущенного продукта,

а приемная камера ограничена нижней и верхней плитами и верхней частью корпуса батарейного гидроциклона.

Частные случаи изобретения могут характеризоваться следующими признаками. Упругое уплотнение зазоров между корпусом и крышкой батарейного гидроциклона, между указанным корпусом и нижней и верхней плитами выполнено посредством резиновых кольцевых прокладок, размещенных в кольцевых канавках соответственно в корпусе, в нижней и верхней плитах, а зазоров между каждым циклонным элементом и нижней и верхней плитами - в корпусе и бурте данного циклонного элемента. Вход в любой циклонный элемент расположен ниже уровня верхнего торца нижней плиты. В верхней и нижней плитах выполнено по меньшей мере по одному осевому сквозному отверстию, предназначенному для выхода воздуха при заполнении батарейного циклона. Нижняя часть корпуса батарейного гидроциклона выполнена сужающейся книзу и снабжена на нижнем торце съемной крышкой с патрубком вывода сгущенного продукта. Разъемное соединение корпуса и крышки батарейного гидроциклона выполнено болтовым с использованием фланцев корпуса и крышки. В крышке батарейного гидроциклона выполнено центральное отверстие для отвода осветленного продукта.

Предлагаемое устройство в частном выполнении для системы теплоснабжения, где (как термины) исходной суспензии соответствует очищаемый теплоноситель, а жидкому сходу - осветленный продукт, поясняется чертежами:

фиг.1 - батарейный гидроциклон (общий вид);

фиг.2 - зона разъемного соединения корпуса и крышки батарейного гидроциклона (элемент А фиг.1);

фиг.3 - зона крепления единичного циклонного элемента к верхней плите циклонного блока (элемент Б фиг.1);

фиг.4 - зона размещения единичного циклонного элемента в нижней плите циклонного блока (элемент В фиг.1).

Батарейный гидроциклон содержит корпус 1 и крышку 2, образующие разъемное соединение (например, болтовое посредством фланцев 3 корпуса и 4 крышки и болтов 5 с гайками 6), упруго уплотняемое кольцевой прокладкой 7 (например, резиновой). Верхняя (цилиндрическая) часть корпуса 1 снабжена патрубком 8 подачи очищаемого теплоносителя, а нижняя часть корпуса 1 - патрубком 9 (например, штуцером) вывода сгущенного продукта из батарейного гидроциклона. В случае шлама, склонного к слипанию, для облегчения его удаления нижняя часть корпуса 1 может быть, например, выполнена конической и снабжена на нижнем торце съемной крышкой 10 с встроенным патрубком 9, уплотняемой прокладкой 11 (например, паронитовой или резиновой). В крышке 2 выполнено центральное отверстие 12 для отвода осветленного продукта из батарейного гидроциклона.

Съемный циклонный блок 13 включает нижнюю и верхнюю плиты 14 и 15, жестко связанные между собой (например, тремя стойками 16, прикрепленными к указанным плитам на их периферии) и объединяющие циклонные элементы 17. В нижней и верхней плитах 14 и 15 выполнены соосные отверстия 18 и 19, попарно образующие посадочное место для каждого единичного циклонного элемента 17. Общее количество и диаметр циклонных элементов 17 в конкретном циклонном блоке 13 определяют в соответствии с текущими требованиями по расходу и эффекту осветления батарейного гидроциклона.

Каждый циклонный элемент 17 содержит цилиндроконический корпус 20 с завихрителем 21 в верхней части и патрубок 22 отвода осветленного продукта, жестко связанные между собой. Корпус 20 каждого циклонного элемента 17 размещен в соответствующем отверстии 18 нижней плиты 14, а зазор между ними упруго уплотнен кольцевой прокладкой 23 (например, резиновой) с возможностью осевого перемещения корпуса 20 относительно плиты 14. При этом вход в завихритель 21 расположен ниже уровня верхнего торца нижней плиты 14, что препятствует отложению шлама на поверхности указанной плиты 14.

Верхняя часть патрубка 22 каждого циклонного элемента 17 снабжена резьбой, а также буртом 24 ниже резьбы. Патрубок 22 каждого циклонного элемента 17 размещен в соответствующем отверстии 19 верхней плиты 15 и закреплен с помощью гайки 25, навинченной на участок резьбы, выступающий за верхний торец верхней плиты 15, а зазор между верхним заплечиком бурта 24 и нижним торцом верхней плиты 15 упруго уплотнен кольцевой прокладкой 26 (например, резиновой). При этом бурт 24 и отверстия 18 и 19 выполнены с возможностью указанного уплотнения при несоосности патрубка 22 и отверстий 18 и 19 (за счет, в частности, соответствующих величин диаметра бурта 24 и зазора между патрубком 22 и верхней плитой 15).

