Гидроциклон Российский патент 2025 года по МПК B04C11/00 

Предлагаемое изобретение относится к устройствам для разделения суспензий под действием центробежных сил и может быть использовано в химической, пищевой и других отраслях промышленности, в частности для очистки сточных вод.

Известен гидроциклон, содержащий цилиндроконический корпус с тангенциальным входным патрубком, сливным и песковым патрубками, сгустительную воронку, в которой размещен песковый патрубок гидроциклона, и эжектор, всасывающий патрубок которого соединен со сгустительной воронкой, снабжен реактивным насадком, установленным на песковом патрубке гидроциклона, и задвижкой на всасывающим трубопроводе эжектора, при этом всасывающий трубопровод эжектора присоединен к верхней части сгустительной воронки тангенциально (авторское свидетельство SU 971493, МПК В04С3/06, публ. 07.11.1982 г.).

Недостатком известного гидроциклона является снижение эффективности разделения и повышение вероятности забивки пескового патрубка ввиду установки в нем дополнительного сопротивления в виде реактивного насадка.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является гидроциклон (прототип), содержащий корпус с входным, сливным и песковым патрубками, сливную камеру, эжектор с питающим и всасывающим патрубками, всасывающий трубопровод, соединенный с всасывающим патрубком через регулирующее устройство. Гидроциклон снабжен компенсационным трубопроводом, соединяющим питающий и всасывающий патрубки эжектора с регулирующим устройством. Регулирующее устройство снабжено органом изменения соотношения проходных сечений компенсационного и всасывающего трубопроводов и соединено посредством всасывающего трубопровода со сливной камерой (авторское свидетельство SU 1533764 «Гидроциклон», МПК В04С3/06, В04С11/00, публ.07.01.1990 г.).

Недостатком известного гидроциклона является то, что, для того чтобы орган изменения соотношения проходных сечений компенсационного и всасывающего трубопроводов регулирующего устройства выполнял свои функции - изменял соотношения проходных сечений компенсационного и всасывающего трубопроводов, тем самым обеспечивая в конечном итоге постоянство концентрации на входе в гидроциклон и стабилизировал показатели разделения при непостоянной концентрации исходной суспензии, необходимы дополнительные устройства и «внешняя» энергия для перемещения органа изменения соотношения проходных сечений компенсационного и всасывающего трубопроводов, например, как предложено в прототипе, датчик концентрации исходной суспензии и регулирующее устройство с приводом, то есть необходима внешняя энергия для совершения работы по перемещению органа изменения соотношения проходных сечений компенсационного и всасывающего трубопроводов.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является разработка гидроциклона, повышающего эффективность, надежность и стабильность показателей разделения суспензии в нем в условиях непостоянства концентрации исходной суспензии за счет внутренних резервов самого гидроциклона без привлечения внешних устройств, потребляющих дополнительную энергию из вне.

Технический результат достигается благодаря тому, что разработанный гидроциклон, так же, как и гидроциклон-прототип содержит корпус с входным, сливным и песковым патрубками, сливную камеру, эжектор с питающим и всасывающим патрубками, всасывающий трубопровод, соединенный с всасывающим патрубком через регулирующее устройство, компенсационный трубопровод, соединяющий питающий и всасывающий патрубки эжектора с регулирующим устройством, при этом регулирующее устройство снабжено регулирующим органом изменения соотношения проходных сечений компенсационного и всасывающего трубопроводов и соединено посредством всасывающего трубопровода со сливной камерой. Новым является то, что регулирующий орган изменения соотношения проходных сечений компенсационного и всасывающего трубопроводов регулирующего устройства жестко соединен с сильфоном, внутренняя полость которого через коаксиальную трубку сообщается с осевой зоной гидроциклона.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 показан гидроциклон, когда регулирующий орган регулирующего устройства находится в крайнем левом положении.

На фиг.2 показан гидроциклон, когда регулирующий орган регулирующего устройства находится в крайнем правом положении.

Гидроциклон состоит из корпуса 1 с входным тангенциальным патрубком 2, песковым патрубком 3, сливным патрубком 4 и сливной камеры 5 со штуцером 6. К входному патрубку 2 гидроциклона присоединен эжектор 7 с питающим патрубком 8 и всасывающим патрубком 9. Последний с помощью всасывающего трубопровода 10 соединен со сливной камерой 5, а с помощью компенсационного трубопровода 11 - с питающим патрубком 8. Соединение трубопроводов 10 и 11 с патрубками 8 и 9 осуществляется через регулирующее устройство 12, включающее корпус 13 с отверстиями 14-16, соединяющими его соответственно с трубопроводами 10, 11 и патрубком 9. Внутри корпуса 13 размещен регулирующий орган 17, выполненный в виде подвижной в осевом направлении гильзы, имеющий отверстия для прохода жидкости (суспензии) и жестко соединенный с сильфоном 18, внутренняя полость которого через коаксиальную трубку 19 сообщается с осевой зоной гидроциклона. Для предотвращения возможности попадания исходной, загрязненной твердой фазы, суспензии в сливную камеру 5 (при остановке, пуске гидроциклона) всасывающий трубопровод 10 снабжен обратным клапаном 20.

