СЕПАРАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО С ДВОЙНЫМ ПРИВОДОМ И СПОСОБ УМЕНЬШЕНИЯ НАЛИПАНИЯ В СЕПАРАЦИОННОМ УСТРОЙСТВЕ Российский патент 2014 года по МПК B01D21/02 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к сепарационным устройствам, предназначенным для работы с суспензиями и пульпами, в частности к сепарационному устройству, содержащему устройство для сдвигания пульпы. Указанное устройство было разработано прежде всего для применения в сгустителях и описано ниже со ссылкой на данную область применения. Однако следует понимать, что изобретение не ограничено данной конкретной областью применения.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Нижеследующее описание известного уровня техники служит для представления изобретения в соответствующем техническом контексте и позволяет должным образом оценить его значимость. Однако если четко не указано иное, ссылка на любой известный уровень техники в данном описании не должна считаться признанием того, что данный уровень техники широко известен или относится к общеизвестным сведениям в данной области техники.

Сепарационные устройства, такие как сгустители, осветлители и уплотнители, как правило, применяются для выделения твердых фракций из суспензий (обычно содержащих твердые частицы, взвешенные в жидкости) и находят широкое применение при разработке горных месторождений, обработке минерального сырья, обработке пищевых продуктов, рафинировании сахара, очистке воды, очистке сточных вод и в других подобных отраслях промышленности. Как правило, данные устройства содержат чан, в котором происходит осаждение твердых частиц из суспензии или раствора и их оседание на дно в виде пульпы или шлама, подлежащего откачиванию и восстановлению. Таким образом, разбавленный раствор, имеющий более низкую относительную плотность, смещается по направлению к верхней части чана, где происходит его удаление по сливному желобу. Сначала суспензию, подлежащую сгущению, подают по питающей трубе, каналу или линии в питающий стакан, расположенный в основном чане. Обычно имеется гребковый узел, установленный с возможностью вращения вокруг центрального приводного вала и, как правило, содержащий по меньшей мере два гребных рычага со скребками, обеспечивающими перемещение осажденного материала в направлении внутрь для сбора через придонное выпускное отверстие.

В процессе обработки, разделения и извлечения минерального сырья тонкоизмельченная руда находится во взвешенном состоянии в виде пульпы в соответствующей жидкой среде, такой как вода, при консистенции, которая обеспечивает возможность протекания и осаждения в статических условиях. Осаждение пульпы из суспензии происходит вследствие совместного воздействия силы тяжести и химических и/или механических процессов либо без участия последних. На начальном этапе в суспензию может быть добавлен коагулянт и/или флокулянт, улучшающий процесс осаждения. Затем суспензию тщательно перемешивают в сепарационном устройстве, например сгустителе, для содействия группированию твердых частиц с образованием в итоге более плотных и крупных «агрегатов» из частиц пульпы, которые выпадают в осадок из суспензии. Как правило, твердые частицы в агрегатах пульпы захватывают жидкость, также называемую раствором.

Как правило, в чане постепенно образуется несколько зон или слоев материала, имеющих разную объемную плотность, как проиллюстрировано на фиг.1А. В нижней части чана 1 пульпа образует относительно плотную зону 2 из уплотненной пульпы или твердых частиц 3, которые часто имеют вид связанных агрегатов (то есть агрегаты пульпы находятся в непрерывном контакте друг с другом). Данную зону 2 обычно называют «постелью пульпы» или связанным слоем пульпы. Расположенная над постелью 2 пульпы зона 4 замедленного осаждения содержит твердые частицы 5, которые еще не прошли полное осаждение или уплотнение. То есть твердые частицы или агрегаты 5 еще не находятся в непрерывном контакте друг с другом (не связаны). Над зоной 4 замедленного осаждения расположена зона 6 «свободного осаждения», в которой твердые частицы или агрегаты 7 частично взвешены в жидкости и оседают в направлении нижней части чана 1. Следует понимать, что зона 4 не всегда представляет собой четко ограниченную зону между связанным слоем 2 и зоной 6 свободного осаждения. Вместо этого указанная зона 4 может образовывать переход или поверхность раздела, которая расположена между связанным слоем 2 и зоной 6 свободного осаждения и плавно переходит в них. Над зоной 6 расположена осветленная зона 8 разбавленного раствора, в которой присутствуют мелкие твердые частицы и происходит удаление разбавленного раствора из чана 1 при помощи сливного желоба (не показан). На фиг.1А также изображены загрузочный стакан 9 и придонное выпускное отверстие 10, предназначенное для удаления уплотненной пульпы 3 из чана 1.

До настоящего времени традиционно считалось, что для поддержания соответствующей придонной плотности в пределах постели 2 пульпы необходимо отсутствие возмущений указанной постели и зоны 4 замедленного осаждения для обеспечения возможности осаждения плотных агрегатов твердых частиц с получением требуемой уплотненной структуры. Как следствие, большинство разработок в области технологии сепарационных устройств относятся к усовершенствованиям процесса осаждения либо в загрузочном стакане, либо в зоне 6 свободного осаждения, а не к любым процессам, которые могут нарушить уплотненную структуру твердых частиц в постели 3 пульпы или частично спрессованных твердых частиц в зоне 4 замедленного осаждения.

Кроме того, было установлено, что по мере увеличения глубины постели 2 пульпы проникновение высвобожденной жидкости через указанную постель 2 и ее миграция вверх в осветленную зону 8 становятся все более затруднительными. Одно предложенное решение заключается в выполнении дренажных стержней, прикрепленных к гребным рычагам и способствующих удалению указанной жидкости с увеличением, таким образом, придонной плотности и, следовательно, эффективности процесса сепарации. Указанные стержни, как правило, расположены на равных расстояниях друг от друга для образования в постели пульпы дренажных каналов, равномерно разнесенных по диаметру чана, и предназначены для минимизации возмущений постели пульпы.

Кроме того, было установлено, что вращение гребкового узла, выполненного со стержнями или без них, повышает вероятность поворота постели пульпы, которое также известно как налипание. Налипание возникает, когда вокруг гребкового узла образуются отдельные агломераты из частиц пульпы, называемые «комками» или «островками», что приводит к увеличению крутящего момента, необходимого для вращения гребкового узла, а также к уменьшению активного сечения для сепарации. Таким образом, это приводит к уменьшению плотности сгущенной пульпы. В случае использования гребкового узла агломераты, как правило, скапливаются вокруг рычагов и стержней гребкового узла и, следовательно, вращаются при вращении гребкового узла. При налипании, когда образуется агломерат, весь уплотненный пласт пульпы не должен обязательно вращаться, так же как и остальное содержимое чана-сгустителя, - фактически вращается только агломерат. Как следствие, данное явление отрицательно влияет на производительность и эффективность сгустителя, что обусловлено тремя основными причинами. Во-первых, скопление агломератов вокруг гребкового узла затрудняет формирование требуемой постели относительно равномерной сгущенной пульпы и уменьшает активные сечения для сепарации, тем самым уменьшая плотность пульпы, или придонную плотность. Во-вторых, увеличение крутящего момента, который необходим для вращения гребкового узла, повышает износ на приводном узле, что приводит к более частому проведению технического обслуживания и, следовательно, к увеличению времени простоя сгустителя. В-третьих, налипание препятствует выполнению основной функции гребкового узла, которая заключается в сгребании осевших твердых частиц к центральному месту выгрузки.

Были предложены различные решения для уменьшения или предотвращения процесса налипания. Одно из предложенных решений заключается в размещении неподвижных перегородок или стержней, которые препятствуют образованию агломератов путем разрушения любых подобных образований вокруг гребкового узла.

Целью изобретения является устранение или уменьшение влияния одного или более недостатков известного уровня техники или по меньшей мере создание подходящего альтернативного решения.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с первым аспектом в изобретении предложено сепарационное устройство, предназначенное для отделения пульпы от загружаемого материала и содержащее чан для приема загружаемого материала, гребковый узел, установленный с возможностью вращения в чане для обеспечения перемещения пульпы по направлению к его выпускному отверстию, и сдвигающее устройство, предназначенное для сдвигания пульпы в чане и установленное с возможностью перемещения независимо от гребкового узла.

Если в контексте четко не указано иначе, на протяжении всего описания и формулы изобретения выражения «содержит», «содержащий» и т.п. следует истолковывать в охватывающем смысле, в отличие от исключающего или исчерпывающего смысла, другими словами, как «включая, но не ограничиваясь указанным».

Благодаря выполнению сдвигающего устройства с возможностью перемещения независимо от гребкового узла указанное устройство может перемещаться со скоростью и/или в направлении, которые отличаются от скорости и/или направления гребкового узла. Это приводит к сложному перемещению текучей среды и к турбулентности, которая уменьшает или полностью устраняет тенденцию агломерирования пульпы вокруг сдвигающего устройства и/или гребкового узла с уменьшением или предотвращением, таким образом, образования комков в постели пульпы. В результате повышается эффективность сепарации, выполняемой сепарационным устройством, что увеличивает придонную плотность восстановленных твердых частиц.

Предпочтительно, гребковый узел прикреплен к первому приводному валу с возможностью вращения вокруг первой оси, а сдвигающее устройство прикреплено ко второму приводному валу с возможностью вращения вокруг второй оси. В одном предпочтительном варианте второй приводной вал концентричен первому приводному валу.

Предпочтительно, сдвигающее устройство вращается в направлении, противоположном направлению вращения гребкового узла.

Предпочтительно, сдвигающее устройство выполнено с возможностью вращения вокруг второй оси со сменой направления на противоположное. Предпочтительно, направление вращения сдвигающего устройства вокруг второй оси меняется на противоположное периодическим образом.

В еще одном альтернативном варианте гребковый узел прикреплен к первому приводному валу с возможностью вращения вокруг первой оси, а сдвигающее устройство прикреплено ко второму приводному валу с возможностью перемещения вдоль первой оси или по существу параллельно ей. Предпочтительно, сдвигающее устройство перемещается вдоль первой оси или параллельно ей с возможностью скольжения. В одном предпочтительном варианте второй приводной вал концентричен первому приводному валу.

Предпочтительно, сдвигающее устройство перемещается по существу вертикально относительно постели пульпы. В одном предпочтительном варианте сдвигающее устройство совершает по существу возвратно-поступательное перемещение в вертикальном направлении.

Предпочтительно, первая ось является центральной осью чана.

Предпочтительно, сепарационное устройство содержит первый приводной механизм, предназначенный для приведения во вращение первого приводного вала. Предпочтительно, первый приводной механизм содержит один редукторный привод. В альтернативном варианте первый приводной механизм содержит один или более шестеренчатых приводов. Для первого приводного механизма легко могут использоваться приводы других типов, например гидравлический приводной двигатель.

Предпочтительно, сепарационное устройство содержит второй приводной механизм, независимый от первого приводного механизма и предназначенный для приведения в движение второго вала. Предпочтительно, второй приводной механизм содержит один редукторный привод. В альтернативном варианте второй приводной механизм содержит один или более шестеренчатых приводов. В одном варианте выполнения второй приводной механизм содержит периферический привод. Для первого приводного механизма легко могут использоваться приводы других типов, например гидравлический приводной двигатель.

В одном предпочтительном варианте второй приводной механизм содержит приводной механизм, расположенный у наружного края чана, предпочтительно периферический приводной механизм. В другом предпочтительном варианте второй приводной механизм коаксиален второму приводному валу.

Предпочтительно, сдвигающее устройство расположено над гребковым узлом. В одном предпочтительном варианте гребковый узел расположен смежно с нижней частью чана.

Предпочтительно, выполняется регулирование одного или более параметров сдвига с учетом интенсивности потока загружаемого материала, подаваемого в чан, и/или одного или более рабочих параметров для обеспечения регулируемого приложения оптимального сдвигающего усилия к пульпе, проходящей через область чана. На протяжении всего описания и формулы изобретения выражение «интенсивность потока» означает расход потока твердых частиц, взвешенных в текучей среде (обычно жидкости), измеряемый в тоннах на квадратный метр в час (т/м²ч). В контексте сепарации минерального сырья выражение «интенсивность потока» используется применительно к твердым частицам пульпы, взвешенным в шламе. Несмотря на то что концентрация твердых частиц или плотность пульпы в суспензии может изменяться при перемещении пульпы через чан, поток твердых частиц может рассматриваться как независящий от плотности пульпы и выражаться в виде интенсивности потока.

Предпочтительно, параметры сдвига выбираются из группы, в которую входят скорость сдвигающего устройства, форма сдвигающего устройства и глубина области сдвига.

Предпочтительно, рабочие параметры выбираются из группы, в которую входят состав пульпы, размер частиц пульпы, скорость потока пульпы в чане, предел текучести пульпы, вязкость пульпы, относительная придонная плотность, весовое процентное содержание придонной части и скорость введения флокулянта в загружаемый материал.

Предпочтительно, один или более параметров сдвига могут регулироваться в ответ на изменения интенсивности потока и/или одного или более рабочих параметров.

Предпочтительно, сепарационное устройство содержит датчик интенсивности потока, предназначенный для контроля интенсивности потока суспензии. Предпочтительно, сепарационное устройство содержит один или более датчиков, предназначенных для контроля одного или более рабочих параметров. Предпочтительно, сепарационное устройство содержит блок или систему управления, связанную с датчиком интенсивности потока и/или датчиками контроля рабочих параметров.

Кроме того, авторами изобретения было неожиданно обнаружено, что возмущение пульпы, предпочтительно в виде сдвига, может привести к повышению эффективности процесса сепарации, в особенности процесса осаждения, происходящего в сгустителе. Полагается, что путем создания возмущения, по существу равномерного по всей зоне возмущения, связанная пульпа в указанной зоне нарушается вследствие разрушения, возмущения, перераспределения, переориентации или «встряхивания» мест непрерывного контакта между частицами пульпы или вследствие силового воздействия на пульпу. Данное нарушение связанной пульпы в зоне возмущения обеспечивает возможность высвобождения захваченной жидкости в направлении вверх к осветленной зоне разбавленного раствора и увеличивает плотность пульпы, расположенной ниже зоны возмущения, по сравнению с плотностью пульпы, расположенной над указанной зоной.

