ПРЯМОТОЧНЫЙ ЦИКЛОН

ПРЯМОТОЧНЫЙ ЦИКЛОН


RU (11) 2277018 (13) C2

(51) МПК
B04C 3/00 (2006.01)
B03B 5/34 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 17.10.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(14) Дата публикации: 2006.05.27 
(21) Регистрационный номер заявки: 2003132037/03 
(22) Дата подачи заявки: 2003.10.31 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2003.10.31 
(43) Дата публикации заявки: 2005.04.27 
(45) Опубликовано: 2006.05.27 
(56) Аналоги изобретения: SU 1798009 A1, 28.02.1993.

SU 1186262 A, 23.10.1985.

SU 1472136 A1, 15.04.1989.

RU 2136349 C1, 10.09.1999.

RU 2099149 C1, 20.12.1997.

US 3019856 A, 06.02.1997.

GB 1209795 A, 21.10.1970. 
(72) Имя изобретателя: Воробьев Юрий Федорович (RU); Кашкарев Геннадий Николаевич (RU) 
(73) Имя патентообладателя: Научное некоммерческое партнерство "Региональный инновационный центр" ННП "РИЦ" (RU) 
(98) Адрес для переписки: 630055, г.Новосибирск, почтовое отделение а/я 101, ННП "РИЦ" 

(54) ПРЯМОТОЧНЫЙ ЦИКЛОН

Изобретение относится к устройствам для очистки и обогащения песков в закрученном потоке, используемых, например, в стекольной промышленности, для производства строительных материалов, изготовления форм для стального литья, а также в горно-обогатительной промышленности для получения концентратов различных веществ из минерального сырья. Прямоточный циклон содержит корпус, включающий спрямитель потока в верхней цилиндрической части корпуса, сопло Лаваля в средней части и завихритель в нижней цилиндрической части корпуса, отверстия для отвода твердых фракций в конфузорной части сопла Лаваля, охватывающие корпус кольцевые камеры для сбора и вывода тяжелой и легкой твердых фракций. Циклон содержит дополнительную открытую сверху камеру для сбора и вывода шлама, расположенную над камерой сбора и вывода легкой фракции, причем все три камеры соединены между собой, образуя общий кожух, камеры сбора и вывода тяжелой и легкой твердых фракций дополнительно снабжены тангенциальными вводами для регулируемой подачи рабочего тела, например воды, в диффузорной части сопла Лаваля выполнены отверстия для ввода легких фракций и шлама из камеры сбора тяжелой фракции обратно в основной поток, причем ряды отверстий в конфузорной и диффузорной частях расположены в плоскостях, перпендикулярных центральной оси сопла Лаваля, а спрямитель выполнен в виде цилиндрической обечайки с отверстиями вдоль образующей с жестко закрепленной на нижнем торце обечайки отбойной пластиной и установлен коаксиально над выходным торцом сопла Лаваля с зазором не менее 0,1 диаметра выходного торца сопла Лаваля, и жестко соединен с донной частью дополнительной камеры таким образом, что отверстия спрямителя расположены в кольцевой камере для сбора и вывода легкой фракции. Технический результат - улучшение качества обогащения и очистки исходного материала. 2 з.п. ф-лы, 2 ил. 



ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к устройствам для очистки и обогащения песков в закрученном потоке, используемых, например, в стекольной промышленности для производства строительных материалов, изготовления форм для стального литья, а также в горно-обогатительной промышленности для получения концентратов различных веществ из минерального сырья.
Известны циклонные сепараторы для обогащения и классификации минерального сырья, в которых поток исходной пульпы вводится тангенциально и перпендикулярно оси вращения основного потока жидкости (а.с. СССР № 1304880, В 03 В 5/34, 1987; патент РФ № 2166994, В 03 В 5/02, 1997; патент РФ № 2151004, В 03 В 5/02, 2000; межд. заявка WO 9709122, В 04 С 5/103, 1998; межд. заявка WO 9809730, В 04 С 5/02, 1999; акц. заявка Японии № 2767574, В 04 С 3/04, 1999; патент США № 5119870, В 03 В 5/28, 2001; межд. заявка WO 218057, В 04 С 5/06, 2003).
Недостатком описанных устройств является то, что при их работе смещается ось вращения потока от геометрической оси устройства, что приводит к торможению тяжелых компонентов пульпы, оседанию их на горизонтальных поверхностях устройств и остановке системы.
Известен циклон, в котором тангенциально введенный основной поток разделен на три части тремя конусами со щелевидным входом вдоль образующей конуса. Конструктивно циклон содержит корпус, камеру для ввода запыленного газа с наклонными тангенциальными соплами и осевые патрубки для отвода очищенного газа и пыли. Каждое сопло снабжено насадкой, выполненной в виде конфузоров и диффузора с заглушенной суженной частью. Конфузоры расположены на боковой поверхности диффузора основного корпуса, пересекаясь с ним по образующей (а.с. СССР № 921633, В 04 С 9/00, 1982).
Основным недостатком устройства является то, что качество очистки не достаточно, т.к. при работе все три потока в сепарационной камере корпуса снова смешиваются. Другим недостатком циклона является его конструктивная сложность.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является прямоточный циклон, содержащий корпус, включающий спрямитель потока в верхней цилиндрической части, сопло Лаваля в средней части и завихритель в нижней цилиндрической части корпуса, отверстия для отвода твердых фракций в конфузорной части сопла Лаваля, охватывающие корпус кольцевые камеры для сбора и вывода тяжелых и легких твердых фракций (а.с. СССР № 1798009, В 04 С 3/00, 1993).
Промежуточная камера охватывает конфузорную часть сопла Лаваля, в которой под углом 90° к суммарному вектору скорости потока, выполнены наклонные прорези. Диффузорная часть сопла Лаваля герметично соединена с основной камерой для сбора твердых фракций. В торцовой выходной части корпуса установлен осевой патрубок, в котором неподвижно закреплен спрямитель потока с центральной вставкой, которая представляет собой штырь с круглой пластиной на конце, выступающем в диффузорную часть сопла Лаваля.
Недостатком прямоточного циклона является недостаточное качество обогащения и очистки исходного материала, т.к. в процессе работы в камере для сбора твердых фракций не удерживается легкая фракция за счет перепада давления вдоль криволинейной щели, т.к. радиусы начала и конца щели относительно оси вращения потока существенно различны. Легкая фракция снова выносится в основной поток и выводится с ним через спрямитель наружу. Таким образом, легкая фракция не отбирается для дальнейшего использования, а выносится в отвал. Качество очистки снижается еще и за счет загромождения центральной части потока элементами конструкции (штырями и пр.).
Задачей изобретения является улучшение качества обогащения и очистки исходного материала путем разделения тяжелой, легкой фракций и шлама с помощью организованного потока. Для достижения указанного технического результата используется следующая совокупность признаков изобретения.
Прямоточный циклон содержит корпус, включающий спрямитель потока в верхней цилиндрической части корпуса, сопло Лаваля в средней части и завихритель в нижней цилиндрической части корпуса, отверстия для отвода твердых фракций в конфузорной части сопла Лаваля, охватывающие корпус кольцевые камеры для сбора и вывода тяжелой и легкой твердых фракций.
Отличным от прототипа является то, что циклон содержит дополнительную открытую сверху камеру для сбора и вывода шлама, расположенную над камерой сбора и вывода легкой фракции, причем все три камеры соединены между собой, образуя общий кожух, камеры сбора и вывода тяжелой и легкой твердых фракций дополнительно снабжены тангенциальными вводами для регулируемой подачи рабочего тела, например воды, в диффузорной части сопла Лаваля выполнены отверстия для ввода легких фракций и шлама из камеры сбора тяжелой фракции обратно в основной поток, причем ряды отверстий в конфузорной и диффузорной частях расположены в плоскостях, перпендикулярных центральной оси сопла Лаваля, а спрямитель выполнен в виде цилиндрической обечайки с отверстиями вдоль образующей с жестко закрепленной на нижнем торце обечайки отбойной пластиной и установлен коаксиально над выходным торцом сопла Лаваля с зазором не менее 0,1 диаметра выходного торца сопла Лаваля, и жестко соединен с донной частью дополнительной камеры таким образом, что отверстия спрямителя расположены в кольцевой камере для сбора и вывода легкой фракции.
Все трубопроводы ввода и вывода прямоточного циклона снабжены регулирующей арматурой.
Завихритель прямоточного циклона имеет, например, плоские направляющие лопатки переменного сечения.
Заявленная конструкция прямоточного циклона позволяет разделять тяжелые и легкие фракции минералов и отделять шлам (илы и глинистые породы) за один цикл, что повышает качество обогащения и очистки песка. Достоинством циклона является также то, что он работает в режиме замкнутого цикла по рабочему телу, например воде.
На фиг.1 представлен прямоточный циклон в технологической схеме очистки и обогащения песков, на фиг.2 - разрез по А-А.