Внутри корпуса 1 съемный циклонный блок 13 установлен с опорой верхней плиты 15 на заплечики ступени внутренней поверхности корпуса 1 (например, на торец кольцевой расточки фланца 3) и зафиксирован от проворота относительно корпуса 1 (например, штифтом 27, установленным во фланце 3 и входящим в паз 28, выполненный в верхней плите 15). Фланец 4 крышки 2 препятствует перемещению верхней плиты 15 вверх, тем самым ограничивая возможность соответствующего смещения циклонного блока 13. Зазоры между цилиндрической частью корпуса 1 и верхней и нижней плитами 15 и 14 упруго уплотнены соответственно кольцевыми прокладкой 29 и 30 (например, резиновыми), причем с возможностью осевого перемещения нижней плиты 14 относительно корпуса 1.

Канавки для кольцевых прокладок 7, 29 и 30 могут быть выполнены соответственно в корпусе 1, в верхней и нижней плитах 15 и 14, а для кольцевых прокладок 23 и 26 - в корпусе 20 и бурте 24 каждого циклонного элемента.

Приемная камера 31 батарейного гидроциклона ограничена цилиндрической частью корпуса 1 и нижней и верхней плитами 14 и 15, камера осветленного продукта 32 - верхней плитой 15 и крышкой 2, а шламовая камера 33 - нижней частью корпуса 1 и нижней плитой 14. Верхняя часть шламовой камеры 33 (выше уровня входа в патрубок 9 со стороны указанной камеры) снабжена патрубком 34 (например, штуцером) для отвода сгущенного продукта в полость системы теплоснабжения с меньшим давлением, например на всасывание насоса, подающего теплоноситель в батарейный гидроциклон (на чертежах не показан). По периферии нижней и верхней плит 14 и 15 выполнены сквозные осевые отверстия 35 и 36 (например, в каждой по три, равномерно распределенных по окружности), предназначенные для выпуска воздуха при заполнении батарейного гидроциклона.

Сборку съемного циклонного блока 13 производят в удобном для этого месте. Устанавливая единичные циклонные элементы 17, продвигают каждый из них через предназначенное для данного циклонного элемента 17 отверстие 18 нижней плиты 14 в направлении соответствующего отверстия 19 верхней плиты 15 патрубком 22 вперед. При этом каждый корпус 20 уплотняют в отверстии 18 нижней плиты 14 прокладкой 23. Проведя верхний конец патрубка 22 через сквозное отверстие 19 в верхней плите 15, навинчивают на него гайку 25 и затягивают соединение, тем самым уплотняя патрубок 22 прокладкой 26, прижимаемой при этом к нижней торцовой поверхности верхней плиты 15, и одновременно закрепляя в циклонном блоке 13 данный циклонный элемент 17. Указанная операция (закрепление и уплотнение) с любым циклонным элементом 17 не зависит от выполнения таких же операций над остальными элементами 17, поэтому усилие затяжки может быть выбрано минимально необходимым для данного элемента. Собранный съемный циклонный блок 13 может быть использован как для изготовления нового батарейного гидроциклона, так и для замены съемного циклонного блока уже эксплуатируемого батарейного гидроциклона.

При сборке нового батарейного гидроциклона съемный циклонный блок 13 устанавливают в корпус 1, уплотняя верхнюю и нижнюю плиты 15 и 14 соответственно кольцевыми прокладками 29 и 30 и фиксируя положение циклонного блока 13 в корпусе 1 посредством совмещения паза 28, выполненного на нижней торцовой поверхности плиты 15, и штифта 27, установленного во фланце 3 корпуса 1. Затем сверху на корпус 1 устанавливают крышку 2, уплотняя относительно корпуса 1 прокладкой 7 с помощью болтов 5 и гаек 6. Полную разборку батарейного гидроциклона производят, действуя в обратной последовательности операций.

При необходимости осмотра или ремонта эксплуатируемого батарейного гидроциклона, а также при замене циклонного блока 13 на сменный (с теми же или с иными характеристиками) снимают, развинтив болты 5 и гайки 6, крышку 2 и извлекают циклонный блок 13, получая удобный доступ ко всем циклонным элементам и в полость батарейного гидроциклона. В случае замены устанавливают на место сменный циклонный блок 13, заранее собранный, как указано выше, а затем - крышку 2.

Предлагаемый батарейный гидроциклон работает следующим образом. Очищаемый теплоноситель поступает через патрубок 8 и приемную камеру 31 в завихрители 21 каждого циклонного элемента 17, где поток приобретает поступательно-вращательное движение, за счет которого в каждом циклонном элементе 17 происходит разделение очищаемого теплоносителя на осветленный и сгущенный продукты. Первый, двигаясь вверх, через патрубки 22 поступает в камеру 32 осветленного продукта, откуда через центральное отверстие 12 уходит в систему теплоснабжения, а второй, продолжая движение вниз, поступает в шламовую камеру 33, где происходит оседание шлама. Сгущенный продукт из нижней части камеры 33, где содержание шлама больше среднего, с накопившимся осадком периодически выводят через патрубок 9. При затрудненности (или невозможности) такого вывода удаляют съемную крышку 10 и через открывшееся после этого отверстие производят очистку шламовой камеры 33. Сгущенный продукт из верхней части шламовой камеры 33, где содержание шлама меньше среднего, через патрубок 34 (с расходом, определяемым средствами регулирования, которые на чертежах не показаны, и не превышающим 5...10% от подачи в батарейный гидроциклон) поступает, например, на всасывание насоса, подающего теплоноситель в батарейный гидроциклон. Как показывают данные испытаний, такой отвод сгущенного продукта с возвратом в систему теплоснабжения (вместо вывода сгущенного продукта со сбросом за пределы системы) обеспечивает должный эффект разделения в батарейном гидроциклоне и практически исключает необходимость добавочной воды для работы последнего.

