RU2561366C1

RU2561366C1 - Hydraulic cyclone casing

Info

Publication number: RU2561366C1
Application number: RU2014115777/05A
Authority: RU
Inventors: Ирина Викторовна Козлова; Тамара Алексеевна Будко; Александр Владимирович Гуц
Original assignee: Ирина Викторовна Козлова
Priority date: 2014-04-18
Filing date: 2014-04-18
Publication date: 2015-08-27

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: hydraulic cyclone casing is made as multilayer shell of rotation with cone or cone with cylindrical in top part shape of the internal surface. The casing contains composite materials with full and zone layers out of crossed spiral threads arranged along the geodesic paths and secured by polymer biding agent. Poles of the zone layers are arranged in top part of the cone surface of the shell, at that the pole parts of the zone layers are located on the internal surface of the shell.

EFFECT: increased erosion resistance of the hydraulic cyclone casing, increased service life.

1 dwg

Description

Корпус гидроциклона предназначен для использования в устройстве очистки целлюлозы от примесей путем сепарации частиц твердой фазы во вращающемся потоке жидкости и предназначен для использования в целлюлозно-бумажной промышленности.The hydrocyclone body is intended for use in a device for the purification of cellulose from impurities by separating solid phase particles in a rotating fluid stream and is intended for use in the pulp and paper industry.

Корпус гидроциклона при эксплуатации подвергается жесткому эрозионному воздействию со стороны твердых включений, содержащихся в очищаемой жидкости, с высокой скоростью трущихся о внутреннюю поверхность корпуса. Причем наибольшему эрозионному воздействию подвергается поверхность на больших диаметрах корпуса, примерно на длине до 60-70% от верхнего торца корпуса.The hydrocyclone body during operation is subjected to severe erosion from the side of solid inclusions contained in the liquid being cleaned, rubbing at high speed against the inner surface of the body. Moreover, the surface is exposed to the greatest erosion on large diameters of the casing, approximately at a length of up to 60-70% of the upper end of the casing.

Известен способ футеровки гидроциклона, при котором внутреннюю поверхность металлического корпуса от абразивного и кавитационного износа защищают резиновой футеровкой с высокой адгезией к внутренней поверхности корпуса по патенту РФ № 2218994 с приоритетом от 28.05.2002. Предложенная футеровка недостаточно увеличивает срок службы корпуса и трудоемка в изготовлении.A known method of lining a hydrocyclone, in which the inner surface of the metal casing from abrasive and cavitation wear is protected by a rubber lining with high adhesion to the inner surface of the casing according to the patent of the Russian Federation No. 2218994 with priority dated 05/28/2002. The proposed lining does not sufficiently increase the service life of the housing and is laborious in manufacturing.

Известна конструкция армированных оболочек для высокого давления из слоистого композиционного материала, содержащая корпус из цилиндрического участка с торцевыми днищами, образованный комбинацией групп слоев спиральных и кольцевых лент, ориентированных в спиральных и окружном направлениях с соответственно расположенными в них однонаправленными высокомодульными нитями, скрепленными полимерным связующим, облицованный внутренним покрытием. Патент РФ №2190150 с приоритетом от 28.06.2001. Корпус гидроциклона с подобной конструкцией оболочки, состоящей из наружных спиральных слоев со стеклянными нитями и внутренних слоев с углеродными нитями, почти вдвое увеличил срок службы по сравнению с металлическим аналогом. При этом срок службы корпуса этой конструкции недостаточен.A known design of reinforced shells for high pressure from a layered composite material, comprising a housing of a cylindrical section with end bottoms, formed by a combination of groups of layers of spiral and annular ribbons oriented in spiral and circumferential directions with unidirectional high-modulus threads respectively bonded in them, bonded with a polymer binder, lined inner coating. RF patent No. 2190150 with priority dated June 28, 2001. The hydrocyclone body with a similar shell design, consisting of outer spiral layers with glass filaments and inner layers with carbon filaments, almost doubled its life compared to its metal counterpart. Moreover, the service life of the housing of this design is insufficient.

Наиболее близким аналогом технического решения для корпуса гидроциклона является конструкция многослойной оболочки вращения, полученная многозонной намоткой нитями, приведенная на рис. 3.13 в книге «Композиционные материалы»: Справочник / В.В. Васильев, В.Д. Протасов, В.В. Болотин и др.; Под общ. ред. В.В. Васильева, Ю.М. Тарнопольского. -М.: Машиностроение, 1990. - 512 с. Эффективность использования рассматриваемой конструкции аналогична предыдущей, однако возможности варьирования структурой многозонной оболочки позволяют более полно реализовать эрозионностойкость композиционного материала.The closest analogue of the technical solution for the hydrocyclone body is the design of a multilayer shell of revolution obtained by multi-zone winding with threads, shown in Fig. 3.13 in the book "Composite materials": Reference / V.V. Vasiliev, V.D. Protasov, V.V. Bolotin et al .; Under the total. ed. V.V. Vasiliev, Yu.M. Tarnopolsky. -M.: Engineering, 1990. - 512 p. The effectiveness of using the design in question is similar to the previous one, however, the possibility of varying the structure of the multi-zone shell allows the erosion resistance of the composite material to be more fully realized.

