Моноблочный двухступенчатый гидроциклон Российский патент 2024 года по МПК B04C5/26 B04C7/00 

Предполагаемое изобретение относится к устройствам для разделения жидких неоднородных сред под действием центробежных сил и может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей, пищевой и других отраслях промышленности.

Известна двухступенчатая гидроциклонная установка для очистки глинистого раствора, в которой для лучшей очистки раствора последовательно применен гидроциклон грубой очистки и батарея гидроциклонов тонкой очистки [1].

Недостатком известной установки является низкая эффективность второй ступени очистки (батареи гидроциклонов тонкой очистки) ввиду того, что первая ступень очистки (гидроциклон грубой очистки) соединена со второй ступенью очистки соединительным патрубком в виде цилиндрического трубопровода. При таком исполнении соединительного патрубка происходит разрушение закрученного потока жидкости, выходящей из сливного патрубка гидроциклона первой ступени очистки и формирование из него нового закрученного потока на входе в гидроциклон второй ступени очистки, а также потеря давления на местные сопротивления. Это приводит к снижению эффективности очистки в гидроциклоне второй ступени очистки.

Известна многоступенчатая гидроциклонная установка, состоящая из гидроциклонов с тангенциальными входными патрубками, сливными патрубками и песковыми патрубками. Сливной патрубок гидроциклона первой ступени соединен с тангенциальным входным патрубком гидроциклона второй ступени, сливной патрубок гидроциклона второй ступени соединен с тангенциальным входным патрубком гидроциклона третьей ступени, а сливной патрубок гидроциклона третьей ступени соединен с тангенциальным входным патрубком гидроциклона 4 ступени [2].

Недостатком известной установки является снижение эффективности разделения второй ступени по сравнению с первой, третей ступени по сравнению со второй и т.д. (т.е последующей ступени по сравнению с предыдущей) ввиду разрушения закрученного потока жидкости, выходящей из сливного патрубка предыдущей ступени очистки и формирование из него нового закрученного потока на входе в последующую ступень очистки, а также ввиду потери давления на местные сопротивления при переходе с одной ступени на другую.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является многоступенчатая гидроциклонная установка (прототип), состоящая из нескольких гидроциклонов (ступеней разделения) с тангенциальными входными, сливными и песковыми патрубками и соединительными патрубками, соединяющими сливные патрубки гидроциклонов предыдущей ступени разделения с входными патрубками гидроциклонов последующей ступени разделения, соединительные патрубки выполнены в виде двух отрезков труб, расположенных перпендикулярно друг другу, один из этих отрезков одним концом соосно соединен с входным патрубком последующей ступени разделения, а другой конец тангенциально подсоединен ко второму отрезку трубы соединительного патрубка заглушенного плоской крышкой с центральным отверстием, причем другой конец второго отрезка трубы соединен соосно со сливным патрубком гидроциклона предыдущей ступени разделения. При этом тангенциальное соединение двух отрезков соединительного патрубка совпадает с направлением вращения закрученного потока из сливного патрубка гидроциклона предыдущей ступени разделения [3].

Недостатком известной установки является снижение эффективности разделения второй ступени по сравнению с первой в связи с потерей давления на местных сопротивлениях в соединительном патрубке при переходе осветленного потока из одного аппарата в другой и частичного разрушения в соединительном патрубке структуры потока разделяемой среды, сформировавшегося на первой ступени разделения.

Цель предполагаемого изобретения - повысить эффективность разделения двухступенчатого гидроциклона в результате повышения входного давления на второй ступени разделения за счет полного устранения потерь давления на местные сопротивления при переходе разделяемого потока с первой ступени разделения на вторую, и сохранения структуры потока, сформировавшегося на первой ступени разделения.

