close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY5342

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 5342
(13) C1
(19)
7
(51) B 04C 9/00,
(12)
B 01D 35/02,
F 04D 29/70
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
ГИДРОЦИКЛОННЫЙ ФИЛЬТР
И ГИДРОЦИКЛОННАЯ УСТАНОВКА
(21) Номер заявки: a 19990468
(22) 1999.05.10
(46) 2003.09.30
(71) Заявитель: Черныш Николай Константинович (BY)
(72) Автор: Черныш Николай Константинович (BY)
(73) Патентообладатель: Черныш Николай
Константинович (BY)
BY 5342 C1
(57)
1. Гидроциклонный фильтр, содержащий корпус с входным и выходным патрубками,
устройство для удаления механических примесей, установленное в нижней части корпуса
и выполненное в виде плоского диска, спрямляющего аппарата и размещенных за ним
гибких пластин, установленных с зазором относительно корпуса, отличающийся тем, что
на выходном патрубке внутри корпуса вдоль его продольной оси, на расстоянии друг от
друга и с радиальным зазором относительно последнего размещены по меньшей мере две
гибкие пластины, при этом на выходном патрубке и в устройстве для удаления механических примесей упругость пластин и радиальный зазор по высоте корпуса различны.
Фиг. 1
BY 5342 C1
2. Фильтр по п. 1, отличающийся тем, что участок, где размещены гибкие пластины
соединен с остальной частью выходного патрубка гофрированным шлангом.
3. Фильтр по п. 1, отличающийся тем, что корпус от входного патрубка до последней
гибкой пластины выполнен из материала с упругими свойствами.
4. Фильтр по п. 3, отличающийся тем, что с наружной стороны корпуса установлено
натяжное устройство.
5. Фильтр по п. 1, отличающийся тем, что нижняя часть корпуса за гибкими пластинами снабжена переходной насадкой, максимальный внутренний диаметр которой соизмерим с внутренним диаметром корпуса.
6. Гидроциклонная установка, содержащая очиститель жидкости, выполненный в виде
гидроциклонного фильтра, нижняя часть корпуса которого соединена посредством трубопровода со шламовым бачком, отличающаяся тем, что гидроциклонный фильтр выполнен по п. 1, а шламовый бачок снабжен герметично закрывающейся крышкой, вблизи
которой на стенке бачка установлен сливной вентиль.
(56)
BY 1713 C1, 1997.
SU 1599104 A1, 1990.
SU 1690850 A1, 1991.
SU 1650259 A1, 1991.
Изобретение относится к области очистки воды, водомасляных и других жидкостей от
механических примесей.
Изобретение может быть использовано в любых отраслях, где такая очистка жидкостей необходима.
Известен гидроциклонный фильтр, содержащий входную и разделительную камеры,
установленные в верхней части корпуса, устройство для удаления механических примесей, установленное в нижней части корпуса и выполненное в виде плоского диска и
спрямляющей решетки. При этом входной патрубок установлен тангенциально к входной
камере, на разделительной камере выполнена перфорация, а выходной патрубок установлен вдоль оси корпуса внутри разделительной камеры (проспект фирмы "LAKOS SEPARATORS" US, 1991, верхний рисунок).
В нижней части корпуса расположена выходная камера, где установлено устройство
для удаления механических примесей. В нижней части этой же камеры выполнено отверстие для удаления выделившихся примесей из фильтра. Внутренние диаметры входной и
выходной камер больше внутреннего диаметра корпуса и разделительной камеры.
Недостатки известного гидроциклонного фильтра и причины их вызывающие следующие.
Последовательный подвод загрязненной жидкости вначале во входную камеру, а затем
в разделительную приводит к тому, что во входной камере выделяются и накапливаются
наиболее крупные и тяжелые частицы примесей. Тем самым возрастает сопротивление
(возрастает шероховатость поверхности) вращательному движению жидкости при поступлении ее в разделительную камеру через перфорации. Это сопротивление возрастает
также и потому, что при движении жидкости вокруг разделительной камеры происходит
непрерывный отвод этой жидкости через перфорации (происходит изменение направления и величины вектора скорости жидкости, поступающей на перфорации и проходящей
через них).
В результате вращательная скорость движения жидкости оказывается низкой и пропорционально квадрату этой скорости снижается эффективность выделения механических
примесей из потока жидкости.
2
BY 5342 C1
При колебаниях давления или расхода жидкости большое сопротивление входной и
разделительной камер может свести эффективность выделения примесей из жидкости к
нулю (круговое движение жидкости затухает сразу во входной камере; жидкость не совершает даже одного оборота внутри разделительной камеры).
