Гідроциклон

Даний винахід відноситься загалом до гідроциклонів і, більш точно, але не виключно, до гідроциклонів, придатних для використання у гірничодобувній і хімічній промисловості. Винахід також відноситься до елементів, пов'язаних з гідроциклонами, і до способів оптимізації їх експлуатаційних характеристик. Гідроциклони використовуються для поділу завислої речовини, що переноситься у текучій рідині, такої як суспензія мінералів, на два вихідних потоки шляхом утворення відцентрових сил всередині гідроциклона по мірі проходження рідини через камеру конічної форми. По суті гідроциклони містять конічну розділову камеру, вхідний канал для вихідного матеріалу, який по суті проходить по дотичній до осі розділової камери і розташований на кінці камери, який має найбільший розмір поперечного перерізу, вихідний канал для нижнього продукту на кінці камери, який має менші розміри, і вихідний канал для верхнього продукту на кінці камери, який має великі розміри. Вхідний канал для вихідного матеріалу пристосований для подачі рідини, що містить завислу речовину, в розділову камеру гідроциклона, і конструкція така, що важка речовина намагається переміститися у сторону зовнішньої стінки камери і у сторону розташованого центрально, вихідного каналу для нижнього продукту і назовні через вказаний канал. Матеріал, що складається з частинок меншого розміру, переміщається у сторону центральної осі камери і назовні через вихідний канал для верхнього продукту. Гідроциклони можуть бути використані для поділу завислих твердих частинок по розмірах або по щільності частинок. До типових прикладів відносяться роботи з поділу твердих частинок в гірничодобувній та обробляючій промисловості. [WO 8101961 A, GB 2036606 A, WO 9114491 A]. Для забезпечення можливості ефективного функціонування гідроциклонів важливе значення має форма матеріалу, що випускається по вихідному каналу для нижнього продукту. Відомо, що гідроциклон працює більш ефективно під час випуску матеріалу у вигляді розпиленого матеріалу у вихідного каналу для випуску нижнього продукту у протилежність тому, що відомо як випуск матеріалу у вигляді каната. Випуск у вигляді матеріалу, що розпилюється, має місце в тому випадку, коли матеріал, що випускається з вихідного каналу для нижнього продукту, має вигляд зонтикоподібного матеріалу, що розпилюється. У разі випуску у вигляді каната матеріал, що випускається, має високу концентрацію і намагається закупорювати вихідний канал для нижнього продукту, що призводить до зниження продуктивність гідроциклона. При нормальній роботі у таких гідроциклонах створюється центральний стовп повітря, який характерний для більшості конструкцій гідроциклонів, що промислово застосовуються. Стовп повітря утворюється, як тільки текуче середовище в осі гідроциклона досягне тиску нижче атмосферного тиску. Цей стовп повітря проходить від вихідного каналу для нижнього продукту до вихідного каналу для верхнього продукту і просто забезпечує повітряний зв'язок між повітрям, що знаходиться безпосередньо під гідроциклоном, і повітрям біля верхньої частини. Площа поперечного перерізу центру стовпа повітря є важливим фактором, що впливає на стан нижнього продукту, що випускається, який може змінюватися від звичайної форми розпилу до граничного стану, відомого як випуск у вигляді каната. Останній має місце в тому випадку, коли концентрація твердих частинок у потоку нижнього продукту, що випускається, досягає критичного значення, і матеріал, що випускається, набуває вигляду твердого каната. У цьому стані центр стовпа повітря руйнується біля вихідного каналу для нижнього продукту, і пропускна здатність вихідного каналу для нижнього продукту зменшується. Зменшена пропускна здатність призводить до зниження ефективності процесу у гідроциклоні, і звичайно потрібно змінити регульовані робочі параметри для повторного утворення центру стовпа повітря і, тим самим, для забезпечення нормального функціонування гідроциклона. Існуючі конструкції гідроциклонів не відображають важливого значення площі поперечного перерізу центру стовпа повітря або стійкості стовпа повітря. У більшості гідроциклонів відведення потоку верхнього продукту здійснюється по простій зігненій трубі. Стовп повітря залишається захопленим всередині потоку верхнього продукту, і тому діаметр центру стовпа повітря і, отже, площа його поперечного перерізу залишаються зменшеними. Крім того, всередині труби для верхнього продукту швидке обертання потоку верхнього продукту хаотично перетворюється у лінійний потік, і безперервність стовпа повітря порушується. Задачею даного винаходу відповідно до одного аспекту винаходу є створення гідроциклона, в якому може забезпечуватися стійкість центру стовпа повітря, утвореного в процесі роботи, і максимально можливо збільшити площу поперечного перерізу цього центру стовпа повітря. Іншою задачею даного винаходу відповідно до додаткового аспекту є створення способу оптимізації експлуатаційних характеристик гідроциклона. Ще однією задачею даного винаходу відповідно до додаткового аспекту є створення пристрою для керування потоком верхнього продукту, який призначений для використання