Технический результат достигается тем, что в моноблочном двухступенчатом гидроциклоне, состоящем из двух гидроциклонов с входными, сливными и песковыми патрубками, с целью повышения эффективности второй ступени разделения и аппарата в целом сливной патрубок гидроциклона первой ступени разделения одновременно является цилиндрической частью корпуса гидроциклона второй ступени разделения, при этом сливным патрубком гидроциклона второй ступени разделения является отрезок трубы, который одним концом соединен с атмосферой, проходит коаксиально через песковое отверстие гидроциклона первой ступени разделения и заканчивается, располагаясь также коаксиально, в сливном патрубке гидроциклона первой ступени разделения, одновременно являющимся цилиндрической частью гидроциклона второй ступени разделения, при этом песковый патрубок гидроциклона первой ступени разделения и песковый патрубок гидроциклона второй ступени разделения соединены между собой коллектором, имеющим общий выходной патрубок сгущенного потока, в песковом патрубке гидроциклона второй ступени разделения коаксиально установлена трубка, соединенная с атмосферой, между внутренней поверхностью цилиндрической части гидроциклона второй ступени разделения, являющейся одновременно внутренней поверхностью сливного патрубка первой ступени разделения, и внешней поверхностью сливного патрубка гидроциклона второй ступени разделения установлена винтообразная направляющая вставка, по направлению и углу закрутки совпадающая с потоком разделяемой среды, поступающей в гидроциклон второй ступени разделения из гидроциклона первой ступени разделения, песковый патрубок гидроциклона первой ступени разделения соединен с выходным патрубком сгущенного потока после первой ступени разделения, а песковый патрубок гидроциклона второй ступени разделения соединен с выходным патрубком сгущенного потока после второй ступени разделения

Эта цель достигается тем, что гидроциклон второй ступени разделения расположен непосредственно в гидроциклоне первой ступени разделения, а именно: сливной патрубок гидроциклона первой ступени разделения одновременно является цилиндрической частью корпуса гидроциклона второй ступени разделения, при этом сливным патрубком гидроциклона второй ступени разделения является отрезок трубы, который одним концом соединен с атмосферой, проходит коаксиально через песковое отверстие гидроциклона первой ступени разделения и заканчивается, располагаясь также коаксиально, в сливном патрубке гидроциклона первой ступени разделения, одновременно являющимся цилиндрической частью гидроциклона второй ступени разделения.

Такое исполнение двухступенчатого гидроциклона не разрушает структуру сформировавшегося в гидроциклоне первой ступени разделения закрученного потока, что положительно влияет на эффективность разделения в гидроциклоне второй ступени, а также полностью исключает потери давления на местные сопротивления при переходе разделяемого потока из первой ступени разделения во вторую и, как следствие, повышает давление на входе во вторую ступень разделения, что также повышает эффективность разделения в гидроциклоне второй ступени. Таким образом отсутствие местных сопротивлений, а также сохранение структуры закрученного потока при переходе разделяемой среды из первой ступени разделения во вторую позволяет повысить эффективность разделения в гидроциклоне второй ступени разделения.

При работе гидроциклона, вдоль его оси возникает воздушный столб (разрыв сплошности), в который «подсасывается» воздух или из пескового отверстия, или из сливного. Наличие воздушного столба очень важно, так как при этом сливной поток будет обладать значительным динамическим напором, который, как показывает практика, по порядку величин близок к напору во входном патрубке. А чем выше динамический напор в сливном патрубке, тем выше эффективность разделения в гидроциклоне. Для сохранения этого воздушного столба с «подсосом» воздуха, в песковом отверстие гидроциклона второй ступени разделения коаксиально устанавливается трубка, соединенная с атмосферой.

К повышению закрутки потока, поступающего на вторую ступень разделения, и как следствие повышению эффективности второй ступени разделения, а также к повышению жесткости сливного патрубка гидроциклона второй ступени разделения приведет установка между внутренней поверхностью цилиндрической части гидроциклона второй ступени разделения (она же сливной патрубок гидроциклона первой ступени разделения) и внешней поверхностью сливного патрубка гидроциклона второй ступени разделения винтообразной направляющей вставки, совпадающей по направлению и углу закрутки с потоком разделяемой среды, поступающей в гидроциклон второй ступени разделения.

