Выброс промышленных и бытовых сточных вод в открытые водоемы является  негативным  фактором, приводящим к ухудшению их состояния. Проблемы загрязнения водоемов вызывают, в свою очередь, негативные последствия для экологии и окружающей среды. Масштабы загрязнения уже превысили существующие нормы и границы, обусловленные способностью водоемов к самоочищению. Вследствие этого значительно увеличилась концентрация  общего содержания органических веществ и других токсичных компонентов. Актуальность проблематики загрязнения поверхностных водоемов сточными водами связана со сложностями в процессе водоподготовки для питьевого и промышленного водоснабжения и дороговизной этого процесса. Существует необходимость применения энергосберегающих технологий и аппаратов  в области очистки сточных вод, которые не требуют существенных затрат при реконструкции очистных сооружений и позволяют значительно улучшить процессы механической и биологической очистки сточных вод. Таким образом, разработка высокоэффективных и экономичных технологий , используемыхв канализационных очистных сооружениях сама по себе является весьма актуальной проблемой, но в её составе выделим проблему удаления мелких абразивных частиц, приводящих помимо прочего к абразивному износу оборудования, дополнительным ремонтным работам и т.п.. С этой целью при большой разнице в плотностях взвеси  и жидкости часто используют для их разделения центробежные поля (далее полагаем, что >>  ). Весьма эффективными, малогабаритными аппаратами считаются гидроциклоны [1]. Они имеют коническую форму ( смотри, например, рис. 1а). Смесь вводится с большой скоростью через патрубок 3 в гидроциклон по касательной ( то есть тантенциально ) Это приводит к закрутке потока и развитию мощного поля центробежных сил.  Поток имеет возможность покинуть гидроциклон через два отверстия, - нижнее-5 и и верхнее - 4 и 1. В результате в гидроциклоне развивается сложное течение, состоящее из двух вихрей, вращающихся в одну и ту же сторону. В месте впуска потока корпусу гидроциклона часто придают цилиндрическую форму - 2. Из-за наличия осевых скоростей движения к верхнему и нижнему отверстиям, течения во внешнем и внутреннем вихрях имеют спиралевидную форму ( рис. 1 б). Обычно напряжённость центргбежного поля такова, что оно приводит к нарушению сплошности жидкости и образованию в приосевой зоне гидроциклона воздушного столба ( с тем же направлением вращения ). Вращательное движение сохраняется  в гидроциклоне на всём его протяжении, что легко установить визуально из - за конусообразного разбрызгивания части потока, насыщенной взвесью, при выходе его из песковогонасадка (рис. 2 ). Твёрдые частицы в таком потоке под действием центробежных сил мигрируют к стенке гидроциклона. По самой стенке они перемещаются в осевом направлении под влиянием компонент центробежной силы и силы тяжести, параллельных образующей конической поверхности. Поскольку осевые скорости в направлении пескового отверстия малы, то центробежные силы, действующие

- Рис.3 Схема сил, действующих на тяжелую частицу а) у боковой стенки гидроциклона; б) компоненты центробежной силы; в) суммарная сила, действующая на частицу.

      Частица будет двигаться в направлении образующей конической части гидроциклона под действием суммы проекций  на это направление указанных сил (рис. 3 в). Она равна

                       R =                                                                     (1)

      За положительное направление здесь выбрано направление к песковому отверстию. Из приведённой схемы с очевидностью следует вывод, что для продвижения частицы к песковому от верстию, необходимо выполнение условия

R > 0   или   или   . Отсюда

                  .                                                                                          (2)

где         - число Фруда.

      Итак, установлено, что для того, чтобы тяжёлые частицы двигались к выходному отверстию в существующих конструкциях конических гидроциклонов, необходимо, чтобы угол конусности удовлетворял условию:

                       .                                                                                       (3)

 Например, если  u = 5 м/с;   ;  , то получится, что

 , a @ ,

то есть, угол конусности должен быть менее 20. Изложенное в известной мере подтверждается формой конструкций выпускаемых промышленностью гидроциклонов. Примером может служить гидроциклон ГЦ - 170 (рис. 4).

неэффективности использования в них главной действующей центробежной силы. Вопреки существующему мнению её целесообразно делать не сужающейся, а, наоборот, - расширяющейся. В этом случае компонента центробежной силы направленнная по образующей конуса будет складываться с компонентой силы тяжести  и не тормозить частицу, а способствовать продвижению её к выходу                         

                                            ВЫВОДЫ

1.Для повышения эффективности гидроциклонов поверхность их конической части целесообразно делать расширяющейся.

2.Это положение полностью расходится с практикой производства гидроциклонов, но представляется трудноопровержимым.

                                      

   Литература

1. Башаров М.М., Сергеева О.А. Устройство и расчет гидроциклонов. Казань: Издательство ООО «Вестфалика». 2012г.- 92 с.

 

Код для цитирования: Скопировать