Основной задачей, с одной стороны, является увеличение толщин оболочки в зоне максимального эрозионного воздействия, с другой стороны, создание на внутренней поверхности оболочки анизотропии, максимально стойкой к эрозионному износу.The main task, on the one hand, is to increase the thickness of the shell in the zone of maximum erosion, on the other hand, to create anisotropy on the inner surface of the shell that is most resistant to erosion.

Техническим результатом использования изобретения является увеличение срока службы корпуса гидроциклона.The technical result of using the invention is to increase the life of the hydrocyclone body.

Основная задача решена, и технический результат достигнут за счет расположения слоев и зон в оболочке с многозонной структурой.The main task is solved, and the technical result is achieved due to the arrangement of layers and zones in the shell with a multi-zone structure.

Для этого в корпусе гидроциклона в виде многослойной оболочки вращения с конической или конической совместно с цилиндрической в верхней части формой внутренней поверхности, выполненной из композиционных материалов с полными и зонными слоями из перекрестных спиральных нитей, уложенных по геодезическим траекториям и скрепленных полимерным связующим, слои расположены так, что полюса зонных слоев располагаются в верхней части конической поверхности и полюсные части зонных слоев располагаются на внутренней поверхности оболочки.To do this, in the hydrocyclone body in the form of a multilayer shell of revolution with a conical or conical shape together with a cylindrical upper part of the inner surface made of composite materials with full and zone layers of cross helical threads laid along geodesic paths and fastened with a polymer binder, the layers are arranged as follows that the poles of the zone layers are located in the upper part of the conical surface and the pole parts of the zone layers are located on the inner surface of the shell.

Отличительными особенностями корпуса гидроциклона являются следующие признаки:Distinctive features of the hydrocyclone body are the following features:

- полюса зонных слоев располагаются в верхней части конической поверхности;- the poles of the zone layers are located in the upper part of the conical surface;

- полюсные части зонных слоев располагаются на внутренней поверхности оболочки.- the pole parts of the zone layers are located on the inner surface of the shell.

Указанные отличительные признаки являются существенными, поскольку каждый из них в отдельности и совместно направлен на решение поставленной задачи и достижение технического результата.These distinctive features are significant, since each of them individually and jointly aimed at solving the problem and achieving a technical result.

Расположение полюсов зонных слоев в верхней части конической поверхности позволяет увеличить толщину оболочки корпуса гидроциклона на больших диаметрах, подверженных наибольшему эрозионному износу, что позволяет допустить большую толщину эрозионного износа корпуса гидроциклона, увеличив тем самым срок его службы.The location of the poles of the zone layers in the upper part of the conical surface allows to increase the thickness of the shell of the hydrocyclone body at large diameters subject to the greatest erosion wear, which allows for a greater thickness of erosion wear of the body of the hydrocyclone, thereby increasing its service life.

Эрозионная стойкость внутренней поверхности корпуса гидроциклона повышается, если направление вектора скорости жидкости у поверхности совпадает с направлением нитей на внутренней поверхности оболочки из композиционного материала. Ориентация нитей зонных слоев на внутренней поверхности оболочки вдоль потока позволяет повысить эрозионную стойкость корпуса гидроциклона. При расположении полюсных частей зонных слоев на внутренней поверхности оболочки увеличиваются углы ориентации нитей на внутренней поверхности оболочки относительно её образующей по отношению к оболочке, полученной обычной намоткой полных слоев. В зоне максимальной эрозии на максимальных диаметрах оболочки угол ориентации нитей на внутренней поверхности с зонными слоями находится в диапазоне 90°÷±70° относительно образующей, а в оболочке с полными слоями ±50°÷±30°. Вектор потока вращающейся жидкости на максимальных диаметрах оболочки близок к 90° относительно её образующей. Это повышает эрозионную стойкость корпуса гидроциклона с полюсными частями зонных слоев на внутренней поверхности.The erosion resistance of the inner surface of the hydrocyclone body increases if the direction of the fluid velocity vector near the surface coincides with the direction of the threads on the inner surface of the composite shell. Orientation of the strands of zone layers on the inner surface of the shell along the flow improves the erosion resistance of the hydrocyclone body. When the pole parts of the zone layers are located on the inner surface of the shell, the orientation angles of the filaments on the inner surface of the shell increase relative to its generatrix with respect to the shell obtained by conventional winding of the full layers. In the zone of maximum erosion at maximum shell diameters, the angle of orientation of the threads on the inner surface with zone layers is in the range of 90 ° ÷ ± 70 ° relative to the generatrix, and in the shell with full layers ± 50 ° ÷ ± 30 °. The flow vector of a rotating fluid at maximum shell diameters is close to 90 ° relative to its generatrix. This increases the erosion resistance of the hydrocyclone body with the pole parts of the zone layers on the inner surface.

