турбоциклон для разделения суспензий

Формула изобретения

Турбоциклон для разделения суспензий, включающий корпус, внутри которого установлен импеллер в виде размещенных на втулке лопастей, закрученных вокруг оси, входной и выходной патрубки, отличающийся тем, что в месте контакта каждой лопасти с втулкой импеллера выполнены отверстия, на лобовой поверхности лопастей по ходу закрутки потока выполнены винтообразные канавки, а на внутренней поверхности корпуса в верхней его части закреплены выступы, под ними расположены кондукторы в виде "ласточкина хвоста", при этом на выходном патрубке укреплен приемник твердых частиц, выполненный в виде кольцевой вставки с гасителем гидравлического типа, кроме того, приемники твердых частиц, выполненные в виде кольцевых вставок, дополнительно прикреплены к внешней стороне корпуса патрубками в количестве не менее двух и находятся ярусно по высоте не более, чем до его половины.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике разделения неоднородных жидких сред и может быть использовано в химической промышленности и при обогащении полезных ископаемых.

Иэвестен турбоциклон (Авт.св. N 3678895, кл. B 04 C 3/00; B 04 B 5/12, 1973), включающий корпус, внутри которого установлен импеллер в виде размещенных соосно на втулке лопастей, входной и выходной патрубки.

Недостатком данного турбоциклона является недостаточная производительность и значительные энергозатраты за счет создания в корпусе дополнительных гидравлических сопротивлений элементами устройства.

Известен турбоциклон для разделения суспензий (Авт.св. N 1347983, кл. B 04 C 3/06, 9/00, 1987), включающий корпус, внутри которого соосно установлена вращающаяся втулка с импеллером, выполненным в виде установленных консольно на втулке лопастей, каждая из которых закручена вокруг радиальной оси, а соосные цилиндрические сечения лопастей имеют наклонные профили, входной и выходной патрубки.

Недостатками данного турбоциклона являются увеличение расхода электроэнергии на преодоление гидравлических сопротивлений в корпусе и на закрутку потока в вертикальной плоскости, а также снижение производительности турбоциклона за счет уменьшения живого сечения горизонтальной решеткой.

Технической задачей изобретения является повышение производительности и снижение затрат электроэнергии за счет уменьшения гидравлического сопротивления турбоциклона путем удаления твердых тяжелых частиц из жидкой фазы и увеличения вертикальной составляющей скорости потока.

Технический результат достигается тем, что в турбоциклоне для разделения суспензий, включающем корпус, внутри которого установлен импеллер в виде размещенных на втулке лопастей, закрученных вокруг оси, входной и выходной патрубки, в месте контакта каждой лопасти с втулкой импеллера выполнены отверстия, на лобовой поверхности лопастей по ходу закрутки потока выполнены винтообразные канавки, а на внутренней поверхности корпуса в верхней его части закреплены выступы, под ними расположены кондукторы в виде "ласточкина хвоста", при этом на выходном патрубке укреплен приемник твердых частиц, выполненный в виде кольцевой вставки с гасителем гидравлического типа, кроме того, приемники твердых частиц, выполненные в виде кольцевых вставок, дополнительно прикреплены к внешней стороне корпуса патрубками в количестве не менее двух и находятся ярусно по высоте не более, чем до его половины.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема предлагаемого турбоциклона; на фиг. 2 - вид кондуктора с виброловушкой; на фиг. 3 - развертка криволинейных канавок.

Турбоциклон содержит корпус 1, внутри которого установлен на втулке 2 импеллер 3, в виде размещенных на втулке 2 лопастей 4, закрученных вокруг оси 5, входной 6 и выходной 7 патрубки, отверстия 8, винтообразные канавки 9 на лобовой поверхности лопастей 4 по ходу закрутки потока. На внутренней поверхности корпуса 1 в верхней его части закреплены выступы 10, а под ними расположены кондукторы 11 в виде "ласточкина хвоста", представляющего собой виброловушку 12.

На выходном патрубке 7 укреплен гаситель гидравлического типа 13 в виде кольцевой вставки, соединенный трубопроводом 14 с полостью корпуса 1. Кроме того, приемники 15, 16 и 17 твердых частиц в виде кольцевых вставок дополнительно прикреплены к внешней стороне корпуса 1 патрубками 18 в количестве не менее двух и находятся ярусно по высоте не более, чем до его половины.

Турбоциклон работает следующим образом.

