УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТДЕЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ЖИДКОСТИ

Настоящее изобретение относится к устройству для отделения поверхностного слоя жидкости.

Во многих случаях существует потребность в отделении сравнительно более легких жидкостей от сравнительно более тяжелых жидкостей. Например, это может относиться к различным жидкостям, как например, воде, промывочной жидкости или смазочно-охлаждающим жидкостям, которые применяются в промышленности и которые требуется очищать от сравнительно более легких примесей, как например, масла. В этих случаях жидкость, подлежащую очистке, чаще всего помещают в сборник и т.п. Сравнительно более легкая масляная примесь при этом будет плавать на поверхности сравнительно более тяжелой жидкости. Если такие масляные примеси будут накапливаться в сборнике, то это может привести к санитарным проблемам из-за агрессивности содержащихся жидкостей, скопления и роста бактерий и образования плесени. Кроме того, смазочно-охлаждающие жидкости, которые не очищены, являются проблемой как с экологической, так и с экономической точек зрения, так как они, таким образом, не могут быть повторно использованы. Другими случаями, где существует потребность этого рода, может быть очистка моря или озера от выброса масла и от других подобных загрязнений, плавающих на поверхности, и очистка воды, которая загрязнена трансформаторным маслом.

В US-A-3633749 описано такое устройство для отделений поверхностного слоя. Стенка известного устройства выполнена в виде нижнего наружного цилиндра и верхнего внутреннего цилиндра, который может частично перемещаться в нижний цилиндр. Два цилиндра соединены друг с другом замкнутой гибкой диафрагмой, которая делает возможным такое перемещение.

Согласно US-A-3633749 перепад давления между наружной и внутренней сторонами диафрагмы используется для создания подъемной силы, прилагаемой к внутреннему цилиндру.

В WO 97/30821 описано другое устройство для отделения поверхностного слоя, которое содержит плавающее тело, расположенное в пространстве в сосуде и находящееся на поверхности жидкости в сосуде. Когда будет подниматься уровень жидкости в сосуде, плавающее тело будет растягивать сильфонообразную стенку сосуда и перекрывать поток жидкости в сосуд. В US-A-5693218 описано подробное устройство для отделения поверхностного слоя посредством плавающего тела на поверхности жидкости в сосуде.

Такие устройства для отделения часто используют в различных случаях применения, в которых предъявляются разные требования к ним. Часто требуется, чтобы устройство для отделения могло погружаться в резервуар или корыто для очистки жидкости от сравнительно более легких примесей через существующее отверстие небольшого диаметра. Таким образом, глубина резервуара и положение свободной поверхности жидкости в резервуаре могут изменяться в широких пределах. Это приводит к необходимости того, чтобы такое устройство для отделения имело небольшой наружный диаметр и было снабжено стенкой, длина которой вдоль центральной оси должна изменяться настолько, чтобы наименьшая длина стенки часто составляла бы только часть ее максимальной длины.

Независимо от того, расположен ли плавающий элемент так, чтобы, в основном, плавать на поверхности жидкости снаружи или внутри сосуда, плавающий элемент должен быть выполнен с такими размерами, чтобы он поднимал разделительный элемент и удлинял стенку посредством такой большой силы, которая при максимальной длине стенки, когда направленная вниз сила погружения от стенки к разделительному элементу является наибольшей, была бы при необходимости достаточной для подъема разделительного элемента таким образом, что его переливная часть была расположена выше свободной поверхности жидкости и, таким образом, прерывала течение жидкости из поверхностного слоя в пространство внутри сосуда. В то же время устройство для отделения должно быть выполнено таким образом, чтобы при уровне жидкости в пространстве внутри сосуда ниже определенного уровня разделительный элемент не был поднят настолько, чтобы переливная часть была расположена выше свободной поверхности жидкости.

Задачей настоящего изобретения является создание устройства, которое обеспечивало бы возможность стабильно и надежно отделять и собирать поверхностный слой жидкости и которое могло быть использовано во многих случаях применения. Кроме того, оно направлено на отделение, при котором автоматически осуществляется выпуск жидкости, собранной в пространстве внутри сосуда, например, посредством откачивания.