На протяжении всего описания под выражениями «нарушать», «нарушающий» и «нарушение», а также их производными подразумевается разрушение, возмущение, перераспределение, переориентация или «встряхивание» частиц или вещества, а также приложение силы к частицам или веществу. В контексте данного изобретения указанные выражения применяются для обозначения разрушения, возмущения, перераспределения, переориентации, «встряхивания» упорядоченной структуры связанной пульпы или приложения к ней силы, в том числе к местам непрерывного контакта между частицами связанной пульпы, но не ограничиваясь этим.

Предпочтительно, сдвигающее устройство по меньшей мере частично погружено в область чана. Предпочтительно, указанная область содержит часть зоны замедленного осаждения. Более предпочтительно, указанная область содержит нижнюю часть зоны замедленного осаждения. В альтернативном варианте указанная область содержит часть постели пульпы (слоя связанной пульпы). В одном предпочтительном варианте указанная область содержит только верхнюю часть постели пульпы (связанного слоя пульпы). В другом особенно предпочтительном варианте указанная область содержит только верхнюю половину постели пульпы (связанного слоя пульпы). В еще одном альтернативном варианте указанная область содержит часть зоны замедленного осаждения и часть постели пульпы (связанного слоя пульпы). В одном варианте выполнения указанная область содержит зону замедленного осаждения и постель пульпы (связанный слой пульпы).

Кроме того, в одном варианте выполнения сдвигающее устройство предпочтительно прикладывает сдвигающее усилие по существу равномерно по всей зоне возмущения в верхней области связанного слоя пульпы, образованного из агрегатов пульпы, оседающих на дно чана, с обеспечением нарушения связанной пульпы в зоне возмущения в течение заданного периода времени. Более предпочтительно, сдвигающее устройство прикладывает сдвигающее усилие по всей зоне возмущения в течение заданного периода времени. В результате пульпа, расположенная ниже зоны возмущения, может преобразоваться до состояния с существенно более высокой плотностью по сравнению с пульпой, расположенной выше указанной зоны плотности пульпы, например, на величину от 5 до 50%.

Предпочтительно, сдвигающее устройство содержит по меньшей мере два сдвигающих рычага, установленных с возможностью перемещения в пределах зоны возмущения. В одном предпочтительном варианте сдвигающее устройство содержит по меньшей мере три сдвигающих рычага, установленных с возможностью вращения в пределах зоны возмущения. Более предпочтительно, сдвигающее устройство содержит сдвигающие элементы, предназначенные для приложения сдвигающего усилия к связанной пульпе. Предпочтительно, каждый из указанных сдвигающих элементов образует зону турбулентности для разрушения связанной пульпы.

Предпочтительно, сдвигающее устройство содержит по меньшей мере одну частично плоскую пластину с отверстиями. В одном предпочтительном варианте указанная по меньшей мере одна пластина прикреплена ко второму приводному валу с возможностью по существу скользящего перемещения вдоль второй оси или параллельно ей. Более предпочтительно, форма указанной по меньшей мере одной пластины комплементарна горизонтальному сечению чана. В особенно предпочтительном варианте пластина представляет собой горизонтальный диск. Предпочтительно, указанные отверстия расположены с равными промежутками относительно друг друга. Предпочтительно, указанные отверстия имеют по существу одинаковый размер.

В другом предпочтительном варианте указанная по меньшей мере одна частично плоская пластина прикреплена ко второму приводному валу с возможностью вращения вокруг второй оси. Предпочтительно, указанная по меньшей мере одна пластина расположена по существу вертикально. Предпочтительно, размер одного или более отверстий постепенно увеличивается в направлении от второй оси к наружному краю указанной по меньшей мере одной пластины. Предпочтительно, одно или более отверстий расположены по существу на одной линии.

Предпочтительно, сдвигающее устройство содержит сдвигающие элементы, расположенные упорядоченным образом. В одном предпочтительном варианте два или более сдвигающих элемента взаимосвязаны с образованием сетчатой конфигурации. Указанная сетчатая конфигурация может быть частично или полностью геометрической и предпочтительно имеет прямоугольную, квадратную, ромбовидную, треугольную, шестиугольную или другую многоугольную форму. В другом предпочтительном варианте два или более сдвигающих элемента образуют одну или несколько геометрических форм. Предпочтительно, указанные геометрические формы являются комплементарными. Предпочтительно, указанные геометрические формы образуют конфигурацию в виде паутины. Предпочтительно, указанные геометрические формы имеют прямоугольную, квадратную, ромбовидную, треугольную, шестиугольную или другую многоугольную форму.

Предпочтительно, сепарационное устройство представляет собой сгуститель.

Второй аспект изобретения относится к применению устройства, предложенного в первом аспекте изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Ниже приведено описание предпочтительных вариантов выполнения изобретения, исключительно в качестве примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1А изображает схематический разрез характерных зон материала в сепарационном устройстве,

фиг.1В изображает схематический разрез, иллюстрирующий процесс осаждения в сепарационном устройстве, показанном на фиг.1,

фиг.1С изображает упрощенную схему, иллюстрирующую новый способ усовершенствования процесса осаждения,

фиг.2А изображает разрез сепарационного устройства в соответствии с первым вариантом выполнения изобретения,

фиг.2В изображает вид сверху сепарационного устройства, показанного на фиг.2А,

фиг.3 изображает частичный разрез приводных узлов сдвигающего устройства и гребкового узла сепарационного устройства, показанного на фиг.2,

фиг.4 изображает вид сверху альтернативного варианта приводных узлов сдвигающего устройства и гребкового узла сепарационного устройства, показанных на фиг.3,

фиг.5 изображает разрез приводных узлов сдвигающего устройства и гребкового узла, показанных на фиг.4, по линии 5-5,

фиг.6 изображает разрез приводных узлов сдвигающего устройства и гребкового узла сепарационного устройства, показанных на фиг.4, по линии 6-6,

фиг.7 изображает увеличенный частичный разрез планетарной коробки передач и шестереночного узла, показанных на фрагменте А фиг.6 и относящихся к сдвигающему устройству и гребковому узлу, показанным на фиг.4,

фиг.8А изображает разрез сепарационного устройства в соответствии со вторым вариантом выполнения изобретения,

фиг.8В изображает разрез сдвигающего устройства, показанного на фиг.8А,

фиг.9 изображает разрез другого сдвигающего устройства, предназначенного для использования в сепарационном устройстве, показанном на фиг.8А,

фиг.10 изображает разрез еще одного сдвигающего устройства, предназначенного для использования в сепарационном устройстве, показанном на фиг.8А,

фиг.11 изображает разрез еще одного сдвигающего устройства, предназначенного для использования в сепарационном устройстве, показанном на фиг.8А,

фиг.12А изображает разрез сепарационного устройства в соответствии с еще одним вариантом выполнения изобретения,

фиг.12В изображает разрез сепарационного устройства в соответствии с еще одним вариантом выполнения изобретения,

фиг.12С изображает разрез сепарационного устройства в соответствии с еще одним вариантом выполнения изобретения,

фиг.13А изображает разрез сепарационного устройства в соответствии с еще одним вариантом выполнения изобретения,

фиг.13В изображает разрез сепарационного устройства в соответствии с еще одним вариантом выполнения изобретения,

фиг.14 изображает вид сверху сепарационного устройства в соответствии с еще одним вариантом выполнения изобретения,

фиг.15А изображает разрез сепарационного устройства в соответствии с еще одним вариантом выполнения изобретения,

фиг.15В изображает вид сверху сепарационного устройства, показанного на фиг.15А,

фиг.16 изображает разрез сепарационного устройства в соответствии с еще одним вариантом выполнения изобретения,

фиг.17А изображает вид сверху сдвигающего устройства, предназначенного для использования в сепарационном устройстве, показанном на фиг.16,

фиг.17 В изображает вид спереди сдвигающего устройства, показанного на фиг.17А,

фиг.18А изображает вид сверху сдвигающего устройства, предназначенного для использования в сепарационном устройстве, показанном на фиг.16,

фиг.18В изображает вид спереди сдвигающего устройства, показанного на фиг.18А,

фиг.19А изображает вид сверху сдвигающего устройства, предназначенного для использования в сепарационном устройстве, показанном на фиг.16,

фиг.19В изображает вид спереди сдвигающего устройства, показанного на фиг.19А,

фиг.20А изображает вид сверху сдвигающего устройства, предназначенного для использования в сепарационном устройстве, показанном на фиг.16,

фиг.20В изображает вид спереди сдвигающего устройства, показанного на фиг.20А,

фиг.21А изображает вид сверху сдвигающего устройства, предназначенного для использования в сепарационном устройстве, показанном на фиг.16,

фиг.21В изображает вид спереди сдвигающего устройства, показанного на фиг.21А,

фиг.22А изображает вид сверху сдвигающего устройства, предназначенного для использования в сепарационном устройстве, показанном на фиг.16,

фиг.22В изображает вид спереди сдвигающего устройства, показанного на фиг.22А,

фиг.23 изображает схематический вид сверху сепарационного устройства в соответствии с еще одним вариантом выполнения изобретения,

фиг.24 изображает схематический вид сверху сепарационного устройства в соответствии с другим вариантом выполнения изобретения,

фиг.25 изображает схематический разрез сепарационного устройства в соответствии с еще одним вариантом выполнения изобретения, и

фиг.26 изображает схематический разрез сепарационного устройства в соответствии с другим вариантом выполнения изобретения.

ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЕ ВАРИАНТЫ ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Предпочтительная область применения изобретения относится к области обработки, разделения и извлечения минерального сырья, при которых тонкоизмельченная руда находится во взвешенном состоянии в виде пульпы в соответствующей жидкой среде, такой как вода, при консистенции, которая обеспечивает возможность протекания и осаждения в статических условиях. Осаждение пульпы из суспензии происходит вследствие совместного воздействия силы тяжести и химических и/или механических процессов либо без участия последних. Со временем происходит комкование пульпы с образованием агрегатов из более крупных частиц пульпы по мере ее оседания из загрузочного стакана сгустителя ко дну чана. Данный процесс обычно улучшают путем добавления флокулирующих агентов, известных также как флокулянты, которые связывают оседающие твердые частицы или частицы пульпы. Данные более крупные и плотные агрегаты оседают быстрее по сравнению с отдельными частицами вследствие их общего размера и плотности относительно окружающей жидкости и постепенно образуют уплотненную структуру в постели пульпы, как лучше всего проиллюстрировано на фиг.1. Тем не менее, установлено, что несмотря на данную уплотненную структуру в постели пульпы образуются области, в которых происходит захват жидкости в агрегатах и между ними.

Осаждение пульпы по мере ее прохождения через зоны, имеющиеся в чане 1 сгустителя, описано более подробно со ссылкой на фиг.1В, где соответствующие элементы обозначены одинаковыми номерами позиций. В загрузочный стакан 9 сгустителя добавлен флокулянт 11, который адсорбируется на отдельных частицах 12 пульпы, как лучше всего проиллюстрировано на фиг.1В(а). В загрузочном стакане 9 сгустителя и/или при выходе частиц 12 пульпы из стакана 9 в зону 6 свободного осаждения происходит разрастание флокулянта 11 и частиц 12 пульпы и их объединение в пористые агрегаты 13 пульпы, как лучше всего проиллюстрировано на фиг.1В(b). Вследствие пористой структуры отдельных агрегатов пульпы они захватывают жидкость 14. По мере дальнейшего оседания агрегатов 13 в чане 1 через зону 6 свободного осаждения к зоне 4 замедленного осаждения они становятся скученными и тормозят осаждение друг друга, как лучше всего проиллюстрировано на фиг.1В(с). Постепенно агрегаты 14 объединяются и уплотняются с образованием структурированного связанного слоя 2 пульпы, также называемого постелью пульпы, как лучше всего проиллюстрировано на фиг.1B(d). Тем не менее, установлено, что несмотря на данную уплотненную конфигурацию связанного слоя 2 пульпы в пределах указанного слоя возникают области, в которых происходит захват жидкости в агрегатах и между ними. Поскольку выход данной захваченной жидкости из постели пульпы в осветленную зону разбавленного раствора затруднен, придонная плотность пульпы уменьшается.

Несмотря на то что в известном уровне техники данная проблема частично решается путем использования вертикальных штанг, прикрепленных к гребковому узлу с обеспечением образования дренажных каналов для выведения разбавленного раствора, это имеет ограниченную эффективность и, как установлено, вызывает дополнительные проблемы при образовании комков в чане 1, особенно в постели 2 пульпы.

На фиг.2А и 2В изображен первый вариант выполнения изобретения, при этом соответствующие элементы обозначены одинаковыми номерами позиций. Сепарационное устройство 20, предназначенное для отделения пульпы от загружаемого материала, имеющего вид суспензии, содержит чан 1 для приема указанной суспензии и размещения постели 2 пульпы. Имеется гребковый узел 21, установленный с возможностью вращения в чане 1 для обеспечения перемещения пульпы по направлению к выпускному отверстию 22 чана, и сдвигающее устройство 23, предназначенное для сдвигания пульпы в чане и установленное с возможностью перемещения независимо от узла 21.

