ЦИКЛОННАЯ ЛОВУШКА Российский патент 1995 года по МПК B04C5/18 

Изобретение относится к текстильной промышленности, в частности к центробежным устройствам в системе пневмотранспорта и предназначено для отделения инородных тел от транспортируемой воздушно-хлопковой смеси.

Известны типовые циклоны для очистки рабочей среды, представляющие собой конус с короткой цилиндрической частью, имеющей входной (питающий) патрубок, к которому подается рабочая среда. Корпус циклона оснащен выходной трубой и бункер-ловушкой. Питающий патрубок расположен так, что рабочая среда вводится в циклон по касательной и вращается в нем с образованием внешнего и внутреннего потоков. Под действием центробежных сил инородные тела подводятся к стенке циклона и попадают в бункер, при этом очищенная смесь движется в центральной части циклона, образуя внутренний вихревой поток [1].

Недостатками данного устройства являются большое аэросопротивление, низкая эффективность сепарации и отсутствие стабилизации работы циклона. Большое аэросопротивление обусловлено многократностью вращения потока и значительной высотой устройства. Низкая эффективность очистки связана с невозможностью создания значительных центробежных сил без существенного увеличения сопротивления устройства и его размеров. Стабилизация работы циклона нарушается вследствие забивания воздушно-хлопковой смесью объемов корпуса циклона.

Известно также устройство вихревого сепаратора, который с целью повышения степени сепарации снабжен дополнительным патрубком для подачи газа в циклонную камеру. Дополнительный патрубок установлен тангенциально в корпусе над входным патрубком [2].

К недостаткам данного устройства следует отнести высокое аэросопротивление циклонной камеры, что объясняется высоким уровнем закрутки потока, и низкую стабилизацию работы циклона вследствие возможности забивания воздушно-хлопковой смесью рабочих трактов устройства.

Целью изобретения является обеспечение стабилизации работы устройства за счет исключения забивания воздушно-хлопковой смесью выходной трубы и снижения аэросопротивления ловушки.

Поставленная цель достигается тем, что ввод вспомогательного потока воздуха выполнен в виде кольцевого сопла, направленного в сторону входного отверстия трубы вывода концентрично ей. При этом размеры сопла определяются по формуле r_в= r и r_н < r_вых, где r_вых - радиус трубы вывода; r_вх - радиус патрубка ввода; r_в - средний радиус сопла; r_н - наружный радиус сопла; ϕ - коэффициент заполнения, определяемый из уравнения
= (1-ϕ) , где R_ц - радиус корпуса.

Предлагаемое техническое решение соответствует критерию "существенная новизна".

На чертеже изображена принципиальная схема циклонной ловушки.

Циклонная ловушка состоит из цилиндрического корпуса 1, снабженного входным тангенциальным патрубком 2, и сборника 3 отделенных примесей. В корпусе размещены осевая труба 4 вывода очищенного потока и кольцевое сопло 5.

Циклонная ловушка работает следующим образом.

Рабочая среда (воздушно-хлопковая смесь) поступает в циклонную камеру корпуса 1 ловушки по тангенциальному патрубку 3 ввода. Тангенциальный подвод рабочей среды обеспечивает закрутку потока, в котором разливают две области течения: область потенциального течения, где выполняется условие постоянства циркуляции ur = const, u - окружная составляющая скорости на текущем радиусе r, и область приосевого течения рабочей среды, где она вращается как твердое тело, т.е. u = Wr, где w - угловая скорость вращения. Граница между этими областями проходит по окружности радиуса r_в= r , где ϕ - коэффициент заполнения, определяемый из уравнения
= (1-ϕ) , где R_ц, r_вх, r_вых - радиусы цилиндрического корпуса, патрубка ввода очищаемого потока, трубы вывода очищенного потока соответственно. На радиусе r_в величина окружной составляющей скорости U имеет наибольшее значение, которое определяется уровнем закрутки потока и определяет аэросопротивление циклонной ловушки, так как большая часть располагаемой энергии потока расходуется на создание окружной скорости.

