УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБОГАЩЕНИЯ ВОЗДУХА КИСЛОРОДОМ Советский патент 1934 года по МПК C01B13/00 

Предлагаемое устройство для обогащения воздуха кислородом, действующее помощью центробежной силы, является развитием и усовершенствованием уже известных устройств того же автора, предназначенных для той же цели и действующих также помощью центробежной силы, описанных в выданных советских патентах №№7803 и 9345. Вместе с тем оно существенно отличается от означенных уже устройств не только своей конструкцией и отсутствием применения циркуляции растворителя, но главным образом новым оригинальным приемом применения центробежной силы, состоящим в том, что путем быстрого вращения цилиндров с дискообразными ребрами и узкими междуреберными зазорами, расположенных в закрытых неподвижных цилиндрических же сосудах несколько большего диаметра, заполняемых насыщенной воздухом жидкостью, создается внутри этой жидкости, в междуреберных зазорах, свободная от жидкости полость, жидкость же собирается в виде кольцевого слоя между периферией дисков и внутренней поверхностью сосудов, при чем, как показывает приведенный автором математический расчет, в межреберных зазорах давление понижается, а на границе между вращающимися дисками и кольцевым слоем жидкости существующее в этом слое гидростатическое давление переходит в гидродинамическое, убывающее по направлению от перифирии к центру, вследствие чего растворенные в жидкости газы выделяются в междуреберные зазоры в определенных, соответствующих степени их растворимости, объемных соотношениях, так что эта внутренняя полость является приемником обогащенного кислородом воздуха. Означенный прием применения центробежной силы для образования гидродинамического давления и выделения при его помощи растворенных в жидкости газов и составляет характерную особенность предложения, а соответственная для того конструкция - наиболее существенную часть всего устройства, остальные же составные части являются служебными и предназначаются для непрерывного насыщения растворителя воздухом и регулировки отвода как диализированного, так и отработанного воздуха.

На чертеже фиг. 1 изображает поперечный вертикальный разрез неподвижных сдвоенных сосудов для растворителя, приспособления для насыщения жидкости воздухом и охлаждающего сосуды резервуара для воды; фиг. 2 - продольный вертикальный разрез одного из сосудов-выделителей с вращающимся в нем дисковым цилиндром, гидравлическими сальниками и приспособлением для автоматического отвода отработанного воздуха; фиг. 3 - продольный вертикальный разрез приспособления для нагнетания воздуха и дополнительного регулятора давления; фиг. 4 - горизонтальный разрез одного из сосудов-выделителей в плоскости осей дисковых цилиндров; фиг. 5 - вертикальный поперечный разрез приспособлений для отвода отработанного воздуха; фиг. 6 и 7 - вертикальные разрезы трубопровода для отвода из выделителей обогащенного кислородом воздуха и приспособления для автоматического регулирования отвода обогащенного кислородом воздуха.