Гребковый узел 21 прикреплен к внутреннему приводному валу 24 с возможностью вращения вокруг оси 25, проходящей аксиально через центр чана 1, и приводится в действие при помощи периферического приводного узла 26, содержащего шестеренчатые приводы 26а, как лучше всего показано на фиг.2В. Сдвигающее устройство 23 прикреплено к наружному концентрическому приводному валу 27, в котором заключен внутренний приводной вал 24, с возможностью вращения вокруг той же центральной оси 25 и приводится в действие при помощи собственного приводного узла 28, содержащего шестеренчатые приводы 28а и являющегося независимым от приводного узла 26 (и его шестеренчатых приводов 26а) гребкового узла 21. Кроме того, сдвигающее устройство 23 содержит два радиальных рычага 29, проходящих в наружном направлении от концентрического приводного вала 27 к соответствующим наружным краям 30. К каждому радиальному рычагу 29 прикреплены сдвигающее элементы, выполненные в виде наклонных линейных штанг или стержней 31. Стержни 31 наклонены под углом приблизительно 45° относительно вертикальной плоскости, которая перпендикулярна плоскости, образованной рычагами 29 в соответствующих местах их присоединения, как лучше всего показано на фиг.2А.

Стержни 31 расположены с равными промежутками относительно друг друга, соединены с вертикальными штырями 32 и поддерживаются ими, при этом борт 33 определяет форму радиальных рычагов 29. В альтернативном варианте стержни 31 могут быть расположены с неравными промежутками относительно друг друга.

В первом варианте выполнения сепарационное устройство 20 выполнено в виде сгустителя мостового типа, содержащего несущий мост 34, расположенный диаметрально по ширине чана 1 над ним. Коме того, сгуститель 20 содержит загрузочный стакан 9, расположенный в центре чана 1, и периферический сливной желоб 35. Гребковый узел 21 содержит гребные рычаги 36 со скребками 37, проходящими вниз в направлении дна 38 чана 1 и обеспечивающими перемещение осажденной и уплотненной пульпы к придонному выпускному отверстию 22. Весь чан 1 опирается на колонны 39.

В процессе эксплуатации суспензия пульпы в виде шлама поступает в загрузочный стакан 9 по питающей трубе или каналу 40. Шлам может подаваться в стакан 9 по касательной для увеличения времени выдержки, необходимого для смешивания и реакции с реагентами, например флокулянтами, способствующими образованию агрегатов или «флокул» из более плотных твердых веществ пульпы. Кроме того, ввод по касательной способствует рассеиванию кинетической энергии шлама в стакане 9 и ускоряет, таким образом, осаждение в чане 1. К питающей трубе или каналу 40 стакана 9 присоединено разжижающее устройство 41, обеспечивающее разжижение шлама разбавленным раствором 42 для содействия флокуляции и, следовательно, процессу осаждения. Затем суспензия вытекает под действием силы тяжести вниз из ограничительного выпускного отверстия 43 в чан 1, в котором происходит ее осаждение с образованием различных зон материала, к которым относятся постель 2 пульпы, зона 4 замедленного осаждения, зона 6 свободного осаждения и осветленная зона 8 разбавленного раствора. Относительно плотная постель 2 вытесняет верхнюю осветленную зону 8 относительно разбавленного раствора 42 по направлению к верхней части чана 1. Гребковый узел 21 приводится во вращение вокруг центральной оси 25 при помощи связанного с ним приводного вала 24, так что скребки 37 перемещают осажденную или сгущенную пульпу по направлению к придонному выпускному отверстию 22, из которого она откачивается для восстановления, тогда как раствор 42 постепенно отводится по сливному желобу 35.

Приводной узел 28 приводит в действие концентрический приводной вал 27 с шестеренчатыми приводами 28а и вращает сдвигающее устройство 23 относительно чана 1 вокруг центральной оси 25. В результате этого стержни 31 прикладывают сдвигающее усилие к агрегатам или частицам пульпы, опускающимся из выпускного отверстия 43 загрузочного стакана сгустителя в область 44 сдвига, расположенную в верхней области постели 2 пульпы. Сдвигающее устройство 23 несколько раз проходит через область 44 сдвига, несколько раз прикладывая сдвигающее усилие к агрегатам или частицам пульпы, прежде чем они покинут зону возмущения, либо в виде непосредственных «ударов» со стороны стержней 31, либо в виде возмущений в зонах турбулентности, образующихся в следе от прохода стержней 31 через область 44. Сдвигающее устройство 23 может вращаться со скоростью, отличной от скорости вращения гребкового узла 21, в направлении, либо совпадающем с направлением вращения гребкового узла 21, либо противоположном ему. Устройство 23 также может вращаться в направлении, противоположном направлению вращения гребкового узла 21, но со скоростью вращения, равной скорости вращения гребкового узла.

Таким образом, гребковый узел 21 может выполнять функцию медленного вращения его рычагов 36 в постели 2, так что скребки 37 направляют осажденную пульпу к придонному выпускному отверстию 22, при этом сдвигающее устройство 23 может вращаться с другой скоростью вращения и/или в другом направлении для обеспечения регулирования величины сдвигающего усилия, прикладываемого к пульпе, проходящей через зону возмущения. Вращение сдвигающего устройства 23 со скоростью и/или в направлении, которые отличаются от скорости и/или направления вращения гребкового узла 21, создает сложное перемещение текучей среды и дополнительную турбулентность, которая нарушает или сдерживает образование комков в постели 2 пульпы. Кроме того, сдвигающее усилие, созданное устройством 23, стремится нарушить (путем возмущения, перераспределения или разрушения) любые более крупные агрегаты или частицы пульпы, которые могут объединиться в комок. Таким образом, в пределах чана 1 явления налипания сведены к минимуму или полностью устранены. Более того, сдвигающее устройство 23 может вращаться в направлении, противоположном направлению вращения гребкового узла 21, с обеспечением создания в чане 1 более сложного перемещения текучей среды и дополнительного нарушения стремления агрегатов пульпы к объединению в комки. То есть вращение устройства 23 в направлении, противоположном направлению вращения узла 21, дополнительно уменьшает, минимизирует или полностью устраняет вероятность возникновения налипания в постели 2 пульпы.

На фиг.3 более подробно изображены соответствующие приводные узлы 26 и 28 гребкового узла 21 и сдвигающего устройства 23, при этом соответствующие элементы обозначены одинаковыми номерами позиций. Приводной узел 28 сдвигающего устройства содержит концентрический приводной вал 27 и шестеренчатые приводы 28а, которые установлены на кольцевой опоре 46. В указанной опоре 46 выполнено отверстие 47, обеспечивающее возможность прохождения внутреннего приводного вала 24 гребкового узла 21 через указанное отверстие (так что указанный вал по существу заключен в концентрический приводной вал 27) и вверх по направлению к опоре 48 приводного вала. Кольцевая опора 46 установлена на мосту 34, а приводной узел 28 заключен в каркасный кожух 49. Таким образом, имеется возможность доступа персонала 50 к приводному узлу 28 сдвигающего устройства для проведения технического обслуживания и ремонта шестеренчатых приводов 28а, кольцевой опоры 46 и концентрического приводного вала 27. Кожух 49 также поддерживает гребковый приводной узел 26, который содержит опору 48 приводного вала, шестеренчатые приводы 26а и крышку 52 для защиты внутреннего приводного вала 24.

На фиг.4-7, на которых соответствующие элементы обозначены одинаковыми номерами позиций, изображен альтернативный вариант выполнения приводных узлов 26 и 28 соответственно гребкового узла и сдвигающего устройства. В данном варианте выполнения приводной узел 28 сдвигающего устройства содержит кольцевую опору 46 и только два шестереночных привода 28а, расположенных в кожухе 49. Кроме того, в опоре 46 имеется отверстие 47 для прохождения через него внутреннего приводного вала 24 гребкового узла 21, как описано выше. В данном варианте выполнения приводной узел 26, изображенный на фиг.3, заменен приводным узлом 53, содержащим единственный, центральный приводной блок 54, коаксиально соединенный на одном конце 56 с приводным валом 24 узла 21, как лучше всего показано на фиг.5. Центральный приводной блок 54 установлен на кольцевой опоре 55, которая в свою очередь установлена на кольцевой опоре 46 приводного узла 28 сдвигающего устройства, как лучше всего показано на фиг.6.

На фиг.5 и 7 также изображены планетарная коробка передач и ведущий шестереночный узел для приводного узла 28 сдвигающего устройства. Каждый шестереночный привод 28а соединен с соответствующей ведущей шестерней 57, которая соединена с зубчатым поворотным ободом 58 концентрического приводного вала 27 при помощи зубьев 59 указанного обода. Таким образом, первичные шестереночные приводы 28а передают крутящий момент концентрическому приводному валу 27. Следовательно, скорость вращения вала 27 является функцией приводной скорости указанных приводов 28а и передаточных чисел ведущей шестерни 57 и зубчатого обода 58.

Кроме того, авторами изобретения было неожиданно обнаружено, что в результате возмущения связанного слоя пульпы происходит высвобождение захваченной жидкости и увеличение относительной плотности возмущенной пульпы, вследствие чего повышается эффективность осаждения в сепарационном устройстве. В случае, проиллюстрированном на фиг.2А, зона возмущения соответствует области 44 сдвига.

Авторами изобретения было неожиданно обнаружено, что особенно предпочтительным является расположение сдвигающего устройства 23 и соответствующей ему области 44 возмущения в верхней области постели 2 пульпы, особенно в ее верхней половине, поскольку жидкость может легко выходить из постели 2 в осветленную зону 8 разбавленного раствора. Напротив, приложение сдвигающего усилия только в нижней половине постели 2 высвобождает жидкость в направлении вверх, однако невозмущенный верхний слой постели пульпы стремится создать покровный эффект, который тормозит или даже предотвращает дальнейшую миграцию жидкости вверх, в осветленную зону 8. Таким образом, в нижней половине постели 2 пульпы не может быть достигнуто такое же повышение эффективности, обеспечиваемое сдвигающим устройством 23, как в верхней области указанной постели, в частности в ее верхней половине. Кроме того, сдвигающее усилие, прикладываемое к области 44 возмущения, не ограничено необходимостью минимизации скорости вращения устройства 23, поскольку было неожиданно обнаружено, что большая величина сдвигающего усилия, обусловленная повышенной скоростью вращения, не оказывает отрицательного влияния на уплотнение твердых веществ пульпы в постели 2. Кроме того, было установлено, что сдвигающее усилие, действующее в верхней половине постели 2 в направлении, противоположном направлению вращения гребкового узла 21 в нижней части постели 2, дополнительно способствует минимизации и предотвращению налипания.

Авторы изобретения также предполагают, что данный преимущественный эффект может быть распространен и на зону 4 замедленного осаждения, расположенную над постелью 2 пульпы, в частности на ее нижнюю часть. То есть сдвигающее устройство 23 может быть расположено только в зоне 4 замедленного осаждения либо одновременно в связанном слое 2 пульпы и в зоне замедленного осаждения. Например, устройство 23 может быть расположено с обеспечением приложения сдвигающего усилия в верхней области слоя 2 и в нижней части зоны замедленного осаждения. Однако, как отмечено выше, авторами изобретения было определено, что для получения максимального преимущественного эффекта от изобретения сдвигающее устройство должно быть в идеальном случае расположено в верхней области связанного слоя 2 пульпы.

Более того, авторами изобретения было неожиданно обнаружено, что оптимальное возмущение пульпы, выполняемое непрерывно на протяжении рабочих циклов сепарационного устройства для достижения указанной повышенной эффективности сепарации, обеспечивается путем создания по существу равномерного возмущения по всей зоне возмущения в верхней части связанного слоя, как лучше всего проиллюстрировано на фиг.1С, где соответствующие элементы обозначены одинаковыми номерами позиций. Как показано на фиг.1С(а)-1С(d), в загрузочный стакан 9 добавлен флокулянт, который адсорбируется на отдельных частицах 12 пульпы, содействуя образованию агрегатов 13, которые оседают и образуют связанный слой пульпы. В отличие от обычного процесса осаждения, проиллюстрированного на фиг.2А, при котором на агрегаты 13 не оказывают никакого воздействия во время образования связанного слоя 2, в данном случае обеспечивают по существу равномерное возмущение 15 по всей зоне 16 возмущения в верхней области 17 связанного слоя 2, как лучше всего проиллюстрировано на фиг.1С(е). Как следствие, доля связанной пульпы 3 (представляющая собой связанную пульпу, которая проходит через зону 16 возмущения) подвергается разрушению с обеспечением высвобождения жидкости 14, захваченной в связанной пульпе, и увеличения, таким образом, относительной плотности пульпы 18, расположенной ниже зоны 16, как лучше всего проиллюстрировано на фиг.1С(f). В случае, проиллюстрированном на фиг.2А, зона 16 возмущения соответствует области 44 сдвига, расположенной в верхней области связанного слоя 2 пульпы.

Кроме того, при увеличении глубины связанного слоя 2 пульпы, так что зона 44 возмущения составляет часть его верхней области (приблизительно 75-80% верхней части связанного слоя 2 пульпы), сдвигающее устройство 23 вращается относительно чана 1, в результате чего стержни 31 прикладывают сдвигающее усилие, по существу равномерное по всей зоне 44 возмущения, к агрегатам или частицам пульпы, оседающим от выпускного отверстия 43 загрузочного стакана в зону 44. Как описано выше, нарушение связанной пульпы в зоне 44 возмущения приводит к высвобождению захваченной жидкости или раствора и увеличивает относительную плотность пульпы, расположенной ниже указанной зоны 44. Более плотная пульпа, расположенная ниже зоны 44, имеет тенденцию к преобразованию в пульпу значительно более высокой плотности по сравнению с пульпой, расположенной над зоной возмущения, и, таким образом, быстро оседает без излишнего расслаивания и без отрицательного влияния на процесс осаждения. Сдвигающее усилие прикладывается либо в виде непосредственных «ударов» со стороны стержней 31, либо в виде возмущений в зонах турбулентности, образующихся в следе от прохода стержней 31 через зону 44.

Возмущение или сдвиг предпочтительно имеют место в зоне 44 возмущения по меньшей мере в течение периода времени, за который связанная пульпа проходит через указанную зону, от входа до выхода из нее. Предпочтительно на практике возмущение создают в зоне возмущения непрерывно во время эксплуатации сепарационного устройства на протяжении его рабочих циклов с обеспечением преимущественного и полезного эффекта от указанного устройства непрерывно в течение всего процесса сепарации. Однако при необходимости указанное возмущение может быть ограничено отдельными периодами времени.