Поставленная задача достигается посредством устройства для отделения поверхностного слоя жидкости, содержащего сосуд, предназначенный для погружения в жидкость, который содержит днище, стенку, которая имеет центральную ось, проходящую по существу вертикально, когда сосуд погружен в жидкость, и которая своим нижним краем соединена с днищем и имеет изменяющуюся длину вдоль центральной оси, и разделительный элемент, соединенный с верхним краем стенки и имеющий отверстие, сообщающееся с пространством, образованным в сосуде, и переливную часть, выполненную с возможностью во время отделения жидкости из поверхностного слоя, имеющего свободную поверхность жидкости, размещения, по крайней мере, частично ниже и вблизи этой поверхности жидкости и обеспечения течения жидкости из поверхностного слоя над переливной частью и через отверстие в пространство, в котором собирается объем отделенной жидкости, при этом устройство, кроме того, содержит выпускную трубу, которая проходит из части пространства, заполняемой жидкостью во время отделения, и выполнена для выпуска жидкости из этого пространства, и плавающий элемент, который соединен с разделительным элементом и который выполнен с возможностью плавания на поверхности жидкости, расположенной снаружи сосуда, и для приложения подъемной силы к разделительному элементу в направлении удлинения стенки, причем оно дополнительно содержит погружной элемент, помещенный в пространство внутри сосуда, соединенный с разделительным элементом и расположенный на определенном вертикальном расстоянии от переливной части и ниже ее, при этом погружной элемент имеет определенную массу или постоянную массу и выполнен для приложения к разделительному элементу направленной вниз силы, которая является такого порядка, что она способна настолько вдавливать разделительный элемент вниз в жидкость, окружающую сосуд, против действия подъемной силы от плавающего элемента, что переливная часть оказывается расположенной ниже свободной поверхности жидкости, при этом погружной элемент, кроме того, выполнен таким образом, что погружной элемент и разделительный элемент находятся под действием силы в направлении подъема из-за давления жидкости, действующего на погружной элемент от жидкости, которая расположена выше наинизшей точки погружного элемента, когда пространство внутри сосуда заполнено таким количеством жидкости, что часть погружного элемента находится в этой жидкости. Таким образом, переливная часть будет расположена выше свободной поверхности жидкости, когда эта часть погружного элемента находится в жидкости в пространстве внутри сосуда.

Благодаря такому выполнению устройства с погружным элементом устройство создает направленную вниз силу погружения, которая действует на разделительный элемент и которая значительно уменьшается, как только пространство внутри сосуда настолько заполнится жидкостью, что погружной элемент будет частично находиться в этой жидкости. Таким образом, устройство очень стабильным и надежным образом отделяет и собирает поверхностный слой жидкости. Таким образом, создано универсальное устройство, которое может быть использовано для различных видов жидкостей и для жидкостей с изменяющейся степенью загрязнения. Следовательно, устройство может быть использовано в различных типах резервуаров для жидкости, поверхностный слой которой требуется отделить. Благодаря погружному элементу устройство может быть выполнено с возможностью автоматически действовать при различных уровнях жидкости в таких резервуарах.

Согласно одному варианту осуществления изобретения выпускная труба соединена с днищем и имеет впускное отверстие для выпуска жидкости вблизи днища. Сосуд может быть предназначен для помещения в резервуар, в котором присутствует жидкость, при этом днище и/или выпускная труба соединены с резервуаром на его определенной глубине. Таким образом, при использовании устройства можно обеспечить днищу и/или выпускной трубе определенное неподвижное положение относительно резервуара.

Согласно другому варианту осуществления изобретения погружной элемент имеет площадь радиального поперечного сечения, которая увеличивается снизу вдоль центральной оси. Таким образом, подъемная сила, действующая на погружной элемент от жидкости в пространстве внутри сосуда, будет увеличиваться быстрее и быстрее, когда уровни жидкости последовательно повышаются выше наинизшей точки погружного элемента.

