Современные илоотделители - оборудование третьей ступени очистки бурового раствора, страница 2

Тангенциальная скорость находится как:

где d_п – эквивалентный диаметр тангенциальной насадки, см; α – угол конусности, рад; d_c – диаметр сливного патрубка, см; D – диаметр гидроциклона, см.

Во внутреннем восходящем потоке жидкость приобретает максимальную тангенциальную скорость и максимальную центробежную. Именно поэтому сепарация твёрдой фазы осуществляется, в основном, в этой области гидроциклона.

В результате вращения потока с большой окружной скоростью вокруг центральной оси аппарата вдоль неё образуется воздушный столб пониженного давления, размеры которого определяются диаметрами пескового и сливного отверстий. Высота и диаметр воздушного столба значительно влияют на эффективность и глубину разделения неоднородной суспензии. Наряду с круговыми потоками раствора в гидроциклоне возникают радиальные и циркуляционные токи.

Тонкость и точность разделения частиц по крупности зависят от турбулентности потока.

Турбулентные потоки вызывают радиальное перемешивание дискретных масс жидкости  под действием вихрей, непрерывно зарождающихся на стенке и перебрасываемых в гущу потока. В конической части аппарата происходящий процесс напоминает кипение. Частицы сепарированного материала, вращаясь у стенки, подвержены непрерывному силовому воздействию: сдвигу, опрокидыванию, вытеснению одними других.

Приближённая формула граничного зерна с учётом влияния граничного перемешивания:

где  Q – пропускная способность гидроциклона; υ_вк – скорость потока на входе в гидроциклон; ρ_ш – плотность шламового продукта; К – константа для данного аппарата.

где α – ½ угла при вершине конуса; R – радиус гидроциклона, h – высота конуса.

Наиболее точную формула:

где 1,5-эмпирический коэффициент, включающий вязкость воды; D, d_c, d_п – диаметр гидроциклона, сливного патрубка и пескового патрубка соответственно; φ – содержание твёрдого вещества, %; p – давление на входе в гидроциклон, МПа; ρ_т и ρ – плотности твёрдой и жидкой фаз пульпы, г/см³.

Попускную  спсобность гидроциклона можно определить:

где ΔH – потери напора в гидроциклоне; по опытным данным, при диаметрах гидроциклона от 125 до 600 мм и угле конусности 38^О коэффициент κ1=0,524.

Для ламинарного течения глинистого раствора диаметр гидроциклона может быть определён:

где δ_ср – диаметр частицы породы, мм; λ – коэф. пропорциональности зоны возмущения; κ_ф – коэф. формы частицы породы; τ₀ – предельное динамическое напряжение сдвига, МПа; ν – кинематический коэф. вязкости; ρ – плотность бурового раствора, г/см²; κ_х – коэф. пропорциональности радиальной скорости; ρ₁ – плотность выбуренной породы, г/см²; υ_п – скорость поступления раствора в гидроциклон, м/с.

Из уравнения (1.8) следует, что диаметр гидроциклона пропорцианален диаметру частиц шлама δ, которые поступают к песковой насадке. С уменьшением D достигается очистка от более тонкодисперстных частиц шлама. Количество очистки улучшается при увеличении размеров и плотности частиц шлама, при повышении скорости υ_п и уменьшении предельного динамического напряжения сдвига τ₀. Пропускная способность гидроциклона пропорциональна его диаметру. С ростом υ_п необходимо увеличение его диаметра D.

Качество очистки гидроциклона  зависит от пластической вязкости, плотности бурового раствора, давления на входе и времени пребывания. Чем выше вязкость и плотность раствора, тем более крупные частицы могут быть удалены. Так при повышении вязкости  эффективность очистки падает, поэтому важнейшим условием работы илоотделителя является поддержание минимально возможной вязкости.

Однако, для удаления тонкодисперсных частиц из вязкого бурового раствора требуется более высокое давление на входе в гидроциклон, что уменьшает время пребывания частиц в нем.