ПЫЛЕУЛОВИТЕЛЬ Российский патент 1994 года по МПК B04C9/00 B01D50/00 

Изобретение предназначено для очистки воздуха от пыли и может быть использовано в любой отрасли народного хозяйства.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по конструкции является акустический пылеуловитель, который содержит вертикальный цилиндрический корпус, коническое днище, входной тангенциальный патрубок, осевые выхлопной и пылевыводящий патрубки, акустический излучатель, инерционный отделитель.

Целью предлагаемого изобретения является интенсификация процесса коагуляции пыли и увеличение эффективности ее улавливания.

Поставленная цель достигается тем, что в пылеуловителе, содержащем корпус с тангенциальным входным патрубком, осевыми выхлопным и пылевыпускным патрубками, акустический излучатель и инерционный отделитель, согласно изобретению пылеуловитель дополнительно содержит второй акустический излучатель, установленный на диаметрально противоположном конце его корпуса, причем, оба акустических излучателя имеют возможность колебания вокруг оси 12 и перемещения вдоль оси 11, проходящей через точку соединения цилиндрической и конической частей корпуса аппарата, направленной в сторону пылевыпускного патрубка и расположенной под углами α₁ и α₂ к вертикальной оси аппарата, при этом углы α₁ и α₂ могут меняться от 30 до 80^о.

Сущность изобретения заключается в оптимизации условий существования и регулирования параметров "стоячей" волны и скрещенных полей посредством установки двух акустических излучателей, расположенных под углом друг к другу и вертикальной оси аппарата, при этом они имеют возможность вертикального перемещения.

Сравнение предлагаемого технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию "новизна". При излучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие предлагаемое изобретение от прототипа, не были выявлены и поэтому они обеспечивают предлагаемому техническому решению соответствие критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 показан предлагаемый акустический пылеуловитель в разрезе; на фиг. 2 - акустический излучатель.

Пылеуловитель состоит из цилиндрического корпуса 1 с тангенциальным входным патрубком 2, осевым пылевыпускным патрубком 3. Внутри корпуса 1 коаксиально расположен инерционный отделитель 4 с жалюзи 5, который в верхней своей части переходит в выхлопной патрубок 6 для очищенного воздуха. Корпус 1 аппарата состоит из цилиндрический 7 и конической 8 частей. К корпусу 1 пылеуловителя на диаметрально противоположных сторонах корпуса установлены два акустических излучателя 9 и 10, имеющих возможность колебания вокруг их оси 12 и перемещения вдоль их оси 11, ось 11 проходит через линию соединения цилиндрической 7 и конической 8 частей корпуса и направлена в сторону пылевыпускного патрубка 3.

Ось 11 у акустического излучателя 9 расположена под углом α₁ к вертикальной оси аппарата, а ось 11 акустического излучателя 10 расположена под углом α₂ к вертикальной оси аппарата, и эти углы α₁ и α₂ могут быть равными или разными, но в любом случае меняются на угол от 30 до 80^о.

Пылевоздушный поток через входной патрубок 2 тангенциально подается в цилиндрический корпус 1, состоящий из цилиндрической 7 и конической 8 частей, где совершает винтообразное движение сверху вниз. Внутри корпуса 1 поток смеси совершает сначала один-два оборота вокруг выхлопного патрубка 6, где под действием центробежных сил происходит первичная очистка газа от дисперсных частиц, в результате чего крупные частицы совершают винтообразное движение сверху вниз, а мелкие - вдоль выхлопного патрубка 6. Затем, уже послойно разделенный поток газа поступает в полость между корпусом 1 и жалюзийным пылеотделителем 4, проходит между жалюзи пылеотделителя 5 и удаляется через выхлопной патрубок 6. При прохождении газа через жалюзийный пылеотделитель 4 проходит вторичная очистка воздуха путем отражения частичек пыли от жалюзей 5.

Для увеличения эффективности очистки воздуха от пыли и интенсификации этого процесса на уровне нижнего края инерционного отделителя 4 в месте соединения цилиндрической 7 и конической 8 частей корпуса 1 под углами α₁ и α₂ к вертикальной оси аппарата установлены акустические излучатели 9 и 10 на диаметрально противоположных концах его так, что вертикальная ось каждого из них проходит через точку соединения частей 7 и 8 корпуса 1.

