Гидроциклон

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК 072910 А 3(59 В 04 С 5 16 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Специальное проектно-конструкторское бюро автоматизации глубокого разведочного бурения(54) (57) 1. ГИДРОЦИКЛОН, содержащий корпус с подводящим исходную суспензию патрубком, сливной и песковый патрубки,установленный в направляющей втулке в песковом патрубке с возможностью осевого перемещения клапан, соединенный с устройством автоматической его работы, и кронштейн, прикрепленный к корпусу, отличаюи 1 ийся тем, что,с целью повышения эффективности разделения коллоидно-суспензионных систем, он снабжен двуплечим рычагом, шарнирно прикрепленным к кронштейну, и нагнетательным трубопроводом, соединенным с питающим патрубком гидроциклона, при этом устройство автоматической работы клапана размещено на нагнетательном трубопроводе, одно из плеч рычага шарнирно соединено с клапаном, а другое шарнирно соединено с устройством автоматической работы клапана.1072910 2. Гидроциклон по и. 1, отличающийся тем, что устройство автоматической работы клапана выполнено в виде примыкающей к окну нагнетательного трубопровода камеры, внутри которой на штоке размещены 1Изобретение относится к устройствам для разделения двухфазных жидкостных систем и может быть использовано для очистки буровых растворов и в других отраслях промышленности. 5Известен гидроциклон для очистки буровых растворов, содержащий цилиндрический корпус, подводящий буровой раствор патрубок, патрубки для отвода продуктов разделения и устройство для автоматического регулирования шламового отверстия, которое выполнено в виде дренажной задвижки с приводом, включающимся по сигналу реле времени или детектора уровня песка, скопившегося в шламовом отверстии 1.Недостатком этого гидроциклона являет ся невысокая степень очистки буровых растворов, обусловленная выбранными для регулировки шламового отверстия параметрами, а именно уровень песка в шламовом отверстии или время заполнения песком шламового отверстия, или вес скопившегося шлама, т. е. те параметры, которые .не отражают физической сущности коллоидно-суспензионной системы, которой является буровой раствор, Вязкость, динамическое напряжение сдвига, скорость потока, перепад давления, 25 изменение этих величин во времени существенно сказывается на гидродинамике процесса разделения суспензии и, как итог, на качестве бурового раствора.Другим недостатком этого гидроциклона является дискретность работы устройства ЗО регулирования шламового отверстия, в результате с осветленным раствором уходят твердые частицы выбуренной породы; а со шламом уходит осветленный раствор.Известен также гидроциклон для очистки природных и сточных вод от механических примесей, содержащий открытый снизу цилиндрический корпус с тангенциальным питающим патрубком, соосно установленную в корпусе полую коническую вставку с отверстиями в верхней части, расположенную 4 О большим основанием на расстоянии от нижней части корпуса, стакан с размещенными внутри него пружиной и штоком и патрубок вывода сгущенного продукта 2.Недостатком этого гидроциклона является отсутствие непрерывного регулирования 45 опорная головка и эластичная мембрана, установленная с возможностью герметичнОго перекрытия окна нагнетательного трубопровода и соединенная через шток и опорную головку с плечом рычага. шламового отверстия, в результате с изменением физико-химических параметров, например с увеличением или уменьшениемвязкости или статического напряжения сдвига суспензии, когда эффект разделения суспензии соответственно уменьшается или увеличивается, величина кольцевого зазораостается постоянной, что создает низкуюэффективность разделения суспензии,Другим недостатком этого гидроциклонаявляется сам принцип регулирования шламового отверстия, основанный на использовании избыточного давления в корпусе гидроциклона, в результате снижается окружнаяскорость потока суспензии вплоть до ее исчезновения, уменьшается центробежная силаи эффективность воздействия ее на процессразделения суспензии, механические частицыпод воздействием равнонаправленного избыточного давления попадают в отверстиясливного патрубка, под воздействием избыточного давления через увеличенный кольцевой зазор удаляется большое количествоочищаемой суспензии, что чаще всего бывает недопустимым либо по причине высокойстоимости суспензии, либо по причине техники безопасности обслуживания данногогидроциклона.Наиболее близким к предлагаемому потехнической сущности и достигаемому результату является гидроциклон, содержащийкорпус с подводящим патрубком, сливнойи песковый патрубки, установленный в направляющей втулке в песковом патрубкес возможностью осевого перемещения клапан, соединенный с устройством автоматической его работы, и кронштейн, прикреп-ленный к корпусу 3,Недостаток известного гидроциклона -невозможность его использования для эффективного разделения коллоидно-суспензионных систем, так как регулировка величины кольцевого зазора между клапаноми внутренним диаметром пескового патрубкаосуществляется по вакууму.Цель изобретения - повышение эффективности разделения коллоидно-суспензионных систем,Поставленная цель достигается тем, чтогидроциклон, содержащий корпус с подводя1072910 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 3щим исходную суспензию патрубком, сливной и песковый патрубки, установленный в направляющей втулке в песковом патрубке с возможностью осевого перемещения клапан, соединенный с усройством автоматической. его работы, и кронштейн, прикрепленный к корпусу, снабжен двуплечим рычагом, шарнирно прикрепленным к кронштейну, и нагнетательным трубопроводом, соединенным с питающим патрубком гидро- циклона, при этом устройство автоматической работы клапана размещено на нагнетательном трубопроводе, одно из плеч рычага шарнирно соединено с клапаном, а другое шарнирно соединено с устройством автоматической работы клапана.