Предлагаемый прибор состоит (фиг. 1) из двух одинаковых цилиндрических сосудов 1 и 1′, расположенных параллельно на таком расстоянии их геометрических осей 0 и 0′ одна от другой, которое должно быть больше двух радиусов означенных цилиндров, служащих кожухами для помещенных внутри рабочих частей. Нижняя половина цилиндров-кожухов укреплена неподвижно к фундаменту 2 и охлаждается водой, наполняющей резервуар 3, расположенный под кожухами и составляющий с ними одно целое. Верхняя же съемная половина, скрепляемая с нижней болтами помощью, фланцев 19, снабжена в центральной своей части открытым снизу колпаком 4, служащим резервуаром как для избытка растворителя, наполняющего сосуды 1 и 1′ так и для сжатого воздуха, собирающегося в верхней части колпака над уровнем растворителя и поддерживающего в приборе требуемое давление. В каждом из сосудов 1 и 1′ установлен вращающийся от привода вал 6, снабженный желобчатым утолщением (фиг. 2 и 4), геометрическая ось которого должна совпадать с геометрической осью сосудов-кожухов. На означенном валу 6, при помощи вышеуказанных желобков и колец 7 с выступами 8, укрепляется цилиндр 9, снабженный дискообразными ребрами, расположенными близко друг к другу, с образованием между ними щелевидных зазоров, которые соединены между собою посредством высверленных в ребрах, близ их окружности, отверстий 10 так, что все зазоры в совокупности образуют собою, при вращении дисков, одну общую свободную от растворителя полость, в которой, как выше упоминалось, давление понижено и которая служит приемником для выделяющегося из растворителя, под действием гидродинамического давления, обогащенного кислородом воздуха, для вывода которого из означенной полости служат кольцевые щели между цилиндром 9 и кожухом и каналы 11, прорезанные в кожухе, сообщающиеся с отводными трубами 12 и 12′. Для предотвращения же неправильного, помимо труб 12 и 12′ выхода диализированного воздуха предусмотрены гидравлические сальники, состоящие из дискообразных выступов 13, составляющих одно целое с цилиндром 9 и вращающихся вместе с ним в соответственно вырезанных в кожухе кольцевых полостях. Эти выступы 13 снабжены кольцевыми щелями 14, так что при условии заливки зазоров жидкостью и при вращении цилиндра 9 налитая жидкость образует гидравлический затвор, хорошо сопротивляющийся существующему в приборе давлению. Число таковых затворов может быть произвольным.

Приспособление для насыщения жидкости воздухом (фиг. 1 и 3) состоит из трубы 15, проходящей через колпак 4 и входящей в расположенный между сосудами 1 и 1′ и укрепленный к кожуху, помощью привинчивания наложенной на него рамы 16, четырехугольный ящик 17, снабженный в крышке отверстиями 18, которыми внутренняя полость ящика 5 сообщается с находящейся в приборе жидкостью. Нагнетаемый компрессором воздух поступает через трубу 15 в полость 5, откуда через отверстия 18 поднимается в верхнюю часть колпака 4, растворяясь при подъеме в находящейся в приборе жидкости, причем этот растворившийся в жидкости воздух переходит, путем диффузии, и в соседние части жидкости, находящейся в цилиндрах 1 и 1′. Нерастворившиеся же части воздуха с изменившимся взаимным их соотношением, в виде так называемого отработанного воздуха, собираются в верхней части колпака 4 и удаляются, как будет указано дальше. В том же колпаке 4, в верхней его, части, помещен дополнительный регулятор (фиг. 3), назначение и устройство которого будет объяснено в дальнейшем, при описании приспособления для отвода уже обогащенного кислородом воздуха.

Приспособление для регулирования давления и автоматического отвода отработанного воздуха, обусловленное необходимостью поддержания в приборе определенного равномерного давления, которое при непрерывной работе компрессора, если бы таковой регулировки не было, постоянно нарушалось бы, состоит (фиг. 2 и 5) из установленных над сосудами 1 и 1′ закрытых цилиндров 20 и 20′, соединенных с колпаком трубками 21 и 21′, а с сосудами 1 и 1′ - трубками 22 и 22′ и снабженных поршнями 23 и 23′ и отводными трубами 24 и 24′. При нормальном давлении жидкость, проникающая из сосудов 1 и 1′ по трубкам 22 и 22′ в цилиндры 20 и 20′, отодвигает поршни 23 и 23′ влево, закрывая при этом отводные трубы 24 и 24′, при увеличении же в колпаке 4 давления выше нормального газы, проходя по соединительным трубкам 21 и 21′ в цилиндры 20 и 20′, отодвигают поршни 23 и 23′ вправо, открывая таким образом трубы 24 и 24′, и выходят наружу.