Прямоточный циклон содержит корпус, включающий спрямитель потока в верхней цилиндрической части корпуса, выполненный в виде цилиндрической обечайки 1 с отверстиями вдоль образующей с жестко закрепленной на нижнем торце отбойной пластиной 2, сопло Лаваля 3 в средней части корпуса и завихритель 4 в нижней цилиндрической части корпуса. Завихритель имеет патрубок 5 для ввода воздуха в основной поток. Завихритель 4 представляет собой завихритель осевого типа и может быть выполнен любым известным образом. В предлагаемой конструкции завихритель имеет, например, плоские направляющие лопатки переменного сечения (фиг.2). Выходной конец патрубка 5 расположен вдоль центральной оси завихрителя 4.
Корпус охвачен кольцевой камерой 6 для сбора и вывода тяжелой фракции, кольцевой камерой 7 для сбора и вывода легкой фракции и дополнительной открытой сверху камерой 8 для сбора и вывода шлама и отработанного воздуха. Все три камеры 6, 7 и 8 расположены соосно одна над другой и образуют общий кожух. Кольцевая камера 6 снабжена тангенциальным вводом 9 для регулируемой подачи рабочего тела, например воды, и трубопроводом 10 для отвода тяжелой фракции (фиг.2). Кольцевая камера 7 также снабжена тангенциальным вводом 11 для регулируемой подачи рабочего тела, например воды, и трубопроводом 12 для отвода легкой фракции. Дополнительная камера 8 снабжена патрубком 13 для отвода шлама в отстойник 14, снабженный осветляющей насадкой 15 и отсеком 16 для осветленной воды. Отсек 16 соединен трубопроводом со входом в завихритель 4 через насос 17 и регулирующую арматуру 18. Отсек 16 также соединен трубопроводами через насос 17 и регулирующую арматуру 19 и 20 с тангенциальными вводами 9 и 11 кольцевых камер 6 и 7. Исходный песок находится, например, в бункере 21, соединенном дозатором 22 с входной цилиндрической частью завихрителя 4. Выходные патрубки кольцевых камер 6 и 7 выведены трубопроводами 10 и 12 с регулирующей арматурой 23 и 24 соответственно для вывода обогащенного песка на склады готовой продукции.
Сопло Лаваля 3 содержит два ряда отверстий, причем ряды отверстий в конфузорной и диффузорной частях расположены в плоскостях, перпендикулярных центральной оси сопла Лаваля 3. На большем диаметре конфузорной части сопла Лаваля 3 выполнены отверстия для отвода твердых фракций, а на меньшем диаметре диффузорной части сопла Лаваля 3 также выполнены отверстия для ввода легких фракций и шлама из камеры сбора тяжелой фракции 6 обратно в основной поток.
Спрямитель потока 1 установлен коаксиально над выходным торцом сопла Лаваля 3 с зазором не менее 0,1 диаметра выходного торца сопла Лаваля и жестко соединен с донной частью дополнительной камеры 8 таким образом, что отверстия спрямителя 1 и отбойная пластина 2 спрямителя расположены в кольцевой камере 7 для сбора и вывода легкой фракции.
Прямоточный спрямитель работает следующим образом.
Из отсека 16 осветленная вода подается насосом 17 через регулирующую арматуру 18 в цилиндрическую входную часть завихрителя 4. Одновременно осветленная вода из отсека 16 насосом 17 по трубопроводам с регулирующей арматурой 19 и 20 подается в кольцевые камеры 6 и 7.
На вход завихрителя 4 из бункера 21 через дозатор 22 подается исходный песок. При этом из воды и песка образуется пульпа (двухфазный поток), которая проходит через завихритель 4. Конструкция завихрителя 4 обеспечивает возрастающее угловое ускорение двухфазного потока, не позволяющее оседать твердой фазе, и засасывает атмосферный воздух через патрубок 5. Завихритель 4 организует трехфазный гомогенный основной поток с зоной разрежения вдоль оси его вращения, совпадающей с его геометрической осью. В зоне разрежения возникают стоячие волны за счет колебания момента количества движения в узкой части сопла Лаваля и отражения от отбойной пластины 2. Часть стоячих волн, попадая в резонанс колебаний атомов структурной решетки минералов исходного песка, ускоряет диссоциацию солей в водной среде. Воздушные пузырьки с ростом скорости потока к сужению сопла Лаваля 3 превращаются в кавитационные и способствуют разрушению кристаллической решетки исходного песка. В водной среде происходит интенсивный обмен ионами диссоциированных солей и некоторые, растворяясь, уходят с основным потоком через отверстия спрямителя в дополнительную камеру 8 и затем в отстойник 14. При этом диссоциированные соли освобождают кристаллическую решетку исходного песка от примесей (железо, марганец, алюминий и пр.).
За счет инерционных сил вращающегося трехфазного потока через отверстия в конфузорной части сопла Лаваля 3 весь трехфазный основной поток попадает в кольцевую камеру 6. Регулируемая тангенциальная подача осветленной воды в кольцевую камеру 6 обеспечивает противоток, который не удерживает тяжелую фракцию в основном потоке, но выносит легкую фракцию и шлам обратно в основной поток через отверстия, расположенные на меньшем диаметре диффузорной части сопла Лаваля 3. В кольцевой камере 6 происходит отделение тяжелой фракции, которая выносится через трубопровод 10 и регулирующую арматуру 23 на склад готовой продукции. Перепад давления в конфузорной и диффузорной частях сопла Лаваля 3 обеспечивает вывод легкой фракции и шлама обратно в основной трехфазный поток.
Далее основной трехфазный поток из сопла Лаваля 3 поступает в кольцевую камеру 7. Регулируемая тангенциальная подача осветленной воды в кольцевую камеру 7 обеспечивает противоток, который отделяет и выводит легкую фракцию через трубопровод 12 и регулирующую арматуру 24 на склад готовой продукции. Остальной поток через отверстия спрямителя поступает в дополнительную камеру 8, из которой он сливается через патрубок 13 в отстойник 14. В отстойнике 14, проходя через осветляющую насадку 15, осветленная вода поступает в отсек 16, замыкая цикл. Отработанный воздух выходит через открытый торец дополнительной камеры 8 и отстойника 14 в атмосферу. Далее процесс повторяется.



ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Прямоточный циклон, содержащий корпус, включающий спрямитель потока в верхней цилиндрической части корпуса, сопло Лаваля в средней части и завихритель в нижней цилиндрической части корпуса, отверстия для отвода твердых фракций в конфузорной части сопла Лаваля, охватывающие корпус кольцевые камеры для сбора и вывода тяжелой и легкой твердых фракций, отличающийся тем, что циклон содержит дополнительную открытую сверху камеру для сбора и вывода шлама, расположенную над камерой сбора и вывода легкой фракции, причем все три камеры соединены между собой, образуя общий кожух, камеры сбора и вывода тяжелой и легкой твердых фракций дополнительно снабжены тангенциальными вводами для регулируемой подачи рабочего тела, например воды, в диффузорной части сопла Лаваля выполнены отверстия для ввода легких фракций и шлама из камеры сбора тяжелой фракции обратно в основной поток, причем ряды отверстий в конфузорной и диффузорной частях расположены в плоскостях, перпендикулярных центральной оси сопла Лаваля, а спрямитель выполнен в виде цилиндрической обечайки с отверстиями вдоль образующей с жестко закрепленной на нижнем торце обечайки отбойной пластиной и установлен коаксиально над выходным торцом сопла Лаваля с зазором не менее 0,1 диаметра выходного торца сопла Лаваля, и жестко соединен с донной частью дополнительной камеры таким образом, что отверстия спрямителя расположены в кольцевой камере для сбора и вывода легкой фракции.
2. Прямоточный циклон по п.1, отличающийся тем, что все трубопроводы ввода и вывода снабжены регулирующей арматурой.
3. Прямоточный циклон по п.1, отличающийся тем, что завихритель имеет, например, плоские направляющие лопатки переменного сечения.



ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян

Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к стекольной промышленности: стекольные составы и композиции, обработка стекла, оборудование для производства и разработки новых стекольных составов и композиций, приспособления и механизмы для обработки и производства стекла, специальные стекла и др.



Стекло. Стекольные составы и композиции. Обработка стекла




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "и" означает, что будут найдены только те страницы, где встречается каждое из ключевых слов. Например, при запросе "закалка стекла" будет найдено словосочетание "закалка стекла". При использовании режима "или" результатом поиска будут все страницы, где встречается хотя бы одно ключевое слово ("закалка" или "стекла").

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+закалка -стекла".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "состав" будут найдены слова "составы", "составом" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу "состав!".


Рейтинг@Mail.ru