Удаление из фильтра выделившихся из жидкости примесей происходит через выходную камеру. За счет того, что поперечный размер камеры больше поперечного размера
корпуса, в этой камере происходит торможение жидкости (уменьшение скорости жидкости).
Наличие спрямляющего аппарата приводит к затуханию кругового движения жидкости.
На участке, где выходная камера соединяется с корпусом, установлен плоский диск с
некоторым зазором относительно стенок корпуса. С одной стороны, этот зазор должен
быть достаточно большим, чтобы обеспечить свободный проход выделившихся примесей
в выходную камеру. Но в этом случае возрастает поток жидкости, поступающий вместе с
примесями в выходную камеру.
С другой стороны, чтобы этот поток жидкости уменьшить, зазор должен быть достаточно мал, чтобы увеличилось гидравлическое сопротивление. Но тогда может произойти
забивание этого зазора примесями и накопление их на диске. В результате частицы на
диске захватываются обратным вихревым потоком и возвращаются в выходной канал.
Эти противоречивые требования не может обеспечить конструкция для эвакуации из
известного фильтра выделившихся примесей (выходная камера и размещенное в ней устройство для удаления примесей). Поэтому в известном фильтре вместе с выделившимися
примесями удаляются 20-40 % жидкости, поступающей на вход, что является крайне неэффективным процессом очистки. На рисунке в рекламном листке это подтверждается
размером выходного отверстия в нижней части выходной камеры.
Для сравнения: в классическом гидроциклоне через шламовый (песковой) патрубок
вместе с примесями удаляется 5-10 % жидкости, поступающей на вход. Следует также отметить, что эффективность использования спрямляющей решетки низка, поскольку она
установлена в зоне малых скоростей (по сравнению со скоростями жидкости внутри корпуса).
Конструкция для удаления примесей из фильтра не приспособлена также для работы в
режиме отстойника, т.е. когда отверстие в дне выходной камеры закрыто или забито выделившимися примесями. В этом случае жидкость вытесняется из выходной камеры поступающими туда примесями, двигаясь через зазор между плоским диском и корпусом,
будет тормозить частицы, двигающиеся через зазор в выходную камеру. При этом некоторая часть частиц будет захвачена этой жидкостью и возвращена в основной поток, двигающийся к выходному патрубку.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является гидроциклонный фильтр, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, устройство
для удаления механических примесей, установленное в нижней части корпуса и выполненное в виде плоского диска, спрямляющего аппарата и размещенных за ним гибких
пластин, установленных с зазором относительно корпуса (патент BY 1713, 1997).
В известном фильтре наружная часть выходного патрубка, расположенная внутри
корпуса, выполнена гладкой, упругость пластин и зазоры одинаковы по высоте корпуса.
Указанное выполнение патрубка, пластин и зазоров имеет следующие недостатки.
При колебаниях расхода жидкости и давления подачи, особенно, когда колебания
приводят к уменьшению этих величин, происходит резкое падение величины тангенциальной составляющей скорости и пропорционально квадрату этой скорости ухудшается
эффективность выделения частиц из потока жидкости и возрастает составляющая скорости в осевом направлении, т.е. происходит "завал" жидкости на выходе из тангенциального входного патрубка. Объясняется это тем, что величина радиального зазора между
корпусом и выходным патрубком остается постоянной в моменты колебаний расхода и
давления, т.е. гидравлическое сопротивление зазора остается неизменным и соответствует
3
BY 5342 C1
определенному номинальному режиму работы. При этом режиме сопротивление зазора
обеспечивает удержание объема жидкости (столба жидкости) между входным и выходным патрубками. Удержанию этого объема также способствует вращение жидкости. Поступающая тангенциально жидкость раскручивает этот объем и в дальнейшем
закрученная жидкость перемещается в направлении к нижней части корпуса.
Вращательное движение жидкости должно быть организовано таким образом, чтобы
объем жидкости, заключенный в пространстве между входным и выходным патрубками,
получил максимальную закрутку, т.е. чтобы передача энергии от входного потока происходила с минимальными потерями энергии потока.
Постоянство по высоте корпуса упругости пластин и их зазора с корпусом приводят к
следующим отрицательным эффектам.
При работе гидроциклонного фильтра без отстойника указанное выполнение пластин
приводит к тому, что вместе с выделившимися и удаляемыми из нижней части фильтра
примесями отводится до 50 % и более жидкости. Тогда как для классического гидроциклона эта цифра составляет 5-10 %. При таком режиме работы фильтра должны быть учтены вес столба жидкости над пластинами и реакция жидкости при повороте потока на
180 ° и движении его к выходному патрубку. Поскольку эти силы по высоте корпуса различны, должны быть различными и параметры пластин (упругость, зазор). Эти параметры
должны быть такими, чтобы получающееся гидравлическое сопротивление набора этих
пластин обеспечивало минимальный расход жидкости, удаляемой из фильтра вместе с
примесями.