разом із гідроциклоном. Відповідно до одного аспекту винаходу гідроциклон виконаний з камерою керування випуском верхнього продукту, яка виконана з отвором для забезпечення стійкості центру стовпа повітря, комбінація яких забезпечує відділення потоку верхнього продукту від стовпа повітря. Було встановлено, що конструкція, подібна описаній вище, в її переважному варіанті забезпечує стабільний вихідний потік з циклону, мінімізацію будь-якого протитиску, діючого на процес у циклонній системі, максимально можливе збільшення площі поперечного перерізу аксіального центру стовпа повітря, що утворюється всередині циклону, максимізацію пропускної здатності з точки зору обсягу випуску продукту, вираженого, наприклад, в тоннах на годину, і підтримку процесу поділу у циклоні на стабільному рівні. Керування гідроциклоном можна здійснювати таким чином, щоб забезпечити його функціонування у стійкому стані та ослабити тенденцію до того, що матеріал, що випускається, біля вихідного каналу для випуску нижнього продукту набував форми потоку у вигляді каната. Можна використовувати керування вхідним повітряним потоком для впливу на утворення, максимізацію площі поперечного перерізу і забезпечення стійкості центру стовпа повітря у циклоні. Крім того, отвір, призначений для забезпечення стійкості центру стовпа повітря, створює потенційну можливість спостереження за внутрішнім функціонуванням гідроциклона для забезпечення більш довершеного керування процесом по мірі розвитку технічних засобів гідроциклона. Відповідно до іншого аспекту даного винаходу створений гідроциклон, який містить основний корпус, з виконаною в ньому камерою, при цьому камера має вхідну секцію і розділову секцію, розділова секція має внутрішню бокову стінку, яка конусоподібно звужується всередину у сторону від вхідної секції. Гідроциклон додатково містить вхідний канал для вихідного матеріалу, що забезпечує подачу суміші у вигляді суспензії, несучої частинки, у вхідну секцію камери, вихідний канал для верхнього продукту, розташований на одному кінці камери поруч з її вхідною секцією, і вихідний канал для нижнього продукту на іншому кінці камери, віддаленому від вхідної секції камери. Гідроциклон додатково включає камеру керування виходом верхнього продукту, яка розташована поруч з вхідною секцією камери гідроциклона і яка сполучається з нею за допомогою вихідного каналу для верхнього продукту. Камера керування виходом верхнього продукту має розташований по дотичній вихідний канал для випуску і центрально розташований отвір для забезпечення стійкості центру стовпа повітря, який віддалений від вихідного каналу для верхнього продукту. Переважний отвір, призначений для забезпечення стійкості, вихідний канал для верхнього продукту і вихідний канал для нижнього продукту по суті розташовані співвісно в аксіальному напрямку. В одному переважному варіанті камера керування виходом верхнього продукту має внутрішню поверхню, яка по суті має форму спірального завитка, призначеного для спрямовування матеріалу, що надходить у камеру керування виходом верхнього продукту з розділової камери, у сторону вихідного каналу для випуску. Переважно спіральний завиток проходить по внутрішній поверхні на кут до 360°. У переважному варіанті здійснення винаходу вхідна секція камери має внутрішню поверхню, яка по суті має форму спірального завитка, і переважно спіральний завиток виконаний з нахилом у аксіальному напрямку у сторону кінця розділової камери, що звужується і проходить по внутрішній поверхні на кут до 360°. Гідроциклон може додатково включати пристрій для виявлення вихору біля вихідного каналу розділової камери, призначеного для верхнього продукту. В одному переважному варіанті здійснення винаходу отвір, призначений для забезпечення стійкості, має бокові стінки, що конусоподібно звужуються, які проходять в камеру керування. Переважно отвір має вхідн у частин у по суті конічної форми. Відповідно до ще одного аспекту даного винаходу створено керуючий пристрій, який використовується разом з гідроциклоном, при цьому гідроциклон містить основний корпус, з виконаною в ньому камерою, камера має вхідну секцію і розділову секцію, розділова секція має внутрішню бокову стінку, яка конусоподібно звужується всередину у сторону від вхідної секції, причому гідроциклон містить вхідний канал для вихідного матеріалу, призначений для подачі вихідної суміші у вхідну секцію камери, вихідний канал для верхнього продукту, що розташований на одному кінці камери поруч з вхідною секцією, і вихідний канал для нижнього продукту на іншому кінці камери, віддаленому від вхідної секції камери. Керуючий пристрій містить камеру керування, що має вихідний канал для випуску, комунікаційний отвір, що з'єднується у робочому положенні з вихідним каналом для верхнього продукту, і отвір, призначений для забезпечення стійкості, який віддалений від вихідного каналу для верхнього продукту. У переважному варіанті здійснення камера керування може бути виконана у вигляді, описаному раніше. Крім того, гідроциклон може являти собою гідроциклон описаного раніше типу. Відповідно до ще одного аспекту даного винаходу створений