Разработанный гидроциклон работает следующим образом.

Исходная разделяемая суспензия под давлением через входной патрубок 2 поступает в корпус 1 гидроциклона, где приобретает вращательное движение. Под действием центробежных сил происходит разделение суспензии, при этом твердые частицы в виде сгущенной суспензии выводятся из гидроциклона через песковый патрубок 3, а осветленная жидкость выводится через сливной патрубок 4, сливную камеру 5 и штуцер 6. В условиях, сопровождающихся изменением концентрации твердой фазы в исходной суспензии, осуществляется саморегулирование работы гидроциклона с помощью регулирующего органа 17, сильфона 18 и коаксиальной трубки 19.

Когда концентрация исходной суспензии находится на нижнем пределе регулирования, регулирующий орган 17 находится в крайнем левом положении (см. фиг.1), отверстие 15 полностью открыто и проходное сечение (т.е. сечение, определяющее величину расхода протекающей через него жидкой среды) компенсационного трубопровода 11 максимально, отверстие 14 же полностью закрыто и проходное сечение всасывающего трубопровода 10 минимально (равно нулю).

Когда концентрация исходной суспензии находится на верхнем пределе регулирования, регулирующий орган 17 находится в крайнем правом положении (см. фиг.2). При этом наоборот, отверстие 15 полностью закрыто, а отверстие 14 полностью открыто, соответственно проходное сечение компенсационного трубопровода 11 минимально (равно нулю), а всасывающего трубопровода 10 максимально. Размеры отверстий 14 и 15 выбираются такими, чтобы расходы жидкой среды, поступающей через каждое из них в полностью открытом состоянии в эжектор 7, были одинаковыми.

При номинальном значении концентрации исходной суспензии регулирующий орган 17 находится в промежуточном положении, когда оба отверстия 14 и 15 частично открыты и в всасывающий патрубок 9 эжектора 7 поступают потоки суспензии (жидкости) из обоих трубопроводов, при этом концентрация суспензии во входном патрубке 2 гидроциклона находится на оптимальном уровне.

При повышении концентрации исходной суспензии относительно ее номинального значения на входе в гидроциклон, ее концентрация в песковом патрубке 3 также повышается, проходное сечение воздушного столба в песковом патрубке 3 уменьшается, что приводит к увеличению вакуума в воздушном столбе, проходящем по оси гидроциклона. Возрастание вакуума через коаксиальную трубку 19 передается во внутреннюю полость сильфона 18. Сильфон 18 сжимается и начинает перемещать регулирующий орган 17 регулирующего устройства 12 вправо. При этом проходное сечение компенсационного трубопровода 11 уменьшается, а проходное сечение всасывающего трубопровода 10 увеличивается. По мере движения регулирующего органа 17 вправо, количество осветленной жидкости, поступающей из сливной камеры 5 через всасывающий трубопровод 10 в регулирующее устройство 12, увеличивается, а количество суспензии, поступающей из питающего патрубка 8 через компенсационный трубопровод 11, уменьшается. Дополнительное количество осветленной жидкости, поступающей в эжектор 7 из сливной камеры 5 разбавляет (уменьшает концентрацию) суспензии на входе в гидроциклон, возвращая ее к номинальному значению.

При понижении концентрации исходной суспензии относительно ее номинального значения на входе в гидроциклон процесс регулирования протекает в обратном направлении: концентрация суспензии в песковом патрубке 3 понижается, проходное сечение воздушного столба в песковом патрубке 3 увеличивается, что приводит к уменьшению вакуума в воздушном столбе, проходящем по оси гидроциклона. Уменьшение вакуума через коаксиальную трубку 19 передается во внутреннюю полость сильфона 18, который расширяется и начинает перемещать регулирующий орган 17 регулирующего устройства 12 влево. При этом проходное сечение компенсационного трубопровода 11 увеличивается, а проходное сечение всасывающего трубопровода 10 уменьшается. По мере движения регулирующего органа 17 влево, количество осветленной жидкости, поступающей из сливной камеры 5 через всасывающий трубопровод 10 в регулирующее устройство 12, уменьшается, а количество суспензии, поступающей из питающего патрубка 8 через компенсационный трубопровод 11, увеличивается, в результате чего происходит увеличение концентрации исходной суспензии.