При работе фильтра как с отстойником, так и без него, при выборе параметров гибких
пластин необходимо учитывать также и режим с колебаниями расхода и давления на входе. Здесь важным моментом является то, что эти колебания, как источники возмущения в
фильтре, образующиеся в пространстве за входным патрубком, должны быть погашены
гибкими пластинами, чтобы не возмутить примеси в отстойнике и тем самым исключить
их возврат в основной поток, движущийся к выходному патрубку.
При работе без отстойника, эти колебания должны быть также погашены на гибких
пластинах, чтобы исключить увеличение расхода жидкости, удаляемой из фильтра вместе
с примесями.
Поскольку амплитуда и частота колебаний жидкости по высоте корпуса различны, то
должны быть также различными параметры гибких пластин (упругость, зазоры).
Таким образом, указанные выше недостатки не позволяют эффективно работать известным фильтрам в широком диапазоне параметров на входе и при переменных (неустановившихся) режимах давления подачи и расхода жидкости.
Предлагаемый фильтр устраняет эти недостатки.
Это достигается тем, что в известном гидроциклонном фильтре, содержащем корпус с
входным и выходным патрубками, устройство для удаления механических примесей, установленное в нижней части корпуса и выполненное в виде плоского диска, спрямляющего
аппарата и размещенных за ним гибких пластин, установленных с зазором относительно
корпуса, на выходном патрубке внутри корпуса вдоль его продольной оси, на расстоянии
друг от друга и с радиальным зазором относительно последнего, размещены по меньшей
мере две гибкие пластины, при этом на выходном патрубке и в устройстве для удаления
механических примесей упругость пластин и радиальный зазор по высоте корпуса различны.
Участок, где размещены гибкие пластины, соединен с остальной частью выходного
патрубка гофрированным шлангом.
Корпус от входного патрубка до последней гибкой пластины выполнен из материала с
упругими свойствами.
С наружной стороны корпуса установлено натяжное устройство.
Нижняя часть корпуса за гибкими пластинами снабжена переходной насадкой, максимальный внутренний диаметр которой соизмерим с внутренним диаметром корпуса.
4
BY 5342 C1
Указанное размещение гибких пластин на выходном патрубке, различие в параметрах
(гибкость, зазоры) всех пластин, находящихся в корпусе, обеспечивают условия движения
жидкости, близкие к оптимальным на всех участках ее перемещения, начиная от входного
и заканчивая отстойником. Оптимизация достигается тем, что при силовом взаимодействии жидкости и пластин, последние за счет податливости принимают форму, близкую к
оптимальной. Следует отметить, что этому также способствует различие радиального зазора пластин по высоте корпуса.
Соединение части выходного патрубка с участком размещения гибких пластин посредством гофрированного шланга обеспечивает патрубку с пластинами перемещение в
осевом и отклонение в радиальном направлениях под действием переменных параметров
потока жидкости. При этом потери энергии тангенциальным потоком уменьшаются.
Перемещение приемного участка в осевом направлении обеспечивает получение оптимального объема входного участка, а отклонение в радиальном направлении обеспечивает оптимальный радиальный зазор между корпусом и пластинами.
В случаях, когда амплитуда колебаний расхода и давления достигают значительной
величины и колебания носят характер, близкий к импульсному, часть корпуса выполнена
из материала с упругими свойствами. В этом случае податливость корпуса гасит ударное
воздействие струи жидкости, поступающей внутрь гидроциклонного фильтра. Тем самым
обеспечивается безударное воздействие струи на объем жидкости внутри фильтра, т.е.
происходит передача вращательного движения этому объему с минимальными потерями.
Натяжным устройством и регулируют степень упругости (податливости) корпуса, при
которой достигается безударное поступление жидкости внутрь фильтра.
Когда отстойник размещен не на корпусе, а на некотором удалении, он сообщается с
фильтром через трубопровод (например, резиновый), соединенный с переходной насадкой,
расположенной в нижней части фильтра. При этом максимальный внутренний диаметр
этой насадки должен быть соизмерим с внутренним диаметром корпуса. Выбор максимальной величины внутреннего диаметра обусловлен следующими причинами. При движении примесей вниз к отстойнику вытесняемая жидкость движется в обратном направлении
к выходному патрубку. Скорость движения жидкости в этом направлении должна быть
минимальной, чтобы исключить захват частиц примесей в обратном направлении. Исходя
из этих соображений и выбирают максимальный диаметр насадки, который может быть
равен диаметру корпуса или меньше его. Здесь необходимо учитывать также и чисто технические причины, когда диаметр корпуса фильтра может оказаться достаточно большим,
чтобы для него подобрать подходящий трубопровод. Поэтому и необходима переходная
насадка.
