RU2209653C1

RU2209653C1 - Vortex dynamic separator

Info

Publication number: RU2209653C1
Application number: RU2002119741A
Authority: RU
Inventors: Г.П. Дмитриев
Original assignee: Дмитриев Геннадий Павлович
Priority date: 2002-07-26
Filing date: 2002-07-26
Publication date: 2003-08-10
Also published as: WO2004011118A1; AU2003254979A1

Abstract

FIELD: separation of multi- component media; separation of air and hydraulic mixtures from gaseous, liquid and solid components of different density; cleaning surrounding medium from industrial effluents. SUBSTANCE: proposed separator has housing with separating grate built in it and provided with funnel-shaped rings mounted at spaced relation; each ring has inner, rear and outer surface with vortex forming edges at point of intersection of two first surfaces. Adjacent rings are connected by means of partition over perimeter of outer surfaces; said partition is provided with vortex cyclone wells with holes and filter elements for forcing-out cleaned components; housing is also provided with outlet branch pipes which are provided with throttle valves for control of hydraulic resistance. EFFECT: enhanced efficiency and reliability. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области разделения многокомпонентных сред, в частности к устройствам для разделения потоков аэро- и гидросмесей с газовыми, жидкими и твердыми компонентами различной плотности. The invention relates to the field of separation of multicomponent media, in particular to devices for separating flows of air and hydraulic mixtures with gas, liquid and solid components of different densities.

Процессы разделения и сгущения различных смесей являются основными в широкой области применения, например, на горно-обогатительных, металлургических и перерабатывающих предприятиях, при очистке окружающей среды от промышленных выбросов, в химических технологиях и др. The processes of separation and thickening of various mixtures are the main in a wide field of application, for example, in mining and processing, metallurgical and processing enterprises, in cleaning the environment from industrial emissions, in chemical technologies, etc.

Известно устройство инерционного типа для разделения двух и более компонентных текучих сред, которое включает корпус с выпускным патрубком и коническую решетку с выпускным патрубком и соосно расположенными с зазорами кольцами, каждое из которых имеет криволинейную внутреннюю, заднюю и наружную поверхности с вихреобразующей заостренной кромкой в месте пересечения первых двух (пат. СССР 1804340, кл. В 01 D 45/04). Это устройство принято за прототип. A device of inertial type is known for separating two or more component fluids, which includes a housing with an outlet nozzle and a conical grating with an outlet nozzle and rings coaxially arranged with gaps, each of which has a curved inner, rear, and outer surface with a vortex-shaped pointed edge at the intersection the first two (US Pat. USSR 1804340, class B 01 D 45/04). This device is taken as a prototype.

При движении смеси от основания к вершине решетки на вихреобразующих кромках колец происходит срыв потока с образованием в зазорах тороидальных вихрей, которые создают упругую среду для вытеснения концентрированной фазы с более плотными компонентами в приосевую область потока и выпуска ее через выпускной патрубок из вершины решетки. Очищенная текучая среда с менее плотными компонентами удаляется через межкольцевые зазоры и выпускной патрубок корпуса. When the mixture moves from the base to the top of the grating, the flow stalls at the vortex-forming edges of the rings with the formation of toroidal vortices in the gaps, which create an elastic medium for displacing the concentrated phase with denser components into the axial region of the flow and discharging it through the outlet from the top of the grating. The cleaned fluid with less dense components is removed through the inter-ring gaps and the outlet of the housing.

