Гідроциклон для очистки рідин від механічних домішок

Гідроциклон для очистки рідин від механічних домішок, що містить циліндричний корпус з конічним днищем, заливний патрубок і зливний перфорований патрубок, який відрізняється тим, що 3 су-роздільника, зовнішню відносно конусного корпусу-роздільника, всередині конусного корпусуроздільника встановлено плаваючий забірник із сітчастою стінкою, що дозволяє відбирати рідину з верхніх шарів, в нижній частині конусного корпусроздільника встановлено патрубок, до якого кріпиться насос, який розміщується ззовні гідроциклону, патрубок вводу рідини встановлено по дотичній до бокової циліндричної поверхні гідроциклону. Між сукупністю суттєвих ознак корисної моделі, що заявляється, та досягаємим технічним результатом існує наступний причинно-наслідковий зв'язок. Саме завдяки перфорованому конусному корпусу-роздільнику отримуємо дві порожнини, причому в внутрішній порожнині відсутній рух рідини, тобто швидкість відсутня (V1=0), і як наслідок, тиск максимальний (Р1=mах), а ззовні конусного корпус-роздільника завдяки відцентровому полю швидкість V2=mах, а отже тиск P2=min. Внаслідок різниці тисків (Р1-P2), яка направлена зсередини очисника на зовні, можемо втримувати частинки забруднень від проникнення з зовнішньої порожнини гідроциклону відносно конусного корпусу-роздільника в внутрішню. Створення відцентрового поля відбувається наступним чином. Підвід рідини до корпусу очисника відбувається за допомогою патрубка, який розміщено по дотичній до бокової циліндричної поверхні гідроциклону, внаслідок чого рідина із забрудненнями приводиться в обертання і на рідину із забрудненнями починають діяти відцентрові сили. Саме завдяки плаваючому забірному рукаву із сітчастою стінкою, який розміщено всередині конусного корпусу-роздільника, стає можливим відбирати рідину з верхніх шарів, що, як наслідок, підвищує якість використання забірного рукава. Крім того, згідно з корисною моделлю, розмір частинок забруднень, від яких дозволяє очищувати рідину заявляємий гідроциклон, становить 20мкм і більше. Гідроциклон для очистки рідин від механічних домішок, що заявляється, поданий кресленнями, Фіг.1 і Фіг.2. На Фіг.1 зображено переріз пристрою вертикальною площиною та схему сил, діючих на частинку механічних домішок, яка знаходиться в пристрої. На Фіг.2 зображено переріз пристрою горизонтальною площиною по А-А. Гідроциклон для очистки рідин від механічних домішок містить у собі циліндричний корпус 1 з конічною нижньою частиною 2, перфорований конусний корпус-роздільник 3, який встановлено всередині корпусу 1 та ділить корпус гідроциклону на дві частини: внутрішню та зовнішню відносно корпусу-роздільника, забірний рукав із сітчастою стінкою 4, який розміщено всередині конусного корпусу-роздільника 3, забірний патрубок 5, який з'єднаний із забірним рукавом 4 і по якому виводять очищену рідину, патрубок зливу відстою 6, який приєднано до нижньої конічної частини 2 корпусу 1, кран 7, який приєднаний до патрубка зливу відстою 6, тангенціальний патрубок вводу рідини 8, який розміщено в нижній частині корпусу 1, поплавок 9 приєднаний зверху забірного рукава із 15975 4 сітчастою стінкою 4. Перфорований конусний корпус-роздільник 3 ділить внутрішню порожнину корпуса 1 на дві частини: внутрішню (І) відносно конусного корпусу-роздільника 3 та зовнішню (II). Гідроциклон для очистки рідин від механічних домішок діє наступним чином. Рідина під тиском подається по тангенціальному патрубку 8 у корпус 1. Під дією відцентрових сил рідина із забрудненням в ній переходить в обертальний рух, забруднення відкидаються до стінок гідроциклону, очищаюча рідина концентрується біля центра корпусу 1. Таким чином здійснюється розділення більшої маси очищаючої рідини і механічних домішок, що попадають всередину гідроциклону. Розділена очищаюча рідина пересувається вверх по гідроциклону все більш концентруючись навколо конусного корпусу-роздільника 3. Завдяки перфорованому конусному корпусуроздільнику 3 в внутрішній порожнині (І) відсутній рух рідини (V1=0), а отже відповідно законам фізики тиск максимальний (Р1=mах), ззовні конусного корпусу-роздільника 3 завдяки відцентровому полю швидкість V2 досягає максимуму (V2=max), а отже тиск наближується до мінімального (Р2=mіn). Як наслідок, виникає різниця тисків (Р1>>Р2), яка направлена із середини конусного корпусуроздільника 3, що