RU2167002C2

RU2167002C2 - Hydraulic cyclone

Info

Publication number: RU2167002C2
Application number: RU99109830A
Authority: RU
Inventors: Г.В. Викторов
Original assignee: Курский государственный технический университет
Priority date: 1999-05-07
Filing date: 1999-05-07
Publication date: 2001-05-20

Abstract

FIELD: chemical, petroleum refining and food industries, cleaning of natural and sewage waters. SUBSTANCE: proposed invention is designed for separation of liquids under action of centrifugal forces. Hydraulic cyclone has housing with inlet branch pipe and outlet branch pipes for clarified and heavy fractions, conical insert arranged inside housing and provided with truncated cone adjoining smaller base of insert, and central pipe connected by channel with outer surface of insert. Shape of housing is turned-over truncated cone with inner curvilinear screw-like conductors connected by branch pipes with receiver of large- size hard particles fraction. Spring guides are installed on inner surface of conical insert. Guides are formed by compressed cycloids. Clarified fraction outlet branch pipe is made in form of conical elastic insert with vibratory traps on inner surface in form of dovetail which are connected by outlet pipe with receiver of small-size hard particles fraction. Elastic insert is suspended from housing on shock absorbers. EFFECT: provision of high efficiency of separation of suspensions. 5 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для разделения жидкости неоднородных систем под воздействием центробежных сил и может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей, пищевой промышленности, при очистке природных и сточных вод. The invention relates to devices for separating the liquid of heterogeneous systems under the influence of centrifugal forces and can be used in the chemical, oil refining, food industry, in the treatment of natural and waste water.

Известен гидроциклон (см. а.с. N 352676, МКИ B 04 C 1/103, бюл. N 29, 1972), содержащий цилиндро-конический корпус с тангенциальным патрубком входа суспензии с вкладышем, обрабатываемый совместно с корпусом гидроциклона, штуцером слива осветленной жидкости и выхода шлама. Known hydrocyclone (see.with. N 352676, MKI B 04 C 1/103, bull. N 29, 1972), containing a cylindrical-conical body with a tangential inlet of the suspension inlet with a liner, processed together with the hydrocyclone body, clarified drain fitting fluid and sludge outlet.

Недостатком данного гидроциклона является сложность изготовления, ремонта и невысокая эффективность разделения суспензий. The disadvantage of this hydrocyclone is the complexity of the manufacture, repair and low efficiency of the separation of suspensions.

Известен гидроциклон (см. а.с. N 980851, МКИ B 04 C 1/103, бюл. N 46, 1982), содержащий корпус с входным патрубком и патрубками выхода осветленной и тяжелой фракций, коническую вставку, размещенную внутри корпуса и снабженную усеченным конусом, примыкающим к меньшему основанию вставки, и центрально установленной трубой, соединенной каналом с наружной поверхностью вставки, при этом сечения между внутренней поверхностью корпуса и большим основанием вставки и конуса выполнены уменьшающимися в направлении выгрузки тяжелой фракции, причем вставка снабжена кольцевой перегородкой, прикрепленной к ней верхним концом, а нижний торцом, установленной ниже канала вставки, вставка также снабжена регулирующим органом для изменения проходного сечения канала, выполненным в виде поршня, установленного с возможностью осевого перемещения относительно вставки. Known hydrocyclone (see.with. N 980851, MKI B 04 C 1/103, bull. N 46, 1982) containing a housing with an inlet and outlet pipes of clarified and heavy fractions, a conical insert placed inside the housing and equipped with a truncated a cone adjacent to the smaller base of the insert, and a centrally mounted pipe connected by a channel to the outer surface of the insert, while the sections between the inner surface of the housing and the large base of the insert and cone are made smaller in the direction of unloading of the heavy fraction, and the insert is provided an annular partition attached to it by the upper end, and the lower end installed below the insertion channel, the insert is also equipped with a regulating body for changing the passage section of the channel, made in the form of a piston mounted with the possibility of axial movement relative to the insert.