Указанное возмущение, предпочтительно в виде приложения сдвигающего усилия, по существу равномерного по всей зоне 44 возмущения, приводит к повышению вероятности возникновения в связанной пульпе возмущения, нарушающего ее в целом упорядоченную структуру. Указанное возмущение также может нарушить непрерывные контакты в связанной пульпе. Нарушение может иметь вид встряхивания или возмущения связанной пульпы. Как вариант или в дополнение, указанное нарушение может иметь вид перераспределения, переориентации или разрушения связанной пульпы. В обоих случаях нарушение вызывает высвобождение жидкости, захваченной в связанной пульпе, либо между агрегатами пульпы, либо в агрегате пульпы. Таким образом, значительная доля данной захваченной жидкости высвобождается из постели 2 связанной пульпы в направлении вверх. Считается, что приложение сдвигающего усилия к связанной пульпе «встряхивает», перераспределяет или разрушает ее структуру и/или непрерывные контакты в связанной пульпе, так что пульпа, расположенная ниже зоны возмущения, становится более плотной, что приводит к увеличению скорости ее осаждения и/или плотности упаковки ее частиц. Более того, возмущение не настолько велико, чтобы вызвать расслаивание связанной пульпы на более мелкие фрагменты, которые осаждаются с меньшей скоростью. Относительно более плотная пульпа стремится к преобразованию в связанный слой пульпы, расположенный ниже зоны возмущения, под действием собственного веса, оказывающего на пульпу уплотнительное воздействие. В результате изобретение обеспечивает надлежащую величину возмущения для повышения скорости осаждения и/или придонной плотности пульпы в связанном слое или постели 2 пульпы с повышением, таким образом, эффективности и производительности сепарационного устройства. Данное повышение эффективности сепарации происходит в дополнение к повышению эффективности сепарации, полученному вследствие уменьшения или предотвращения образования комков в постели пульпы.

Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что принцип создания возмущения, например, путем приложения сдвигающего усилия, в зоне возмущения в связанном слое 2 отличается от обычного подхода и по существу не рассматривался в известном уровне техники. В известном уровне техники считается предпочтительным не создавать возмущения постели 2 пульпы или зоны 4 замедленного осаждения, поскольку основная часть агрегатов находится в уплотненном или почти уплотненном (в случае зоны замедленного осаждения) состоянии, при этом усовершенствования были направлены на повышение эффективности процесса осаждения либо в загрузочном стакане, либо в зоне свободного осаждения в чане. Это находило отражение в конструкции сгустителей, в частности, ограничивающей перемещение в пределах постели 2 пульпы. Например, на гребных рычагах были установлены равномерно разнесенные стержни, проходящие преимущественно вертикально и создающие вертикальные дренажные каналы для выпуска жидкости. Однако конфигурация и разнесение стержней обеспечивали их плавное перемещение по постели пульпы для сведения к минимуму любой турбулентности, создаваемой указанными стержнями или соответствующими им дренажными каналами.

Авторами изобретения было обнаружено, что возмущение, предпочтительно имеющее вид сдвига, вызывает поэтапное увеличение плотности пульпы, расположенной ниже зоны возмущения. В контексте применения изобретения для процесса сгущения авторами было обнаружено, что при регулировании указанного возмущения, предпочтительно сдвига, с получением оптимальной величины при использовании по меньшей мере одного или более из трех параметров, рассмотренных ниже более подробно, данное поэтапное увеличение плотности пульпы, расположенной ниже зоны возмущения, составляет по меньшей мере 5% по сравнению с плотностью пульпы, расположенной над указанной зоной. В одном предпочтительном варианте имеет место увеличение по меньшей мере на 10% по сравнению с плотностью пульпы, расположенной над зоной возмущения. В других предпочтительных вариантах плотность пульпы, расположенной ниже зоны возмущения, по меньшей мере на 25%, предпочтительно по меньшей мере на 35% и наиболее предпочтительно по меньше на 50% выше плотности пульпы, расположенной над зоной возмущения.

Авторами изобретения было неожиданно обнаружено, что данный улучшенный эффект осаждения наилучшим образом достигается путем точного регулирования сдвигающего усилия, прикладываемого к постели пульпы, с обеспечением поддержания указанного усилия на оптимальном уровне, отличном от минимального уровня. При приложении слишком большого сдвигающего усилия возникает расслаивание агрегатов на более мелкие фрагменты, которые в результате осаждаются с меньшей скоростью. Слишком маленькое сдвигающее усилие не может в достаточной степени нарушить связанную пульпу для высвобождения достаточного количества жидкости с обеспечением повышения эффективности осаждения.

Указанный оптимальный сдвиг может быть достигнут несколькими способами. Один из способов заключается в регулировании одного или более параметров сдвига с учетом интенсивности потока загружаемого материала или суспензии (скорости потока твердых частиц, взвешенных в жидкости, измеренной в тоннах на квадратный метр в час (т/м²ч)) и/или одного или более рабочих параметров. К данным параметрам сдвига относятся скорость сдвигающего устройства (линейная или вращательная), глубина области сдвига (которая в целом соответствует зоне 44 возмущения) и форма сдвигающего устройства. Рабочие параметры выбирают из группы, в которую по существу входят состав пульпы, размер частиц пульпы, скорость потока пульпы в чане, предел текучести пульпы, вязкость пульпы, относительная придонная плотность, весовое процентное содержание придонной части и скорость введения флокулянта в загружаемый материал.

Конкретная конфигурация сдвигающего устройства не оказывает непосредственного влияния на оптимальный профиль сдвига, получаемый в результате приложения сдвигающего усилия равномерно по всей зоне 44 возмущения. Следует понимать, что изобретение может быть, таким образом, применено к любому сдвигающему устройству, используемому в сепарационном устройстве, и поэтому не ограничено конкретной конфигурацией сдвигающего устройства. Однако другим способом получения оптимального сдвига косвенным образом является способ, учитывающий конкретную конфигурацию сдвигающего устройства. Авторами изобретения было определено, что существует несколько предпочтительных конфигураций сдвигающего устройства, которые в целом являются более эффективными для достижения оптимального профиля сдвига и которые описаны ниже.

Так, авторами изобретения было обнаружено, что оптимальная величина сдвигающего усилия, обеспечивающая повышенную и оптимальную производительность сгустителя, может быть достигнута в первую очередь в случае, когда конфигурация сдвигающего устройства обеспечивает по меньшей мере одно из следующих воздействий или их комбинацию:

(1) приложение по существу равномерного суммарного сдвигающего усилия к связанной пульпе в зоне возмущения в течение заданного периода времени,

(2) приложение по существу равномерного среднего сдвигающего усилия к связанной пульпе по меньшей мере в двух промежутках между сдвигающими элементами, разнесенными вдоль по меньшей мере одного рычага сдвигающего устройства, вдоль линии, параллельной указанному по меньшей мере одному рычагу или совпадающей с ним, и

(3) воздействие по существу неизменного числа событий сдвига на связанную пульпу в зоне возмущения в течение заданного периода времени.

Что касается равномерного среднего сдвигающего усилия, то типичным для большинства случаев является использование в сдвигающем устройстве двух или более проходящих в радиальном направлении рычагов, так что по существу равномерное среднее сдвигающее усилие, прикладываемое в промежутках между сдвигающими элементами, действует вдоль радиальной линии, выровненной относительно указанных радиальных рычагов. Другими словами, указанная линия, вдоль которой в промежутках между сдвигающими элементами прикладывается по существу равномерное среднее сдвигающее усилие, в целом соответствует профилю сдвигающего устройства в плане. Однако следует понимать, что в случае частично или полностью нелинейного поперечного сечения сдвигающего устройства указанная линия является соответственно частично или полностью нелинейной в соответствии с данным сечением сдвигающего устройства. Например, рычаги сдвигающего устройства могут иметь синусоидальную, частично искривленную или даже зигзагообразную форму, и в этом случае по существу равномерное среднее сдвигающее усилие прикладывается соответственно вдоль синусоидальной, частично искривленной или даже зигзагообразной линии.

Следует понимать, что конфигурация сдвигающего устройства может изменяться в соответствии с эксплуатационными и конструктивными требованиями для обеспечения оптимального сдвигающего усилия, по существу равномерного суммарного сдвигающего усилия, по существу равномерного среднего сдвигающего усилия в промежутках между сдвигающими элементами или по существу неизменного числа событий сдвига. Дополнительные неограничивающие примеры сдвигающих устройств, предназначенных для использования в сепарационном устройстве 20 первого варианта выполнения изобретения, кратко описаны ниже со ссылкой на фиг.8А-14, на которых соответствующие элементы обозначены одинаковыми номерами позиций. В каждом из указанных вариантов выполнения сдвигающие устройства работают по существу таким же образом, как описано применительно к первому варианту выполнения, изображенному на фиг.2А-7. А именно, на фиг.8А-14 изображены дополнительные примеры сдвигающих устройств, которые могут быть прикреплены к концентрическому приводному валу 27 с обеспечением возможности вращения со скоростью и/или в направлении, которые отличаются от скорости и/или направления вращения для гребкового узла 21, и, таким образом, замедления, уменьшения или предотвращения образования комков в постели 2 пульпы. Кроме того, указанные сдвигающие устройства могут обеспечивать приложение по существу равномерного суммарного сдвигающего усилия, приложение по существу равномерного среднего сдвигающего усилия между сдвигающими элементами, воздействие по существу неизменного числа событий сдвига или любую комбинацию указанных воздействий с обеспечением улучшения процесса осаждения.

В соответствии с фиг.8А и 8В сепарационное устройство 20 содержит сдвигающее устройство 80, прикрепленное к концентрическому приводному валу 27 и содержащее два радиальных рычага 81, которые проходят в наружном направлении и к каждому из которых прикреплены сдвигающие элементы в виде наклонных линейных штанг или стержней 82. Стержни 82 наклонены под углом приблизительно 45° относительно вертикальной плоскости и расположены с неравными промежутками 83 относительно друг друга, при этом число стержней постепенно уменьшается в направлении от центральной оси 25 к соответствующим наружным краям 84 радиальных рычагов 81. Данное постепенное увеличение промежутков 83 пропорционально расстоянию от соответствующих стержней 82 до центральной оси 25. В результате внутренние стержни 82а расположены с высокой плотностью по отношению друг к другу в направлении центральной оси 25 по сравнению с наружными стержнями 82b, расположенными вблизи наружных краев 84.

Сдвигающее устройство 80 может прикладывать как по существу равномерное суммарное сдвигающее усилие к пульпе, выходящей из верхней области 44, так и по существу равномерное среднее сдвигающее усилие в промежутках 83 между стержнями 82 вдоль радиальной линии, образованной радиальными рычагами 81. Что касается первого случая, авторами изобретения было обнаружено, что наклон стержней 82 относительно вертикальной плоскости приводит к приложению по существу равномерного суммарного сдвигающего усилия к пульпе, выходящей из верхней области 44. Данный принцип приложения по существу равномерного суммарного сдвигающего усилия объяснен ниже более подробно.

Если агрегат или частица пульпы оседает на расстоянии I от центра при скорости v (м/сек), а глубина области сдвига составляет d (м), то время, затраченное на перемещение частицы через область сдвига, выражают как:

$$\theta =d/v\left(сек\right)\left(1\right)$$

Предполагая, что имеется, например, четыре вращающихся радиальных рычага (несущих сдвигающие элементы в виде наклонных стержней), проходящих в наружном направлении и установленных на центральном валу, перемещаемом со скоростью вращения ω оборотов в секунду, число «проходов» за время θ выражают как:

$$n=4\cdot \theta \omega \left(2\right)$$

Данное число проходов также может рассматриваться как число «событий» сдвига, которые испытывает каждый агрегат или частица пульпы при прохождении вблизи него сдвигающих стержней. В данном контексте сдвигающее усилие, приложенное со стороны любого отдельного стержня, подразумевает не только непосредственный «удар» агрегата пульпы стержнем, но и возмущение или «встряхивание» агрегата пульпы, попавшего в след от прохода стержня, который авторы изобретения называют «зоной турбулентности». Турбулентность в этих зонах достаточна для приложения сдвигающего усилия к агрегату или частице пульпы, хотя указанное усилие имеет меньшую величину по сравнению с величиной сдвигающего усилия, прикладываемого непосредственно стержнями.

Таким образом, в конфигурации сдвигающих стержней, изображенной на фиг.8А и 8В, вероятность подвергания агрегата или частицы пульпы воздействию изменяющихся скоростей сдвига во время n событий сдвига выше для указанной конфигурации по сравнению с конфигурацией, в которой стержни проходят по существу вертикально, при этом предполагается, что число событий сдвига значительно больше единицы. То есть когда сдвигающее устройство 80 выполняет несколько проходов через верхнюю область 44 и при этом стержни 82 выполнены наклонными, агрегаты или частицы пульпы подвергаются воздействию нескольких различных событий сдвига либо путем нанесения непосредственного «удара», либо при попадании в зону турбулентности. Таким образом, общее сдвигающее усилие, прикладываемое к слою оседающих агрегатов или частиц пульпы, становится более равномерным по мере увеличения значения n и увеличения угла φ наклона стержней. Однако авторы изобретения полагают, что использование угла φ, превышающего значение 45° на несколько градусов, не является предпочтительным по причинам, касающимся потока текучей среды, и что оптимальные условия для получения по существу равномерного суммарного сдвигающего усилия достигаются при наклоне сдвигающих элементов, составляющем 45° к вертикали. Таким образом, суммарное сдвигающее усилие, прикладываемое к пульпе, выходящей из верхней области 44, является по существу равномерным или одинаковым.

