способ регулирования работы гидроциклона и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ регулирования работы гидроциклона путем измерения гранулометрического состава его слива, отличающийся тем, что регулируют гранулометрический состав слива синхронным изменением разрежения в теле гидроциклона, подводимого через вакуумные трубки, посредством их перемещения в области сливного и пескового патрубков.

2. Устройство для регулирования работы гидроциклона, содержащее цилиндроконический корпус с тангенциальным входным, сливным, песковым патрубками, отличающееся тем, что оно снабжено размещенными по продольной оси корпуса двумя вакуумными трубками, одна из которых расположена со стороны сливного, а другая со стороны пескового патрубков, причем трубки установлены с возможностью синхронного возвратно-поступательного движения соответственно в сливном и песковом патрубках.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам и устройствам регулирования работы гидроцилиндров 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 автоматического регулирования работы гидроциклона путем измерения гранулометрического состава его слива, в котором перераспределение расходов между сливным и песковым отверстиями регулируют положением сливного патрубка гидроциклона относительно большей оси овоида в зависимости от гранулометрического состава слива (А.С. СССР N 822913 МКИ B 04 C 11/00: C 05 D 27/00. Б.И. N 15 1981 г.).

Недостатком данного способа является невозможность его применения в не овоидальных гидроциклонах, т. е. если поток эксцентричен как в овоидальном гидроциклоне относительно какой-либо оси, то местоположение сливного патрубка можно менять относительно этой оси. Если поток в гидроциклоне осесимметричен, то изменить положение сливного патрубка нельзя, т.к. нарушится структура движения потока и, как следствие, характеристики разделения твердого в гидроциклоне.

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 разрежения, создаваемого в сифоне, посредством изменения величины отверстия, выполненного в сифоне и сообщенного с атмосферой (А.С. СССР N 940865 МКИ B 04 C 11/00. Б.И. N 25 1982 г.).

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, т.к., во-первых, создаваемое разрежение ограничивается возможностями сифона, во-вторых, разрежение передается в тело гидроциклона лишь в одно стационарное место - в область входа в сливной патрубок.

Известен напорный гидроциклон А.М. Фоминых, состоящий из цилиндроконического корпуса с тангенциальным входным сливным и песковым патрубками, у которого, с целью улучшения гидравлического режима, имеются сливная и шламовая камеры, причем сливная камера снабжена штуцером, которым регулируют поднос воздуха через шламовую насадку и возможность захвата шлама в центральный поток (Скирдов И.В., Понамарев В.Г. Очистка сточных вод в гидроциклонах. - М.: Стройиздат, 1975, 176 с., с. 34, рис. 1.19).

Данный гидроциклон конструктивно сложен, а его элементы не обеспечивают улучшения гидравлического режима потока в аппарате в широком диапазоне возможных изменений технологических параметров на входе, а также недостаточно влияют на перераспределение расходных характеристик между сливом и песками, т.к. все влияние на расходные характеристики заключается лишь в уменьшении разрежения в зоне сливного патрубка, созданного рабочим напором на входе, посредством подачи воздуха в воздушный столб через штуцер и недопущение воздуха вообще через песковую насадку, хотя это ведет к значительному увеличению расхода жидкости через песковое отверстие и ограничивает возможность управления работой гидроциклона.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является гидроциклон фирмы "Данор", состоящий из цилиндроконического корпуса с тангенциальным входным, сливным и песковым патрубками, у которого с целью улучшения гидравлического режима имеются сливная и шламовая камеры, соединенные трубкой, причем все эти элементы армированы регулировочными клапанами, а в центре аппарата помещен гладкий стержень (Скирдов И.В., Понамарев В. Г. Очистка сточных вод в гидроциклонах. - М.: Стройиздат, 1975, 176 с., с. 32, рис. 1.18).

Недостатком этого гидроциклона является низкая производительность - конструктивная и аппаратная избыточность - и, как следствие, низкая надежность в работе. Все влияние на расходные характеристики в гидроциклоне и, как следствие, на разделительную способность заключено в регулировании разрежения посредством регулировочных клапанов, создаваемого рабочим напором на входе в гидроциклон, а это не всегда достаточно. Наличие шламовой камеры у пескового патрубка гидроциклона ведет к увеличению проходного сечения жидкости, т.е. к непроизводительным сбросам.