Если сгущенные потоки первой и второй ступеней разделения не объединять в один коллектор, а отводить из гидроциклона раздельно, то данный аппарат можно использовать как классификатор для разделения твердой фазы входного потока на три фракции: сгущенный поток после первой ступени разделения, сгущенный поток после второй ступени разделения и осветленный поток после второй ступени разделения

Таким образом, новая совокупность признаков, содержащаяся в заявленном техническом решении, неизвестна ни в аналогах, ни в прототипе и позволяет получить положительный эффект, указанный в цели изобретения, и соответствует критерию «существенные отличия».

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 показан общий вид моноблочного двухступенчатого гидроциклона.

На фиг.2 показана конструкция моноблочного двухступенчатого гидроциклона в разрезе: 1 - гидроциклон первой ступени разделения; 2 - гидроциклон второй ступени разделения; 3 - сливной патрубок гидроциклона второй ступени разделения; 4 - коаксиальная трубка в песковом патрубке гидроциклона второй ступени разделения; 5 - винтообразная направляющая вставка; 6 - песковый патрубок гидроциклона первой ступени разделения; 7 - сливной патрубок гидроциклона первой ступени разделения (одновременно является цилиндрической частью корпуса гидроциклона второй ступени разделения), 8 - песковый патрубок гидроциклона второй ступени разделения, 9 - коллектор сгущенных потоков с первой и второй ступеней разделения, 10 - выходной патрубок коллектора сгущенных потоков первой и второй ступеней разделения.

На фиг.3 показана конструкция моноблочного двухступенчатого гидроциклона с отводом сгущенных потоков первой и второй ступеней разделения раздельно: 11 - выходной патрубок сгущенного потока после первой ступени разделения, 12 - выходной патрубок сгущенного потока после второй ступени разделения.

Моноблочный двухступенчатый гидроциклон работает следующим образом (см. фиг.2).

В гидроциклоне первой ступени разделения входной поток разделяется на сгущенный поток, который отводится из аппарата через песковый патрубок первой ступени разделения 6 и выходной патрубок коллектора сгущенных потоков первой и второй ступеней разделения 10, и на осветленный поток первой ступени разделения (одновременно является входным потоком второй ступени разделения), который попадает в сливной патрубок гидроциклона первой ступени разделения 7, одновременно являющимся цилиндрической частью гидроциклона второй ступени разделения. Этот входной поток второй ступени разделения делится на два потока: 1 - сгущенный поток второй ступени разделения, который отводится из аппарата через песковый патрубок гидроциклона второй ступени разделения 8, попадает в коллектор сгущенных потоков с первой и второй ступеней разделения 9 и отводится из аппарата через выходной патрубок коллектора сгущенных потоков первой и второй ступеней разделения 10; 2 - осветленный поток второй ступени разделения, который отводится из аппарата через сливной патрубок второй ступени разделения 3.

При установке в песковом патрубке гидроциклона второй ступени разделения коаксиальной трубки 4, соединенной с атмосферой, через последнюю будет «подсасываться» воздух из атмосферы в воздушный столб, образующийся по оси аппарата, что повысит динамический напор на входе второй ступени разделения, а значит и эффективность второй ступени разделения и аппарата в целом.

Винтообразная направляющая вставка 5, установленная на входе второй ступени разделения и совпадающая по направлению и углу закрутки с потоком разделяемой среды, будет способствовать сохранению структуры потока и увеличению закрутки сформировавшегося на первой ступени разделения потока, что положительно скажется на эффективности второй ступени разделения. Указанная вставка также повысит жесткость сливного патрубка гидроциклона второй ступени разделения

При использовании моноблочного двухступенчатого гидроциклона как классификатора для разделения твердой фазы входного потока на три фракции (см. фиг.3), сгущенный поток после первой ступени разделения отводится из аппарата через патрубок сгущенного потока после первой ступени разделения 11, а сгущенный поток после второй ступени разделения отводится из аппарата через патрубок сгущенного потока после второй ступени разделения 12.