Приспособление для автоматического регулирования отвода диализированного воздуха слагается из трубопровода для собирания в сборной трубе 39 выходящей из диализаторов 1 и 1′ обогащенной кислородом смеси газов и собственно регулятора. Устройство трубопровода ясно из чертежа (фиг. 7), регулятор же (фиг. 6) состоит из двух установленных один на другом цилиндров 25 и 25′, скрепленных между собою и закрытых сверху и снизу крышками 26, причем внутренние пространства означенных цилиндров изолированы одно от другого системой скрепленных между собою дисков 27, 27′, 27′′. В нижнем цилиндре 25 установлен третий цилиндр 25′′, в котором движется двойной поршень особого устройства, состоящий из двух поршней 28 и 28′, скрепленных между собою кольцевой скобой 29, снабженной отверстиями 30 таким образом, что между ними образуется свободная полость. Верхний поршень 28 скреплен с полым штоком 31, внутренняя полость которого сообщается с междупоршневой полостью, а нижний поршень 28′ снабжен сплошным штоком 31′, диаметр которого меньше диаметра полого штока 31, так что рабочие поверхности обоих поршней неодинаковы: поверхность нижнего больше поверхности верхнего. Цилиндр 25′′ снабжен в верхней и нижней своих частях отверстиями 32, а посредине - отверстиями 33, полый же шток 31 - отверстиями 34 и пробкой 35 со стержнем 36, на который навешиваются грузы 37. Нижний цилиндр 25 соединен патрубком 38 со сборной трубой 39 для приема из нее диализированного воздуха, а верхний цилиндр 25′ снабжен патрубком 40 для отвода воздуха. Работа означенного регулирующего приспособления происходит следующим образом. Поступающий через патрубок 38 диализированный воздух, проникая в цилиндр 25′′ через отверстия 32 как в верхнюю надпоршневую, так и в нижнюю подпоршневую полости, стремится поднять поршень 28-28′, так как нижняя рабочая поверхность поршня больше верхней. В виду же того, что грузы, действующие на шток поршня, подбираются таким образом, чтобы общий их вес вместе с весом поршня равнялся разности давлений на верхнюю и нижнюю поверхности поршня, подъема поршня не произойдет и он, при данном давлении поступающего воздуха, будет находиться, как показано на чертеже, в нижней части цилиндра 25′′, препятствуя выходу диализированного воздуха. При продолжающемся поступлении воздуха и соответственном увеличении его давления вышеуказанное равновесие нарушится, поршень начнет подниматься, а диализированный воздух через отверстие 33 будет проникать в полость между поршнями 28 и 28′ и далее, через отверстия 30, в полый шток 31, откуда, при помощи отверстий 34 наполнит цилиндр 25′ и через патрубок 40 выйдет наружу.

Приспособление для дополнительного регулирования выпуска диализированного воздуха, о котором упоминалось уже при описании приспособления для насыщение растворителя сжатым воздухом, предназначается на случай всегда возможного повышения скорости подачи компрессором сжатого воздуха и нарушения этим путем необходимого равновесия. Означенное приспособление (фиг. 3) состоит из двух цилиндров 41, ввинченных в крышку колпака 4 для сжатого воздуха таким образом, что нижняя часть этих цилиндров погружена в жидкость, а верхняя находится в пространстве, наполненном отработанным воздухом. Цилиндры закрыты снизу крышками 44, снабжены поршнями 43 и отверстиями в стенках 45, сообщающими верхнюю и нижнюю части внутреннего пространства цилиндров как с отработанным воздухом, так и с жидкостью. На штоках поршней 46 укреплен горизонтальный шток 47 с симметрично расположенными грузами 37, каковой шток связан с грузовым стержнем 36 регулятора для выпуска диализированного воздуха (фиг. 6), так что при подъеме штока 47 приподнимаются и грузы на стержнях 36, поднимая поршень 28-28′ и тем усиливая выпуск диализированного воздуха.