Согласно другому варианту осуществления изобретения погружной элемент имеет по существу постоянную массу. Такой погружной элемент будет надежно работать. Масса является такой, что погружной элемент будет обеспечивать такую большую, направленную вниз силу к разделительному элементу, что при пустом сосуде переливная часть оказывается ниже свободной поверхности жидкости.

Согласно другому варианту осуществления изобретения погружной элемент содержит первый карман, который открыт вверх и выполнен для приема части жидкости. Для того чтобы иметь возможность для быстрого заполнения кармана, сосуд может содержать канал, который обеспечивает вход потока части жидкости в первый карман.

Согласно другому варианту осуществления изобретения разделительный элемент выполнен из фасонного элемента и проходит вокруг центральной оси. Таким образом, устройство может быть легко изготовлено. При этом элемент может быть согнут для образования первого кармана, в котором канал может представлять собой, по крайней мере, одно отверстие через элемент.

Согласно другому варианту осуществления изобретения плавающий элемент содержит плавающее тело с по существу постоянной массой. Плавающий элемент, кроме того, может содержать второй карман, который открыт вниз и выполнен для образования замкнутого пространства для газа, когда сосуд погружен в жидкость. Таким образом, элемент может быть согнут для образования второго кармана.

Согласно другому варианту осуществления изобретения погружной элемент, по крайней мере, частично расположен по оси ниже плавающего элемента относительно центральной оси. Кроме того, погружной элемент может быть, по крайней мере, частично расположен внутри плавающего элемента относительно центральной оси.

Согласно другому варианту осуществления изобретения сосуд содержит фланцеобразный элемент, который проходит наружу относительно центральной оси, при этом внутренняя часть фланцеобразного элемента соединена с нижней частью погружного элемента, а наружная часть фланцеобразного элемента - со стенкой. Плавающий элемент может быть расположен по существу прямо над фланцеобразным элементом.

Жидкость, которая находится в пространстве сосуда и выше фланцеобразного элемента, таким образом, будет действовать как подъемная сила на него, а также на разделительный элемент. Сила погружения, создаваемая погружным элементом, при этом уменьшается, как только пространство внутри сосуда настолько заполнится жидкостью, что этот элемент окажется расположенным ниже уровня жидкости в пространстве внутри сосуда.

Кроме того, задача достигается посредством способа отделения поверхностного слоя жидкости посредством устройства, включающего сосуд, который определяет пространство, при этом сосуд содержит днище, стенку, которая имеет изменяющуюся длину вдоль центральной оси и своим нижним краем соединена с днищем, и разделительный элемент, соединенный с верхним краем стенки и имеющий отверстие, и переливную часть, причем устройство содержит плавающий элемент, соединенный с разделительным элементом, и погружной элемент, соединенный с разделительным элементом, определяющий пространство и расположенный на определенном расстоянии от переливной части вдоль центральной оси, включающего следующие стадии:

погружают сосуд в жидкость таким образом, что центральная ось проходит по существу вертикально, поддерживают сосуд плавающим в жидкости посредством плавающего элемента, который плавает на поверхности жидкости, расположенной снаружи сосуда, и прилагает подъемную силу к разделительному элементу в направлении удлинения стенки,

вдавливают сосуд вниз в жидкость посредством погружного элемента, который прилагает к разделительному элементу направленную вниз силу, которая является такой, что она способна настолько вдавливать разделительный элемент вниз в жидкость, окружающую сосуд, против действия подъемной силы от плавающего элемента, что переливная часть расположена ниже свободной поверхности жидкости поверхностного слоя,

обеспечивают прохождение жидкости из поверхностного слоя над переливной частью и через отверстие в пространство таким образом, что в этом пространстве собирается определенный объем отделенной жидкости,

поддерживают сосуд на желаемом уровне в жидкости посредством выпуска жидкости, собранной в пространстве из этого пространства по выпускной трубе и посредством воздействия на погружной элемент и разделительный элемент силы в направлении подъема из-за давления жидкости, действующей на погружной элемент от жидкости, которая расположена в пространстве выше наинизшей точки погружного элемента, при этом разделительный элемент поднимают до такого уровня, что переливная часть будет расположена выше свободной поверхности жидкости, когда пространство заполнено таким количеством жидкости, что погружной элемент частично будет расположен в этой жидкости.