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

Задача достигается тем, что согласно способа регулирования работы гидроциклона регулируют разрежение в теле гидроциклона синхронно в области сливного и пескового патрубка посредством изменения местоположения вакуумных трубок в области сливного и пескового патрубков, а в устройстве для осуществления способа, включающем цилиндрический гидроциклон с тангенциальным входным, сливным и песковым патрубками, по центральной оси которого с обеих сторон аппарата введены в него две вакуумные трубки с возможностью перемещения синхронно, возвратно-поступательно каждая соответственно в сливном и песковом патрубках гидроциклона, причем вакуумные трубки через регулировочную аппаратуру соединены с вакуумным насосом.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается тем, что в теле гидроциклона регулируют разрежения синхронным изменением зоны воздействия вакуума в области сливного и пескового патрубков, посредством изменения местоположения вакуумных трубок, что позволяет улучшить гидродинамический режим работы аппарата, повысить эффективность 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 разрежение в теле гидроциклона синхронным изменением вакуума в области сливного и пескового патрубков, можно добиться перераспределения расходов между сливом и песками, причем при отсутствии шламовой камеры, когда расход в пески ограничивается воздушным шнуром в теле аппарата, влияние разрежения в этой зоне будет значительным, хотя это же приемлемо и к сливному патрубку за тем лишь исключением, что у пескового патрубка могут образовываться "пробки" из "зависающих" твердых частиц большего диаметра, но увеличивая вакуум в зоне "пробки", и, как следствие, уменьшая диаметр воздушного шнура и увеличивая проходное сечение песков, мы тем самым разрушаем "пробку" и обеспечиваем надежную работу гидроциклону. За счет изменения местоположения вакуумных трубок мы не только можем активно влиять на разрушение "пробок", в какой части пескового патрубка они бы ни образовывались, но и перераспределять расходы между сливным и песковым отверстиями гидроциклона в широком диапазоне, и, как следствие, твердого в нем, т.е. в широком диапазоне осуществлять регулирование работы аппарата.

Сопоставительный анализ заявляемого устройства с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается тем, что трубка разделена на две части: одна из которых входит в гидроциклон со стороны сливного, а другая со стороны пескового патрубков, причем трубки с возможностью синхронного, возвратно-поступательного движения соответственно в сливном и песковом патрубках. 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 решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "изобретательский уровень". Именно две вакуумные трубки, каждая из которых входит соответственно в тело гидроциклона по продольной оси, но одна со стороны сливного, а другая со стороны пескового патрубков, причем трубки должны перемещаться синхронно, возвратно-поступательно соответственно в сливном и песковом патрубках, позволяют "охватить" параметры управления процессом, т.е. вакуумом все нужные области аппарата, создавая возможность концентрировать и организовывать вакуум в нужное время, в нужном месте, в зависимости от характеристики входящей пульпы и требуемых технологических параметров разделения на входе из аппарата, т. е. в сливе и песках. Описанные явления, а также то, что предлагаемое устройство не нарушает устойчивую работу пескового патрубка, в отличие от шламовой камеры, и не турбулизирует поток дополнительно вследствие синхронного изменения вакуума, позволяет повысить качество и расширить диапазон регулирования работы гидроциклона за счет адекватного реагирования устройством на изменения входных параметров.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображены предлагаемый гидроциклон и структурная схема для реализации предлагаемого способа регулирования его работы в автоматическом режиме.

Устройство для осуществления способа регулирования работы гидроциклона включает цилиндроконический корпус 1, песковой 2 и сливной 3 патрубки, вакуумные трубки - сливную 4 и песковую 5. Для осуществления способа как в ручном, так и в автоматическом режимах работы необходимы соединенные последовательно пробоотборник 6 и датчик-гранулометр 7. Далее при ручном управлении вакуумные трубки - сливная 4 и песковая 5, - установленные с возможностью к синхронному движению, могут перемещаться вручную под действием мускульной силы, в зависимости от показаний датчика-гранулометра 7. Если же способ осуществляется в автоматическом режиме, то также последовательно, после датчика-гранулометра 7, необходимы в структурной схеме следующие элементы: нуль-орган 8, усилитель 9, исполнительный механизм 10 и редуктор 11.

Предлагаемый гидроциклон работает следующим образом. Исходный продукт разделения подается с помощью насоса или самонапорно в цилиндрический корпус 1, где под действием центробежных сил происходит разделение, при этом более тяжелая фракция прижимается к стенке корпуса 1 и под действием внешнего потока выходит в песковой патрубок 2, более легкая фракция с внутренним потоком через сливной патрубок 3 уходит в слив. Вакуумные трубки - сливная 4 и песковая 5 - вступают в работу лишь при установившемся режиме работы аппарата, причем движение трубок синхронизировано, что позволяет вносить наименьшее возмущение в гидравлический режим гидроциклона и интенсифицировать его работу, а положение трубок таково, что при необходимости максимального воздействия на слив сливная вакуумная трубка 4 должна находиться в начале сливного патрубка 3, но при этом песковая вакуумная трубка 5 должна находиться в конце пескового патрубка 2, сбрасывая все свое разрежение в атмосферу. И наоборот, при необходимости максимального воздействия на пески песковая вакуумная трубка 5 должна находиться в начале пескового патрубка 2, а сливная вакуумная трубка 4 - в конце сливного патрубка 3, сбрасывая свое разрежение в атмосферу. Вакуумные трубки, находясь в начале патрубков пескового 2 или сливного 3, оказывают своим разрежением максимальное воздействие соответственно на пески или слив путем уменьшения диаметра воздушного шнура в зоне пескового или сливного патрубков, увеличивая тем самым расход в пески или слив. Промежуточные положения вакуумных трубок также воздействуют своим разрежением на воздушный шнур внутри гидроциклона, уменьшая его диаметр, увеличивая тем самым пропускную способность гидроциклона и интенсифицируя все процессы в нем.