Причем несмотря на то, что количество осветленной жидкости, поступающей в эжектор 7 из сливой камеры 5 в процессе работы гидроциклона меняется, общее количество суспензии, поступающей в эжектор 7, благодаря наличию компенсирующего потока через компенсационный трубопровод 11 остается неизменным, соответственно остается неизменным и количество, а следовательно, и давление суспензии, поступающей во входной патрубок 2 гидроциклона.

Кроме того, при резком повышении концентрации суспензии на входе в гидроциклон, и соответственно повышении концентрации в песковом отверстии, возникает опасность полного перекрытия пескового отверстия сгущенной суспензией и забивки пескового отверстия, в результате чего гидроциклон выйдет из строя. Предлагаемое решение позволит предотвратить это, так как при быстром уменьшении проходного диаметра пескового патрубка 3 резко увеличится разряжение в осевой зоне гидроциклона и соответственно в сильфоне 18, регулирующий орган 17 сразу переместится в крайнее правое положение и произойдет максимальное разбавление исходной суспензии осветленной жидкостью из сливной камеры 5, что резко снизит концентрацию сгущенной суспензии в песковом отверстии и предотвратит возможную забивку пескового патрубка 3.

Таким образом, в предлагаемом гидроциклоне происходит стабилизация концентрации и давления суспензии на входе в гидроциклон, а также повышение надежности в работе за счет внутренних резервов самого гидроциклона без привлечения внешних устройств, потребляющих дополнительную энергию извне.

Введение в предлагаемый гидроциклон жестко соединенного с регулирующим органом сильфона, внутренняя полость которого через коаксиальную трубку сообщается с осевой зоной гидроциклона, позволяет использовать вакуум в осевой зоне гидроциклона как источник внутренней полезной энергии. Таким образом, повышение эффективности, надежности и стабильности показателей разделения суспензии в гидроциклоне в условиях непостоянства концентрации исходной суспензии происходит за счет внутренних резервов самого гидроциклона без привлечения внешних устройств, потребляющих дополнительную энергию из вне. Предложенное исполнение регулирующего устройства позволяет для стабилизации концентрации суспензии на входе в гидроциклон при непостоянной концентрации исходной суспензии, и предотвращения возможной забивки пескового отверстия при резком повышении исходной концентрации, использовать гидродинамические особенности самого гидроциклона, а именно - вакуума в осевой зоне, то есть реализовать саморегулирование показателей работы гидроциклона при изменяющихся входных параметрах.

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

Изобретение относится к устройствам для разделения суспензий под действием центробежных сил и может быть использовано в химической, пищевой и других отраслях промышленности, в частности, для очистки сточных вод. Гидроциклон состоит из корпуса с входным, сливным и песковым патрубками, а также сливной камеры. На входном патрубке гидроциклона установлен эжектор с питающим и всасывающим патрубками, всасывающий патрубок эжектора соединен с питающим патрубком через регулирующее устройство и компенсационный трубопровод. Регулирующее устройство соединено со сливной камерой всасывающим трубопроводом и снабжено регулирующим органом изменения соотношения проходных сечений компенсационного и всасывающего трубопроводов. Регулирующий орган регулирующего устройства жестко соединен с сильфоном, внутренняя полость которого через коаксиальную трубку сообщается с осевой зоной гидроциклона. Технический результат: повышение эффективности, надежности и стабильности показателей разделения суспензии в гидроциклоне в условиях непостоянства концентрации исходной суспензии за счет внутренних резервов самого гидроциклона, а именно: использования вакуума осевой зоны гидроциклона в качестве источника энергии для совершения работы при регулировании изменяющейся входной концентрации суспензии. 2 ил.

Гидроциклон, содержащий корпус с входным, сливным и песковым патрубками, сливную камеру, эжектор с питающим и всасывающим патрубками, всасывающий трубопровод, соединенный с всасывающим патрубком через регулирующее устройство, компенсационный трубопровод, соединяющий питающий и всасывающий патрубки эжектора с регулирующим устройством, при этом регулирующее устройство снабжено регулирующим органом изменения соотношения проходных сечений компенсационного и всасывающего трубопроводов и соединено посредством всасывающего трубопровода со сливной камерой, отличающийся тем, что регулирующий орган изменения соотношения проходных сечений компенсационного и всасывающего трубопроводов регулирующего устройства жестко соединен с сильфоном, внутренняя полость которого через коаксиальную трубку сообщается с осевой зоной гидроциклона.