Суспензия через входной патрубок 6 под гидродинамическим давлением поступает тангенциально в корпус 1 и после его полного заполнения она, двигаясь поступательно по кругу вокруг оси 5 и, преодолевая сопротивление на выступах 10, способствующих предварительному завихрению суспензии, закручивается, а твердые частицы, оттираясь о них начинают расслаиваться по крупности фракций. Далее процесс закрутки потока суспензии и разделения твердых частиц из нее за счет центробежных сил усиливается благодаря вращению лопастей 4 импеллера 3, размещенных на вращающейся втулке 2 под действием гидродинамических сил (возможно применение электродвигателя). Расположенные на лобовой поверхности лопастей 4 по ходу закрутки потока винтообразные канавки 9 обеспечивают волновое движение суспензия и снижают энергозатраты, за счет уменьшения гидравлических сопротивлений и, тем самым, увеличивая вертикальную составляющую скорости перемещения жидкости по живому сечению корпуса 1, повышают производительность установки в соответствии с законами гидравлики. Центробежные силы усиливают закручивание потока суспензии и, образуя волны, вызывающие интерференцию, отбрасывают как жидкую, так и твердую фазы к периферии, то есть к внутренней поверхности корпуса 1. В центробежном поле внутри корпуса 1 происходит дальнейшее расслоение фаз в зависимости от характера действующих на частицу сил. В центральной зоне вокруг оси корпуса 1 образуется разрежение (вакуум), вызванное действием центробежных сил (как в корпусе насоса), а оно создает условия для выделения из жидкости газов, которые попадают в отверстия 8 и уходят в атмосферу по полой оси 5. В периферийной зоне образуется область разделения твердой фазы от жидкой по ее гранулометрическому составу за счет центробежных сил и вибрации. В переходной зоне образуется область осветленной жидкости. Твердые частицы в периферийной зоне попадают во внутрь кондукторов, образованных из полосы листовой пружинистой стали (из материала, обнаруживающего упругие свойства), диаметр и высота зазора которых зависит от количества и качества твердых частиц, содержащихся в суспензии. Кондукторы 11 закреплены к корпусу 1 таким образом, что они под действием гидродинамических сил и благодаря упругим свойствам способны вибрировать. В кондукторах 11 твердые частицы закручиваются, оттираются между собой и об их стенки, перемещаются вниз. При этом твердые частицы, имея различную гидравлическую крупность, перемещаются под действием гравитационных, гидродинамических, центробежных, вибрационных и Архимедова сил. Все это диктует характер их траектории движения, происходит опережающее перемещение крупных частиц под большим углом к вертикали через слой "фильтра", образованного из частиц менее крупных фракций. Причем крупные твердые частицы попадают в кондукторы 11 в верхней их части, а мелкие - в нижней.

Для исключения уноса гидродинамическими силами твердых частиц из кондуктора 11 в нем размещена виброловушка 12, имеющая форму в виде "ласточкина хвоста". Производительность установки значительно возрастает, а энергозатраты сокращаются, если твердые частицы выпускать из нее на определенной высоте корпуса 1, а не перемещать их до самого выходного сечения. Для этого предусмотрены на различной высоте корпуса 1 приемники твердых частиц, а именно, для крупных приемник 17, для средних - 16 и для мелких частиц - 15, которые соединены с корпусом 1 при помощи патрубков 18 и расположены ярусно по высоте не более чем до его половины. Выпуск твердых частиц их кондукторов 11 осуществляется за счет гравитационных и гидродинамических сил через их зазоры. Эффект вибрации, с одной стороны, заставляет твердые частицы находиться во внутренней полости кондуктора 11, а с другой, заставляет встряхиваться, разделяя поток на два вида завихрения. В конечном итоге в корпусе 1 образуются локальные и главная вокруг оси 5 закрутки потока суспензии. Освобожденная от твердых и газообразных веществ жидкая фаза, имея меньшую плотность, обладает незначительным гидравлическим сопротивлением. Отсутствие в корпусе 1 лишних элементов сохраняет свободным живое сечение для прохода жидкости. Устройство будет функционировать лишь подчиняясь законам динамики. Окончательное разделение частиц твердой фазы от жидкой происходит в зоне гасителя 13, в которой твердые частицы освобождаются от приобретенных ими центробежных и вибрационных сил в корпусе 1, включая кондукторы 11. Гашение энергии осуществляется за счет подачи осветленной жидкости, имеющей меньшую плотность, чем суспензия, из трубопровода 14, присоединенного к выходному патрубку 7 в нижней части корпуса 1 тангенциально навстречу закрутке потока суспензии, уравнивая движение в соответствии с законами Кирхгофа. Гашение энергии происходит при соударении потоков, движущихся навстречу друг другу, при этом твердые частицы попадают в приемник 15.

Разделение суспензии на зоны, упрощение конструкции турбоциклона, оптимальное перераспределение потоков суспензии в нем, эффективное использование внутренних и внешних сил обеспечивают повышение производительности и снижение энергозатрат на разделение суспензии.

Оригинальность технического решения предлагаемого изобретения заключается в возможности комплексного использования турбоциклона для разделения суспензий как для осветления жидкости, так и в качестве классификатора твердых частиц за счет проявляемых свойств синергичности структурными морфизмами (связями) элементов устройства при их взаимодействии.