RU2147939C1

RU2147939C1 - Method of separation of particles from liquid by means of turbulent vortices and device for realization of this method

Info

Publication number: RU2147939C1
Application number: RU98124100/12A
Authority: RU
Inventors: В.И. Городнов
Original assignee: Городнов Василий Иннокентьевич
Priority date: 1998-09-22
Filing date: 1998-09-22
Publication date: 2000-04-27

Abstract

FIELD: separation of solid particles from liquids. SUBSTANCE: method includes passing of hydraulic mixture through water tunnel at a speed required for formation of turbulent vortices interacting with particles; wall of water tunnel have tubercles for generation of stationary turbulent vortices of liquid; height of tubercles is so selected that magnitude of centrifugal force on surface of liquid vortex determined by its radius and rotational speed should not exceed magnitude of mass of separated particle in this hydraulic mixture at given average rate of flow of hydraulic mixture. Separator is provided with supply pipe connected with hydraulic mixture supercharger and communicated with separated particle receiver through slit in its wall. Supply pipe is provided with tubercles arranged in staggered order. EFFECT: extended functional capabilities. 4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к отделению твердых частиц от жидкости, конкретно, к способам, в которых используются турбулентные эффекты, возникающие при протекании жидкости с взвешенными частицами через трубу с бугорками на внутренней стенке. The invention relates to the separation of solid particles from a liquid, in particular, to methods that use turbulent effects that occur when a fluid with suspended particles flows through a tube with tubercles on the inner wall.

Известен турбулентно-вихревой очиститель, содержащий горизонтальный подводящий трубопровод ПТ и состыкованную с ним выводную трубу ВТ, причем в плоскости стыковки между ПТ и ВТ имеется кольцевой зазор (см. свидетельство на полезную модель N 6349, кл. B 04 C 3/00, 1998 г.). В данном устройстве используют турбулентные вихри в потоке жидкости, который протекает с заданной скоростью по трубе определенного диаметра. Диаметр трубы и минимальную скорость потока определяют из уравнения Рейнольдса, которое задает условия для возникновения элементарных турбулентных вихрей. Эти вихри захватывают мелкие частицы взвеси и отделяют их от основного потока. A turbulent-vortex cleaner is known, containing a horizontal supply pipe ПТ and a discharge pipe ВТ connected to it, and in the plane of connection between the ПТ and ВТ there is an annular gap (see certificate for utility model N 6349, class B 04 C 3/00, 1998 g.). This device uses turbulent vortices in a fluid stream that flows at a given speed through a pipe of a certain diameter. The pipe diameter and minimum flow velocity are determined from the Reynolds equation, which sets the conditions for the appearance of elementary turbulent vortices. These vortices capture small particles of suspension and separate them from the main stream.

Недостатком устройства является то, что оно не сортирует частицы взвеси. Переработка отходов станет значительно эффективнее, если частицы сортировать по плотности. The disadvantage of this device is that it does not sort suspended particles. Recycling will be much more effective if the particles are sorted by density.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей. The purpose of the invention is the expansion of functionality.

Поставленная цель достигается тем, что в способе отделения частиц от жидкости, в котором гидросмесь пропускают через гидродинамическую трубу, на внутренней стенке которой имеются бугорки определенной высоты, со скоростью, достаточной для образования турбулентных вихрей, имеющих определенный радиус и скорость вращения, взаимодействующих с частицами, при этом среднюю скорость потока устанавливают такой, чтобы значение центробежной силы на поверхности вихря не превышало веса отделяемой частицы в данной гидросмеси. Величину средней скорости гидросмеси задают не более критической, установленной для отделяемых частиц с данной крупностью. This goal is achieved by the fact that in the method of separating particles from a liquid, in which the slurry is passed through a hydrodynamic pipe, on the inner wall of which there are tubercles of a certain height, with a speed sufficient to form turbulent vortices having a certain radius and speed of rotation interacting with the particles, while the average flow rate is set such that the value of the centrifugal force on the surface of the vortex does not exceed the weight of the separated particles in this slurry. The value of the average speed of the slurry is set no more critical, established for the separated particles with a given particle size.

Достигаемый технический результат заключается в том, что генерируемые бугорками турбулентные вихри образуют стационарный вихревой слой жидкости, который будет отбрасывать частицы, вес которых недостаточен для преодоления центробежной отталкивающей силы этого слоя. Осаждаться на дно трубы будут только те частицы, вес которых превышает суммарное действие сил на поверхности вихревого слоя. The technical result achieved is that the turbulent vortices generated by the tubercles form a stationary vortex layer of liquid that will discard particles whose weight is insufficient to overcome the centrifugal repulsive force of this layer. Only those particles will be deposited at the bottom of the pipe whose weight exceeds the total force acting on the surface of the vortex layer.

Предлагаемый способ реализован в турбулентно-вихревом сепараторе, содержащем соединенную с нагнетателем гидросмеси подводящую трубу, сообщающуюся с приемником для отделенных от данной гидросмеси частиц. The proposed method is implemented in a turbulent-vortex separator containing a feed pipe connected to a slurry pump and communicating with a receiver for particles separated from the slurry.

Устройство отличается тем, что подводящая труба, имеющая внутри бугорки определенной высоты для генерирования турбулентных вихрей, сообщена через щель в ее стенке с приемником для отделенных частиц, прикрепленным герметично снаружи к трубе. Упомянутые бугорки расположены в шахматном порядке. The device is characterized in that the supply pipe, having inside the tubercles of a certain height for generating turbulent vortices, is communicated through a slot in its wall with a receiver for separated particles, which is tightly attached externally to the pipe. The mentioned tubercles are staggered.

Устройство турбулентно-вихревого сепаратора и принцип его работы поясняются чертежами, на которых показаны следующие виды: фиг. 1 - продольное сечение устройства, фиг. 2 - вид 1 фиг. 1, фиг. 3 - сечение А-А по фиг. 1. На фиг. 4 изображено семейство характеристических кривых, показывающих зависимость предельной скорости V частицы с данной плотностью от радиуса R вихря. The device of the turbulent-vortex separator and the principle of its operation are illustrated by drawings, which show the following types: FIG. 1 is a longitudinal section of the device, FIG. 2 is a view 1 of FIG. 1, FIG. 3 is a section AA in FIG. 1. In FIG. Figure 4 shows a family of characteristic curves showing the dependence of the limiting velocity V of a particle with a given density on the radius R of the vortex.

Турбулентно-вихревой сепаратор содержит нагнетатель 1, соединенный с подводящей трубой 2, и приемную емкость 3, которая сообщена с трубой 2 через щель 4. Щель выполнена в нижней части трубы 2 в поперечной плоскости и имеет форму дуги с угловыми размерами 90 - 100^o (фиг. 3). На внутренней поверхности трубы 2 имеются бугорки 5, расположенные в шахматном порядке. Высоту бугорков выбирают в зависимости от плотности примеси, которую необходимо отделить от гидросмеси, пропускаемой через сепаратор. В примере конкретного исполнения показан сепаратор с дополнительной секцией, состоящей из трубы 2a и приемного устройства 3a. В трубе 2a с целью 4a также имеются бугорки 6, высота которых будет другой, поскольку рассчитана для отделения более легких частиц. Дополнительных секций может быть несколько, так как их число ограничено только мощностью нагнетателя 1.The turbulent vortex separator contains a supercharger 1 connected to the supply pipe 2 and a receiving tank 3, which is in communication with the pipe 2 through the slot 4. The slot is made in the transverse plane at the bottom of the pipe 2 and has the shape of an arc with angular dimensions of 90-100 ^o ( Fig. 3). On the inner surface of the pipe 2 there are tubercles 5 located in a checkerboard pattern. The height of the tubercles is selected depending on the density of the impurity, which must be separated from the slurry passed through the separator. In a specific embodiment, a separator is shown with an additional section consisting of a pipe 2a and a receiver 3a. In the pipe 2a for the purpose of 4a there are also tubercles 6, the height of which will be different, since it is designed to separate lighter particles. There may be several additional sections, since their number is limited only by the capacity of supercharger 1.

Нагнетатель 1 соединен с питающей магистралью 7. Для стабилизации скорости потока гидросмеси предусмотрена отводящая труба 8 с вентилем 9, которая соединяет трубу 2 с магистралью 7 через накопительный бак 10. Трубы 2 и 2a соединены фланцевыми соединениями 11. Дополнительная секция соединена с выводной трубой 12. The supercharger 1 is connected to the supply line 7. To stabilize the flow rate of the hydraulic mixture, a discharge pipe 8 is provided with a valve 9, which connects the pipe 2 to the line 7 through the storage tank 10. The pipes 2 and 2a are connected by flange connections 11. An additional section is connected to the outlet pipe 12.

Турбулентно-вихревой сепаратор работает следующим образом. Turbulent vortex separator operates as follows.

Гидросмесь поступает из питающей магистрали 7 в нагнетатель 1, который создает в трубе 2 необходимую скорость потока (направление потока обозначено стрелкой "б"). При обтекании гидросмесью бугорков 5 у стенки трубы 2 возникают турбулентные вихри, образующие стационарный вихревой слой, который отбрасывает обратно в поток частицы, плотность которых меньше расчетной, но пропускают частицы с большей плотностью. Таким образом происходит сепарация частиц гидросмеси по плотности. Поскольку стационарный вихревой слой перекрывает ширину щели 4, в щель попадают только частицы большей плотности, а гидросмесь с частицами меньшей плотности проходит дальше в трубу 2a, где высота бугорков 6 рассчитана на осаждение более легких частиц гидросмеси. Осветленная жидкость отводится через трубу 12. The slurry flows from the supply line 7 to the supercharger 1, which creates the necessary flow rate in the pipe 2 (the direction of flow is indicated by the arrow "b"). When a tubercle 5 flows around with a slurry of mixtures, turbulent vortices arise at the pipe wall 2, forming a stationary vortex layer, which discards particles whose density is lower than the calculated density but allow particles with a higher density to pass through. Thus, the separation of the particles of the slurry by density. Since the stationary vortex layer overlaps the width of slit 4, only particles of higher density enter the slot, and the slurry with particles of lower density passes further into the pipe 2a, where the height of the tubercles 6 is designed to deposit lighter particles of the slurry. The clarified liquid is discharged through the pipe 12.

Практика показывает, что со временем технические характеристики нагнетателя могут изменяться. Это связано с абразивными свойствами гидросмеси, содержащей твердые частицы. С целью продления срока непрерывной работы устройства в его конструкции предусмотрен трубопровод 8 для отвода части гидросмеси в питающую магистраль. Если со временем скорость потока в трубопроводе 2 становится ниже требуемой, то вентиль 9 перекрывают на необходимую величину для достижения требуемого значения скорости потока гидросмеси. Practice shows that over time, the technical characteristics of the supercharger may change. This is due to the abrasive properties of the slurry containing solid particles. In order to extend the continuous operation of the device, a design 8 is provided in its design for the removal of part of the hydraulic mixture to the supply line. If over time, the flow rate in the pipeline 2 becomes lower than required, then the valve 9 is shut off by the required amount to achieve the desired value of the flow rate of the slurry.

Предлагаемый турбулентно-вихревой сепаратор лучше изготавливать в виде встраиваемого в трубопроводный транспорт готового модуля. Тогда разделение по плотности частиц гидросмеси зольных или горнорудных отходов можно производить одновременно с их транспортированием. В этом случае производственные расходы на переработку техногенных отходов сводятся к минимуму. The proposed turbulent vortex separator is best made in the form of a ready-made module built into the pipeline transport. Then, separation by the density of particles of slurry of ash or mining waste can be carried out simultaneously with their transportation. In this case, production costs for the processing of industrial waste are minimized.

Claims

1. A method of separating particles from a liquid using turbulent vortices, in which a hydraulic mixture with particles of impurities is passed through a hydrodynamic pipe at a speed necessary for the formation of turbulent vortices interacting with particles, characterized in that the hydraulic mixture is passed through a pipe, the walls of which have tubercles for generating stationary turbulent fluid vortices, while the height of the tubercle is chosen such that, for a given average velocity of the fluid mixture, the value of the centrifugal force on the surface of the fluid vortex bone, determined by its radius and speed of rotation, was not more than the value of the weight of the separated particles in this slurry.

2. A method for separating particles from a liquid using turbulent vortices according to claim 1, characterized in that the average velocity of the slurry is set to be no more critical than that established for the separated particles with a given particle size.

3. A turbulent-vortex separator, mainly for separating solid particles of impurities from the slurry, comprising a feed pipe connected to a slurry pump in communication with a receiver for separated particles, characterized in that the feed pipe has inside the tubercle for generating stationary turbulent vortices, while the receiver for the separated particles are sealed to the said pipe from the outside and communicated with it through a gap in its wall.

4. The turbulent vortex separator according to claim 3, characterized in that the said tubercles are staggered.