Недостатком известного устройства является недостаточные эффективность и надежность разделения потоков смесей. Возникающие при вращении с высокими скоростями тороидальных вихрей центробежные силы отбрасывают более плотные твердые частицы не только внутрь сгущаемого потока в решетке, но часть их и за ее пределы в вытесняемую через межкольцевые зазоры очищаемую несущую среду, увлекающую с собой еще и малоинерционные тонкодисперсные фракции. Кроме того, концентрация фазы сгущаемых более плотных компонентов, удаляемой из вершины разделительной решетки при ее неизменных конструктивных параметрах, зависит от меняющегося соотношения гидравлических сопротивлений выпускных патрубков при различных характеристиках смесей, что приводит к нестабильности режима их разделения и сгущения. A disadvantage of the known device is the lack of efficiency and reliability of the separation of the flows of mixtures. The centrifugal forces arising during the rotation with high speeds of the toroidal vortices reject more dense solid particles not only into the thickened flow in the lattice, but some of them and beyond it into the cleaned carrier medium displaced through the inter-ring gaps, which also carries with it low-inert fine fractions. In addition, the concentration of the phase of thickened denser components removed from the top of the separation lattice with its structural parameters unchanged depends on the changing ratio of hydraulic resistances of the outlet pipes at different characteristics of the mixtures, which leads to instability of the mode of their separation and thickening.

Кроме того, известен вихрединамический сепаратор инерционного типа, также включающий корпус и встроенную в него разделительную решетку из соосно расположенных с зазорами колец, каждое из которых имеет внутреннюю рабочую, заднюю и наружную нерабочую поверхности с вихреобразующей кромкой в месте пересечения первых двух. Сепаратор отличается тем, что смежные кольца со стороны наружных поверхностей соединены фильтрующими элементами для улавливания твердых частиц (пат. РФ 2102114, кл. В 01 D 45/04). In addition, an inertial vortex-type separator is also known, which also includes a housing and a dividing lattice integrated into it from rings coaxially arranged with gaps, each of which has an inner working, rear and outer non-working surface with a vortex-forming edge at the intersection of the first two. The separator is characterized in that adjacent rings on the side of the outer surfaces are connected by filtering elements for trapping solid particles (US Pat. RF 2102114, CL 01 D 45/04).

Однако, наряду с относительно эффективной и тонкой очисткой указанный сепаратор имеет нестабильно повышенные гидравлические сопротивления. Это связано с тем, что фильтрованию подвергаются периферийные области вихря, насыщенные отброшенными центробежной силой более плотными частицами. Задерживаемые частицы образуют на фильтре подвижный слой осадка, который повышает сопротивление фильтрации, затрудняющее проток очищаемой среды. Это может нарушать стабильность режима разделения смесей и периодически сдвигать баланс потоков разделяемых фаз в зависимости от величины слоя осадка либо в сторону уменьшения концентрации фазы с отделяемыми частицами, выпускаемой из вершины разделительной решетки, за счет дополнительного поступления не отфильтрованной несущей среды, либо, наоборот, в сторону ее сгущения. However, along with relatively effective and fine cleaning, this separator has unstably increased hydraulic resistance. This is due to the fact that the peripheral regions of the vortex are saturated by saturation, which are saturated by the denser particles discarded by centrifugal force. The retained particles form a moving sediment layer on the filter, which increases the filtering resistance, which impedes the flow of the medium being cleaned. This can violate the stability of the mixture separation mode and periodically shift the balance of the phases of the separated phases depending on the size of the sediment layer either towards a decrease in the phase concentration with separated particles discharged from the top of the separation lattice due to the additional supply of an unfiltered carrier medium, or, conversely, side of its thickening.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности и надежности разделения и сгущения потоков аэро- и гидросмесей с компонентами различной плотности. The technical result of the invention is to increase the efficiency and reliability of the separation and thickening of flows of air and hydraulic mixtures with components of different densities.