спосіб забезпечення стійкості центру стовпа повітря гідроциклона в процесі його використання, що включає операції забезпечення камери над вихідним каналом гідроциклона, і призначеним для верхнього продукту, випуск у з камери через вихідний канал для випуску, і виконання отвору, призначеного для забезпечення стійкості центру стовпа повітря, в стінці камери, віддаленій від вихідного каналу для верхнього продукту. Було встановлено, що конструкція, подібна описаній вище, в її переважному варіанті забезпечує стабільний потік матеріалу, що вип ускається з циклону, мінімізацію будь-якого протитиску, діючого на процес в циклонній системі, максимально можливе збільшення площі поперечного перерізу аксіального центру стовпа повітря, що утворюється всередині циклону, максимізацію пропускної здатності з точки зору обсягу випуск у продукту, вираженого, наприклад, в тоннах на годину, і підтримку процесу поділу в циклоні на стабільному рівні. Керування гідроциклоном можна здійснювати таким чином, щоб забезпечити його функціонування у стійкому стані та ослабити тенденцію до того, що матеріал, що випускається, біля вихідного каналу для випуску нижнього продукту набував форми потоку у вигляді каната. Можна використовувати керування вхідним повітряним потоком для впливу на утворення, максимізацію площі поперечного перерізу і забезпечення стійкості центру стовпа повітря в циклоні. Крім того, отвір, призначений для забезпечення стійкості центру стовпа повітря, створює потенційну можливість спостереження за внутрішнім функціонуванням гідроциклона для забезпечення більш довершеного керування процесом по мірі розвитку технічних засобів гідроциклона. Переважні варіанти здійснення винаходу будуть описані нижче з посиланням на супроводжуючі креслення, на яких: На Фіг.1 зображений схематичний частковий переріз гідроциклона згідно з даним винаходом; На Фіг.2 зображений вигляд в плані гідроциклона, показаного на Фіг.1; і На Фіг.3 зображений схематичний боковий вертикальний переріз, на якому показані деякі основні розміри. На кресленнях показаний гідроциклон, позначений загалом посилальним номером 10, який містить основний корпус 12 з виконаною в ньому камерою 13, при цьому камера 13 має вхідну секцію 14 і конічну розділову секцію 15. Гідроциклон додатково містить вхідний канал 17 для вихідного матеріалу, що забезпечує подачу суміші у вигляді суспензії, несучої частинки, у вхідну секцію 14 камери. Вихідний канал для верхнього продукту, або пристрій 27 виявлення вихору, передбачений в одному кінці камери поруч з її вхідною секцією, і вихідний канал 18 для нижнього продукту передбачений на іншому кінці камери, віддаленому від вхідної секції камери. Гідроциклон додатково включає керуючий пристрій 20, що має камеру 21 керування виходом верхнього продукту, яка розташована поруч з вхідною секцією камери гідроциклона і яка сполучається з нею за допомогою вихідного каналу для верхнього продукту. Камера керування виходом верхнього продукту має розташований по дотичній вихідний канал 22 для випуску і центрально розташований отвір 25 для забезпечення стійкості центру стовпа повітря, якийвіддалений від вихідного каналу для верхнього продукту. Отвір, призначений для забезпечення стійкості, вихідний канал для верхнього продукту і вихідний канал для нижнього продукту по суті розташовані співвісно в аксіальному напрямку. Камера 21 керування виходом верхнього продукту має внутрішню поверхню, яка по суті має форму спірального завитка, призначеного для спрямовування матеріалу, що надходить в камеру керування виходом верхнього продукту з розділової камери, у сторону ви хідного каналу для випуску. Переважно спіральний завиток проходить по внутрішній поверхні на кут до 360°. Вхідна секція 14 камери 13 гідроциклона має внутрішню поверхню, яка по суті має форму спірального завитка, і переважно спіральний завиток виконаний з нахилом в аксіальному напрямку у сторону кінця розділової камери, що звужується і проходить по внутрішній поверхні на кут до 360°. Отвір 25, призначений для забезпечення стійкості, має бокові стінки, що конусоподібно звужуються, які проходять в камеру керування і які, як показано, утворюють вхідну частин у по суті конічної форми. Керуючий пристрій 20 може бути виконаний за одне ціле з гідроциклоном або окремо від нього так, що забезпечується можливість модернізації існуючих гідроциклонів за рахунок встановлення даного пристрою. На Фіг3З показані деякі розміри гідроциклона, які можуть вплинути на його функціонування. Вони визначені таким чином: DJ = діаметр вхідного каналу для вихідного матеріалу; DU = діаметр вихідного каналу для нижнього продукту; DO = діаметр вихідного каналу для верхнього продукту; DS = діаметр отвору, призначеного для забезпечення стійкості; DC = діаметр вхідної секції камери гідроциклона; L1 = габаритна довжина гідроциклона. Приклади переважних співвідношень цих розмірів наведені нижче. DJ=0,20-0,34DC DO=0,20-0,45DC DU=0,30-0,75DO L1=3,0-8,0DC DS=0,0-1,0DO Потрібно розуміти, що різні зміни, модифікації і/або доповнення можуть бути включені в різні конструкції і розташування деталей, не виходячи за межі суті або обсягу винаходу.