Далее настоящее изобретение будет подробнее объяснено посредством вариантов его осуществления, описанных в качестве примера и со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:

фиг.1 - вид в разрезе устройства для отделения поверхностного слоя жидкости согласно первому варианту осуществления изобретения,

фиг.2 - вид в разрезе устройства согласно второму варианту осуществления изобретения,

фиг.3 - вид в разрезе устройства согласно третьему варианту осуществления изобретения,

фиг.4 - вид в разрезе устройства согласно четвертому варианту осуществления изобретения,

фиг.5 - вид в разрезе устройства согласно пятому варианту осуществления изобретения.

На фиг.1 показан резервуар 1, который определяет пространство 2 резервуара, предназначенное для приема и хранения жидкости. Резервуар 1 может быть предназначен для приема, например, смазочно-охлаждающей жидкости от какого-нибудь работающего станка, как например, токарного станка, фрезерного станка или какого-нибудь многоцелевого станка. Использованная смазочно-охлаждающая жидкость содержит нежелательные вещества, например масла, которые имеют меньшую плотность, чем смазочно-охлаждающая жидкость, и поэтому скапливаются в поверхностном слое жидкости в пространстве 2 резервуара. Следовательно, желательно отделить этот поверхностный слой, чтобы можно было повторно использовать смазочно-охлаждающую жидкость. На фиг.1 показано такое устройство 3 для отделения поверхностного слоя жидкости в пространстве 2 резервуара. Отделенную жидкость поверхностного слоя удаляют по выпускной трубе 4 в центробежный сепаратор 5, в котором эта жидкость может быть подвергнута дальнейшей обработке для отделения ее различных компонентов.

Разделительное устройство 3 содержит сосуд 6, который погружен в жидкость в резервуаре 1. Сосуд 6 имеет днище в форме донной пластины 7, которая в данном варианте соприкасается или соединена с днищем резервуара 1. Кроме того, сосуд 6 содержит стенку 8, которая имеет центральную ось "х", проходящую по существу вертикально, когда сосуд 6 погружен в жидкость. Стенка 8, которая образует цилиндр, по всей своей окружности нижним краем соединена с донной пластиной 7. Кроме того, стенка 8 имеет изменяющуюся длину в направлении центральной оси "х" и в данном варианте выполнена в виде сильфона. Необходимо отметить, что стенка 8 может быть также выполнена другим образом, например в виде телескопической стенки. Кроме того, сосуд 6 содержит кольцевую разделительную камеру 9, которая соединена с верхним краем цилиндрической стенки 8 по всей ее окружности. Следовательно, сосуд 6 образует внутреннее пространство 10, а цилиндрический разделительный элемент 9 образует отверстие, которое также является отверстием для внутреннего пространства 10 сосуда 6. Разделительный элемент 9 имеет переливную часть 11, над которой жидкость из поверхностного слоя, который имеет свободную поверхность жидкости, может выходить из этого слоя через отверстие и во внутреннее пространство 10. Таким образом, во внутреннем пространстве 10 будет скапливаться некоторый объем отделенной жидкости из поверхностного слоя.