Как изложено выше, сдвигающее устройство 80 также может прикладывать по существу равномерное среднее сдвигающее усилие между стержнями 82 вдоль радиальной линии, образованной радиальными рычагами 81. Это обусловлено неравномерным разнесением стержней 82 вдоль рычагов 81. В частности, авторами изобретения установлено, что сдвигающее усилие, прикладываемое к агрегатам или частицам пульпы, по существу является функцией линейной скорости стержней (или других сдвигающих элементов) и расстояния между стержнем и указанным агрегатом или частицей пульпы. Поскольку линейная скорость стержня, кроме того, является функцией вращательной скорости приводного вала и расстояния от стержня до оси вращения, авторами изобретения было установлено, что с увеличением расстояния от оси вращения линейная скорость стержня увеличивается пропорциональным образом. Таким образом, скорость сдвига, действующего на агрегат или кусок пульпы со стороны перемещающегося стержня, в целом выражается как:

$$Y=k\cdot u_l/\xi \left(3\right)$$

где Y - скорость сдвига, измеряемая в с^-1,

u_l - линейная скорость стержня, измеряемая в м/с,

ξ - расстояние между стержнем и агрегатом или частицей пульпы, измеряемое в метрах, и

k - константа, которая является функцией свойств материала пульпы.

Кроме того,

$$u_l=2\pi \omega \cdot I\left(4\right)$$

где ω - вращательная скорость вала, измеряемая в с^-1, и

I - расстояние от центра, измеряемое в метрах.

Таким образом, для обеспечения по существу одинакового или равномерного среднего сдвигающего усилия вдоль линии, параллельной радиальным рычагам или совпадающей с ними (то есть вдоль длины радиального рычага 81), для группы частиц (или агрегатов), расположенных между двумя любыми стержнями 82, расстояние между стержнями и агрегатами должно увеличиваться пропорционально линейной скорости. То есть расстояние или зазор между стержнями 82 пропорционален расстоянию, на котором они расположены от центральной оси 25 вдоль радиального рычага 81. Таким образом, необходимое по существу постоянное или равномерное среднее сдвигающее усилие может быть обеспечено путем увеличения расстояния или зазора между стержнями пропорционально соответствующему им расстоянию вдоль радиуса. Напротив, данное по существу постоянное или равномерное среднее сдвигающее усилие не может быть достигнуто при помощи равномерно разнесенных стержней или штанг, прикрепленных к радиальному рычагу, поскольку линейная скорость любой такой штанги пропорциональна расстоянию до нее от центра.

Наружные стержни 82b создают большее сдвигающее усилие по сравнению с внутренними стержнями 82а вследствие более высокой линейной скорости наружных стержней 82b, как следует из уравнений (3) и (4). Однако вследствие более плотного распределения внутренних стержней 82а по сравнению с наружными стержнями 82b агрегаты, находящиеся ближе к центральной оси 25 сдвигающего устройства 80, имеют более равномерный профиль сдвига в меньшей области сдвига (в величине сдвига) по сравнению со сдвигом агрегатов, расположенных дальше от оси 25 вращения. Профили сдвига в промежутках 83 по направлению к наружным краям 84 рычагов 81 относительно менее равномерные и соответствуют большему диапазону или амплитуде сдвига по сравнению с профилями сдвига в промежутках 83, расположенных ближе к оси 25. Однако вследствие различного разнесения среднее сдвигающее усилие, действующее на агрегаты пульпы в промежутках 83 между стержнями 82, является по существу равномерным по всей длине рычагов 27.

Сдвигающее устройство 90, изображенное на фиг.9, содержит наклонные стержни 82, расположенные в асимметричной конфигурации относительно центральной оси 25. Авторы изобретения полагают, что асимметричная конфигурация или расположение дополнительно увеличивает вероятность подвергания агрегатов или частиц пульпы многократным различным событиям сдвига при прохождении через область 44 сдвига с обеспечением по существу равномерного суммарного сдвигающего усилия, в дополнение к наклону стержней 82 под углом приблизительно 45° относительно вертикальной плоскости, перпендикулярной рычагу 81 в соответствующих местах присоединения. Это происходит по причине того, что стержни, установленные на радиальном рычаге 81а, прикладывают сдвигающее усилие к другой части области 44 сдвига по сравнению со стержнями 82, расположенными на другом радиальном рычаге 81b. Кроме того, стержни 82 расположены относительно друг друга с неравными промежутками 83, которые постепенно увеличиваются пропорционально расстоянию от соответствующих им стержней до центральной оси 25 по направлению к наружным краям 84 радиальных рычагов 81, так что среднее сдвигающее усилие в промежутках 83 между стержнями 82 является по существу одинаковым. Это приводит к тому, что число стержней 82 постепенно уменьшается в направлении от центральной оси 25 к наружным краям 84 каждого рычага 81.

Сдвигающее устройство 100, изображенное на фиг.10, имеет конический профиль 101, который образован совместно наклонными стержнями 102 различной длины и радиальными рычагами 81. Длина стержней 102 постепенно уменьшается в направлении от центральной оси 25 к соответствующим наружным краям 84 рычагов 81. Вследствие постепенного уменьшения длины стержней 102 у наружных краев 84 величина сдвигающего усилия, прикладываемого наружными стержнями 102b устройства 100, уменьшается. В данном варианте выполнения устройство 100 обеспечивает по существу равномерное суммарное сдвигающее усилие, но не обеспечивает равномерного среднего сдвигающего усилия в промежутках между стержнями 102 вдоль радиальной линии, поскольку стержни 102 расположены с промежутками 83 для компенсации их уменьшенной длины. Несмотря на то что это приводит к изменяющемуся среднему сдвигающему усилию между стержнями 102, суммарное сдвигающее усилие со стороны стержней данной конфигурации является по существу равномерным, поскольку увеличенное сдвигающее усилие, обусловленное наличием дополнительных стержней 102b у наружных краев, компенсирует уменьшение длины стержней.

Сдвигающее устройство 100, изображенное на фиг.11, содержит стержни 111, которые имеют различную толщину и разнесены с промежутками 112. Поскольку форма стержней обуславливает величину сдвигающего усилия, приложенного к агрегату пульпы, более широкий стержень создает бóльшую величину сдвигающего усилия по сравнению со стержнем, имеющим меньшую ширину. Соответственно, в данном варианте выполнения толщина стержней 111 постепенно уменьшается в направлении от центральной оси 25 к наружным краям 84, при этом внутренние стержни 111а имеют большую толщину или ширину по сравнению с наружными стержнями 111b и 111с. Таким образом, сдвигающее устройство 100 обеспечивает приложение по существу равномерного суммарного сдвигающего усилия к пульпе, выходящей из области 44. Кроме того, путем соответствующего постепенного уменьшения толщины стержней в направлении от центральной оси 25 вращения к наружным краям 84 может быть обеспечено равномерное среднее сдвигающее усилие в промежутках 112 между стержнями 111.

Кроме того, авторами изобретения было неожиданно обнаружено, что обеспечение воздействия по существу неизменного числа событий сдвига по всей зоне 44 возмущения также обеспечивает достижение оптимального профиля сдвига, который нарушает связанную пульпу с высвобождением, таким образом, захваченной жидкости и увеличением плотности пульпы, расположенной ниже зоны возмущения. Авторами изобретения было обнаружено, что поскольку число событий сдвига, воздействующих на пульпу, проходящую через зону 44, по существу неизменно в течение заданного периода времени (например, указанный период соответствует числу оборотов х), то сдвигающее усилие прикладывается по существу равномерно по всей зоне возмущения, как видно из уравнения (2). Таким образом, обеспечивается необходимое нарушение связанной пульпы, а также соответствующее высвобождение захваченной жидкости и увеличение плотности пульпы, расположенной ниже зоны 44 возмущения. Отсюда следует, что неизменное число событий сдвига не требует одновременного приложения по существу равномерного суммарного сдвигающего усилия или по существу равномерного среднего сдвигающего усилия, поскольку значимым является число событий сдвига, а не величина каждого такого события.

Соответственно на фиг.12А, 12В и 12С изображены сдвигающие устройства, которые обеспечивают воздействие неизменного числа событий сдвига без приложения по существу равномерного суммарного сдвигающего усилия или по существу равномерного среднего сдвигающего усилия.

На фиг.12А, на которой соответствующие элементы обозначены одинаковыми номерами позиций, сдвигающее устройство 113 содержит два проходящих в наружном направлении радиальных рычага 81 со сдвигающими элементами, выполненными в виде наклонных линейных штанг или стержней 82, прикрепленных к каждому радиальному рычагу. Стержни 82 наклонены под углом приблизительно 45° относительно вертикальной плоскости и разнесены с равными промежутками 114 в направлении от оси 25 вращения к соответствующим наружным краям 84 рычагов 81. Сдвигающее устройство 113 выполняет несколько проходов через зону 16 возмущения, при этом стержни 82 наклонены таким образом, что агрегаты 13 или частицы 12 связанной пульпы испытывают воздействие одинакового числа событий сдвига с момента входа пульпы в зону 16 возмущения и до момента ее выхода из нее. Однако равные промежутки между стержнями 82 предполагают, что среднее сдвигающее усилие в промежутках 114 между каждой парой стержней 82 не является одинаковым или равномерным вдоль радиальной линии, образованной рычагами 81. Кроме того, поскольку расположение стержней 82 не компенсирует постепенное увеличение их линейной скорости в направлении к наружным краям 84 рычагов 81 и, таким образом, величины сдвигающего усилия, то суммарная величина сдвигающего усилия не является одинаковой или равномерной.

Аналогичным образом, сдвигающее устройство 115, изображенное на фиг.12В, на которой соответствующие элементы обозначены одинаковыми номерами позиций, содержит два проходящих в наружном направлении радиальных рычага 117, которые прикладывают сдвигающее усилие, действующее по всей их длине и, следовательно, являющееся по существу равномерным по всей зоне 16 возмущения. Поскольку не имеется никаких других сдвигающих элементов, кроме радиальных рычагов 117, которые проходят в глубину зоны 16 возмущения, то отсутствуют как промежутки для приложения среднего сдвигающего усилия, так и какой-либо способ компенсации постепенного увеличения линейной скорости рычагов 117 в направлении соответствующих им наружных краев 84.

Аналогичным образом, сдвигающее устройство 115, изображенное на фиг.12С, на которой соответствующие элементы обозначены одинаковыми номерами позиций, содержит два проходящих в наружном направлении радиальных рычага 81 со сдвигающими элементами, выполненными в виде по существу вертикальных штанг или стержней 119, прикрепленных с равными промежутками к каждому радиальному рычагу вдоль его длины. В данном варианте выполнения стержни 119 сгруппированы с высокой плотностью с обеспечением увеличения площади зоны 16 возмущения приблизительно до 50% от площади поперечного сечения верхней области 17 и, следовательно, 50% связанной пульпы в верхней зоне, испытывающей воздействие события сдвига в процессе прохода сдвигающего устройства 118. Устройство 118 совершает несколько проходов через зону 16, при этом плотность расположения стержней 119 гарантирует, что 50% агрегатов 13 или частиц 12 связанной пульпы испытывают воздействие одинакового числа событий сдвига с момента входа пульпы в зону 16 возмущения и до момента ее выхода из нее. Поскольку стержни 119 расположены с равными промежутками вдоль радиальных рычагов 81, то отсутствует равномерное среднее сдвигающее усилие между каждой парой стержней 119 вдоль радиальной линии, образованной рычагами 81. Кроме того, расположение стержней 119 не обеспечивает компенсации постепенного увеличения линейной скорости стержней 119 в направлении к наружным краям 84 радиальных рычагов 81 и, следовательно, величины сдвигающего усилия. Таким образом, суммарная величина сдвигающего усилия неодинакова или неравномерна. В одном варианте имеется еще один набор радиальных рычагов 81 со стержнями 119, выполненными со смещением относительно стержней 119 первого набора радиальных рычагов 81, для приложения сдвигающего усилия в промежутках с увеличением, таким образом, зоны 16 возмущения для охвата всей верхней области 17 (100%) и, следовательно, приложения сдвигающего усилия ко всей (100%) связанной пульпе, проходящей через верхнюю область.

В варианте выполнения изобретения, изображенном на фиг.13А, сдвигающее устройство 120 содержит две по существу вертикальные пластины 121, каждая из которых имеет отверстия или проходы 122, по существу выровненные в вертикальном направлении с получением «столбцов» 123. В отличие от ранее описанных сдвигающих устройств сдвигающее усилие прикладывается к пульпе, проходящей через область 44, с помощью отверстий 122. Это происходит из-за того, что перемещение пластин 121 вызывает вытеснение или «продавливание» агрегатов или частиц пульпы через отверстия 122, в результате чего на агрегаты или частицы пульпы действует сдвигающее усилие со стороны краев отверстий 46, при этом в меньших отверстиях 46а имеет место более плотное распределение сдвигающего усилия. Кроме того, диаметр отверстий или проходов 122 постепенно увеличивается в направлении от центральной оси 25 к соответствующим наружным краям 84 пластин 121 с обеспечением по существу такого же эффекта, как обеспечиваемый менее плотным распределением наружных стержней 82b в сдвигающем устройстве, изображенном на фиг.8. В данном случае меньшие отверстия 46а, расположенные ближе к оси 29 вращения, перемещаются с более низкой скоростью по сравнению с большими отверстиями 46b, расположенными ближе к наружным краям 31, но вследствие меньшего диаметра обуславливают более плотное распределение сдвигающего усилия по сравнению с большими отверстиями 46b.

