СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ РАБОТЫ ГИДРОЦИКЛОНА И ГИДРОЦИКЛОН

Название	СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ РАБОТЫ ГИДРОЦИКЛОНА И ГИДРОЦИКЛОН
Разработчик (Авторы)	Дегтярев Г.В., Дегтярева О.Г.
Вид объекта патентного права	Изобретение
Регистрационный номер	2179482
Дата регистрации	28.03.2000
Правообладатель	Кубанский государственный аграрный университет, Закрытое акционерное общество "КВАЗАР"

Описание изобретения

Изобретение относится к способам и устройствам регулирования работы гидроциклонов при непрерывном разделении пульпы под действием центробежных сил и может быть использовано на обогатительных фабриках, в химической, пищевой и других отраслях промышленности, а также при классификации инертных строительных материалов.

Известен способ управления работой гидроциклона путем осуществления выгрузки из него песков с помощью эжектирующих трубок, установленных в зоне скопления твердой фазы пульпы, когда дополнительно измеряют гранулометрический состав твердой фазы пульпы по акустическому спектру потока и в зависимости от измеренной величины осуществляют поэтапное включение и отключение эжектирующих трубок и изменение мощности их струй (A.C. СССР 1152663, МКИ В 04 С 11/00. Б.И. 16 1985г.).

Недостатком данного способа управления работой гидроциклона является низкое качество управления процессом разделения, так как, воздействуя эжектирующими струями на твердую фазу пульпы, скопившуюся в зоне пескового отверстия, мы тем самым продвигаем часть твердого во внутренний поток гидроциклона, который выходит в слив, и тем самым ухудшаем качество слива.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является способ автоматического регулирования работы гидроциклона путем измерения гранулометрического состава его слива, где регулируют гранулометрический состав слива изменением разряжения, создаваемого в сифоне, посредством изменения величины отверстия, выполненного в сифоне и сообщенного с атмосферой (А.С. СССР 940865 МКИ В 04 С 11/00, Б.И., 25 1982г.).

Недостатком этого способа является его ограниченность по возможности влияния на технологические показатели в аппарате как на перераспределение расходов между сливом и песками, так и на изменение гранулометрического состава между сливом и песками, так как создаваемое разряжение ограничивается, во-первых, конструктивными возможностями сифона, ведь для каждого гидроциклона диаметр сифона, т. е. диаметр сливного патрубка строго ограничен; во-вторых, технологическими возможностями, ведь разряжающая способность сифона зависит от вязкости жидкости, на которой он работает, и теоретически для воды не может превышать 10 метров водяного столба.

Известен напорный гидроциклон "Вайрлкоун", состоящий из цилиндроконического корпуса с тангенциальным входным, сливным и песковым патрубками, причем цилиндрическая часть снабжена спиральной камерой, а сливной патрубок - резьбой, что позволяет изменять глубину погружения нижней кромки сливного патрубка, также могут изменяться размеры шламового отверстия (В.В. Найденко. Применение математических методов и ЭВМ для оптимизации и управления процессами разделения суспензий в гидроциклонах. Горький, Волго-Вятское кн. изд-во, 1976. с. 28-29, рис. 3. в. 5.).

Недостатком данного является наличие спиральной камеры, которая не приводит к значительному улучшению эффекта разделения, зато значительно увеличивает потери напора в гидроциклоне, чем снижает его общую эффективность, при этом изменение размеров шламового отверстия, т.е. вмешательство в гидродинамику потока в месте наибольшего скопления твердой фазы пульпы ведет к дополнительной турбулизации потока и снижению качества разделения.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является гидроциклон фирмы Дорра (гидроциклон "Доррклон"), состоящей из цилиндроконического корпуса с тангенциальным входным, сливным и песковым патрубками, причем регулирование частоты разделения в гидроциклоне осуществляется регулированием размеров шламового отверстия, размеры которого в свою очередь зависят от величины разряжения в воздушном столбе аппарата, фиксируемого посредством трубки, введенной внутрь, по его продольной оси со стороны сливного патрубка (Найденко В.В. Применение математических методов и ЭВМ для оптимизации и управления процессами разделения суспензий в гидроциклонах. Горький, Волго-Вятское кн. изд-во., 1976, с. 26 рис. 3.2).

Недостатком данного гидроциклона является низкая надежность и качество регулирования вследствие большого и неравномерного износа шламовой насадки, а также то, что изменение размеров шламового отверстия, т.е. вмешательство в гидродинамику потока в месте наибольшего скопления твердой фазы пульпы ведет к значительной турбулизации потока и снижению качества разделения, при этом изменять размеры шламового отверстия можно лишь в незначительных пределах, не нарушая гидродинамику твердой фазы пульпы, а это не всегда достаточно при возможно большой изменчивости входных параметров, как, например, при классификации нерудных строительных материалов.

Техническим решением задачи предлагаемого изобретения является интенсификация работы гидроциклона, повышение эффективности и расширение диапазона регулирования как по расходам между сливом и песками, так и по твердой фазе пульпы, а также повышение надежности его работы.