Кроме того, разделительное устройство 3 содержит выпускную трубу 4, по которой отделенная жидкость может быть откачана насосом (не показан) из внутреннего пространства 10 к центробежному сепаратору 5. Выпускная труба 4 имеет впускное отверстие 12, которое расположено вблизи донной пластины 7. В данном варианте выпускная труба 4 жестко соединена с донной пластиной 7. Разделительный элемент 9, следовательно, может быть перемещен вверх и вниз относительно донной пластины 7 благодаря изменяющейся длине стенки 8. Следовательно, разделительный элемент 9 перемещается относительно выпускной трубы 4 и содержит направляющее кольцо 13, которое может скользить по части 4' выпускной трубы 4, вставленной в сосуд 6, и которое спицами 14 соединено с самим соединительным элементом 9. Таким образом, донная пластина 7, а также выпускная труба 4 являются неподвижными относительно резервуара 1. Однако можно предположить, что выпускная труба 4 всегда является неподвижной относительно резервуара 1, при этом не только разделительный элемент 9, но также и донная пластина 7 могут быть подвижными в вертикальном направлении относительно выпускной трубы 4.

Разделительное устройство 3, кроме того, содержит плавающий элемент 15 и погружной элемент 16. Плавающий элемент 15 выполнен для плавания на поверхности жидкости, находящейся снаружи сосуда 6, и для приложения подъемной силы к разделительному элементу 9, т.е. плавающий элемент 15 стремится удлинить стенку 8. Погружной элемент 16 имеет определенную массу и выполнен для приложения направленной вниз силы к разделительному элементу 9. Эта направленная вниз сила является такой, что она способна вдавливать разделительный элемент 9 вниз в жидкость, которая окружает сосуд 6, против действия подъемной силы от плавающего элемента 15. Более точно, масса погружного элемента 16 должна быть такой, чтобы погружной элемент 16 мог настолько вдавливать вниз разделительный элемент 9, что переливная часть 11 оказывается расположенной ниже свободной поверхности жидкости. Таким образом, жидкость из поверхностного слоя будет проходить во внутреннее пространство 10 в сосуде 6 таким образом, что это пространство 10 будет заполняться отделенной жидкостью. Когда уровень жидкости во внутреннем пространстве 10 достигнет погружного элемента 16, это будет обеспечивать приложение силы к разделительному элементу 9 в направлении подъема вследствие давления жидкости во внутреннем пространстве 10, которое действует на погружной элемент 16. Погружной элемент 16 выполнен с такими размерами, чтобы эта подъемная сила была такой, что переливная часть 11 будет расположена выше свободной поверхности жидкости до того, как весь погружной элемент 16 окажется ниже уровня жидкости. Следовательно, погружной элемент 16 будет обеспечивать перемещение переливной части 11 вниз ниже свободной поверхности жидкости, когда сосуд 6 пустой или содержит лишь небольшой объем отделенной жидкости, и перемещение переливной части 11 вверх выше свободной поверхности жидкости, когда сосуд 6 по существу заполнен отделенной жидкостью, вследствие того, что погружной элемент 16 будет расположен на вертикальном уровне вблизи вертикального уровня плавающего элемента 15.

В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.1, разделительный элемент 9, плавающий элемент 15 и погружной элемент 16 выполнены из изогнутого или фасонного, сравнительно тонкого элемента 17 из металла, пластмассы, резины или другого подходящего материала посредством, например, прессования или экструзии. Элемент 17 выполнен таким образом, что он образует первый карман 18, который открыт вверх, и второй карман 19, который открыт вниз. Первый карман 18 образует погружной элемент 16, а второй карман 18 - плавающий элемент 15. В первом варианте осуществления изобретения первый карман 18, т.е. погружной элемент 16, расположен радиально внутрь от второго кармана 19, т.е. плавающего элемента 15. Кроме того, в первом варианте осуществления изобретения первый карман 18, т.е. погружной элемент 16, расположен несколько ниже второго кармана 19, т.е. плавающего элемента 15. Когда сосуд 6 будет погружен в воду, второй карман 19, который открыт вниз, будет, таким образом, содержать газовую подушку, которая будет действовать как плавающее тело плавающего элемента 15. Для того чтобы придать погружному элементу 16 достаточную массу, в нем выполнено один или несколько каналов в виде отверстий 20, проходящих через элемент 17 таким образом, что жидкость, которая окружает сосуд 6, может проходить через отверстия 20 в первый карман 18 и обеспечивать его наполнение жидкостью. Таким образом, будет увеличиваться масса погружного элемента 16, который может прилагать направленную вниз силу к разделительному элементу 9. В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.1, жидкость из поверхностного слоя будет через переливную часть 11 перетекать в первый карман 18. Когда будет заполнен первый карман 18, жидкость в первом кармане 18 будет перетекать через край 17а элемента 17 вниз во внутреннее пространство 10. Край 17а по вертикали расположен ниже переливной части 11.