Недостатком данного гидроциклона является незначительная эффективность разделения суспензий из-за слабой закрутки потока жидкости и, следовательно, небольшой величины возникающих центробежных сил. The disadvantage of this hydrocyclone is the insignificant separation efficiency of the suspensions due to the weak swirl of the fluid flow and, consequently, the small size of the resulting centrifugal forces.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности разделения суспензий путем выполнения корпуса в форме опрокинутого усеченного конуса с внутренними криволинейными винтообразными кондукторами, соединенными патрубками с приемником крупной фракции твердых частиц, на внутренней поверхности конической вставки установлены пружинистые направляющие, образованные из сжатых циклоид (см. М. Я. Выгодский. Справочник по высшей математике. - М.: Физматлит, 1965, с. 56, с. 791. ..822), а патрубок выхода осветленной фракции выполнен в виде эластичной вставки конической формы с виброловушками на внутренней ее поверхности в виде "ласточкина хвоста", которые соединены выпускной трубой с приемником мелкой фракции твердых частиц, причем эластичная вставка подвешена на амортизаторах к корпусу. The technical problem to which the present invention is directed is to increase the efficiency of suspension separation by making the housing in the form of a tilted truncated cone with internal curved helical conductors connected by nozzles to a receiver of a large fraction of solid particles, springy guides formed from compressed are installed on the inner surface of the conical insert cycloid (see M. Ya. Vygodsky. Handbook of higher mathematics. - M .: Fizmatlit, 1965, p. 56, p. 791. ..822), and you ode clarified fraction is in the form of an elastic insert with vibrolovushkami conical shape on its inner surface as a "dovetail" which are connected to the receiver outlet pipe fine fraction of particulate matter, wherein the elastic insert is suspended on shock absorbers to the housing.

Технический результат достигается тем, что гидроциклон, содержащий корпус с входным патрубком и патрубками выхода осветленной и тяжелой фракций, коническую вставку, размещенную внутри корпуса и снабженную усеченным конусом, примыкающим к меньшему основанию вставки, и центрально установленной трубой, соединенной каналом с наружной поверхностью вставки, при этом сечения между внутренней поверхностью корпуса и большим основанием вставки и конуса выполнены уменьшающимися в направлении выгрузки тяжелой фракции, причем вставка снабжена кольцевой перегородкой, прикрепленной к ней верхним концом, а нижним торцом, установленной ниже канала вставки, вставка также снабжена регулирующим органом для изменения проходного сечения канала, выполненным в виде поршня, установленного с возможностью осевого перемещения относительно вставки, имеет корпус выполненный в форме опрокинутого усеченного конуса с внутренними криволинейными винтообразными кондукторами, соединенными патрубками с приемником крупной фракции твердых частиц, на внутренней поверхности конической вставки установлены пружинистые направляющие, образованные из сжатых циклоид, а патрубок выхода осветленной фракции выполнен в виде эластичной вставки конической формы с виброловушками на внутренней ее поверхности в виде "ласточкина гнезда", которые соединены выпускной трубой с приемником мелкой фракции твердых частиц, причем эластичная вставка подвешена на амортизаторах к корпусу. The technical result is achieved in that the hydrocyclone comprising a housing with an inlet pipe and outlet pipes for clarified and heavy fractions, a conical insert located inside the housing and provided with a truncated cone adjacent to the smaller base of the insert, and a centrally mounted pipe connected by a channel to the outer surface of the insert, the cross sections between the inner surface of the housing and the large base of the insert and cone are made decreasing in the direction of unloading of the heavy fraction, the insert being provided to a baffle plate attached to it by the upper end, and the lower end mounted below the insertion channel, the insert is also equipped with a regulating body for changing the passage section of the channel, made in the form of a piston mounted with the possibility of axial movement relative to the insert, has a body made in the form of an overturned truncated cone with internal curved helical conductors connected by nozzles to a receiver of a large fraction of solid particles, on the inner surface of the conical insert of the mouth springy guides formed from compressed cycloid have been updated, and the outlet pipe of the clarified fraction is made in the form of an elastic conical-shaped insert with vibrating traps on its inner surface in the form of a “swallow's nest”, which are connected by an exhaust pipe to a receiver of a fine fraction of solid particles, the elastic insert being suspended on shock absorbers to the body.

На фиг.1 приведена принципиальная схема гидроциклона; на фиг.2 - разрез А - А; на фиг. 3 - виброловушка; на фиг.4 - пружинистые направляющие из сжатых циклоид; на фиг.5 - развертка внутренней поверхности корпуса с криволинейными винтообразными кондукторами. Figure 1 shows a schematic diagram of a hydrocyclone; figure 2 - section a - a; in FIG. 3 - vibration trap; figure 4 - spring guides of compressed cycloid; figure 5 - scan of the inner surface of the housing with curved helical conductors.