Таким образом, при вращении сдвигающего устройства 120 частицы или агрегаты пульпы, расположенные ближе к оси 25, испытывают воздействие более равномерных последовательностей событий сдвига, которые изменяются в меньших пределах (по величине сдвигающего усилия) по сравнению с частицами или агрегатами пульпы, расположенными у наружных краев 84 сдвигающих пластин 121, вследствие их большего числа, меньшего размера и более низкой линейной скорости внутренних отверстий 122а. Увеличенные площади наружных отверстий 122b обеспечивают компенсацию их повышенной линейной скорости у наружных краев 84 по сравнению с более низкой линейной скоростью меньших внутренних отверстий 122а. Следовательно, наружные отверстия 122b создают менее равномерный профиль сдвига по большему диапазону или амплитуде сдвигающего усилия по сравнению с профилем сдвига, оказываемого внутренними отверстиями 122а на агрегаты пульпы, расположенные ближе к оси 25 вращения. Другими словами, размер отверстий 122 постепенно увеличивается в направлении от оси 25 вращения к наружным краям 84. Таким образом, сдвигающее устройство 120 обеспечивает по существу равномерное суммарное сдвигающее усилие, прикладываемое к пульпе, выходящей из области 44.

Следует понимать, что отверстия 46 не обязательно должны образовывать правильные столбцы 123, а могут быть расположены в других конфигурациях. Например, отверстия 122 могут быть выстроены под углом к вертикали с образованием наклонных столбцов или даже расположены произвольным образом, при условии что диаметр отверстий постепенно увеличивается в направлении наружных краев 84. В одном конкретном варианте размер диаметра отверстий 122 может соответствующим образом регулироваться с получением равномерного среднего сдвигающего усилия в промежутках между соответствующими диаметрами отверстий, а именно, путем обеспечения расположения постепенно увеличивающихся отверстий пропорционально расстоянию до них от оси 25 вращения. В другом варианте диаметр отверстий 122 является по существу одинаковым или постоянным, что приводит к воздействую по существу неизменного числа событий сдвига на связанную пульпу в зоне возмущения.

В варианте выполнения изобретения, изображенном на фиг.13В, сдвигающее устройство 130 выполнено с сеткой 131, которая имеет ромбовидный рисунок и конструктивно поддерживается бортом 132, ограничивающим внешний периметр указанной сетки. Шаг или промежуток 133 между соседними элементами 131а сетки постепенно увеличивается пропорционально расстоянию до соответствующих элементов сетки в направлении от центральной оси 25 к наружным краям 84, так что внутренние промежутки 133а меньше наружных промежутков 133b, в результате чего достигается эффект, аналогичный обеспечиваемому неравными промежутками 83 между стержнями 82 в сдвигающем устройстве, изображенном на фиг.8. Авторами изобретения было обнаружено, что каждое из суммарного сдвигающего усилия, прикладываемого сдвигающим устройством 130, и среднего сдвигающего усилия в промежутках 133 между соседними элементами сетки 131 является по существу равномерным или одинаковым. Следует понимать, что возможно использование сеток 131 с другим рисунком, например с рисунком, имеющим шестиугольную, восьмиугольную и другие многоугольные формы либо даже комбинации многоугольных форм, расположенных как в правильном, так и в случайном порядке. Авторами изобретения было обнаружено, что каждое из суммарного сдвигающего усилия, прикладываемого сдвигающим устройством 130, и среднего сдвигающего усилия в промежутках 133 между соседними элементами сетки 131, является по существу равномерным.

В варианте выполнения изобретения, изображенном на фиг.14, сепарационное устройство 139 содержит сдвигающее устройство 140, выполненное с двумя парами радиальных рычагов, причем одна пара радиальных рычагов 141 длиннее другой пары радиальных рычагов 142. Конфигурация стержней, установленных на рычагах 141, имеет конический профиль вследствие постепенно уменьшающейся длины наклонных стержней 143 и расположена асимметрично относительно центральной оси 25. Однако в отличие от предыдущих вариантов выполнения количество стержней 143 постепенно увеличивается в направлении от центральной оси 25 вращения к соответствующим наружным краям 84 при постепенном уменьшении неравных промежутков 144. Другая пара рычагов 142 содержит стержни 145, расположенные асимметрично вокруг центральной оси 25, но не с разными, а с одинаковыми промежутками 146, так что стержни 145 прикладывают сдвигающее усилие в промежутках 144 между стержнями 143 более длинных рычагов 141.

В результате ни более длинные рычаги 141, ни более короткие рычаги 142 по отдельности не создают равномерного суммарного сдвигающего усилия. Однако вторая пара рычагов 142 расположена с обеспечением уравновешивания воздействия первой пары рычагов 141, так что сдвигающее устройство 140 обеспечивает по существу равномерный суммарный сдвигающий эффект. Кроме того, авторы изобретения полагают, что данный эффект дополнительно усиливается при использовании различных конфигураций стержней, установленных на соответствующих парах радиальных рычагов 141 и 142.

В промежутках 144 и 146 между стержнями 143 или стержнями 145 отсутствует равномерное среднее сдвигающее усилие (вследствие уменьшенной длины стержней в первом случае и вследствие одинаковых промежутков 146 во втором случае). Однако общее среднее сдвигающее усилие, полученное как сумма средних сдвигающих усилий в промежутках стержней 143 более длинных радиальных рычагов 141 и стержней 145 более коротких радиальных рычагов 142, является по существу равномерным или одинаковым, поскольку изменения среднего сдвигающего усилия в промежутках 146 между стержнями 145 скомпенсированы изменениями среднего сдвигающего усилия в промежутках 144 между стержнями 143.

В данном варианте выполнения также предполагается, что может иметься возможность добавления более длинных рычагов 141 либо более коротких рычагов 142 в область 43 сдвига или их удаления из нее. В этом случае дополнительные радиальные рычаги могут быть расположены таким образом, что общее суммарное сдвигающее усилие или общее средне сдвигающее усилие поддерживается по существу постоянным.

На фиг.15А и 15В изображен еще один вариант выполнения изобретения, при этом соответствующие элементы обозначены одинаковыми номерами позиций. Сепарационное устройство 150 содержит сдвигающее устройство 151, прикрепленное к концентрическому приводному валу 27 с возможностью по существу вертикального перемещения 152 параллельно центральной оси 25 чана 1, и приводной вал 24 гребкового узла. Сдвигающее устройство 151 содержит по существу круглую пластину 155, расположенную по существу горизонтально относительно чана 1 и имеющую отверстия или проходы 156, равноудаленные друг от друга. Концентрический приводной вал 151 обеспечивает возвратно-поступательное перемещение пластины 155 по существу вертикально относительно постели 2 пульпы и чана 1, как обозначено стрелкой 152. Авторы изобретения полагают, что данное вертикальное возвратно-поступательное перемещение 152 приводит к аналогичному сложному перемещению текучей среды и турбулентности в области 44 сдвига, которые уменьшают или полностью предотвращают образование комков вокруг вала 27 и гребкового узла 21. Кроме того, указанное вертикальное перемещение 152 вызывает приложение по существу равномерного сдвигающего усилия и, следовательно, по существу равномерного суммарного сдвигающего усилия к пульпе, проходящей через область 44, аналогично тому, как это описано применительно к предыдущим сдвигающим устройствам, несмотря на использование вертикальной составляющей перемещения устройства 150 вместо вращения вокруг центральной оси 25, совпадающей с центральным приводным валом 154. Поскольку отверстия 156 имеют по существу одинаковый размер, то прикладываемое сдвигающее усилие является по существу равномерным, что приводит к по существу равномерному суммарному сдвигающему усилию и по существу неизменному числу событий сдвига. Предпочтительно амплитуда вертикального перемещения составляет приблизительно 500 мм в направлении вверх и вниз или в целом приблизительно 1 м.

На фиг.16 изображен еще один вариант выполнения изобретения, при этом соответствующие элементы обозначены одинаковыми номерами позиций. Сепарационное устройство 160 содержит сдвигающее устройство 161, установленное с возможностью вращения вокруг оси 162, эксцентричной или смещенной относительно центральной оси 25 чана 1. Сдвигающее устройство 161 содержит набор наклонных стержней 163, расположенных в виде «елочки», и соединено с центральным приводным валом 24, коаксиальным центральной оси 25 чана 1, при помощи опоры 164 и соответствующего вала 165. Центральный приводной вал 24 приводит во вращение опору 164 с обеспечением вращения эксцентрической оси 162 вокруг центральной оси 25. Таким образом, существуют две составляющие вращательного перемещения, а именно вращение сдвигающего устройства 160 вокруг его эксцентрической оси 162 вращения и вращение указанной оси 162 вокруг центральной оси 25, подобно планетарному движению. То есть это напоминает перемещение планеты, вращающейся вокруг своей оси и по орбите вокруг центральной оси, заданной солнцем.

Центральный приводной вал 24 приводит во вращение опору 164 при помощи узла планетарной передачи (не показан), аналогичного узлу зубчатой передачи приводного узла сдвигающего устройства, описанного применительно к фиг.5. В альтернативном варианте опора 164 может приводиться во вращение одним или более шестереночными приводами (не показаны) или периферическим приводом (не показан) при помощи узла зубчатой передачи. Это позволяет использовать несколько первичных приводов, которые могут передавать повышенный крутящий момент сдвигающему устройству 161, при этом вращательная скорость приводного вала 165 является функцией приводной скорости первичных приводов и передаточных чисел ведущих шестерен в узле планетарной передачи.

В данном варианте выполнения сдвигающее устройство 166 приводится во вращение вокруг оси 162 независимым приводным механизмом 166, тогда как центральный приводной вал 24 приводит во вращение гребковый узел 21. Следовательно, устройство 161 может вращаться со скоростью, отличной от скорости вращения гребкового узла 21, или даже совершать вращение в противоположном направлении с обеспечением уменьшения, предотвращения или сведения к минимуму образования комков в постели 2 пульпы.

Благодаря разделению вращения сдвигающего устройства 161 и вращения гребкового узла 21 дополнительным преимуществом данного варианта выполнения является возможность использования двигателей с малым крутящим моментом как для сдвигающего устройства 161 (вследствие небольшого диаметра механизма), так и для центрального вала 24 (вследствие уменьшенной площади центрального приводного механизма, поскольку он не должен приводить в действие устройство 161). Однако указанный вариант выполнения равным образом применим и для более крупных чанов, которые требуют приложения более высоких крутящих моментов.

Как показано на фиг.17А и 17В, сдвигающее устройство 161 содержит кольцевую насадку 167 для крепления стержней 163 к приводному валу 165. Стержни 163 расположены в виде массива или конструкции типа «елочки» с двумя параллельными стойками 168, от которых стержни 163 отходят под углом наклона приблизительно 45° к вертикальной плоскости. Стержни 163 расположены таким образом, что их концы 169 по существу совпадают с вертикальной линией 170. В верхней части сдвигающего устройства 167 имеется четыре стержня 163а меньшего размера, расположенных таким образом, что концы 169а двух верхних стержней по существу выровнены в горизонтальной плоскости 171 со стержнями 163b, как лучше всего показано на фиг.17В. Пара нижних горизонтальных стержней 163с заканчивается таким образом, что их концы 169с по существу совпадают с вертикальными линиями 170. Таким образом, стержни 163 ограничивают в целом прямоугольную область, ширина которой по существу приблизительно соответствует радиальному поперечному сечению чана 1 сгустителя. Между более длинными стержнями 163 с чередованием расположены более короткие стержни 163d постепенно уменьшающейся длины, соответствующие концы 169d которых обращены в направлении вверх. Данные более короткие стержни 163d обеспечивают увеличенное число событий сдвига при приближении к эксцентриковой оси 162, где линейная скорость стержней уменьшается, как описано выше.

В процессе эксплуатации центральный приводной вал 24 вращает опору 164 относительно чана сгустителя вокруг центральной оси 25 в направлении по часовой стрелке или против часовой стрелки, в результате чего происходит вращение эксцентрической оси 162 вокруг центральной оси 25. Одновременно с этим приводной механизм 166 независимо приводит в действие сдвигающее устройство 161 для вращения стержней 163 в направлении по часовой стрелке или против часовой стрелки вокруг оси 162 с обеспечением сдвигания агрегатов или частиц пульпы. Особое преимущество данного варианта выполнения заключается в том, что двойное вращение устройства 161 обеспечивает более сложное перемещение текучей среды по сравнению с предыдущими вариантами выполнения, благодаря чему затрудняется образование любым значительным объемом твердых частиц пульпы, находящихся в постели 2 сгущенной пульпы, устойчивой агломерированной массы, которая может вращаться вместе со сдвигающим устройством 161 и/или гребковым узлом 21 и, следовательно, вызывать налипание. То есть вращение стержней 163 вокруг эксцентрической оси 162 и относительное вращение устройства 161 вокруг центральной оси 25 приводит к относительно сложному стремительному поворотному перемещению в постели 2, что уменьшает или предотвращает образование агломератов пульпы вокруг центрального приводного вала 24 с обеспечением тем самым сведения к минимуму или предотвращения налипания. Следовательно, достигается получение относительно равномерного слоя сгущенной пульпы при повышенной придонной плотности в постели 2 пульпы.

В других вариантах выполнения эксцентрическая ось 162 не обязательно должна перемещаться в поперечном направлении по правильной круговой орбите вокруг центральной оси 24. Ось 162 может перемещаться в поперечном направлении вокруг оси 24 только по дугообразной траектории или по части орбиты, а не по всей орбите. Например, эксцентрическая ось может совершать колебательное перемещение между двумя точками. К другим возможным видам перемещения относятся перемещения по эллиптической, прецессионной или неполной орбите вокруг центральной оси 24 и даже перемещение по неправильной орбите. Например, орбитальный радиус оси 162 может меняться в процессе ее вращения вокруг центральной оси 24 чана 1 с созданием извилистой орбиты, при этом радиальное расстояние между центральной осью и эксцентрической осью постепенно изменяется. Такие изменения в перемещении оси 162 дополнительно повышают сложность перемещения в постели 2 пульпы и, таким образом, уменьшают вероятность налипания.