Второй вариант осуществления изобретения, который показан на фиг.2, отличается от первого варианта тем, что первый карман 18, т.е. погружной элемент 16, расположен по существу прямо под вторым карманом 19, т.е. плавающим элементом 15. Необходимо отметить, что во всех описанных вариантах осуществления изобретения элементы, который имеют по существу одинаковое назначение, обозначены одинаковыми позициями. В вариантах осуществления изобретения, показанных на фиг.2-5, отсутствует центробежный сепаратор 5 или любое другое очистное оборудование.

В третьем варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.3, содержится погружной элемент 16, который имеет постоянную массу. В этом случае погружной элемент 16 может быть изготовлен из цельного материала, например из металла или пластмассы.

В четвертом варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.4, плавающий элемент 15 выполнен как цельное плавающее тело, которое может быть изготовлено из любого легкого материала, например пенопласта.

Кроме того, в третьем и четвертом вариантах осуществления изобретения погружной элемент 16 выполнен с увеличивающейся площадью радиального поперечного сечения от низа вдоль центральной оси "х". Таким образом, подъемная сила от жидкости в пространстве внутри сосуда, которая действует на погружной элемент 16, будет увеличиваться быстрее и быстрее, когда уровень жидкости будет последовательно подниматься выше наинизшей точки погружного элемента 16.

В пятом варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.5, к нижней части элемента 17 присоединен фланцеобраэный кольцевой элемент 22. Фланцеобразный элемент 22 проходит по существу радиально наружу относительно центральной линии "х", при этом элемент 17 соединен с внутренней частью фланцеобразного элемента 22, а стенка 8 - с радиально наружной частью фланцеобразного элемента 22. Плавучий элемент 15 расположен по существу прямо над фланцеобразным элементом 22.

В третьем, четвертом и пятом вариантах осуществления изобретения отсутствуют направляющее кольцо 13 и спины 14 для того, чтобы показать, что эти части не обязательны для функционирования разделительного устройства 3.

Переливная часть 11 может быть выполнена с закругленным краем, как это показано на фиг.1-3 и 5, или со сравнительно острым краем, как это показано на фиг.4. Кроме того, переливная часть 11 может содержать прорези (не показаны), которые проходят по существу радиально внутрь к отверстию во внутреннее пространство 10 и которые, таким образом, могут образовывать каналы для жидкости из поверхностного слоя.

Это означает, что может быть достигнуто устойчивое регулирование потока, входящего в пространство 10, и что можно поддерживать по существу постоянный уровень жидкости в этом пространстве.

Удлиненная сильфонообразная стенка 8 может быть приклеена или присоединена вулканизацией к донной пластине 7 и к погружному элементу 16. С другой стороны, стенка 8 может быть напрессована снаружи на соответственно донную пластину 7 и погружной элемент 16, возможно на край или фланец.

Изобретение не ограничивается описанными вариантами его осуществления, а может быть изменено и модифицировано в пределах нижеследующей формулы изобретения.

Например, изобретение не ограничивается отделением поверхностного слоя использованных смазочно-охлаждающих жидкостей, а может быть применено для отделения поверхностных слоев любых жидкостей. Жидкость, в которую необходимо погружать сосуд 6, не требуется помещать в резервуар, а изобретение может быть использовано, например, для отделения на море или озере поверхностного слоя, содержащего отработанное масло.

Кроме того, устройство может быть приспособлено для различных условий, например, в отношении плотности жидкости, так как конструкция погружного элемента 16 позволяет помещать в первый карман 18 различные по величине заменяемые грузы. Такие грузы могут быть выполнены, например, в форме колец.