Отличительные существенные признаки являются новыми, так как их использование в известном уровне техники, аналогах и прототипе не обнаружено, что позволяет характеризовать предлагаемую конструкцию корпус гидроциклона соответствующей критерию «новизна».Distinctive essential features are new, since their use in the prior art, analogues and prototype was not found, which allows us to characterize the proposed design of the body of the hydrocyclone corresponding to the criterion of "novelty."

Единая совокупность новых существенных признаков с общими известными существенными признаками позволяет решить поставленную задачу и достичь нового технического результата - увеличения срока службы корпуса гидроциклона, что характеризует предложенное техническое решение существенными отличиями от известного уровня техники, аналогов и прототипа. Новое техническое решение является результатом научно-исследовательской работы и творческого вклада без использования стандартизованных проектов или рекомендаций в данной области техники, соответствует в совокупности существенных признаков критерию «изобретательский уровень».A single set of new essential features with common known essential features allows us to solve the problem and achieve a new technical result - increasing the life of the hydrocyclone body, which characterizes the proposed technical solution with significant differences from the prior art, analogues and prototype. The new technical solution is the result of scientific research and creative contribution without the use of standardized projects or recommendations in the field of technology, meets the set of essential features to the criterion of "inventive step".

Сущность изобретения поясняется чертежом с кратким описанием. На фиг. 1 представлен общий вид корпуса гидроциклона. Корпус гидроциклона имеет коническую 1 совместно с цилиндрической в верхней части 2 геометрию внутренней поверхности (цилиндрическая поверхность может отсутствовать) и состоит из полных 3 и зонных 4 слоев из композиционных материалов, полюса 5 зонных слоев располагаются в верхней части 6 конической поверхности 1.The invention is illustrated in the drawing with a brief description. In FIG. 1 shows a General view of the body of the hydrocyclone. The hydrocyclone body has a conical 1 together with a cylindrical upper surface geometry 2 (a cylindrical surface may be absent) and consists of full 3 and zone 4 layers of composite materials, the poles of 5 zone layers are located in the upper part 6 of the conical surface 1.

Корпус гидроциклона может быть изготовлен методом автоматической намотки на намоточном станке слоев нитями, пропитанными полимерным связующим, на металлическую оправку с геометрией поверхности, соответствующей геометрии внутренней поверхности гидроциклона, по известным технологиям. Далее оболочка отверждается при термообработке и из нее извлекается оправка. Полученный корпус при необходимости механически обрабатывается под установку в верхней его части металлического корпуса с входным и сливным патрубками, а в нижней части корпуса гидроциклона металлического насадка для подачи воды на разбавление и сбора отходов. Форма, размеры, число слоев, материал нитей и связующего корпуса гидроциклона определяются специальными расчетами с учетом опыта эксплуатации подобных конструкций.The hydrocyclone body can be made by automatically winding layers on a winding machine with threads impregnated with a polymer binder onto a metal mandrel with a surface geometry corresponding to the geometry of the inner surface of the hydrocyclone, using known technologies. Next, the shell is cured by heat treatment and a mandrel is removed from it. The resulting body, if necessary, is mechanically machined for installation in its upper part of the metal body with inlet and outlet pipes, and in the lower part of the hydrocyclone body a metal nozzle for supplying water for dilution and waste collection. The shape, size, number of layers, material of the threads and the hydrocyclone bonding body are determined by special calculations, taking into account the operating experience of such structures.

Использование корпусов гидроциклона из композиционных материалов только с полными слоями 3 (фиг.1) позволило увеличить срок службы на Сенежском целлюлозно-бумажном комбинате в два раза по отношению к металлическому варианту корпуса. Реализация предложенного технического решения позволит повысить срок службы корпуса гидроциклона в 1,5-2 раз по отношению к корпусу из композиционного материала с полными слоями. Таким образом, новое техническое решение воспроизводимо в условиях производства, обеспечивает решение поставленной задачи, достижение нового технического результата в предложенной совокупности признаков соответствует и критерию «промышленная применимость», то есть уровню изобретения.The use of hydrocyclone bodies made of composite materials with only full layers 3 (FIG. 1) allowed to double the service life at the Senezh pulp and paper mill in relation to the metal case. Implementation of the proposed technical solution will increase the life of the hydrocyclone body by 1.5-2 times in relation to the case of composite material with full layers. Thus, the new technical solution is reproducible under production conditions, provides a solution to the problem, the achievement of a new technical result in the proposed set of features meets the criterion of "industrial applicability", that is, the level of the invention.

Claims

The body of the hydrocyclone in the form of a multilayer shell of revolution with a conical or conical shape together with a cylindrical upper surface in the upper part made of composite materials with full and zonal layers of cross spiral yarns laid along geodesic paths and fastened with a polymer binder, characterized in that the zonal poles layers are located in the upper part of the conical surface of the shell, while the pole parts of the zone layers are located on the inner surface of the shell.