Известна гидроциклонная установка, содержащая очиститель в виде гидроциклона и
бачок для сбора шлама (шламовый бачок) (Станки и инструмент. - № 12, 1982. - С. 27).
Установка работает следующим образом. Загрязненная жидкость подается на гидроциклон, где очищается от механических примесей. Выделившиеся в гидроциклоне примеси
с частью жидкости через его шламовый наконечник удаляются в открытый (не герметичный) шламовый бачок. В бачке примеси частично осаждаются, а избыток жидкости вместе с частью примесей переливается через верхний край бачка (или через отверстие в его
стенке) в дополнительную емкость или на вход подающего насоса.
В процессе эксплуатации шламовый наконечник гидроциклона изнашивается (его
внутренний диаметр увеличивается), что приводит к увеличению подачи и напора жидкости, поступающей в шламовый бачок. В результате из шламового бачка все интенсивнее
вымывается шлам, т.е. эффективность емкости для сбора шлама резко снижается.
Открытые участки жидкости шламового бачка, ударное воздействие струи из шламового наконечника по поверхности жидкости в шламовом бачке, перелив ее через верхний
край приводят к разбрызгиванию этой жидкости в окружающее пространство, что улуч5
BY 5342 C1
шает ее испаряемость в это пространство, т.е. пространство загрязняется каплями и парами этой жидкости. В результате экологическая обстановка возле установки ухудшается.
Следует также отметить, что за работой установки с гидроциклонами необходимо систематическое наблюдение, так как на вновь установленных гидроциклонах периодически
(особенно при запусках) забиваются шламовые наконечники.
Таким образом, процесс сбора шлама при работе известной гидроциклонной установки сопровождается ухудшением экологической обстановки в ее рабочем пространстве. Забивка шламовых наконечников гидроциклонов, особенно в момент пуска, делает
надежность работы известной установки низкой.
Предлагаемая гидроциклонная установка устраняет эти недостатки. Это достигается
тем, что в известной гидроциклонной установке, содержащей очиститель жидкости и
шламовый бачок, в качестве очистителя жидкости установлен гидроциклонный фильтр,
нижняя часть корпуса которого посредством трубопровода сообщена со шламовым бачком, снабженного герметично закрывающейся крышкой, вблизи которой на стенке бачка
установлен сливной вентиль.
Установка в качестве очистителя гидроциклонного фильтра исключает ударное воздействие струи жидкости вместе с примесями по поверхности, находящейся в шламовом
бачке, а значит исключается и ее разбрызгивание. Разбрызгивание (разлив) загрязненной
жидкости исключается также и потому, что бачок выполнен герметичным.
Совершенно очевидно, что забивка примесями этой насадки происходить не будет в
отличие от гидроциклона, где внутренний диаметр шламового наконечника ≈3 мм более
чем на порядок меньше внутреннего диаметра цилиндрической части гидроциклона.
После того как бачок наполнился примесями (время наполнения определяется опытным путем), для его открытия и замены надо снять крышку. Но предварительно необходимо слить жидкость в фильтре, трубопроводе и часть из бачка. Для этой цели и служит
сливной вентиль, установленный на стенке бачка вблизи крышки.
На фиг. 1 представлен гидроциклонный фильтр - общий вид; на фиг. 2 - вариант соединения участка с гибкими пластинами с остальной частью выходного патрубка посредством гофрированного шланга; на фиг. 3 представлена гидроциклонная установка - общий
вид.
Гидроциклонный фильтр содержит (фиг. 1) корпус 1 с тангенциальным входным патрубком 2 и выходным патрубком 3 с участком 4 цилиндроконической формы, где размещены гибкие пластины 5. В данном случае изменение упругости пластин 5 достигается
выбором поперечных и продольных размеров участка 4. Последние установлены с радиальным зазором 6 относительно стенок корпуса 1 и на расстоянии друг от друга. Участок 4
назовем приемным. Фильтр также содержит устройство 7 для удаления механических
примесей, установленное в нижней части корпуса 1 и выполненное в виде плоского диска 8,
спрямляющего аппарата (решетки) 9, состоящего из 3-6 пластин, установленных радиально.