Целесообразно устройство автоматической работы клапана выполнить в виде примыкающей к окну нагнетательного трубопровода камеры, внутри которой на штоке размещены опорная головка и эластичная мембрана, установленная с возможностью герметичного перекрытия окна нагнетательного трубопровода и соединенная через шток и опорную головку с плечом рычага.На чертеже представлен гидроциклон,.общий вид.Гидроциклон состоит из цилиндроконического корпуса 1 с подводящим исходную суспензию патрубком 2, отводящим сливным патрубком 3 и песковым патрубком 4, нагнетательного трубопровода 5 с отводом 6 и устройства 7 для регулирования пескового патрубка 4, выпоЛненного в виде эластичной мембраны 8, защемленной фланцами отвода 6, и камеры 9, в. которой установлен шток 10, поджатый пружиной 11. Шток 10 выполнен с опорной головкой 12 в виде поршня, свободно опирающейся на эластичную мембрану 8, а другой конец штока 10 соединен шарнирно с плечом рычага 13, второе плечо которого шарнирно соединено с клапаном 14, установленным в направляющей втулке 15 кронштейна 16, на котором шарнирно установлен рычаг 13. Кронштейн 16 крепится либо на корпусе 1, как в данном случае, либо на камере 9. Шарнирные соединения клапана 14 и штока 1 О с рычагом 13 выполнены в виде соединения типа палец в п (на чертеже не показан).Гидроци клон работает следующим образом.Исходную суспензию по нагнетательномутрубопроводу 5 через подводящий патрубок 2 подают в корпус 1, где за счет центробежной силы происходит разделение суспензии. Осветленный раствор отводится через песковый патрубок 4, а точнее через зазор между конусной частью корпуса 1 и конусной поверхностью клапана 14. Величина зазора автоматически изменяется пропорционально давлению в нагнетательном трубопроводе 5. Увеличивается давление в нагнетательном трубопроводе 5, увеличивается и расход суспензии, поступающей 4в корпус 1, а значит увеличивается количество отделяемой твердой фазы, для удаления которой требуется живое сечение пескового патрубка большего сечения. С увеличением давления в нагнетательном трубопроводе 5 эластичная мембрана 8 растягивается, передавая давление на опорную головку 12 штока 10, в результате нарушается первоначальное состояние штока 10, который перемещается вверх, сжимая пружину 11 и толкая рычаг 13, на втором плече которого шарнирно сидит клапан 14. Клапан 14 скользит по направляющей втулке 15 вниз, увеличивая зазор между своей поверхностью и конусной частью корпуса 1 пропорционально расходу суспензии, а значит и объему удаляемой твердой фазы, С уменьшением давления в нагнетательном трубопроводе 5 уменьшается расход суспензии, поступающей в корпус 1, и количество удаляемого шлама. При этом пружина 11 перемешает шток 10 вниз, он поворачивает в кронштейне 16 рычаг 13, второе плечо которого приподнимает клапан 14, при этом зазор между его конусной поверхностью и конусной частью корпуса 1 уменьшается пропорционально расходу суспензии и объему удаляемой твердой фазы.В результате осуществляется непрерывное автоматическое регулирование пескового патрубка в ходе всего процесса разделения суспензии.Критерием для оценки величины зазора, принятым в этом автоматическом гидроциклоне, служит давление бурового раствора в нагнетательном трубопроводе, связанное с расходом этого раствора уравнением Бу- кингама Отсюда видно, что изменения давления раствора в нагнетательном трубопроводе складываются из двух величин: вязкостной и пластической, определяемой при постоянных геометрических размерах трубопровода только динамическим напряжением сдвига. В свою очередь, вязкость и динамическое напряжение сдвига зависят от скорости сдви га, температуры и структуры бурового раствора.Таким образом, давление раствора в нагнетательном трубопроводе в отличие от таких параметров, как давление раствора в известном гидроциклоне, уровень или вес песка, скопившегося в песковом патрубке, является функцией вязкости, динамического напряжения сдвига, скорости сдвига и температуры, т, е. тех параметров, которые определяют гидродинамику структурированных жидкостей.В результате любое изменение одного из перечисленных параметров сразу же приведет к изменению давления в нагнетатель1072910 Составитель Э. Яакова Редактор Л. Авраменко Техред И. Верес Корректор О. Билак Заказ 11744/5 Тираж 551 Подлисное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 13035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4ном трубопроводе, и в итоге к изменению зазора истечения шлама. Непрерывное регулирование зазора в процессе очистки бурового раствора, чувствительность устройства регулирования на все изменения физических параметров этого раствора исчер 5 пывают все возможности для обеспечения высокой степени очистки бурового раствора от твердых частиц выбуренной породы. Высокая степень очистки позволит уменьшить абразивное воздействие раствора на буровое оборудование, увеличив их срок службы, позволит повысить безопасность буровых работ, уменьшив вероятность прихвата бурового инструмента, повысит качество бурового раствора, обеспечив его седиментационную устоичивость и повышенную химическуюн15 активность при его обработке химическими реагентами, что, в свою очередь, приведет к снижению расхода дорогостоящих химических реагентов, идущих на обработку бурового раствора.Предлагаемый автоматический гидро- циклон исключит непроизводительные расходы дорогостоящего бурового раствора и повысит уровень производственной санитарии за счет сокращения потерь бурового раствора, приводящих к загрязнению рабочего места.Кроме того, сокращение потерь бурового раствора повысит достоверность оценки поглощения скважиной бурового раствора.Из опыта эксплуатации гидроциклонов для очистки буровых растворов ожидается повышение степени очистки ориентировочно на 5%.