Гидроциклон содержит корпус 1 с входным патрубком 2, эластичную вставку 3 для выхода осветленной фракции и патрубок 4 для выхода тяжелой фракции. Внутри корпуса 1 соосно ему установлена вставка 5, имеющая внутреннюю коническую поверхность, образующую основную камеру 6 разделения, оканчивающуюся отверстием 7 для выгрузки тяжелой фракции. Наружная поверхность вставки 5 выполнена в виде двух усеченных конусов 8 и 9, образующих большими основаниями с конусом кольцевые зазоры 10 и 11 с уменьшающимися в направлении выгрузки тяжелой фракции поперечными сечениями. Наружная поверхность вставки 5 образует с корпусом 1 дополнительную камеру разделения 12. Камера 12 разделения с камерой 6 разделения соединена каналами 13, выполненными в виде нескольких трубок 14. Трубки 14 соединены с центральной трубой 15, установленной на оси отверстия 7. Вставка 5 снабжена кольцевой перегородкой 16 для уменьшения взаимодействия нисходящих и восходящих потоков в дополнительной камере 12 разделения и регулирующим органом 17, выполненным в виде поршня 18, установленного во вставке 5 с возможностью осевого перемещения и предназначенного для изменения проходного сечения каналов 13, соединяющих камеры 6 и 12 разделения. Корпус 1, выполненный в форме опрокинутого усеченного конуса, на внутренней поверхности имеет криволинейные винтообразные кондукторы 19, соединенные патрубками 20 с приемником 21 крупной фракции твердых частиц. На внутренней поверхности конической вставки 5 установлены пружинистые направляющие 22, образованные из сжатых циклоид 23. На внутренней поверхности эластичной вставки 3 предусмотрены виброловушки 24 в виде "ласточкина хвоста" 25, которые соединены выпускной трубой 26 с задвижкой 27 с приемником 28 мелкой фракции твердых частиц. Эластичная вставка 3 подвешена на амортизаторах 29 к корпусу 1. The hydrocyclone contains a housing 1 with an inlet pipe 2, an elastic insert 3 for the exit of the clarified fraction and a pipe 4 for the exit of the heavy fraction. Inside the housing 1, an insert 5 is installed coaxially with it, having an inner conical surface forming a main separation chamber 6, ending in an opening 7 for unloading a heavy fraction. The outer surface of the insert 5 is made in the form of two truncated cones 8 and 9, forming ring gaps 10 and 11 with large bases with a cone, with cross sections decreasing in the direction of unloading of the heavy fraction. The outer surface of the insert 5 forms with the housing 1 an additional separation chamber 12. The separation chamber 12 with the separation chamber 6 is connected by channels 13 made in the form of several tubes 14. The tubes 14 are connected to a central pipe 15 mounted on the axis of the hole 7. The insert 5 is provided with an annular partition 16 to reduce the interaction of downward and upward flows in the additional separation chamber 12 and the regulating body 17, made in the form of a piston 18, mounted in the insert 5 with the possibility of axial movement and intended ennogo to change the flow cross section of the channel 13, connecting chambers 6 and 12 separation. The housing 1, made in the form of a tilted truncated cone, on the inner surface has curved helical conductors 19 connected by nozzles 20 to the receiver 21 of a large fraction of solid particles. On the inner surface of the conical insert 5, spring guides 22 formed of compressed cycloid 23 are mounted. On the inner surface of the elastic insert 3, there are vibratory traps 24 in the form of a “dovetail” 25, which are connected by the exhaust pipe 26 with a valve 27 to the receiver 28 of fine particles. The elastic insert 3 is suspended on shock absorbers 29 to the housing 1.

Гидроциклон работает следующим образом. The hydrocyclone works as follows.