Задача достигается тем, что согласно способу регулирования работы гидроциклона изменяют или местоположение сопла в камере смешения, или рабочий напор эжектирующей струи, или тем и другим действием совместно, а в устройстве для осуществления способа, включающем цилиндроконический корпус с тангенциальным входным, сливным и песковым патрубками, сливной патрубок выполнен в виде струйного эжектора, включающего сопло, камеру смешения, горловину и диффузор, причем сопло установлено с возможностью возвратно-поступательного движения.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что способ отличается тем, что регулируют состав слива изменением местоположения сопла в камере смешения, или рабочего напора эжектирующей струи, или тем и другим действием совместно, что позволяет улучшить гидродинамический режим работы аппарата, интенсифицировать работу, повысить эффективность, надежность в работе и расширить диапазон регулирования как по расходу между сливом и песками, так и по твердой фазе пульпы. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию "новизна". Сравнительный анализ заявляемого способа с другими решениями в данной области не позволил выявить в них признака, отличающего заявляемое решение от прототипа. Это позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "изобретательский уровень".

Регулируя разряжение в сливном патрубке гидроциклона, представляющем струйный эжектор, путем местоположения сопла в камере смешения, или рабочего напора эжектирующей струи, или тем и другим действиями совместно можно добиться перераспределения расходов между сливом и песками и твердой фазы пульпы, причем независимо от места введения трубки с соплом в тело гидроциклона со стороны сливного или пескового патрубков, все равно трубка располагается в воздушном шнуре и на работу аппарата своим присутствием влияния не оказывает, другое дело - выбрасываемая под регулируемым давлением струя воды или воздуха из сопла, когда диапазон этого давления весьма и весьма значителен, что соответственно значительно окажет влияние на перераспределение расходов и твердой фазы между сливом и песками, при этом необходимо учитывать, что с целью уменьшения энергозатрат на регулирование работы гидроциклона рациональнее ближе располагать сопло к горловине, чем увеличивать рабочий напор струи при более дальнем расположении сопла от горловины в струйном эжекторе, но при этом любое из названных действий или они совместно обеспечивают улучшение гидродинамического режима работы аппарата, интенсифицируют его работу, повышают эффективность и надежность в работе и расширяют диапазон регулирования.

Сопоставительный анализ заявляемого устройства с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается тем, что сливной патрубок выполнен в виде струйного эжектора, включающего сопло, камеру смешения, горловину и диффузор, причем сопло установлено с возможностью возвратно-поступательного движения. Таким образом, заявляемое устройство, предназначенное для реализации способа, соответствует критерию "новизна". Сравнительный анализ заявляемого устройства с другими решениями в данной области не позволил выявить в них признаки, отличающие заявляемое от прототипа, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "изобретательский уровень". Именно устройство сливного патрубка гидроциклона в виде струйного эжектора, включающего сопло, камеру смешения, горловину и диффузор, причем сопло установлено с возможностью возвратно-поступательного движения, позволяет "охватить" параметрами управления весь аппарат и не турбулизируя дополнительно поток, особенно в зоне скопления твердой фазы пульпы, обеспечивать нужное перераспределение расходов между сливом и песками и, как следствие, и твердой фазы потока, что в конечном итоге позволяет повысить качество и расширить диапазон регулирования работы гидроциклона за счет адекватного реагирования устройством на изменение входных параметров.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображен гидроциклон и структурная схема для реализации предлагаемого способа регулирования его работы в автоматическом режиме.

Устройство для осуществления способа регулирования работы гидроциклона включает корпус 1, песковой 2, тангенциальный входной 3 и сливной 4 патрубки, последний - в виде струйного эжектора в свою очередь состоит из диффузора 5, горловины 6, камеры смешения 7 и сопла 8. Для осуществления способа как в ручном, так и в автоматическом режимах работы, необходимы соединенные последовательно пробоотборник 9 и датчик-гранулометр 10. Далее при ручном управлении сопло 8, установленное с возможностью к возвратно-поступательному движению, может перемещаться вручную в зависимости от показаний датчика-гранулометра 10. Если же способ осуществляется в автоматическом режиме, то также последовательно после датчика-гранулометра 10 необходимы в структурной схеме следующие элементы: блок сравнения 11, усилитель 12, исполнительный механизм 13 и редуктор 14.

Предлагаемый гидроциклон работает следующим образом: исходный продукт разделения подается с помощью насоса или самонапорно в цилиндроконический корпус 1 через тангенциальный питающий патрубок 3, в результате чего под действием центробежных сил происходит разделение, при этом более тяжелая фракция прижимается к стенке корпуса 1 и под действием потока выходит беспрепятственно в песковой патрубок 2, более легкая фракция с внутренним потоком через сливной патрубок 4 в виде струйного эжектора уходит в слив. Струйный эжектор с соплом 8 вступает в работу лишь при установившемся режиме работы аппарата, а ввиду того, что сопло 8 установлено с возможностью возвратно-поступательного движения, имеем, что если необходимо максимальное увеличение расхода в слив 4, то, естественно, через сопло 8 будет подаваться максимально возможный по технологии рабочий напор струи, а само сопло 8 будет занимать положение, при котором оно оказывает наибольшее влияние на процесс захвата жидкости в камере смешения 7 и при падении давления, вследствие уменьшения площади в горловине 6 будет способствовать пропуску большего расхода в диффузор 5. Если же необходимо уменьшить расход в слив и тем самым увеличить расход в пески, то необходимо либо уменьшить напор рабочей струи, либо переместить сопло 8 от эффективного положения по воздействию на расход, либо выполнить оба эти действия одновременно.

