ГИДРОЦИКЛОН ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ НЕОДНОРОДНЫХ ЖИДКИХ СРЕД Российский патент 2021 года по МПК B04C5/12 

Изобретение относится к технике разделения неоднородных жидких сред, в частности к гидроциклонам и может применяться при добыче чистого песка из карьеров, а также при углублении русел рек.

Известны гидроциклоны (авт. свид. №1611456 A1, SU, кл. В04С 5/12), содержащие цилиндроконический корпус с тангенциальным питающим и сливным патрубками, осевую песковую насадку.

Недостатком известного решения является низкое качество разделения крупной и мелкой фракций жидких сред.

В реальном рабочем процессе гранулометрический состав пульпы примеси меняется, в результате чего меняется ее консистенция (концентрация) (см. Харин А.И. Гидромеханизация в мелиоративном строительстве. - М.: Колос, 1983. - С. 28). К тому же, в гидроциклонах имеют место два ярко выраженных течения:

- течение вниз от входного к песковому отверстию по коническим спиральным траекториям W;

- восходящее спиральное течение от пескового отверстия к выходному, сливному R. Возникновение этого течения R обусловлено:

наличию первичного ниспадающего спирального течения W;

гидравлическим сопротивлениям этому первичному течению W.

При продвижении этого течения оно, за счет вихревого вида, имеет значительный путь трения, и к тому же та счет уменьшения радиуса траектории в конической части корпуса имеет место нарастание местных гидравлических потерь, связанных с деформацией потока. Эти два обстоятельства снижают скорость, повышают пьезометрическую составляющую линии тока, увеличивают объем, занимаемый течением W, при этом увеличение объема и сужающаяся форма корпуса смещает его (W) на малые радиусы. В результате у песковой насадки по отношению к цилиндрической части на равных радиусах вблизи оси гидроциклона образуется превышение давления. Образовавшаяся разность давлений обуславливает возникновение (течение Россби) восходящего потока в сливное отверстие в приосевой области.

Его интенсивность определяемся балансом сопротивлений в песковом и сливном отверстиях. При увеличении потерь в отверстии осевой песковой насадки размеры течения Россби увеличиваются и расход через сливное отверстие растет. При повышении сопротивлении на сливном отверстии размеры и интенсивность течения Россби снижаются, и в случае закрытия сливного отверстия оно совсем исчезает, и весь входной поток устремляется в песковое отверстие. Таким образом, выглядит структура потоков в гидроциклоне при его работе на чистой воде.

При работе на водно-грунтовой смеси повышение ее консистенции увеличивает и гидравлические сопротивления, следовательно, в этом случае изменится и баланс расходов Q_песк - Q_слив в сторону увеличения расхода через сливное отверстие. Потому всякое увеличение консистенции входного потока уменьшит расход через песковое отверстие Q_песк и увеличит через сливное Q_слив, смещая тем самым точку начала зарождения течения Россби к отверстию осевой песковой насадки и наоборот.

Местоположение начала зарождения (возвратного) течения Россби определяет величину граничного зерна сепарируемого продукта.

Больший объем возвратного течения Россби будет способствовать большему объему отбираемой твердой фазы в слив, то есть более густой продукт из пескового отверстия будет содержать меньшую долю мелкодисперсных примесей.

Обедненная водно-грунтовая смесь обусловит меньшие размеры течения Россби, следовательно, и меньший расход через сливное отверстие Q_сл, и больший через песковое Q_песк с засоряющими товарный продукт мелкими и пылеватыми фракциями.

Поэтому гидроциклон, параметры которого рассчитаны под определенную величину граничного зерна, при изменении концентрации питающего потока будет давать различное качество сепарации в товарном потоке, различный гранулометрический состав, что в значительной мере снизит качество технологического процесса сепарации, в результате чего в реальных условиях получается низкое качество разделения крупной и мелкой фракций.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышения качества сепарации по размеру фракций жидких сред.