Это достигается тем, что в вихрединамическом сепараторе, включающем, как и известные устройства, корпус и встроенную в него разделительную решетку с соответственно установленными с зазорами воронкообразными кольцами с вихреобразующими кромками, смежные кольца по периметру наружных поверхностей соединены перегородкой с образующими вихрециклонные карманы сливными патрубками, имеющими соосные с вихрями боковые отверстия с перечистными самоочищающимися фильтрующими элементами, а выпускные патрубки корпуса и разделительной решетки снабжены регулируемыми дросселями. This is achieved by the fact that in a vortex-dynamic separator, which includes, as well as known devices, a housing and a separating grating integrated into it with funnel-shaped rings with vortex-forming edges, respectively installed with gaps, adjacent rings around the perimeter of the outer surfaces are connected by a baffle with drain pipes forming vortex cyclone pockets having side holes coaxial with the vortices with self-cleaning peerable filtering elements, and the outlet pipes of the casing and dividing grill abgeni adjustable chokes.

Такое техническое решение дает возможность вытеснения части смеси с менее плотными компонентами их вихрециклонных карманов в корпус из приосевых областей вращения вихрей по принципу циклонного слива с дополнительной очисткой фильтрующими элементами от оставшихся тонкодисперсных твердых или жидких компонентов, а дросселями на выпускных патрубках корпуса и разделительной решетки регулировать их гидравлические сопротивления и обеспечивать необходимые параметры разделения и сгущения смесей, что повышает эффективность и надежность работы сепаратора. Such a technical solution makes it possible to displace a part of the mixture with less dense components of their vortex cyclone pockets into the housing from the axial regions of vortex rotation according to the principle of cyclone discharge with additional cleaning of the remaining finely dispersed solid or liquid components by filtering elements, and regulate them with throttles on the outlet pipes of the housing and the separation grid hydraulic resistance and provide the necessary parameters for the separation and thickening of mixtures, which increases the efficiency and reliability p separator work.

На фиг.1 показан общий вид вихрединамического сепаратора, на фиг.2 и 3 - укрупненно узел А и его сечение Б-Б. Figure 1 shows a General view of the vortex separator, figure 2 and 3 - enlarged node A and its cross section BB.

Вихрединамический сепаратор состоит из корпуса 1 со встроенными входным патрубком 2 и разделительной решеткой 3 конической, пирамидальной или других форм, собранной из соосно установленных с зазорами воронкообразных колец 4. The vortex dynamic separator consists of a housing 1 with integrated inlet pipe 2 and a separation grid 3 of a conical, pyramidal or other shape assembled from funnel-shaped rings 4 coaxially mounted with gaps.

Каждое кольцо имеет внутреннюю, заднюю и наружную поверхности с вихреобразующей кромкой в месте пересечения первых двух. Смежные кольца по периметру наружных поверхностей соединены перегородкой 5, которая снабжена образующими в межкольцевом зазоре вихрециклонные карманы сливными патрубками 6 с боковыми соосными с вихрями отверстиями и перечистными самоочищающимися фильтрующими элементами 7. Все кольца разделительной решетки собраны в сборочных рейках 8, стянутых соединительными бандажами 9. Выпускные патрубки 10 и 11 корпуса 1 и разделительной решетки 3 снабжены регулируемыми дросселями 12 и 13. Each ring has an inner, rear and outer surface with a vortex-forming edge at the intersection of the first two. Adjacent rings along the perimeter of the outer surfaces are connected by a partition 5, which is equipped with vortex cyclone pockets forming in the inter-ring gap 6 with side holes coaxial with the vortices and self-cleaning filter elements 7. All the separating grid rings are assembled in assembly rails 8, tightened by connecting bandages 9. the nozzles 10 and 11 of the housing 1 and the separation grid 3 are provided with adjustable chokes 12 and 13.