дозволяє втримувати механічні домішки від проникнення із зовнішньої частини II в внутрішню І. В внутрішній частині І конусного корпусуроздільника очищена рідина потрапляє в забірний рукав із сітчастою стінкою 4 і через забірний патрубок 5 відводиться в ємність для очищеної рідини (на кресленні не показана). Дрібнодисперсні частинки забруднень осідають у нижній конічній частині 2 корпусу 1 і далі надходять у патрубок зливу відстою 6 та при відкриванні крану 7 виводяться із гідроциклону. Таким чином здійснюється очистка рідин, які містять у собі забруднення у вигляді механічних домішок розміром 20мкм і більше. При цьому процес очищення за допомогою запропонованого гідроциклону є високоефективним та потребує мінімальної енергозатрати тільки на підтримку подачі рідини, що подається у гідроциклон. Нижче приведено розрахунок геометричних розмірів гідроциклону для очистки рідин від механічних домішок і часу осадження частинок забруднень розміром 20мкм і більше. На частинку забруднення діють: відцентрова сила інерції Fiн, сила стоксового опору Fc, сила ваги Р, архімедова сила Fa та коріолісова сила інерції, на Фіг.1 вона не позначена, тому що перпендикулярна площині креслення. Що стосується сил Р та Fa, то вони практично врівноважують одна одну, а коріолісовою силою інерції можна знехтувати з огляду на досить малу відносну швидкість частинок забруднення [3]. В даному випадку диференційне рівняння руху частинки забруднення можна записати в такому вигляді: dVr m Fін Fc ; (1) dt 5 де m - маса частинки забруднення; Vr 15975 dr dt відносна швидкість. Як відомо [3], відцентрова сила інерції дорівнює: V 2 (2) Fін m E ; r де VE - переносна швидкість, а FC 3 d V ; (3) де d - умовний діаметр частинки; - динамічний коефіцієнт в'язкості рідини. Переносну швидкість VE можна визначити через прокачку Q і площу перетину патрубка вводу рідини по формулі: 4Q VE ; (4) D2 де D - діаметр цього патрубка. Що стосується маси m частинки забруднення, то, приймаючи умовно частинку у вигляді кульки з діаметром d і густиною , її масу можна представити як d3 (5) m ;, 6 Після підстановки всіх вказаних величин в рівняння (1) та подальших скорочень це рівняння можна записати у вигляді: d2r M dr 4Q 1 18 0; 2 dt dt dt d d2 r (6) d2r dVr dr де Vr; . dt dt dt Рівняння (6) є нелінійним однорідним диференційним рівнянням 2-го порядку, розв'язання якого пов'язане з певними труднощами. Тому розв'язання можна провести шляхом визначення значення r у вигляді розкладання його в ряд Мак'лорена, тобто у вигляді: r (0 ) 2 r (0 ) 3 r (0 ) 4 (7) r r (0 ) r 0 t t t t . 2! 3! 4! Для визначення початкових значень похідних 3-го та вищих порядків, що стоять в ряду Мак'лорена, можна послідовно диференціювати по пока 6 знику часу диференційне рівняння руху частинки забруднення, тобто, підвищуючи його порядок кожного разу на одиницю. Внаслідок розв'язання кожного з одержаних таким чином рівнянь відносно вищої похідної отримуються загальні визначення (в функції показника часу) похідних 3-го та вище порядків, що вирішуються. Загальне визначення для похідної 2го порядку може бути одержане безпосередньо з диференційного рівняння руху. Підставляючи в знайдені таким чином похідні початкові умови, тобто t=0, r(0)=r0, r'(0)=0, неважко одержати вирази для всіх коефіцієнтів в ряді Мак'лорена в функції відомих початкових умов і коефіцієнтів диференціального рівняння руху. В якості прикладу розглянемо циклон, що має такі параметри: r0=2,5см; R=25см; Q=103 см3/с; D=1см; R r r0 Для частинок забруднень розміром d=0,002 см. r=2,5+2500t2(8) 127500000t3+800000000000 t+.... Приймаючи r=R – r0=22,5см можна з виразу (3) знайти час руху такої частинки, який приблизно дорівнює t=0,26 сек. Для крупніших частинок забруднень цей час буде меншим. Порівняємо значення цього часу t зі значенням часу т перебування в пристрої. Значення часу можна визначити, якщо відомий об'єм пристрою, який дорівнює: 2 2 V rR 2h R (H h); (9) 3 З формули: V Q знаходимо: 2h 2 R2 (H h) R (10) 3 . Q Джерела інформації: 1. Роев Г.А., Юфин Б.А. "Очистка сточных вод и вторичное использование нефтепродуктов". - M.: Недра, 1987. - С.100. 2. А.с. СРСР №584895, МПК В04С5/12, 1979. 3. Никонов К.Б., Карабцов Г.П. Очистка жидкостей в силовых полях: Учебное пособие. - Киев : КИИГА, 1990. - 48с. 7 Комп’ютерна верстка М. Мацело 15975 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601