Исходная смесь тангенциально подается под давлением в корпус 1, выполненный в форме опрокинутого усеченного конуса через входной патрубок 2 гидроциклона. За счет тангенциального ввода исходная смесь приобретает в нем вращательное спиралевидное движение, переходящее в волновое, благодаря действию криволинейных винтообразных кондукторов 19, установленных на внутренней поверхности корпуса 1. Под действием центробежных сил тяжелая фракция отбрасывается к стенкам корпуса 1, а легкая фракция перемещается во внутренние слои потока. Коническая вставка 5 верхней своей кромкой делит движущуюся исходную смесь на два вращающиеся потока, один из которых, обогащенный тяжелой фракцией поступает через кольцевые зазоры 10 и 11 в дополнительную камеру 12 разделения, а другой, обогащенный легкой фракцией, поступает в основную камеру 6 разделения. Таким образом, исходная смесь подвергается предварительному разделению. Исходная смесь, поступающая в камеру 6 разделения, подвергается под действием центробежных сил вторичному разделению. При этом тяжелая фракция выводится из камеры 6 разделения через выгрузное устройство 7 и далее из гидроциклона через патрубок 4 для выхода тяжелой фракции. Исходная смесь, поступившая в дополнительную камеру 12 разделения, движется нисходящим вращательным потоком к кольцевому зазору 11, также подвергаясь под действием центробежных сил вторичному разделению. При этом тяжелая фракция выводится из гидроциклона через кольцевой 11 обратным восходящим потоком, образующимся у нижней поверхности конической вставки 5 и поступает через каналы 13 в камеру 6 разделения, где смешивается с потоком легкой фракции, выходящей из этой камеры 6 через патрубок 4 выхода тяжелой фракции. При прохождении исходной смеси в закрученном виде внутри конической вставки 5 в основной камере 6 разделения за счет центробежных сил тяжелая фракция твердых частиц отбрасывается к периферии и попадает в пружинистые направляющие 22, образованные из сжатых циклоид 23, в которых она с минимальными энергозатратами за счет свойств циклоиды опускается вниз. В эластичной вставке 3 для выхода осветленной фракции пылеватые частицы за счет центробежных и вибрационных сил, создаваемых амортизаторами 29 и эластичными свойствами вставки 3 и отбрасываются к периферийной ее части и попадают в виброловушки 24 в виде "ласточкина хвоста" 25, которые соединены выпускной трубой 25 с задвижкой 27 с приемником 28 мелкой фракции твердых частиц. Виброловушка 25 в виде "ласточкина хвоста" 25 предотвращает вынос из нее мелкой фракции твердых частиц под действием гидродинамических сил. В виброловушке 24 пылеватые частицы сталкиваются между собой, оттираются, укрупняются, коагулируются, опускаются вниз под действием гравитационных сил, попадают в приемник 28 мелкой фракции твердых частиц, из которого выпускается по выпускной трубе 26 через задвижку 27. The initial mixture is tangentially fed under pressure into the housing 1, made in the form of a tilted truncated cone through the inlet pipe 2 of the hydrocyclone. Due to the tangential input, the initial mixture acquires a rotational spiral motion in it, which becomes a wave motion, due to the action of curved helical conductors 19 mounted on the inner surface of the housing 1. Under the action of centrifugal forces, the heavy fraction is rejected to the walls of the housing 1, and the light fraction moves into the inner layers flow. The conical insert 5 with its upper edge divides the moving initial mixture into two rotating streams, one of which enriched in the heavy fraction enters through the annular gaps 10 and 11 into the additional separation chamber 12, and the other enriched in the light fraction enters the main separation chamber 6. Thus, the initial mixture is subjected to preliminary separation. The initial mixture entering the separation chamber 6 is subjected to secondary separation under the action of centrifugal forces. In this case, the heavy fraction is removed from the separation chamber 6 through the discharge device 7 and then from the hydrocyclone through the pipe 4 to exit the heavy fraction. The initial mixture, which entered the additional separation chamber 12, moves in a downward rotational flow to the annular gap 11, also undergoing secondary separation under the action of centrifugal forces. In this case, the heavy fraction is removed from the hydrocyclone through the annular 11 by a reverse upward flow formed at the lower surface of the conical insert 5 and enters through the channels 13 into the separation chamber 6, where it is mixed with the flow of the light fraction exiting from this chamber 6 through the heavy fraction outlet 4. During the passage of the initial mixture in a swirling form inside the conical insert 5 in the main separation chamber 6 due to centrifugal forces, the heavy fraction of solid particles is discarded to the periphery and enters the springy guides 22 formed from compressed cycloids 23, in which it is minimized by the energy of the cycloid falls down. In the elastic insert 3 for the release of the clarified fraction, the dust particles due to the centrifugal and vibrational forces created by the shock absorbers 29 and the elastic properties of the insert 3 are discarded to its peripheral part and fall into the vibratory traps 24 in the form of a “dovetail” 25, which are connected by an exhaust pipe 25 s a valve 27 with a receiver 28 of a fine fraction of solid particles. Vibration trap 25 in the form of a dovetail 25 prevents the removal of a fine fraction of solid particles from it under the action of hydrodynamic forces. In the trap 24, the dusty particles collide with each other, wipe, coarsen, coagulate, fall down under the influence of gravitational forces, fall into the receiver 28 of the fine fraction of solid particles, from which it is discharged through the exhaust pipe 26 through the valve 27.