Экспериментально установлено, что коагуляцию аэрозолей следует проводить в противотоке, когда более крупные частицы коагулируются вдали от источника, т. е. сразу же после входа в аппарат через патрубок 2, а мелкие - вблизи сирены, где выше интенсивность звука и больше время озвучивания.

Очень важно, что акустические излучатели 9 и 10 имеют возможность перемещаться вдоль своей вертикальной оси 11, что позволяет добиться режима "стоячей волны", в котором режим акустической коагуляции проходит интенсивней.

Кроме того, каждый из акустических излучателей имеет возможность колебаться вокруг оси 12, проходящей через его центр, что дает возможность менять в широких пределах углы между осью 11 каждого из них и вертикальной осью аппарата, т.е. менять углы α₁ и α₂.

Ввиду того, что акустические излучатели 9 и 10 направлены вниз в сторону пылевыпускного патрубка 3, они, во-первых, способствуют коагуляции и укрупнению соединенных в агрегаты частиц, отделенных в аппарате и движущихся вдоль цилиндрической 7 и конической 8 частей корпуса 1 аппарата к пылевыпускному отверстию 3, чем увеличивает их массу, а следовательно и силу тяжести и предотвращает тем самым их движение вверх; во-вторых, создает отраженную волну от конической части 8 корпуса 1 аппарата, которая усиливает колебательное движение частиц пыли между корпусом 1 и инерционным отделителем 4, их столкновение друг с другом, в результате чего частицы коагулируются, что увеличивает эффективность их улавливания.

Акустические излучатели могут излучать колебания, как одной частоты - для мелкодисперсной пыли, так и разной - для полидисперсной пыли.

В месте встречи направленных звуковых колебаний образуется скрещение поля, что также значительно повышает процесс коагуляции.

Перемещая излучатели 9 и 10 вдоль их оси 11, мы тем самым меняем камеру озвучания, т.е. расстояние каждого излучателя от вертикальной оси аппарата, что крайне важно, т.к. эффективность коагуляции зависит от концентрации, размеров частиц пыли, интенсивности и частоты звукового поля, продолжительности озвучивания, а все эти факторы определяют режим "стоячей волны", при котором процесс коагуляции аэрозолей происходит максимально.

Нами были проведены испытания предлагаемой конструкции на стенде Львовского политехнического института.

В результате экспериментов установлено: 1. Звуковое давление остается постоянным по сечению аппарата, уменьшаясь в пристенных зонах. 2. В скрещенных звуковых полях происходит более интенсивное (в 1,3-1,5 раза) укрупнение частиц пыли, чем в едином звуковом поле, и агрегаты пыли имеют большую плотность упаковки. 3. Изменение дисперсного состава пыли является функцией параметров пылегазового потока и звуковых полей. 4.Доказано, что время, необходимое для укрупнения частиц в 3-5 раз, в скрещеных звуковых полях в 1,4 раза меньше, чем в едином звуковом поле, это позволило нам использовать существующие довольно короткие промышленные участки газоходов, длина которых не превышает 10 м и при скорости воздуха до 10 м/с.

Были использованы низкочастотные электродинамические источники звука, которые позволяют получить интенсивность звука в газоходе до 0,8 вт/см². Согласно нашим экспериментальным исследованиям, процесс коагуляции в скрещенных звуковых полях эффективно протекает при интенсивности звукового поля 0,1-0,8 вт/см² и времени озвучивания порядка 1,0-1,2 с. Кроме того, в скрещенных звуковых полях легко возможна настройка на резонанс системы излучателей, что снижает энергозатраты на обработку запыленного газа и интенсифицирует процесс акустической коагуляции.

Экспериментальные исследования показали, что при весовой концентрации 24 г/см³ и звуковом давлении 450 Па (Р = =147 дб) на частоте 180 Гц средний медианный размер частиц в скрещенных звуковых полях (работает излучатель 9 и 10) увеличивается за 1 с с 1,4 до 4,1 мкм, тогда, как в едином поле с 1,4 до 3,1 мкм (работает излучатель 9).

При этом счетная концентрация частиц после обработки в скрещенном поле (работают оба излучателя 9 и 10) составляет (2-4)10⁵, а в едином поле (работает только излучатель 9) составляет (0,8-1)10⁶.