Поскольку созданный благодаря тангенциальному подводу рабочей среды момент количества движения (закрутка) остается примерно постоянным при движении рабочей среды, то при уменьшении r (сужение потока) возрастает окружная составляющая скорости и возникают центробежные силы, прижимающие поток к стенке. Под действием центробежных сил инородные тела, обладающие большей плотностью, чем воздушно-хлопковая смесь, подводятся к стенке циклона и попадают в сборник 3 отделенных примесей. Очищенная воздушно-хлопковая смесь поднимается по внешней поверхности осевой трубы 4 вывода и на ее срезе захватывается вспомогательным потоком воздуха, вытекающего из кольцевого сопла 5. Подача вспомогательного потока воздуха из кольцевого сопла по окружности r_в, во-первых, снижает уровень максимума окружной составляющей скорости за счет сообщения закрученному потоку дополнительного движения параллельного оси трубы и вывода, а во-вторых, создает эффект эжекции, обусловленный поступательным осевым движением воздуха. Вспомогательный поток воздуха разрушает внутренний вихрь и продавливает воздушно-хлопковую смесь, снижая вероятность забивания трубы вывода рабочей смесью. С целью повышения эффективности работы ловушки как струйного насоса наружный радиус кольцевого сопла r_н выполнен меньшим, чем радиус трубы вывода r_вых, т.е. r_н < r_вых.

Примером конкретного выполнения предложенного устройства может служить циклонная ловушка, установленная на магистрали пневмотранспорта воздушно-хлопковой смеси, имеющая радиус 0,1 м. При этом радиусы входного тангенциального патрубка 2 и осевой трубы 4 вывода равны радиусу магистрали пневмотранспорта, т.е. r_вх = r_вых = 0,1 м. Из условия обеспечения закрутки потока посредством тангенциального подвода рабочего тела в камеру закручивания без значительного увеличения аэросопротивления назначается радиус цилиндрического корпуса R_ц = 0,225 м. При выбранных размерах элементов циклонной ловушки из уравнения (1) определяется величина коэффициента заполнения ϕ= 0,6, а затем средний радиус сопла r_в=0,1=0,0635 м. Поскольку расход рабочего тела (воздушно-хлопковой смеси) составляет 1,5 м³/с, а его скорость 25 м/с, то выбирая расход вспомогательного воздуха 0,15 м³/с и скорость истечения вспомогательного потока воздуха 35 м/с, из уравнения расхода можно найти толщину кольцевого сопла, равную 0,01 м. По известному среднему радиусу сопла и толщине определяется наружный радиус сопла r_н = =0,0685 м, который обеспечивает выполнение неравенства r_н < r_вых.

Предложенное устройство обладает по сравнению с известным, выбранным в качестве прототипа, рядом преимуществ:
обеспечивает стабилизацию работы циклонной ловушки за счет создания эжектирующего эффекта и дополнительного скоростного напора на входе осевой трубы вывода очищенного потока;
снижает аэросопротивление циклонной ловушки вследствие уменьшения величины окружной составляющей скорости, разрушения внутреннего вихря и сообщения дополнительной энергии потоку воздушно-хлопковой смеси;
снижает аэросопротивление участка пневмотранспортной магистрали, расположенной вниз по потоку за ловушкой, и улучшает условия работы агрегатов транспортной магистрали за счет разрушения вихревой структуры потока на выходе из ловушки.

Использование: в текстильной промышленности для отделения инородных тел от транспортируемой воздушно-хлопковой смеси. Сущность изобретения: циклонная ловушка содержит цилиндрический корпус 1, патрубок 2 ввода очищаемого потока и осевую трубу 4 вывода очищенного потока. Кольцевое сопло 5 направлено в сторону отверстия трубы 4 концентрично ей и предназначено для ввода вспомогательного потока воздуха. Размеры сопла 5 определяются по формулам; и r_н<r_вых, где r_вых - радиус трубы 4; r_вх - радиус патрубка 2; r_в - средний радиус сопла 5; r_н - наружный радиус сопла 5; ϕ - коэффициент заполнения, определяемый из уравнения где R_ц - радиус корпуса. 1 ил.

ЦИКЛОННАЯ ЛОВУШКА, содержащая цилиндрический корпус, патрубок ввода очищаемого потока, осевую трубу вывода очищенного потока, ввод вспомогательного потока воздуха, сборник отделенных примесей, отличающаяся тем, что ввод вспомогательного потока выполнен в виде кольцевого сопла, направленного в сторону входного отверстия трубы вывода, концентрично ей, при этом размеры сопла определены по формулам

r_н < r_вых,
где r_вых - радиус трубы вывода;
r_вх - радиус патрубка ввода;
r_в - средний радиус сопла;
r_н - наружный радиус сопла;
ϕ - коэффициент заполнения, определяемый из уравнения

где R_ц - радиус корпуса.