Список использованных источников

[1] Авторское свидетельство СССР №123490, кл. 5а, 31₃₀ , 1959.

[2] Авторское свидетельство СССР №1699625, кл. В 04 С 5/24, 1991.

[3] Пат. 2684078 Российская федерация, МПК В04С 5/26; В04С 7/00, 2019. - Прототип

Изобретение относится к устройствам для разделения жидких неоднородных сред под действием центробежных сил и может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей, пищевой и других отраслях промышленности. Моноблочный двухступенчатый гидроциклон состоит из двух гидроциклонов с входными, сливными и песковыми патрубками. Сливной патрубок гидроциклона первой ступени разделения одновременно является цилиндрической частью корпуса гидроциклона второй ступени разделения, при этом сливным патрубком гидроциклона второй ступени разделения является отрезок трубы, который одним концом соединен с атмосферой, проходит коаксиально через песковое отверстие гидроциклона первой ступени разделения и заканчивается, располагаясь также коаксиально, в сливном патрубке гидроциклона первой ступени разделения, одновременно являющимся цилиндрической частью гидроциклона второй ступени разделения. В песковом патрубке гидроциклона второй ступени разделения коаксиально установлена трубка, соединенная с атмосферой. Песковый патрубок гидроциклона первой ступени разделения и песковый патрубок гидроциклона второй ступени разделения соединены между собой коллектором, имеющим общий выходной патрубок сгущенного потока, или песковый патрубок гидроциклона первой ступени разделения соединен с выходным патрубком сгущенного потока после первой ступени разделения, а песковый патрубок гидроциклона второй ступени разделения соединен с выходным патрубком сгущенного потока после второй ступени разделения. Технический результат: повышение эффективности разделения. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Моноблочный двухступенчатый гидроциклон, состоящий из двух гидроциклонов с входными, сливными и песковыми патрубками, отличающийся тем, что сливной патрубок гидроциклона первой ступени разделения одновременно является цилиндрической частью корпуса гидроциклона второй ступени разделения, при этом сливным патрубком гидроциклона второй ступени разделения является отрезок трубы, который одним концом соединен с атмосферой, проходит коаксиально через песковое отверстие гидроциклона первой ступени разделения и заканчивается, располагаясь также коаксиально, в сливном патрубке гидроциклона первой ступени разделения, одновременно являющимся цилиндрической частью гидроциклона второй ступени разделения, причем в песковом патрубке гидроциклона второй ступени разделения коаксиально установлена трубка, соединенная с атмосферой, при этом песковый патрубок гидроциклона первой ступени разделения и песковый патрубок гидроциклона второй ступени разделения соединены между собой коллектором, имеющим общий выходной патрубок сгущенного потока, или песковый патрубок гидроциклона первой ступени разделения соединен с выходным патрубком сгущенного потока после первой ступени разделения, а песковый патрубок гидроциклона второй ступени разделения соединен с выходным патрубком сгущенного потока после второй ступени разделения.

2. Моноблочный двухступенчатый гидроциклон по п. 1, отличающийся тем, что между внутренней поверхностью цилиндрической части гидроциклона второй ступени разделения, являющейся одновременно внутренней поверхностью сливного патрубка гидроциклона первой ступени разделения, и внешней поверхностью сливного патрубка гидроциклона второй ступени разделения установлена винтообразная направляющая вставка, по направлению и углу закрутки совпадающая с потоком разделяемой среды, поступающей в гидроциклон второй ступени разделения из гидроциклона первой ступени разделения.