Такой технический результат достигается тем, что гидроциклон содержит цилиндроконический корпус с тангенциальным питающим и сливным патрубками, осевую песковую насадку, причем осевая песковая насадка выполнена из отвода и наклонного трубопровода, соединенных между собой посредством сферического соединения, установленного в начале наклонного трубопровода, выходной конец которого соединен с пружиной, закрепленной на опоре, причем на выходном конце трубы установлена шаберная задвижка, заслонка которой через кинематически связанный рычаг соединена с опорой. Сферическое соединение между отводом гидроциклона и наклонным трубопроводом может быть выполнено в виде гибкого трубопровода, например, рукава.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображен гидроциклон.

Гидроциклон содержит цилиндроконический корпус 1, тангенциально питающий патрубок 2, осевой сливной патрубок 3 и песковую насадку, состоящую из отвода 4, шарового сферического соединения (например, шарового) 5 и наклонного трубопровода 6, выходной конец которого соединен с пружиной 7, закрепленной на опоре 8. На выходном конце трубы установлена шаберная задвижка 9, корпус которой соединен с наклонным трубопроводом 6, а заслонка 10 шаберной задвижки через кинематически (шарнирно) связанный рычаг 11 прикреплена неподвижно к опоре 8.

Сферическое соединение между отводом 5 и наклонным трубопроводом 6 может быть выполнено в виде гибкого трубопровода, например, рукава.

Предлагаемый гидроциклон работает следующим образом.

При заполнении наклонного трубопровода 6 высоко концентрированной пульпой повышается совокупный вес и через растяжение пружины 7, на котором подвешен выходной конец наклонного трубопровода 6, труба вместе с корпусом шаберной задвижки 9 опускается вниз на высоту Δh и позволяет увеличить проходное сечение выходной трубы за счет неподвижно установленной заслонки 10, прикрепленной рычагом 11 к неподвижной опоре 8.

В итоге песковая магистраль, образованная отводом, шарниром, наклоняемой подвижной трубой, соединенной с корпусом задвижки открывается на полное сечение.

При снижении концентрации пульпы в наклоняемой трубе ее совокупный вес уменьшается, труба вместе с корпусом задвижки пружиной поднимается на высоту Δh, а неподвижная заслонка 10 остается на месте, что вызовет перекрытие части контура отверстия трубы, при этом сократит расход через отверстие и предупредит попадание мелких фракций в жидкую среду песка.

Земснаряд с различной производительностью грунтового насоса соответствует своя величина растяжения пружины, своя степень перекрытия проходного сечения трубы.

Устройство позволяет существенно повысить качество разделения крупной и мелкой фракций жидких сред.

Изобретение относится к технике разделения неоднородных жидких сред, в частности к устройствам для разделения суспензий и эмульсий в поле центробежных сил, и может применяться преимущественно в строительной промышленности при добыче нерудных строительных материалов, в частности для получения чистого песка на обводненных карьерах способом гидромеханизации, а также при углублении русел рек и при очистке водоемов. Предлагается гидроциклон для разделения неоднородных жидких сред, содержащий цилиндроконический корпус с тангенциальным питающим и сливным патрубками, осевую песковую насадку, отличающийся тем, что осевая песковая насадка выполнена из отвода и наклонного трубопровода, соединенных между собой посредством сферического соединения, установленного в начале наклонного трубопровода, выходной конец которого соединен с пружиной, закрепленной на опоре, причем на выходном конце трубы установлена шаберная задвижка, заслонка которой через кинематически связанный рычаг соединена с опорой. При этом сферическое соединение может быть выполнено в виде гибкого трубопровода гидроциклона, например, рукава. Техническим результатом прилагаемого изобретения является получение чистого песка за счет отделения из водно-песчаной пульпы глинисто-илистых составляющих при работе земснаряда с изменяющейся консистенцией пульпы. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Гидроциклон для разделения неоднородных жидких сред, содержащий цилиндроконический корпус с тангенциальным питающим и сливным патрубками, осевую песковую насадку, отличающийся тем, что осевая песковая насадка выполнена из отвода и наклонного трубопровода, соединенных между собой посредством сферического соединения, установленного в начале наклонного трубопровода, выходной конец которого соединен с пружиной, закрепленной на опоре, причем на выходном конце трубы установлена шаберная задвижка, заслонка которой через кинематически связанный рычаг соединена с опорой.

2. Гидроциклон по п. 1, отличающийся тем, что сферическое соединение может быть выполнено в виде гибкого трубопровода гидроциклона, например, рукава.