Предлагаемый способ регулирования работы гидроциклона в автоматическом режиме осуществляется следующим образом. При установившемся режиме работы гидроциклона пробоотборник 6, установленный на сливном патрубке 3, связан с датчиком-гранулометром 7, преобразующим гранулометрический состав слива в соответствующее напряжение U. Сигнал с выхода датчика-гранулометра 7 поступает на блок 8 сравнения, представляющий собой нуль-орган, где напряжение U с датчика-гранулометра 7 сравнивается с задающим напряжением U₁. С выхода блока сравнения 8 сигнал поступает на усилитель 9, который усиливает входной сигнал по мощности. Выход усилителя 9 соединен с исполнительным механизмом 10, представляющим собой электродвигатель. Сигнал с выхода исполнительного механизма 10 в форме крутящего момента поступает на редуктор 1, который и перемещает синхронно соответственно сливную вакуумную трубку 4 и песковую вакуумную трубку 5.

Изменять местоположение вакуумных трубок в теле гидроциклона для управления его работой необходимо таким образом чтобы, когда увеличивается вакуум в зоне сливного патрубка, то на столько же должен уменьшиться вакуум в зоне пескового патрубка, при этом допустимо лишь незначительное рассогласование в изменении вакуума или произойдет сбой в работе аппарата, т.к. нарушится устойчивость воздушного шнура, влияющего на перераспределение расходов между сливным и песковым патрубками. Реализовать сказанное можно лишь тогда, когда при нахождении сливной вакуумной трубки 4 в начале сливного патрубка 3, песковая вакуумная трубка 5 находится в конце пескового патрубка 2, практически на выходе из него, и своим вакуумом воздействия на процессы в гидроциклоне не оказывает, и наоборот, максимальное влияние на процессы в гидроциклоне песковой вакуумной трубки 5 будет, когда она будет находиться в начале пескового патрубка 2, но при этом сливная вакуумная трубка 4 должна находиться в конце сливного патрубка 3 и воздействия на процессы в гидроциклоне не оказывать.

Любые промежуточные, от описанных, положения песковой и сливной вакуумных трубок будут перераспределять расходы между сливом и песками в гидроциклоне и активно влиять на процессы в аппарате, интенсифицируя их.

Так как можно управлять перераспределением расходов между сливом и песками в гидроциклоне, то соответственно можно управлять и чистотой разделения по крупности. Допустим, вся система работает на какой-то исходной пульпе с содержанием твердого ₁. Если содержание твердого увеличивается до ₂, где ₁<₂, и размер граничного зерна в сливе превышает допустимые значения или в систему поступает задание требующее увеличения чистоты слива, система автоматически отрабатывает его некоторым перемещением соответственно сливной вакуумной трубкой 4 к концу сливного патрубка 3, а песковой вакуумной трубки 5 к началу пескового патрубка 2, т.е. вакуумированием определенных зон в теле гидроциклона, мы, как в рассматриваемом случае, уменьшаем несколько расход в слив и увеличиваем расход в пески, тем самым восстанавливаем технологические показатели.

При соответствии чистоты слива заданным параметрам положение вакуумных трубок в теле гидроциклона неизменно, хотя вакуумирование внутренней полости происходит, а это в свою очередь приводит к уменьшению размеров воздушного шнура, увеличению производительности аппарата, т. е. интенсификации всей работы.

При уменьшении содержания твердого в сливе до ₃ система отрабатывает рассогласование синхронным перемещением вакуумной сливной трубки 4 к началу сливного патрубка 3, а песковой вакуумной трубки 5 к концу пескового патрубка 2, тем самым увеличивается расход в слив и уменьшается расход в пески, восстанавливаются технологические показатели гидроциклона путем адекватного воздействия на процессы в аппарате в свете изменившихся входных параметров или задания.

Предлагаемый способ регулирования работы гидроциклона в связи с синхронным изменением разрежения в зонах сливного и пескового патрубков позволяет, не нарушая гидравлической структуры потока в аппарате, интенсифицировать работу как по расходам между сливом и песками, так и по разделению твердого, при этом именно синхронное изменение вакуума, а именно увеличение у одного из патрубков гидроциклона, и такое же уменьшение у другого патрубка позволяет плавно отрабатывать задание, при этом возможности способа таковы, что можно сконцентрировать все воздействие вакуума лишь на сливном или лишь на песковом патрубках, исключив полностью влияние на другой патрубок, что кроме максимального расширения диапазона регулирования способствует минимизации непроизводительных сбросов на 7%, а перераспределять расходы можно в пески до 17%, а в слив до 8%.

Гидроциклон, предлагаемый для реализации способа регулирования работы, прост по конструкции и, обладая меньшим количеством запорно-регулировочной аппаратуры, надежнее в работе, при этом вследствие именно синхронного перемещения сливной и песковой вакуумных трубок удается синхронно изменять вакуум в областях сливного и пескового патрубков, что позволяет интенсифицировать все процессы в аппарате, повысив его производительность в среднем на 11% при минимизации ненужных сбросов.