За спрямляющим аппаратом 9 установлены гибкие пластины 10 с радиальными зазорами 11
относительно стенок корпуса 1 и на расстоянии друг от друга. Различие в упругости пластин 10 в направлениях к выходному патрубку 3 и нижней части корпуса обеспечивается
шайбами 12, 13 разного диаметра. Устройство 7 установлено на опоре 14. В нижней части
корпуса 1 за пластинами 10 установлен отстойник 15. С наружной стороны корпуса 1 установлено натяжное устройство, выполненное в виде шпилек 16 с гайками 17 на концах.
Вариант упругого соединения участка 4 с остальной частью выходного патрубка 3 показан на фиг. 2, где упругое соединение выполнено в виде гофрированного шланга 18, например из резины.
Гидроциклонная установка (фиг. 3) содержит очиститель жидкости в виде гидроциклонного фильтра 19 с патрубками 2, 3, герметичный шламовый бачок 20 с крышкой 21 и
сливным вентилем 22. Нижняя часть корпуса фильтра 19 снабжена переходной насадкой 23,
к которой подсоединен трубопровод 24, соединяющий фильтр и шламовый бачок.
6
BY 5342 C1
Гидроциклонный фильтр работает следующим образом. Загрязненная жидкость по
тангенциальному входному патрубку 2 поступает в фильтр, где получает вращательное
движение. За счет центробежного эффекта, возникающего при этом, происходит выделение частиц примесей из жидкости и их перемещение в радиальном направлении к стенке
корпуса 1. Наличие упругих пластин 5 исключает быстрое перемещение жидкости в осевом направлении в нижнюю часть корпуса 1, поэтому жидкость в пространстве до пластин получает максимальный вращательный импульс от струи из входного патрубка.
Выделившиеся примеси поступают на устройство 7. После диска 8 круговое движение
жидкости гасится на спрямляющей решетке 9. Первоначально примеси оседают и накапливаются на первой из пластин 10, расположенной за решеткой 9. Накопление происходит
до тех пор, пока сила тяжести примесей не преодолеет упругость материала пластины. В
результате пластина прогибается и примеси перемещаются на поверхность нижерасположенной пластины 10. При этом вышерасположенная пластина занимает первоначальное
положение. Быстрому перемещению примесей вниз от пластины к пластине способствует
и то, что упругость пластин 10 в этом направлении ниже, чем в обратном направлении за
счет того, что диаметр шайбы 13 меньше диаметра шайбы 12. В дальнейшем процесс
перемещения примесей по пластинам 10 повторяется и в конце примеси поступают в
отстойник 15. Жидкость, вытесняемая этими примесями, из отстойника движется в направлении, обратном движению примесей. При обратном движении жидкость проходит
отгибая пластины и тем самым регулируя свое проходное сечение. Величина обратного
прогиба пластины 10 определяется диаметром шайбы 12. Попадая в пространство между
пластинами, жидкость, вытесняемая примесями, теряет свою скорость (внезапное расширение), а значит, частицы, захваченные ею, выпадают в осадок на поверхность нижерасположенной пластины 10. Поэтому исключается возврат примесей этой жидкостью в
основной поток, поступающий в приемный участок 4.
При колебательном режиме подачи загрязненной жидкости упругое соединение 18
приемного участка 4 с патрубком 3 обеспечивает изменение не только объема входного
пространства, но и радиальных зазоров 6, так как пластины 5 выполнены из упругого материала.
Гидроциклонная установка работает следующим образом (фиг. 3). Загрязненная жидкость насосом (не показан) или самотеком подается в фильтр 19 через патрубок 2. В
фильтре 19 происходит очистка жидкости от механических примесей. Очищенная жидкость через патрубок 3 отводится из фильтра. Выделившиеся примеси через насадку 23 и
по трубопроводу 24 поступают в герметичный шламовый бачок 20, где и накапливается.
После заполнения бачка 20 примесями (момент заполнения определяется опытным путем
или по сигналу соответствующего датчика (не показан)) открывается вентиль 22 и жидкость, находящаяся в фильтре 19, трубопроводе 24 и частично в самом бачке 20, сливается
в отдельную емкость (не показана). После чего открывается крышка 21 и происходит выгрузка содержимого или замена бачка на чистый. Закрывают крышку 21, вентиль 22 и
процесс работы установки повторяется.
По сравнению с известными гидроциклонный фильтр и гидроциклонная установка работают надежней и в более широком диапазоне по входным параметрам загрязненной
жидкости. При этом улучшается экологическая обстановка в рабочем пространстве установки.
7
BY 5342 C1
Фиг. 2
Фиг. 3
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
157 Кб
Теги
by5342, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа