RU2198014C1 - Device for separation of particles of solid substances and fluid media of higher density from fluid media of lower density - Google Patents

Abstract

FIELD: equipment for separation of particles of solid substances and fluid media of higher density from fluid media of lower density, particularly, for fuel purification from water and mechanical impurities. SUBSTANCE: device has vertical cylindrical body, settler with branch pipe for withdrawal of impurities, expansion chamber with deflector whose upper part is made in the form of plate from truncated cone and lower part in the form of plate from cone with vertex upward. Device has deflecting partition in the form of plate from truncated cone with small base downward and installed above defector. Deflector has additional plates in the form of truncated cone located between upper and lower plates and rigidly coaxially secured to each other. External edges of all plates are bent downward, and internal edges of additional plates are bent upward. Lower part of each additional plate has a row of holes, and rectifying device is integral with lower plate. EFFECT: higher efficiency of fuel purification. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к оборудованию для выделения частиц твердых веществ и текучих сред более высокой плотности из текучих сред более низкой плотности, а в частности для очистки топлива от воды и механических примесей. The invention relates to equipment for the separation of particles of solids and fluids of higher density from fluids of lower density, and in particular for the purification of fuel from water and solids.

Известным аналогом предложенному устройству являются центробежные сепараторы, которые служат основным средством очистки топлива от механических примесей в виде частиц песка, глины, металлических частей, окалины, ржавчины, попадающих в топливо при его транспортировке, сливе, хранении, а также от воды (см. А.Л. Филиппов. Обработка топлива и масла для судовых дизелей и котлов. Изд. Транспорт, М., 1966, стр. 46-175). A well-known analogue of the proposed device is centrifugal separators, which serve as the main means of purifying fuel from mechanical impurities in the form of particles of sand, clay, metal parts, scale, rust that enter the fuel during transportation, discharge, storage, and also from water (see A . L. Filippov, Fuel and Oil Processing for Marine Diesels and Boilers, Transport Publishing House, Moscow, 1966, pp. 46-175).

Центробежные сепараторы громоздки, дорогостоящи и сложны по конструкции, требуют больших затрат энергии, специального обслуживания и контроля, ненадежны в эксплуатации. Вместе с тем, подготовка топлива и улучшение его эксплуатационных свойств перед сжиганием является актуальной задачей. Centrifugal separators are bulky, expensive and complex in design, require large amounts of energy, special maintenance and control, and are unreliable in operation. At the same time, fuel preparation and improvement of its operational properties before burning is an urgent task.

Наиболее близким к предложенному устройству является сепаратор для очистки топлива. Патент РФ 2077916. МКИ В 01 D 43/00, В 01 D 17/00 - прототип. Closest to the proposed device is a separator for cleaning fuel. RF patent 2077916. MKI B 01 D 43/00, 01 D 17/00 - prototype.

Учитывая, что отделяемые примеси тяжелее текучей среды, эффект сепарации достигается созданием в конструкции устройства условий для наибольшего проявления сил инерции, сил тяжести (гравитационных) и сил молекулярного притяжения взвешенных в текучей среде более низкой плотности (топливе) частиц твердых веществ и текучих сред более высокой плотности (воды и механических примесей). Given that the separated impurities are heavier than the fluid, the separation effect is achieved by creating in the design of the device conditions for the greatest manifestation of inertia forces, gravity (gravitational) and molecular attraction forces of particles of solids and fluids suspended in a lower density (fuel) fluid and higher density (water and solids).

Сепаратор недостаточно полно сепарирует мельчайшие примеси, менее эффективен при работе в условиях волнения моря (качки) и не обеспечивает виброустойчивость. The separator does not fully separate the smallest impurities, is less effective when working in conditions of sea waves (rolling) and does not provide vibration resistance.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности сепарации и обеспечение виброустойчивости устройства. The task of the invention is to increase the separation efficiency and ensure vibration resistance of the device.

Решение поставленной задачи осуществляется за счет размещения между верхней и нижней тарелками дефлектора дополнительных тарелок, выполненных в виде усеченного конуса, раскрепленных жестко, соосно относительно друг друга и предназначенных для высевания на них частиц текучей среды более высокой плотности, а также небольшого загиба наружного края всех тарелок вниз, загиба внутреннего края дополнительной тарелки вверх по направлению набегающего потока текучей среды. The solution to this problem is achieved by placing additional plates between the upper and lower plates of the deflector, made in the form of a truncated cone, fixed rigidly, coaxially relative to each other and intended for sowing particles of a higher density fluid medium on them, as well as a small bend of the outer edge of all plates down, bending the inner edge of the additional plate up in the direction of the oncoming fluid flow.

Кроме того, для исключения турбулизации потока при выходе из канала, образованного тарелками, захвата и уноса с восходящим потоком очищенной среды части уже сепарированных более тяжелых частиц, в нижней части каждой дополнительной тарелки выполнен ряд отверстий, равномерно распределенных по поверхности ее конуса и равноудаленных от центра (оси) устройства. In addition, to exclude turbulence of the flow when leaving the channel formed by the plates, capture and entrainment with an upward flow of the purified medium of a part of already separated heavier particles, a series of holes are made in the lower part of each additional plate uniformly distributed over the surface of its cone and equidistant from the center (axis) of the device.

Кроме того, для обеспечения виброустойчивости спрямляющее устройство сепаратора выполнено заодно с нижней тарелкой. In addition, to ensure vibration resistance, the straightening device of the separator is made integral with the lower plate.

Использование новых элементов повышает эффективность сепарации за счет увеличения активной площади для высевания эмульгированных частиц и улучшения условий для разъединения текучих сред, а также обеспечивает виброустойчивость устройства, что выгодно отличает защищаемое устройство от его прототипа. The use of new elements increases the separation efficiency by increasing the active area for sowing emulsified particles and improving the conditions for the separation of fluids, and also provides vibration resistance of the device, which distinguishes the protected device from its prototype.

На чертеже изображен общий вид заявленного инерционно-гравитационного устройства с вырезом его стенки для лучшего показа конструкции. The drawing shows a General view of the claimed inertial-gravity device with a cutout of its wall for a better display of the structure.

Инерционно-гравитационное устройство состоит из вертикального цилиндрического корпуса 1, подводящего патрубка 2, отстойника 3 с патрубком для удаления примесей, отражательной перегородки 4, выполненной в виде усеченного конуса, ориентированного вершиной вниз, дефлектора, состоящего из верхней тарелки 5, конструктивно соединенной с расширительной камерой, дополнительной тарелки 6 и нижней тарелки 7, выполненной заодно с спрямляющим устройством 8, расположенным в центре расширительной камеры. The inertial-gravity device consists of a vertical cylindrical body 1, a supply pipe 2, a settling tank 3 with a pipe for removing impurities, a reflective partition 4 made in the form of a truncated cone oriented downward, a deflector consisting of an upper plate 5, structurally connected to an expansion chamber , additional plates 6 and lower plates 7, made integral with the straightening device 8, located in the center of the expansion chamber.

Тарелки 5, 6, 7 выполнены в виде усеченных конусов, вершины которых направлены вверх, при этом наружные края тарелок слегка загнуты вниз, а внутренний край дополнительной тарелки 6 загнут вверх по направлению набегающего потока текучей среды. Кроме того, у наружного края дополнительной тарелки 6 выполнен один ряд отверстий, равномерно распределенных по ее поверхности и равноудаленных от центра (оси) устройства. Увеличение количества тарелок выполнено в целях сокращения расстояния, проходимого тяжелыми компонентами смеси до того, как они отделяются от более легких компонентов. Дефлектор служит для предотвращения основного уноса твердых веществ и текучих сред более высокой плотности (воды и механических примесей) с потоком текучей среды более низкой плотности (топлива). Отражательная перегородка 4 установлена между корпусом 1 и отстойником 3 для предотвращения вторичного уноса твердых веществ и текучих сред более высокой плотности с сепарированным потоком, прошедшим дефлектор. Патрубки подвода и отвода сепарированных текучих сред более низкой плотности размещены на крыше корпуса устройства, а патрубок удаления сепарированных твердых веществ и текучих сред более высокой плотности - в днище отстойника. Такое размещение способствует наибольшему проявлению действия сил инерции и сил тяжести на поток. The plates 5, 6, 7 are made in the form of truncated cones, the vertices of which are directed upwards, while the outer edges of the plates are slightly bent down, and the inner edge of the additional plate 6 is bent up in the direction of the incident fluid flow. In addition, at the outer edge of the additional plate 6 there is one row of holes uniformly distributed over its surface and equidistant from the center (axis) of the device. The increase in the number of plates was made in order to reduce the distance traveled by the heavy components of the mixture before they are separated from the lighter components. The deflector serves to prevent the main entrainment of higher density solids and fluids (water and solids) with a lower density fluid flow (fuel). A baffle 4 is installed between the housing 1 and the sump 3 to prevent the secondary entrainment of higher density solids and fluids with a separated flow through the deflector. The nozzles for supplying and discharging the separated fluids of lower density are located on the roof of the device body, and the nozzle for removing the separated solids and fluids of higher density is located in the bottom of the sump. This arrangement contributes to the greatest manifestation of the action of inertia and gravity on the flow.

Рассмотрим работу частей, комплектующих устройство, при обработке (сепарации) обводненного топлива. Consider the work of parts that complete the device during the processing (separation) of waterlogged fuel.

Поток обрабатываемого продукта, поступающий через подводящий патрубок 2 в дефлектор устройства, подвергается резкому торможению, эмульгированию и спрямлению в расширительной камере, затем поступает в каналы, образованные тарелками 5, 6, 7, способствующими интенсификации разделения обрабатываемого продукта (топлива), где распределяется в виде тонкого слоя. При движении по каналам от центра в сторону периферии эмульгированные плотные частицы большего размера под действием силы тяжести (гравитационных сил) будут стремиться вниз. Однако движению частиц в вертикальном направлении препятствует верхняя поверхность дополнительной 6 и нижней 7 тарелок, частицы вынуждены оседать и, претерпевая коалесценцию на поверхности тарелок, сливаясь и укрупняясь до капли, сползать вниз по этим поверхностям. Очищенный продукт, как более легкий компонент поступающей среды, наоборот стремится занять более близкое положение к нижней поверхности дополнительной 6 и верхней 5 тарелок. Под напором вновь поступающей жидкости очищенный продукт проталкивается по зазору между тарелками вниз к выходу из дефлектора с меньшей скоростью, т. к. его движению в перпендикулярном направлении препятствует нижняя сторона дополнительной 6 и верхней 5 тарелок, что помогает разъединению слоев. Поэтому с первым поступлением среды между тарелками начнется отделение частичек более тяжелой текучей среды от более легкой. Обе среды движутся в одном направлении, но тяжелая среда сползает с дополнительной 6 и нижней 7 тарелок с нормальной скоростью, а более легкая (очищенный продукт), стремясь вверх к центру устройства, выталкивается поступающим потоком с замедлением. В процессе разделения оба компонента текучей среды выталкиваются из каналов, образованных между тарелками 5, 6, 7. Плотные частицы и более тяжелая смесь будут собираться в нижней грязевой камере-отстойнике 3. Поэтому содержимое, выходящее из-под верхней части тарелок 5, 6 устройства, будет являться чистым продуктом. Для более действенного торможения слоя очищенной среды, способствующего разъединению слоев, наружные края верхней 5 и дополнительной 6 тарелок слегка загнуты вниз. Это сделано также и для предупреждения выброса сепарированных плотных частиц вместе с чистым продуктом и направления их в отведенное для осаждения этих частиц пространство - отстойник 3. The flow of the processed product coming through the inlet pipe 2 to the device baffle is subjected to sharp braking, emulsification and straightening in the expansion chamber, then it enters the channels formed by plates 5, 6, 7, which contribute to the intensification of the separation of the processed product (fuel), where it is distributed in the form thin layer. When moving along the channels from the center towards the periphery, larger emulsified dense particles under the influence of gravity (gravitational forces) will tend downward. However, the movement of particles in the vertical direction is prevented by the upper surface of the additional 6 and lower 7 plates, the particles are forced to settle and, undergoing coalescence on the surface of the plates, merging and enlarging to a drop, slide down these surfaces. The purified product, as a lighter component of the incoming medium, on the contrary, tends to occupy a closer position to the lower surface of the additional 6 and top 5 plates. Under the pressure of the newly incoming liquid, the cleaned product is pushed through the gap between the plates down to the exit of the deflector at a lower speed, because its movement in the perpendicular direction is prevented by the lower side of the additional 6 and upper 5 plates, which helps to separate the layers. Therefore, with the first flow of medium between the plates, the separation of particles of a heavier fluid from a lighter one will begin. Both media move in one direction, but the heavy medium slides from the additional 6 and lower 7 plates at normal speed, and the lighter (refined product), tending up to the center of the device, is pushed out by the incoming stream with a slowdown. During the separation process, both components of the fluid are pushed out of the channels formed between the trays 5, 6, 7. Dense particles and a heavier mixture will be collected in the lower mud settling chamber 3. Therefore, the contents coming out from under the upper part of the trays 5, 6 of the device will be a pure product. For more effective inhibition of the layer of the purified medium, contributing to the separation of the layers, the outer edges of the upper 5 and additional 6 plates are slightly bent down. This was also done to prevent the ejection of separated dense particles together with the clean product and direct them into the space designated for sedimentation of these particles - settler 3.

Для исключения турбулизации потока при выходе из канала, образованного тарелками, захвата и уноса части уже сепарированных более тяжелых частиц с восходящим потоком очищенной среды у края средней тарелки 6 на равноудаленном от центра (оси) устройства расстоянии равномерно по поверхности конуса выполнен один ряд отверстий, служащих для перепуска (перетока) сепарированной среды из верхней части нижнего канала в верхнюю часть верхнего канала до выхода ее из дефлектора. To exclude the turbulence of the flow when leaving the channel formed by the plates, the capture and entrainment of a part of already separated heavier particles with an upward flow of purified medium at the edge of the middle plate 6 at a distance equidistant from the center (axis) of the device, one row of openings is made uniformly along the surface of the cone for bypass (overflow) of the separated medium from the upper part of the lower channel to the upper part of the upper channel until it leaves the deflector.

Пройдя дефлектор, поток изменяет свое направление на 180^o с переходом на восходящее направление для максимального проявления сил инерции, вторично претерпевает торможение и эмульгирование. Взвешенные мельчайшие частички плотного вещества и текучей среды более высокой плотности высеваются на отражательной перегородке и наружной тарелке 5, прикрепляясь к их конусной поверхности, сгущаются и укрупняются в капли под действием сил межмолекулярного притяжения, стекают по ним вниз, объединяясь. Частички плотного вещества и текучей среды более высокой плотности (сепарированный продукт) отводятся из отстойника по мере накопления.Having passed the deflector, the flow changes its direction by 180 ^o with a transition to the ascending direction for the maximum manifestation of inertia forces, and again undergoes inhibition and emulsification. Weighed the smallest particles of a dense substance and a fluid of higher density are sown on the reflective partition and the outer plate 5, attached to their conical surface, are condensed and coarsened into droplets under the influence of intermolecular attraction forces, flow down them, uniting. Particles of a dense substance and a higher density fluid (separated product) are discharged from the sump as they accumulate.

Так как пространство между тарелками обеспечивает основной унос в отстойник более тяжелого продукта, то увеличение каналов за счет установки дополнительных тарелок, загиба наружного края тарелок вниз и выполнения у наружного края тарелок, расположенных внутри пакета, ряда отверстий, равноудаленных от центра устройства, предотвращает захват и унос с восходящим потоком текучей среды уже сепарированных плотных веществ и текучей среды более высокой плотности, значительно снижает время разделения слоев и повышает эффективность сепарации даже в условиях волнения моря. Since the space between the plates provides the main entrainment into the sump of a heavier product, increasing the channels by installing additional plates, bending the outer edge of the plates down and making a number of holes equidistant from the center of the device at the outer edge of the plates, prevents capture and entrainment with an upward fluid flow of already separated dense substances and a higher density fluid medium, significantly reduces the time of separation of the layers and increases the separation efficiency even in conditions of sea waves.

Кроме того, для обеспечения виброустойчивости спрямляющее устройство выполнено заодно с нижней тарелкой. In addition, to ensure vibration resistance, the straightening device is made integral with the lower plate.

Благодаря используемым признакам, предлагаемая конструкция инерционно-гравитационного устройства незаменима при обработке сильно обводненных топлив, повышает отсев более мелких частичек механических примесей, обеспечивает 100% удаление воды. При этом усовершенствование конструкции дефлектора практически не влияет на весовые и габаритные характеристики существующего устройства. Thanks to the features used, the proposed design of the inertial-gravity device is indispensable in the processing of heavily flooded fuels, increases the screening of smaller particles of mechanical impurities, and provides 100% water removal. At the same time, an improvement in the design of the deflector practically does not affect the weight and overall characteristics of the existing device.

Claims (3)

1. Устройство для выделения частиц твердых веществ и текучих сред более высокой плотности из текучих сред более низкой плотности, содержащее вертикальный цилиндрический корпус, отстойник с патрубком для удаления примесей, расширительную камеру с дефлектором, верхняя часть которого выполнена в виде тарелки из усеченного конуса, а нижняя - в виде тарелки из конуса, вершина которого направлена вверх, при этом нижняя тарелка снабжена спрямляющим устройством, расположенным в центре расширительной камеры, отражательную перегородку в виде тарелки из усеченного конуса меньшим основанием вниз, установленную выше дефлектора, патрубок подвода текучей среды, вмонтированный в верхнюю часть корпуса по его оси и соединенный одним концом с расширительной камерой, патрубок отвода текучей среды, размещенный в верхней части сепаратора, отличающееся тем, что дефлектор снабжен дополнительными тарелками, выполненными в виде усеченного конуса, расположенными между верхней и нижней тарелками и жестко, соосно раскрепленными относительно друг друга, при этом наружные края всех тарелок загнуты вниз, а внутренние края дополнительных тарелок загнуты вверх по направлению набегающего потока текучей среды. 1. A device for separating particles of solids and higher density fluids from lower density fluids, comprising a vertical cylindrical body, a sump with a nozzle for removing impurities, an expansion chamber with a deflector, the upper part of which is made in the form of a plate from a truncated cone, and the lower one is in the form of a cone plate, the top of which is directed upwards, while the lower plate is equipped with a straightening device located in the center of the expansion chamber, a reflective partition in the form of containers truncated cones with a smaller base downward mounted above the deflector, a fluid supply pipe mounted in the upper part of the housing along its axis and connected at one end to an expansion chamber, a fluid pipe, located in the upper part of the separator, characterized in that the deflector is provided additional plates, made in the form of a truncated cone, located between the upper and lower plates and rigidly coaxially unfastened relative to each other, while the outer edges of all plates are bent s down, and the inner edge of the additional plates are bent upwards towards the oncoming fluid stream. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в нижней части каждой дополнительной тарелки выполнен ряд отверстий, равномерно распределенных по поверхности ее конуса и равноудаленных от центра (оси) устройства. 2. The device according to claim 1, characterized in that in the lower part of each additional plate a series of holes are made uniformly distributed over the surface of its cone and equidistant from the center (axis) of the device. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что спрямляющее устройство выполнено за одно с нижней тарелкой. 3. The device according to claim 1, characterized in that the straightening device is made in one with the bottom plate.