Если скомбинировать несколько описанных приборов в батареи таким образом, чтобы диализированный воздух, выходящий из каждого данного прибора, поступал для насыщения растворителя в следующий прибор, а отработанный воздух из данного прибора служил для насыщения растворителя в предыдущем приборе, то можно получать обогащенный кислородом воздух с определенным содержанием кислорода, превышающим 35%.

Равным образом, если освободить описанный прибор от регулирующей выпуск газов арматуры и охлаждающего устройства, продырявив в надлежащих местах кожухи диализаторов, и опустить видоизмененный означенным образом прибор (вместе с надлежащим образом защищенным электродвигателем) в воду на глубину 5-10 метров, то можно непосредственно, без применения компрессорных установок, получать обогащенный кислородом воздух, надев лишь на выпускную трубку диализатора 6 гибкий рукав, выходящий на поверхность воды.

1. Устройство для обогащения воздуха кислородом, состоящее из приспособления для насыщения растворителя сжатым воздухом, двух соединенных с ним приспособлений для выделения из растворителя обогащенной кислородом газовой смеси и приспособлений для автоматической регулировки непрерывного отвода воздуха, как обогащенного кислородом, так и отработанного, отличающееся тем, что для выделения из растворителя обогащенной кислородом газовой смеси непосредственным действием центробежной силы, без применения описанной в патентах №№ 7803 и 9345 циркуляции растворителя, предназначены) (фиг. 1, 2 и 4) расположенные в закрытых неподвижных кожухах 1 и 1′ и укрепленные на валах 6 цилиндры 9, снабженное доскообразными ребрами с отверстиями 10, каковые цилиндры, погруженные в растворитель, имеют своим назначением, помощью центробежной силы, развивающейся при их вращении, образование в межреберных их зазорах свободных полостей с пониженным давлением, являющихся приемниками выделяющейся из растворителя обогащенной кислородом газовой смеси, для отвода которой из аппарата служат кольцевые зазоры между кожухами и цилиндрами 9, каналы 11 и трубы 12 и 12′.

2. В устройстве, указанном в п. 1, применение приспособления для насыщения растворителя воздухом, отличающегося (фиг. 1 и 3) тем, что закрытый резервуар 4 с трубой 15 и полостью 5, прикрытой сеткой или пластинкой с отверстиями 18, предназначенный для подачи, и распределения сжатого воздуха, совершенно открыт со стороны выделителей 1 и 1′, с целью свободной диффузии между насыщенным и уже истощенным растворителем.

3. В устройстве, указанном в п. 1, применение приспособления для отвода отработанного воздуха, отличающегося тем, что для автоматической регулировки такового отвода (фиг. 2 и 5) служат закрытые цилиндры 20, соединенные с выделителями 1 и 1′, и равно как и с резервуаром 4, помощью трубок 22 и 21 и снабженные отводными трубами 24 и поршнями 23 и 23′, передвигающимися в ту или другую сторону, в зависимости от силы давления в резервуаре 4 и в выделителях 1 и 1′, и служащими для открывания или закрывания отводной трубы 24.

4. В устройстве, указанном в п. 1, применение приспособления для отвода обогащенного кислородом воздуха (фиг. 6 и 7), отличающегося тем, что для автоматического регулирования означенного отвода применен движущийся в цилиндре 25′′ поршень 28-28′, составленный из двух поршней 28 и 28′, прикрепленных к полому штоку 31 таким образом, что свободная полость между поршнями 28 и 28′ сообщена с полостью штока 31, каковой поршень, установленный, вместе с цилиндром 25′′, в изолированных друг от друга цилиндрах 25 и 25′ и находящийся под совокупным и противоположным действием давления газов, проникающих под поршень из сборной трубы 39 через отверстия 32, и веса грузов 37, надетых на стержень 36 штока 35, служит регулятором выпуска газов из цилиндра 25′′ через отверстия 33 и 30 в полость штока и затем, через отверстия 34 в цилиндр 25′ и отводную трубу 40.