Дополнительное преимущество данного варианта выполнения заключается в том, что сдвигающее устройство становится «самопромывающимся» от твердых частиц. То есть вращение сдвигающего устройства обеспечивает возможность более легкого удаления твердых частиц, что дополнительно способствует предотвращению налипания. Кроме того, конфигурация стержней 163 обеспечивает приложение сдвигающим устройством 161 по существу равномерного суммарного сдвигающего усилия к пульпе, проходящей через область 44 сдвига постели 2.

Специалистам в данной области техники также должно быть понятно, что приводные и опорные механизмы могут быть расположены в любом месте в сдвигающем устройстве или на нем в соответствии с необходимостью. Например, опора может быть расположена смежно с верхней или нижней частью чана либо располагаться в любом месте между ними. Аналогичным образом, привод или приводы могут быть расположены смежно с верхней или нижней частью чана, в пределах периметра чана, у его внешнего периметра смежно с боковой стенкой чана или в любой комбинации указанных местоположений.

Дополнительные конфигурации сдвигающего устройства 160 изображены и кратко описаны со ссылкой на фиг.18А-22В, на которых соответствующие элементы обозначены одинаковыми номерами позиций. Поскольку способ работы указанных сдвигающих устройств по существу аналогичен способу работы сдвигающего устройства 161, повторное подробное описание их работы не приводится.

В соответствии с фиг.18А и 18В сдвигающее устройство 183 расположено таким образом, что соответствующие концы 184а более коротких наклонных стержней 184 постепенно уменьшающейся длины, расположенных с обеих сторон стоек 168, обращены в наружном направлении и расположены с чередованием между сравнительно более длинными наклонными стержнями 186. Как и прежде, более короткие стержни 184 обеспечивают увеличенное число изменяющихся событий сдвига при приближении к оси 162 вращения. Как «главные» стержни 186, так и «вспомогательные» стержни 184 расположены асимметрично относительно оси 162 вращения. Два стержня 186а и 186b проходят по существу горизонтально соответственно в верхней и нижней частях сдвигающего устройства 183. Кроме того, «главные» стержни 186 ограничивают по существу прямоугольное поперечное сечение, приблизительно соответствующее радиальному поперечному сечению чана.

Изображенное на фиг.19А и 19В сдвигающее устройство 187 содержит наклонные стержни 188, расположенные зигзагообразным образом с образованием ярусного пилообразного профиля. Стержни 188а, 188b и 188с проходят в направлении вниз относительно стоек 168, тогда как стержни 188d, 188е и 188f проходят в направлении вверх относительно указанных стоек. Проходящие вниз стержни 188а, 188b и 188с соединены соответственно с проходящими вверх стержнями 188d, 188e и 188f с образованием асимметричной конфигурации стержней. На одной стороне сдвигающего устройства 187 расположены два ряда зубьев, а именно внутренний ряд, содержащий стержни 188а и 188d, и наружный ряд, содержащий стержни 188b и 188е, при этом стержни 188с и 188f дополняют указанный наружный ряд. Данная конфигурация стержней обеспечивает увеличенное число изменяющихся событий сдвига при приближении к оси 162 вращения.

Изображенное на фиг.20А и 20В сдвигающее устройство 189 содержит стержни 190, которые образуют асимметричную сетчатую структуру, аналогичную сетке 49 варианта выполнения изобретения, показанного на фиг.13. Стержни 190а, 190d и 190е проходят в направлении вниз относительно стоек 168, тогда как стержни 190b, 190с и 190f проходят в направлении вверх относительно указанных стоек. Стержни 190 расположены таким образом, что проходящий вниз стержень 190а пересекает проходящий вверх стержень 190b с образованием пересечения в виде буквы «X», при этом все буквы «X» соединены друг с другом с получением в целом ромбовидной сетки. Вспомогательные проходящие вверх стержни 190 с и проходящие вниз стержни 190d расположены смежно со стойками 168, при этом стержни 190с соединены со стержнями 190d. Между двумя пересечениями в виде буквы «X» расположен дополнительный набор стержней 190е и 190f, обеспечивающий создание асимметричной конфигурации. Стержни 190 наклонены под углом приблизительно 45° относительно вертикальной плоскости. Как и прежде, конфигурация стержней обеспечивает увеличенное число изменяющихся событий сдвига при приближении к оси 162 вращения.

Изображенное на фиг.21А и 21В сдвигающее устройство 191 содержит стержни 192, которые расположены асимметрично вокруг оси 162 вращения. Стержни 192а проходят в направлении вниз, тогда как стержни 192b проходят в направлении вверх относительно соответствующих им стоек 168, при этом стержни 192а соединены со стержнями 192b. Каждый стержень 192 наклонен относительно вертикальной плоскости под углом приблизительно 45°. Имеется внутренний набор вспомогательных стержней, расположенных смежно со стойкой 168, при этом проходящие в направлении вниз стержни 192с соединены с проходящими в направлении вверх стержнями 192d. Данная конфигурация стержней обеспечивает увеличенное число изменяющихся событий сдвига при приближении к оси 162 вращения.

Изображенное на фиг.22А и 22В сдвигающее устройство 193 содержит стержни 194, расположенные с образованием смещенных в вертикальном направлении блочных конструкций 195, при этом горизонтальные стержни 194а и вертикальные стержни 194b образуют соответственно горизонтальные и вертикальные стороны блоков 195. Кроме того, проходящие в диагональном направлении стержни 194с соединяют одну пару углов каждого блока 195 зигзагообразным образом с образованием пилообразного профиля, причем стержни 194 с наклонены под углом приблизительно 45° относительно вертикальной плоскости. Наклонные стержни 196 пересекают стержни 194с так, что точка пересечения 197 смещена к центру каждого блока 195, и расположены таким же зигзагообразным образом с образованием пилообразного профиля. Более того, имеются горизонтальные стержни 198, соединяющие соответствующие точки пересечения 197 со стойками 168. Данная конфигурация стержней обеспечивает увеличенное число изменяющихся событий сдвига при приближении к оси 162 вращения.

В других вариантах выполнения сдвигающие устройства, изображенные на фиг.2А, 2В и 8А-15, установлены с возможностью вращения вокруг оси, параллельной, эксцентричной или смещенной относительно центральной оси 25 чана 1, способом, проиллюстрированным на фиг.16. Аналогичным образом, конфигурации сдвигающих устройств, изображенных на фиг.16-22В, тоже могут быть соответствующим образом модифицированы для вращения вокруг центральной оси 25 с помощью концентрического приводного вала, как проиллюстрировано на фиг.2-14. Более того, сдвигающие устройства, изображенные на фиг.2, 8-14 и 16-22В, также могут быть соответствующим образом изменены для выполнения по существу вертикального возвратно-поступательного перемещения параллельно центральной оси 25, а не вращения вокруг нее. Несмотря на то что варианты выполнения описаны применительно к гребковому узлу 21, вращающемуся вокруг центральной оси чана, следует понимать, что ось вращения указанного узла также может быть параллельной, смещенной или эксцентричной относительно центральной оси чана.

Следует также понимать, что в сепарационном устройстве может иметься несколько сдвигающих устройств для дополнительной минимизации или предотвращения образования комков в постели 2 пульпы, поскольку наличие нескольких сдвигающих устройств обеспечивает создание более сложного перемещения текучей среды в чане 1. На фиг.23 изображен следующий вариант выполнения изобретения, при этом соответствующие элементы обозначены одинаковыми номерами позиций. В данном варианте выполнения сгуститель 200 содержит несколько сдвигающих устройств 90, расположенных по периферии чана 1. Сдвигающие устройства 90 отличаются асимметричной конфигурацией стержней, как описано применительно к варианту выполнения, изображенному на фиг.9, и вращаются вокруг осей 201 при помощи приводных валов 202 и независимых приводных механизмов (не показаны). Оси 202 вращения смещены или эксцентричны относительно центральной оси 25 чана 1, а также зафиксированы относительно указанной центральной оси, так что сдвигающие устройства 90 расположены в чане неподвижно. Таким образом, каждое сдвигающее устройство 90 прикладывает сдвигающее усилие к определенной области 203 чана 1 вследствие вращения в соответствующих им направлениях 204 по часовой стрелке. Несмотря на то что их оси 201 вращения неподвижны, сдвигающие устройства 90 создают сложное перемещение текучей среды в чане, что обеспечивает уменьшение, предотвращение или сведение к минимуму образования комков в постели 2 пульпы. Указанное сложное перемещение текучей среды усиливается при вращении сдвигающих устройств 90 в направлении, противоположном направлению вращения гребкового узла 21, как проиллюстрировано на фиг.23. То есть каждое устройство 90 вращается по часовой стрелке, тогда как гребковый узел 21, установленный с возможностью вращения вокруг центральной оси 25 при помощи центрального приводного вала 24, вращается в направлении против часовой стрелки, как обозначено стрелкой 205. Следует понимать, что сдвигающие устройства 90 выполнены с возможностью вращения с различными скоростями и/или в различных (или противоположных) направлениях относительно друг друга и/или узла 21 для дополнительного усложнения перемещения текучей среды в чане 1.

На фиг.24 изображен еще один вариант выполнения изобретения, при этом соответствующие элементы обозначены одинаковыми номерами позиций. В сгустителе 210 имеется несколько сдвигающих устройств 90, установленных с возможностью вращения вокруг центральной оси 25 чана 1 таким же образом, как в варианте выполнения, изображенном на фиг.16. То есть оси 201 вращения устройств 90 не зафиксированы, а в данном случае могут вращаться вокруг центральной оси 25 благодаря прикреплению с возможностью вращения приводных валов 202 устройств 90 к проходящим в радиальном направлении опорам 212. Как и в варианте, изображенном на фиг.23, оси 201 вращения остаются эксцентрическими или смещенными относительно центральной оси 25. Опоры 212 прикреплены к центральному приводному валу 24 с возможностью вращения вокруг оси 25. Таким образом, устройства 90 вращаются вокруг соответствующих осей 201 в направлении по часовой стрелке, как обозначено стрелками 204, и соответствующие им оси 201 вращаются вокруг центральной оси 25 при помощи опор 212 в направлении по часовой стрелке, как обозначено стрелкой 213. Данное двойное вращение сдвигающих устройств 90, похожее на планетарное движение, создает сложное перемещение текучей среды в чане, что обеспечивает уменьшение, предотвращение или сведение к минимуму образования комков в постели 2 пульпы. Как описано выше, сложность указанного перемещения повышается при вращении сдвигающих устройств 90 в направлении, противоположном направлению вращения гребкового узла 21, как проиллюстрировано на фиг.24, при этом устройства 90 и соответствующие оси 201 вращаются по часовой стрелке, тогда как гребковый узел 21 вращается против часовой стрелки, как обозначено стрелкой 205. Как изложено выше, сдвигающие устройства 90 выполнены с возможностью вращения с различными скоростями и/или в различных (или противоположных) направлениях относительно друг друга и/или узла 21 для дополнительного усложнения перемещения текучей среды в чане 1.

На фиг.25 изображен другой вариант выполнения изобретения, при этом соответствующие элементы обозначены одинаковыми номерами позиций. В данном варианте выполнения сгуститель 220 содержит два сдвигающих устройства 90, прикрепленных к опоре 164, которая выполнена с возможностью вращения вокруг центральной оси 25 в чане 1 при помощи центрального приводного вала 24. Сдвигающие устройства 90 установлены независимо друг от друга с возможностью вращения вокруг соответствующих осей 162 вращения при помощи связанных с ними приводных валов 165 и приводных механизмов 166. Сдвигающие устройства 90 расположены с возможностью встречного вращения с различными скоростями и в противоположных направлениях (по часовой стрелке и против часовой стрелки) относительно друг друга, как обозначено соответственно стрелками 221 и 222. Оси 162 вращения могут вращаться относительно центральной оси 25, а также являются эксцентричными или смещенными относительно указанной оси. Опора 164 вращается в направлении против часовой стрелки, как обозначено стрелкой 223. Таким образом, двойное вращение устройств 90 вокруг соответствующих осей 162 и вокруг центральной оси 25 создает сложное перемещение текучей среды в чане, что обеспечивает уменьшение, предотвращение или сведение к минимуму образования комков в постели 2 пульпы. Как изложено выше, сдвигающие устройства 90 выполнены с возможностью вращения с различными скоростями и/или в различных направлениях относительно друг друга, опоры 164 и/или узла 21 для дополнительного усложнения перемещения текучей среды в чане 1.

На фиг.26 изображен еще один вариант выполнения изобретения, при этом соответствующие элементы обозначены одинаковыми номерами позиций. В данном варианте выполнения сгуститель 230 имеет конфигурацию, аналогичную конфигурации сгустителя 220, изображенного на фиг.25, и содержит два сдвигающих устройства 90, установленных с возможностью вращения вокруг соответствующих осей 162 вращения при помощи первой опоры 164, к которой прикреплены соответствующие приводные валы 165 и связанные с ними приводные механизмы 166. Оба сдвигающих устройства 90 также вращаются в направлении по часовой стрелке, которое обозначено стрелкой 222. Однако следует понимать, что устройства 90 могут вращаться в различных или противоположных направлениях относительно друг друга.

Первая опора 164 приводится во вращение в направлении против часовой стрелки вокруг оси 233 при помощи отдельного приводного вала 231 и соответствующего приводного механизма 232, как обозначено стрелкой 234. Отдельный приводной вал 231 и соответствующий приводной механизм 232 установлены на второй опоре 235, которая выполнена с возможностью вращения вокруг центральной оси 25 в направлении против часовой стрелки (как обозначено стрелкой 223) при помощи центрального приводного вала 24 и соответствующего приводного механизма 26. Таким образом, имеется три отдельные составляющие вращения, а именно вращение сдвигающих устройств 90 по часовой стрелке вокруг осей 162 вращения, вращение первой опоры 164 против часовой стрелки вокруг оси 233 и вращение второй опоры 235 против часовой стрелки вокруг центральной оси 25. Данная конфигурация также создает более сложное перемещение текучей среды в чане, что обеспечивает уменьшение, предотвращение или сведение к минимуму образования комков в постели 2 пульпы. Как изложено выше, сдвигающие устройства 90 выполнены с возможностью вращения с различными скоростями и/или в различных (или противоположных) направлениях относительно друг друга, первой опоры 164, второй опоры 235 и/или узла 21 для дополнительного усложнения перемещения текучей среды в чане 1.