Вихрединамический сепаратор работает следующим образом. При подаче в корпус 1 через входной патрубок 2 потока, например, пылевоздушной смеси и движении его внутри разделительной решетки 3 от основания к вершине на вихреобразующих кромках колец 4 происходит срыв потока с образованием в вихрециклонных карманах вихрей, вращающихся вокруг своих осей с высокими скоростями касательно основному потоку. Под действием возникающих при этом центробежных сил в вихрях происходит расслоение смеси по плотности компонентов. Более плотные пылевые частицы интенсивно отбрасываются в периферийные области вихрей, возвращаются в движущийся внутри решетки основной поток и в виде сгущенной фазы с концентрацией, регулируемой дросселями 12, 13, по выпускному патрубку 11 разделительной решетки 3 поступают в пылесборник с периодическим или непрерывным опорожнением. Менее плотная воздушная среда, предварительно освободившаяся в вихрях от пылевых частиц, сосредоточивается в приосевых областях вихрей, дополнительно очищается от тонкодисперсных пылевых фракций в перечистных самоочищающихся фильтрующих элементах 7, через соосные с вихрями боковые отверстия сливных патрубков 6 по принципу циклонного слива вытесняется из вихрециклонных карманов в корпус 1 и удаляется из него по соответствующему выпускному патрубку 10. В условиях попутного отбора очищаемой несущей среды через межкольцевые зазоры сужающаяся форма разделительной решетки 3 позволяет поддерживать постоянство скоростей вращения вихрей в вихрециклонных карманах и эффективность режима и надежности работы по всей длине решетки сепаратора, а дроссели 12, 13 на выпускных патрубках 10, 11, регулирующие их гидравлические сопротивления, обеспечивают необходимые параметры разделения и сгущения смесей. Vortex separator works as follows. When a stream, for example, of a dusty-air mixture, is fed into the housing 1 through the inlet pipe 2 and it moves inside the separation grid 3 from the base to the top on the vortex-forming edges of the rings 4, the flow stalls with the formation in the vortex-cyclone pockets of vortices rotating around their axes at high speeds relative to the main flow. Under the action of the resulting centrifugal forces in the vortices, the mixture is stratified by the density of components. Dense dust particles are intensively discarded into the peripheral regions of the vortices, returned to the main stream moving inside the grating, and in the form of a condensed phase with a concentration regulated by the chokes 12, 13, through the outlet pipe 11 of the separation grating 3 enter the dust collector with periodic or continuous emptying. A less dense air medium, previously freed of dust particles in the vortices, is concentrated in the axial regions of the vortices, is additionally cleaned of fine dust fractions in the self-cleaning filter elements 7, through the lateral openings of the drain pipes 6, coaxial with the vortices, and is displaced from the vortex by the cyclone discharge principle housing 1 and is removed from it by the corresponding exhaust pipe 10. In the conditions of the associated selection of the cleaned carrier medium through the inter-ring gaps I narrow The shape of the separation grate 3 allows maintaining constant vortex rotation speeds in the vortex cyclone pockets and operating efficiency and reliability over the entire length of the separator grate, while the throttles 12, 13 at the outlet pipes 10, 11, which regulate their hydraulic resistances, provide the necessary parameters for the separation and thickening of mixtures .

Claims

1. A vortex-dynamic separator for separating flows of air and hydraulic mixtures with gas, liquid and solid components of different densities, including a housing with an outlet pipe for less dense components and a built-in separation grid with an outlet pipe for denser components, containing funnel-shaped coaxially mounted with gaps rings, each of which has an inner, rear and outer surface with a vortex-forming edge at the intersection of the first two, characterized in that the adjacent rings along imetru outer surfaces connected by a partition which is provided in the inter-ring gap forming pockets vihretsiklonnye spout with lateral, aligned holes with vortices, with displacement therethrough into the body of less dense components of the mixture from the axial region on the principle of rotation of the vortex of the cyclone discharge.

2. The vortex dynamic separator according to claim 1, characterized in that self-cleaning filter elements are installed on the lateral openings of the drain pipes with the possibility of additional capture of finely dispersed solid or liquid components.

3. The vortex dynamic separator according to claim 1 or 2, characterized in that the outlet pipes of the housing and the separation grid are equipped with chokes with the ability to control their hydraulic resistances and provide the necessary parameters for the separation and thickening of mixtures.