Выполнение корпуса гидроциклона конической формы с криволинейными винтообразными кондукторами на его внутренней поверхности обеспечивает закрутку потока суспензии и ее вращательное движение усиливается действием центробежных сил. Введение в конструкцию гидроциклона дополнительной камеры разделения повышает эффективность разделения суспензии, а наличие на ее внутренней поверхности пружинистых направляющих, образованных из сжатых циклоид, с одной стороны, усиливает закрутку потока в камере, а с другой, обеспечивает спуск тяжелой фракции вниз при минимальных энергозатратах. Наличие эластичной вставки на выходе осветленной фракции с виброловушками в виде "ласточкина хвоста" обеспечивает задержание пылеватых частиц, улучшает экологическую обстановку и повышает качество суспензии. Поэтапное удаление тяжелой фракции твердых частиц по высоте гидроциклона снижает энергозатраты на движение эмульсии. Таким образом, усиление закрутки потока суспензии, предварительное удаление части тяжелой фракции твердых частиц улучшает гидравлические и энергетические условия работы, повышает эффективность разделения суспензии в гидроциклоне. The execution of the conical-shaped hydrocyclone body with curvilinear helical conductors on its inner surface provides a swirl of the suspension flow and its rotational movement is amplified by the action of centrifugal forces. The introduction of an additional separation chamber into the hydrocyclone design increases the efficiency of suspension separation, and the presence of springy guides formed from compressed cycloids on its inner surface, on the one hand, enhances the flow swirl in the chamber, and, on the other hand, allows the heavy fraction to be lowered down with minimal energy consumption. The presence of an elastic insert at the exit of the clarified fraction with vibratory traps in the form of a "dovetail" ensures the retention of dusty particles, improves the environmental situation and improves the quality of the suspension. The phased removal of the heavy fraction of solid particles along the height of the hydrocyclone reduces the energy consumption for the movement of the emulsion. Thus, increasing the swirling flow of the suspension, preliminary removal of part of the heavy fraction of solid particles improves the hydraulic and energy working conditions, increases the efficiency of separation of the suspension in a hydrocyclone.

Оригинальность предложенного технического решения заключается в использовании дополнительных центробежных и вибрационных сил для повышения эффективности разделения суспензии и внутренних свойств элементов конструкции аппарата без привлечения энергии извне. The originality of the proposed technical solution lies in the use of additional centrifugal and vibrational forces to increase the efficiency of the separation of the suspension and the internal properties of the structural elements of the apparatus without attracting energy from the outside.

Claims

A hydrocyclone comprising a housing with an inlet pipe and outlet pipes for clarified and heavy fractions, a conical insert placed inside the housing and provided with a truncated cone adjacent to the smaller base of the insert, and a centrally mounted pipe connected by a channel to the outer surface of the insert, with a cross section between the inner surface the body and the large base of the insert and cone are made decreasing in the direction of unloading of the heavy fraction, and the insert is equipped with an annular partition attached to it the upper end, and the lower end of the insertion channel installed below the channel, the insert is also equipped with a regulating body for changing the passage section of the channel, made in the form of a piston mounted with axial movement relative to the insert, characterized in that the housing is made in the form of a tilted truncated cone with an internal curved helical conductors connected by nozzles to the receiver of a large fraction of solid particles, spring guides are installed on the inner surface of the conical insert they are formed from compressed cycloid, and the outlet pipe of the clarified fraction is made in the form of an elastic conical shape insert with vibration traps on its inner surface in the form of a "dovetail", which are connected by an outlet pipe to a shallow receiver
fractions of solid particles, and the elastic insert is suspended on shock absorbers from the body.