При заполнении батарейного гидроциклона воздух, вытесняемый поступающим теплоносителем, из шламовой камеры 33 выходит через отверстия 35 в нижней плите 14 в приемную камеру 31, а оттуда - через отверстия 36 в верхней плите 15 в камеру 32 осветленного продукта и уходит из батарейного гидроциклона через центральное отверстие 12.

Дополнительные напряжения в элементах циклонного блока 13 за счет их теплового расширения исключены из-за возможности перемещения нижней плиты 14 относительно корпуса 1 батарейного гидроциклона, а корпуса 20 каждого циклонного элемента 17 относительно нижней плиты 14.

Изобретение относится к батарейным гидроциклонам для отделения твердых материалов от текучей среды и может быть преимущественно использовано при безреагентной обработке воды в системах оборотного водоснабжения. Задача, решаемая изобретением, состоит в увеличении удобства обслуживания и ремонта батарейного гидроциклона без снижения его характеристик. Сущность изобретения заключается в том, что единичные циклоны объединены в съемный блок посредством жестко связанных между собой нижней и верхней плит, разделяющих полость, образованную корпусом батарейного гидроциклона, на камеру осветленного продукта, приемную и шламовую камеры, зазоры упруго уплотнены (часть их - с возможностью осевого смещения элементов батарейного гидроциклона), а шламовая камера дополнительно снабжена патрубком для частичного возврата сгущенного продукта в полость системы водоснабжения. 6 з.п. ф-лы 4 ил.

1. Батарейный гидроциклон, преимущественно для систем магнитной обработки воды, включающий корпус с патрубками подачи исходной суспензии и вывода сгущенного продукта, циклонные элементы, отличающийся тем, что все циклонные элементы объединены в съемный циклонный блок посредством нижней и верхней плит, жестко связанных между собой и снабженных сквозными отверстиями для размещения соответственно цилиндрической части корпуса и патрубка отвода осветленного продукта каждого циклонного элемента, при этом у каждого циклонного элемента цилиндрическая часть корпуса упруго уплотнена в соответствующем отверстии нижней плиты с возможностью осевого перемещения относительно последней, а конец патрубка отвода осветленного продукта снабжен резьбой и буртом ниже резьбы с возможностью закрепления указанного патрубка и упругого уплотнения бурта относительно нижнего торца верхней плиты при навинчивании гайки на участок резьбы, выступающий за верхний торец верхней плиты через соответствующее отверстие в последней, камера осветленного продукта ограничена верхней плитой, установленной с опорой на заплечики ступени внутренней поверхности корпуса батарейного гидроциклона и упруго уплотненной относительно последнего, и крышкой батарейного гидроциклона, образующей с корпусом разъемное соединение и упруго уплотненной относительно указанного корпуса, шламовая камера ограничена нижней частью корпуса батарейного гидроциклона и нижней плитой, упруго уплотненной относительно корпуса с возможностью ее осевого перемещения, при этом верхняя часть шламовой камеры дополнительно снабжена патрубком для отвода сгущенного продукта, вход в который со стороны указанной камеры расположен выше входа в патрубок вывода сгущенного продукта, а приемная камера ограничена нижней и верхней плитами и верхней частью корпуса батарейного гидроциклона.2. Батарейный гидроциклон по п.1, отличающийся тем, что упругое уплотнение зазоров между корпусом и крышкой батарейного гидроциклона, между указанным корпусом и верхней и нижней плитами выполнено посредством резиновых кольцевых прокладок, размещенных в кольцевых канавках соответственно в корпусе, в верхней и нижней плитах, а упругое уплотнение зазоров между каждым циклонным элементом и верхней и нижней плитами - в бурте и корпусе данного циклонного элемента.3. Батарейный гидроциклон по п.1, отличающийся тем, что вход в любой циклонный элемент расположен ниже уровня верхнего торца нижней плиты.4. Батарейный гидроциклон по п.1, отличающийся тем, что в верхней и нижней плитах выполнено по меньшей мере по одному осевому сквозному отверстию, предназначенному для выхода воздуха при заполнении батарейного циклона.5. Батарейный гидроциклон по п.1, отличающийся тем, что нижняя часть корпуса батарейного гидроциклона выполнена сужающейся книзу и снабжена на нижнем торце съемной крышкой с патрубком вывода сгущенного продукта.6. Батарейный гидроциклон по п.1, отличающийся тем, что разъемное соединение корпуса и крышки батарейного гидроциклона выполнено болтовым с использованием фланцев корпуса и крышки.7. Батарейный гидроциклон по п.1, отличающийся тем, что в крышке батарейного гидроциклона выполнено центральное отверстие для отвода осветленного продукта.