Таким образом, можно видеть, что добавление нескольких сдвигающих устройств вышеописанным способом привносит дополнительную сложность в перемещение текучей среды в чане, что способствует предотвращению, уменьшению или сведению к минимуму образования комков в постели пульпы. Более того, предполагается, что в дополнение к изменению скоростей вращения сдвигающих устройств имеется возможность применения сдвигающих устройств с различными конфигурациями стержней, различными трехмерными геометрическими формами, различными глубинами размещения (для приложения сдвигающего усилия в различных областях), различными пространственными местоположениями (например, для обеспечения возможности взаимного наложения сдвигающих устройств с перекрытием соответствующих им областей сдвига) или с любой комбинацией указанных различных конфигураций для создания более сложного перемещения текучей среды, которое предотвращает, уменьшает или сводит к минимуму образование комков в постели пульпы.

Кроме того, предпочтительные варианты выполнения, изображенные на фиг.8А-13 и 16-22В, описаны и изображены как содержащие стержни, наклоненные относительно вертикальной плоскости, расположенной под прямыми углами к радиальному рычагу. Однако следует понимать, что стержни могут быть наклонены относительно других вертикальных плоскостей, например вертикальной плоскости, параллельной или копланарной плоскости с радиальными рычагами, как изображено на фиг.2 и 14. В других вариантах выполнения стержни могут быть наклонены только относительно вертикальной плоскости, параллельной или копланарной плоскости с радиальными рычагами.

Более того, несмотря на то что в описанных предпочтительных вариантах выполнения используются сдвигающие элементы в виде линейных стержней или штанг, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что возможно применение сдвигающих элементов других конфигураций, например V-образных угловых штанг, половинчатых или полукруглых трубок или других сдвигающих элементов, имеющих различные многоугольные поперечные сечения. В частности, возможно чередование стержней различной формы для получения заданного профиля сдвига. Например, возможно применение нелинейных стержней, таких как спиральные или винтовые.

Несмотря на то что описаны и проиллюстрированы предпочтительные варианты выполнения, обеспечивающие создание оптимального сдвига по существу равномерно по всей зоне 44 возмущения, особенно если зона возмущения содержит по существу всю верхнюю область, специалисту должно быть понятно, что аналогичные преимущественные эффекты могут быть достигнуты путем создания оптимального возмущения или приложения оптимального сдвигающего усилия в зоне возмущения, которая представляет собой долю верхней области. В данную долю верхней области может входить частичная площадь поперечного сечения или даже частичный объем чана. Например, с радиальных рычагов могут быть удалены отдельные стержни, так что оптимальное сдвигающее усилие возникает только в ряде промежутков или, главным образом, только в направлении наружного периметра чана 1 или в направлении внутренней радиальной области чана, расположенной смежно или рядом с осью вращения. В данном случае зона 44 возмущения эффективно разделена на сегменты по поперечному сечению чана 1. В альтернативном варианте это может рассматриваться как создание нескольких зон возмущения, разделенных статичными участками в верхней области. В любой интерпретации оптимальное возмущение или сдвигающее усилие, действующее по существу равномерно по всей зоне возмущения, может занимать по меньшей мере от 10% объема верхней области до всей верхней области (100%). Когда размер пульпы приближается к размеру поперечного сечения верхней области 17, возмущение или сдвигающее усилие действуют по меньшей мере на 10-100% связанной пульпы, расположенной в верхней области, в течение заданного периода времени, соответствующего проходу связанной пульпы через зону 44 возмущения.

Авторы изобретения признают, что могут иметь место ситуации, при которых желательно подвергать возмущению или сдвигающему усилию не всю связанную пульпу, причем в таких случаях предпочтительно подвергать нарушению в зоне 44 возмущения по меньшей мере 30% пульпы, проходящей через верхнюю область (то есть зона возмущения составляет 30% верхней области), более предпочтительно по меньшей мере 50% пульпы, проходящей через верхнюю область (то есть зона возмущения составляет 50% верхней области), и даже более предпочтительно по меньшей мере 70% пульпы, проходящей через верхнюю область (то есть зона возмущения составляет 70% верхней области).

Однако авторы изобретения полагают, что для достижения максимальной эффективности сдвигающего устройства и, следовательно, повышения производительности сгустителя особенно предпочтительно подвергать оптимальному возмущению или сдвигу по меньшей мере 75% пульпы, проходящей через верхнюю область (то есть зона возмущения составляет 75% верхней области), более предпочтительно по меньшей мере 80% пульпы, даже более предпочтительно 90% и еще более предпочтительно 95-100% пульпы, проходящей через верхнюю область (то есть зона возмущения составляет 95-100% верхней области), для обеспечения получения значительных преимуществ при использовании изобретения. Данные условия применяют независимо от того, оказывают ли на зону возмущения воздействие в виде по существу равномерного суммарного сдвигающего усилия, по существу равномерного среднего сдвигающего усилия или по существу равномерного числа событий сдвига либо любой комбинации вышеперечисленного.

Кроме того, несмотря на то что большинство предпочтительных вариантов выполнения изображены для ясности с двумя радиальными сдвигающими рычагами, в других вариантах выполнения сдвигающие устройства содержат большее количество сдвигающих рычагов со стержнями изображенных конфигураций, например четыре, шесть, восемь и более сдвигающих рычагов, разнесенных друг от друга (на одинаковые или разные расстояния) и обеспечивающих приложение по существу равномерного сдвигающего усилия в зоне возмущения. В данных вариантах выполнения каждый сдвигающий рычаг может прикладывать сдвигающее усилие к различным частям зоны возмущения. Например, сдвигающее устройство может содержать восемь рычагов со сдвигающими элементами, которые смещены относительно друг друга таким образом, что хотя каждый рычаг сдвигает только часть верхней области, сдвигающее устройство в целом обеспечивает приложение сдвигающего усилия в зоне возмущения, которая по существу соответствует всей верхней области.

Более того, следует понимать, что при желании сдвигающее устройство может регулироваться с изменением среднего суммарного сдвигающего усилия до уровня выше или ниже заданного оптимального значения сдвигающего усилия. На протяжении всего описания и формулы изобретения выражение «среднее суммарное сдвигающее усилие» означает среднее значение всего суммарного сдвигающего усилия, приложенного к доле пульпы, выходящей из указанной области. Например, если суммарное сдвигающее усилие приложено к цилиндрической области, то среднее суммарное сдвигающее усилие равно среднему значению суммарного сдвигающего усилия, взятому по площади горизонтального диска, параллельного выходу из указанной цилиндрической области и смежного с ним.

Авторы изобретения полагают, что заданное значение оптимального сдвигающего усилия и любое изменение зависят от одного или более параметров, выбираемых из группы, в которую по существу входят скорость сдвигающего устройства, форма сдвигающего устройства, глубина области сдвига, состав пульпы, размер частиц пульпы, скорость потока пульпы в чане, предел текучести пульпы, вязкость пульпы, удельная придонная плотность, весовое процентное содержание придонной части, скорость введения флокулянта в загружаемый материал или суспензию и интенсивность потока загружаемого материала или суспензии, из которой происходит осаждение пульпы. Таким образом, среднее суммарное сдвигающее усилие может изменяться и находится по существу в пределах 20% от заданного оптимального значения сдвигающего усилия, в пределах 30% от заданного оптимального значения сдвигающего усилия, в пределах 40% от заданного оптимального значения сдвигающего усилия или даже в пределах 50% от заданного оптимального значения сдвигающего усилия.

Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что перемещение сдвигающего устройства независимо от перемещения гребкового узла в данном изобретении обеспечивает возможность перемещения сдвигающего устройства со скоростью и/или в направлении, которые отличаются от скорости и/или направления гребкового узла, например вращения сдвигающего устройства в направлении, противоположном направлению вращения гребкового узла. Это создает сложное перемещение текучей среды и турбулентность в зоне сдвига, что уменьшает или сдерживает образование налипающих комков вокруг сдвигающего устройства и/или гребкового узла, а также соответствующих им приводных валов. Таким образом, эффекты налипания в чане 1 уменьшены, сведены к минимуму или устранены, что обеспечивает возможность создания и поддержания с помощью сдвигающего устройства относительно высокой плотности постели 2 сгущенной пульпы с повышением тем самым эффективности сепарации. Кроме того, изобретение обеспечивает возможность воздействия на пульпу оптимальной величины сдвигающего усилия, по существу равномерного суммарного сдвигающего усилия, по существу равномерного среднего сдвигающего усилия между сдвигающими элементами или по существу неизменного числа событий сдвига с обеспечением нарушения связанной пульпы без приложения слишком малых или чрезмерных сдвигающих усилий. Таким образом, высвобождается оптимальное количество захваченной жидкости, которая может выходить в направлении вверх в осветленную зону раствора. Поскольку пульпа, расположенная ниже зоны возмущения, имеет более высокую относительную плотность, она имеет повышенную плотность упаковки частиц, что обеспечивает возможность более быстрого осаждения и уплотнения большего количества пульпы в постели пульпы ниже зоны возмущения. Как следствие, придонная плотность постели пульпы увеличивается до максимума и по сливному желобу может быть отведено максимальное количество разбавленного раствора. Данный эффект является особенно преимущественным в случае приложения сдвигающего усилия в зоне возмущения, расположенной в верхней области постели пульпы или связанного слоя пульпы. В результате изобретение обеспечивает достижение значительного повышения уровня производительности и количества осажденного материала. В отношении всего вышеуказанного изобретение обеспечивает значительное практическое и коммерчески значимое усовершенствование по сравнению с известным уровнем техники.

Несмотря на то что изобретение описано со ссылкой на конкретные варианты выполнения, специалистам должно быть понятно, что оно может быть реализовано в различных других формах.

Изобретение относится к сепарационному устройству и может быть использовано в сгустителях. Сепарационное устройство (20) предназначено для отделения пульпы от загружаемого материала и содержит чан (1) для приема загружаемого материала, гребковый узел (21), установленный с возможностью вращения в чане (1) для обеспечения перемещения пульпы по направлению к его выпускному отверстию (22), и сдвигающее устройство (23), предназначенное для сдвигания пульпы в чане (1) и установленное с возможностью перемещения независимо от гребкового узла (21). Технический результат состоит в предотвращении налипания осадка на гребковый узел. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 26 ил.

1. Сепарационное устройство, предназначенное для отделения пульпы от загружаемого материала и содержащее чан для приема загружаемого материала, гребковый узел, прикрепленный к первому приводному валу с возможностью вращения в чане вокруг первой оси для обеспечения перемещения пульпы по направлению к его выпускному отверстию, и сдвигающее устройство, предназначенное для сдвигания пульпы в чане и прикрепленное ко второму приводному валу с возможностью вращения вокруг второй оси независимо от гребкового узла, причем второй приводной вал концентричен первому приводному валу, при этом сдвигающее устройство расположено над гребковым узлом в нижней части чана.

2. Сепарационное устройство по п.1, в котором сдвигающее устройство вращается в направлении, противоположном направлению вращения гребкового узла.

3. Сепарационное устройство по п.1, в котором гребковый узел прикреплен к первому приводному валу с возможностью вращения вокруг первой оси, при этом сдвигающее устройство прикреплено ко второму приводному валу с возможностью перемещения вдоль первой оси или по существу параллельно ей.

4. Сепарационное устройство по п.3, в котором сдвигающее устройство перемещается вдоль первой оси или параллельно ей с возможностью скольжения.

5. Сепарационное устройство по п.3, в котором второй приводной вал концентричен первому приводному валу.

6. Сепарационное устройство по любому из пп.1-5, в котором первая ось является центральной осью чана.

7. Сепарационное устройство по любому из пп.1-5, в котором сдвигающее устройство содержит первый приводной механизм, предназначенный для приведения во вращение первого приводного вала, и второй приводной механизм, независимый от первого приводного механизма и предназначенный для приведения в движение второго вала.

8. Сепарационное устройство по п.7, в котором второй приводной механизм коаксиален второму приводному валу.

9. Сепарационное устройство по любому из пп.1-5, в котором выполняется регулирование одного или более параметров сдвига с учетом интенсивности потока загружаемого материала, подаваемого в чан, и/или одного или более рабочих параметров для обеспечения регулируемого приложения оптимального сдвигающего усилия к пульпе, проходящей через область чана.

10. Сепарационное устройство по п.9, в котором параметры сдвига выбираются из группы, в которую входят скорость сдвигающего устройства, форма сдвигающего устройства и глубина области сдвига, а рабочие параметры выбираются из группы, в которую входят состав пульпы, размер частиц пульпы, скорость потока пульпы в чане, предел текучести пульпы, вязкость пульпы, относительная придонная плотность, весовое процентное содержание придонной части и скорость введения флокулянта в загружаемый материал.

11. Сепарационное устройство по п.9, в котором один или более параметров сдвига являются регулируемыми в ответ на изменения интенсивности потока и/или одного или более рабочих параметров.

12. Сепарационное устройство по любому из пп.1-5, в котором сдвигающее устройство содержит по меньшей мере два сдвигающих рычага, установленных с возможностью перемещения в пределах зоны возмущения, и сдвигающие элементы, предназначенные для приложения сдвигающего усилия к связанной пульпе.

13. Сепарационное устройство по любому из пп.1-5, в котором сдвигающее устройство содержит по меньшей мере одну частично плоскую пластину с отверстиями.

14. Сепарационное устройство по любому из пп.1-5, в котором сдвигающее устройство содержит сдвигающие элементы, расположенные упорядоченным образом.

15. Применение сепарационного устройства по любому из пп.1-14 в качестве сгустителя.