Укрупнение частиц пыли приводит к увеличению среднего расстояния между частицами (так в скрещенных звуковых полях оно увеличивается до 150 мкм), что приводит к уменьшению степени взаимного возмущения частицами полей обтекания, т.е. значительно повысить эффективность улавливания пыли предлагаемым пылеуловителем за счет улучшения работы инерционного отделителя. В случае использования единого звукового поля для достижения подобной степени укрупнения необходимо значительно увеличить уровни звукового давления.

Данные испытаний приведены в табл. 1.

Из приведенной таблицы видно, что применение акустической сирены для коагуляции аэрозолей с медианным диаметром 1,5 мкм позволяет значительно интенсифицировать процесс очистки воздуха от пыли.

Опытным путем установлено, что медианный размер частиц увеличился с 1,5 до 3,8 мкм, число частиц размером до 5 мкм сократилось с 80 до 60%, счетная концентрация частиц уменьшилась в 10 раз и составляет (4-5)10⁵ частиц в 1 см³.

Кроме того, проведенные испытания дают качественную оценку возможности совмещения при разработке промышленных установок двух процессов: коагуляции частиц аэрозоля и очистки рабочих поверхностей жалюзи инерционного отделителя с использованием одних и тех же источников акустической энергии.

Таким образом, в предлагаемом пылеуловителе происходят следующие процессы:
Первый - укрупнение (коагуляция) частиц пыли еще до входа их в аппарат за счет действия акустического поля излучателя 10.

Второй - коагуляция аэрозоля в скрещеных полях, создаваемых излучателями 9 и 10, а также коагуляция частиц пыли при движении в корпусе аппарата сверху вниз.

Третий - под действием центробежных сил отделение частиц пыли в корпусе аппарата 1 после тангенциальной подачи ее через патрубок 2.

Четвертый - очистка воздуха от пыли под действием сил инерции при прохождении через инерционный отделитель.

Нами проведены исследования по определению оптимальной величины углов α₁ и α₂ и их влиянию на интенсивность процесса пылеочистки на кварцевой пыли размером 1,5 мкм.

Данные испытаний приведены в табл. 2.

Данные табл. 2 легко объяснимы. При равенстве углов α₁ и α₂: для углов от 0 до 20^о звуковые волны не попадают внутрь пылеуловителя, они озвучивают пространство вдоль наружной его стенки, и пылеуловитель работает как бы без озвучивания, поэтому в дальнейших опытах мы эти градусы опустили.

Во второй серии опытов, когда угол α₂ = =90^о мы получили фактически один работающий акустический излучатель 9, а 10 был направлен перпендикулярно, не создавая поэтому ни "стоячей волны", ни скрещенных волн.

Серии опытов III-VIII, подтвердили, что коагуляция аэрозолей происходит интенсивно при изменении углов α₁ и α₂ от 30 до 80^о, давая для пыли размером 1,5 мкм эффективность, равную ≈ 95%.

Опыты, проведенные на пыли размером 32 мкм - эффективность, равную 99,3%.

Преимущества предлагаемой конструкции очевидны.

Использование: для очистки воздуха от пыли. Сущность изобретения: циклон с инерционным отделителем имеет два акустических излучателя 9, 10. Они установлены под углом друг к другу и к оси корпуса с возможностью перемещения вдоль осей 11, проведенных через линию соединения конической и цилиндрической частей корпуса и пересекающих ось корпуса под углом 30 - 80°. Акустические излучатели имеют также возможность колебаться вокруг оси 12, перпендикулярной оси 11 и пересекающейся с осью корпуса. 2 табл., 2 ил.

ПЫЛЕУЛОВИТЕЛЬ, содержащий цилиндроконический корпус, тангенциальный входной, осевой выхлопной патрубки, инерционный отделитель и акустический излучатель, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности улавливания за счет интенсификации процесса коагуляции пыли, он снабжен дополнительным акустическим излучателем, оба излучателя направлены вниз, установлены под углом друг к другу и к оси корпуса с возможностью перемещения вдоль осей, проведенных через линию соединения конической и цилиндрической частей корпуса и пересекающих ось корпуса под углом 30 - 80^o, а также с возможностью колебания вокруг перпендикулярной этому направлению оси, пересекающей ось корпуса.