Предлагаемый способ регулирования работы гидроциклона в автоматическом режиме осуществляется следующим образом: при установившемся режиме работы гидроциклона пробоотборник 9, установленный на сливном патрубке 4, связан с датчиком-гранулометром 10, преобразующим гранулометрический состав слива в соответствующее напряжение "U". Сигнал с выхода датчика-гранулометра 10 поступает на блок сравнения 11, где входящее по цепи напряжение "U" сравнивается с задающим напряжением "U₁". С выхода блока 11 сигнал поступает на усилитель 12, который усиливает входной сигнал по мощности. Выход усилителя 12 соединен с исполнительным механизмом 13, представляющим собой электродвигатель. Сигнал с выхода исполнительного механизма 13 в форме крутящего момента поступает на редуктор 14, который или перемещает трубку с соплом 8 в зоне камеры смешения 7 или регулирует задвижку на ней в зависимости от датчика-гранулометра 10, что позволяет активно влиять на перераспределение расходов между сливом и песками и интенсифицировать все процессы, происходящие в гидроциклоне.

Имея возможность активно влиять на перераспределение расходов между сливом и песками, тем самым также активно можно влиять на перераспределение твердой фазы пульпы и интенсифицировать все процессы, происходящие в гидроциклоне. Допустим, вся система работает на какой-то исходной пульпе с содержанием твердого β₁. Если содержание твердого увеличивается до β₂, когда β₁< β₂ и размер граничного зерна в сливе превышает допустимые значения или в систему поступает задание, требующее увеличения чистоты слива, система автоматически отрабатывает его некоторым перемещением сопла 8 от эффективного местоположения, способствующего увеличению расхода, в слив или уменьшением напора рабочей струи из сопла 8, или осуществляет оба эти действия одновременно, что уменьшит расход в слив и увеличит расход в пески и тем самым восстановит технологические показатели и по твердой фазе. При соответствии чистоты слива, заданной по технологическим параметрам, положение сопла 8 и рабочий напор в ней неизменны, а иногда последний вообще может отсутствовать, но при работе струйного эжектора всегда интенсифицируются все процессы в аппарате. При уменьшении содержания твердого в сливе до β₃ система отрабатывает рассогласование или перемещением сопла 8 к эффективному местоположению в камере смешения 7, или увеличением напора рабочей струи из сопла, или двумя действиями вместе, тогда происходит больший захват жидкости из внутреннего потока в аппарате, что приводит к увеличению расхода в слив и, соответственно, уменьшению расхода в пески, и восстанавливаются технологические показатели гидроциклона путем адекватного воздействия на процессы в нем в свете изменившихся входных параметров или задания.

Предлагаемый способ регулирования работы гидроциклона в связи с изменением местоположения сопла в камере смещения или рабочего напора эжектирующей струи, или двумя этими действиями одновременно позволяет, не нарушая гидродинамической структуры потока в аппарате, интенсифицировать его работу как по расходам между сливом и песками, так и по разделению твердой фазы потока между ними, при этом большой возможный диапазон изменения рабочего напора эжектирующей струи и перемещение сопла позволяют плавно отрабатывать задание, и возможности способа таковы, что расход в слив можно увеличивать на 17%, а в пески на 8%.

Гидроциклон, предлагаемый для способа регулирования работы, прост по конструкции и по принципу действия надежен в работе, при этом благодаря выполнению сливного патрубка гидроциклона в виде эжекторного устройства с камерой смешения, горловиной, диффузором и трубкой с соплом достигается интенсифицирование всех процессов в аппарате и повышается его производительность в среднем на 14%.

Формула изобретения

1. Способ регулирования работы гидроциклона путем измерения гранулометрического состава слива, отличающийся тем, что регулируют гранулометрический состав слива посредством использования сливного патрубка, выполненного в виде струйного эжектора, при этом изменяют или местоположение сопла в камере смешения, или рабочий напор эжектирующей струи, или выполняют то и другое действие совместно.

2. Гидроциклон, содержащий цилиндроконический корпус с тангенциальным входным, сливным и песковым патрубками, отличающийся тем, что сливной патрубок выполнен в виде струйного эжектора, включающего сопло, камеру смешения, горловину и диффузор, причем сопло установлено с возможностью возвратно-поступательного движения.

Изобретение "СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ РАБОТЫ ГИДРОЦИКЛОНА И ГИДРОЦИКЛОН" (Дегтярев Г.В., Дегтярева О.Г.) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога