ИНЕРЦИОННЫЙ ОТДЕЛИТЕЛЬ ДИСПЕРСНОЙ ФАЗЫ ОТ ДИСПЕРСИОННОЙ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ Российский патент 1996 года по МПК B01D45/04 B07B7/00 G05D27/00 

Изобретение относится к технике отделения частиц дисперсной фазы от дисперсионной текучей среды, например пыли от газов или паров, и может быть использовано, в частности, в конструкциях жалюзийных пылеотделителей сухого типа в системах пылеочистки и для классификации частиц различных твердых материалов.

В промышленных установках для очистки газов от пыли и в системах вытяжной вентиляции широко используются жалюзийные пылеотделители. В пылеотделителях такого типа поток запыленного газа встречает на своем пути наклонно установленные пластины жалюзи. Газ поворачивает в пространство между пластинами и уходит в зону, расположенную за пластинами, а частицы пыли по инерции продолжают движение и накапливаются в небольшой оставшейся части газа, от которой обычно отделяются с помощью пылеотделителя другого типа (циклона или фильтра). Основным достоинством жалюзийных пылеотделителей является из компактность при высоких расходах очищаемого газа. Эффективность очистки газов в этих пылеотделителях зависит, в частности, от угла наклона и шага элементов жалюзийной решетки.

Известен инерционный отделитель дисперсной фазы от дисперсионной текучей среды, содержащей жалюзийную решетку и средство для выведения дисперсной фазы с входным и выходным патрубками [1] В этом устройстве жалюзийная решетка образована непосредственно в стенке кожуха отделителя, а средство для выведения дисперсной фазы помещено внутри этого кожуха.

Такая конструкция позволяет эффективно очищать газы от твердых частиц разного фракционного состава, однако отсутствие общего корпуса не позволяет направить газ, пропущенный через этот отделитель, на следующий, дополнительный каскад очистки.

Известны также конструкции, в которых для повышения эффективности отделения дисперсной фазы использованы две системы жалюзийных решеток, расположенных последовательно по ходу очищаемого потока дисперсионной текучей среды [2]
Однако слишком близкое взаимное расположение указанных двух жалюзийных решеток исключает возможность формирования потока текучей среды, проходящей вдоль второй жалюзийной решетки, ламинарным, снижая тем самым эффективность отделения дисперсной фазы.

Наиболее близким к изобретению является инерционный отделитель дисперсной фазы от дисперсионной текучей среды, содержащий корпус с каналом неизменного по длине сечения с входным и выходным патрубками, жалюзийную решетку в виде одинаковых по форме, кроме первого, отдельных элементов с внутренним, верхним, внешним и нижним участками, с разделительной областью и отражательной областью, расположенной на внутреннем участке, а также внутренней кромкой на границе между внутренним и нижним участками, размещенными на одинаковом расстоянии один от другого, превышающем величину смещения W каждого из элементов относительно предыдущего в поперечном направлении по отношению к оси канала, установленную под острым углом к поверхности корпуса [3] Устройство также содержит средство для выведения дисперсной фазы, соединенное с бункером и источником разрежения.

Однако отсутствие указаний на выбор основных параметров жалюзийной решетки, таких как ширина и высота элементов и расстояние между ними, не позволяет создать конструкцию отделителя с заданным предельным диаметром отделяемых частиц. Экспериментально установлено, что при функционировании этого отделителя не исключены столкновения относительно крупных частиц дисперсной фазы с элементами жалюзийной решетки, в результате которых эти частицы могут проникнуть сквозь зазоры отражателей и, таким образом, избежать процесса отделения от очищаемой дисперсионной текучей среды. Указанное обстоятельство снижает эффективность пылеотделения.

Техническим результатом изобретение является повышение эффективности очистки дисперсионной текучей среды за счет отделения частиц дисперсионной фазы заданного гранулометрического состава вследствие уменьшения числа соударений частиц относительно крупной фракции с отражательными областями отдельных элементов жалюзийной решетки.

Дополнительным результатом изобретения является обеспечение возможности очистки дисперсионной текучей среды с одновременным выделением из потока текучей среды частиц дисперсной фазы с заданным интервалом фракционного состава.

Достижение технического результата обеспечивается тем, что инерционный отделитель дисперсной фазы от дисперсионной текучей среды содержит корпус с каналом неизменного по длине сечения с входным и выходным патрубками, жалюзийную решетку в виде одинаковых по форме, кроме первого, отдельных элементов с внутренним, верхним, внешним и нижним участками, с разделительной областью и отражательной областью, расположенной на внутреннем участке, а также внутренней кромкой на границе между внутренним и нижним участками, размещенными на одинаковом расстоянии один от другого, превышающем величину смещения W каждого из элементов относительно предыдущего в поперечном направлении по отношению к оси канала, установленную под острым углом к поверхности корпуса, и средство для выведения дисперсной фазы, соединенное с бункером и источником разрежения. Отражательная область каждого из элементов жалюзийной решетки, ограниченная внутренней кромкой и проекцией в направлении оси канала на внутренний участок этого элемента внутренней кромки предыдущего по ходу текучей среды элемента, выполнена невыпуклой. Первый элемент жалюзийной решетки выполнен содержащим только отражательную область внутреннего участка и нижний участок и прикреплен непосредственно к корпусу. Последний элемент отстоит от входного патрубка средства для выведения дисперсной фазы на расстоянии, равном зазору между элементами решетки, внутренний край этого патрубка совпадает с проекцией внутренней кромки последнего элемента жалюзийной решетки в направлении оси канала. Форма сечения разделительной области и верхнего участка патрубка повторяет форму сечения разделительной области и верхнего участка элемента жалюзийной решетки.

В случае использования корпуса с прямолинейным каналом длина Н отрезка прямой, параллельного оси канала и соединяющего внутреннюю кромку отражательной области каждого элемента жалюзийной решетки с поверхностью последующего по ходу текучей среды элемента, может быть выбрана из условия
H K sin α где α угол между касательной к отражательной области элемента жалюзийной решетки на внутренней ее кромке и осью канала:
ρ и D_п плотность и предельный диаметр отделяемых частиц дисперсной фазы соответственно;
μ вязкость текучей среды;
К коэффициент, определяемый экспериментально.

В случае использования корпуса, изогнутого по дуге окружности, величина Н может быть выбрана из условия
H K sin (α-γ) где γ угол разворота соседних элементов друг относительно друга, определяемый из выражения
γ arcsin
где R₁ и R₂ радиусы кривизны концентрически изогнутых стенок корпуса;
t толщина элемента жалюзийной решетки;
d расстояние между соседними элементами.

Линия сечения отражательной области внутреннего участка каждого элемента жалюзийной решетки плоскостью, проходящей через ось канала и перпендикулярной внутренней кромке, может представлять собой дугу окружности.

Каждый элемент жалюзийной решетки, кроме первого, может иметь профиль сечения в виде прямоугольной трапеции, меньшее и большее основания которой соответствуют верхнему и нижнему участкам элемента, а боковая сторона, перпендикулярная основаниям, соответствует внешнему участку и параллельна оси канала.

Линия сечения внутреннего участка элемента жалюзийной решетки плоскостью, проходящей через ось канала и перпендикулярной внутренней кромке, может представлять собой дугу окружности в отражательной области и отрезок прямой в разделительной области.

Каждый элемент жалюзийной решетки, кроме первого, может представлять собой в сечении фигуру, ограниченную тремя дугами окружностей и отрезком прямой, параллельным оси канала, причем отрезок прямой соответствует внешнему участку, линии сечения верхнего и нижнего участков являются дугами окружностей с центрами, расположенными со стороны нижнего участка и сопрягающими указанный отрезок прямой с линией, перпендикулярной оси канала и проходящей через точку, соответствующую внутренней грани в этой точке, и с линией, проходящей через точку, соответствующую границе между отражательной и разделительной областями, и проведенной под углом π α к оси канала в этой точке.

Каждый элемент жалюзийной решетки, кроме первого, может представлять собой в сечении фигуру, ограниченную двумя дугами окружностей и отрезком прямой, перпендикулярным оси канала, причем отрезок прямой соответствует нижнему участку, линия сечения верхнего и внешнего участков представляет собой дугу окружности с центром, лежащим на указанной прямой, и с касательной в точке, соответствующей границе между отражательной и разделительной областями, проходящей под углом π α к оси канала.

В случае использования корпуса прямоугольного сечения каждый элемент жалюзийной решетки может быть выполнен в виде плоскопараллельных пластин шириной l, установленных на расстоянии Н одна от другой под углом α к оси канала с величиной смешения W, определяемой из выражения W lsin α
В случае использования корпуса цилиндрического сечения элементы жалюзийной решетки могут представлять собой фрагменты усеченного конуса с углом 2 α при вершине, полученные сечением этого конуса параллельным равноотстоящими одна от другой плоскостями, перпендикулярными оси конуса, и установленные на расстоянии Н один от другого.

Кроме того, отражательная область переднего участка и нижний участок могут сопрягаться отрезком кривой, длина которого много меньше величины Н.

В случае использования корпуса прямоугольного сечения отношение минимального размера сечения входного патрубка средства для выведения дисперсной фазы к величине смешения в поперечном направлении каждого элемента жалюзийной решетки, относительно предыдущего, может быть больше или равно 2.

В случае использования корпуса прямоугольного сечения размер Р входного патрубка в направлении, перпендикулярном внутренней кромке отражательной области элемента жалюзийной решетки и оси канала, может быть выбран из условия
P G n(B W), где G внутренний размер корпуса;
В ширина элемента жалюзийной решетки;
n 1 или 2 при установке в корпусе одной жалюзийной решетки или двух жалюзийных решеток соответственно.

Кроме того, в случае использования корпуса цилиндрической формы диаметр С входного патрубка может быть выбран из условия
С F 2В + 2W, где F внутренний диаметр корпуса.

Инерционный отделитель может содержать дополнительно установленные последовательно по потоку по крайней мере одну жалюзийную решетку, средство для выведения дисперсной фазы, соединенное с бункером, при этом по крайней мере одна из величин Н и 1/sin α характеризующих параметры каждой последующей решетки, уменьшены по сравнению с соответствующими величинами, характеризующими параметры предыдущей решетки.

Для цилиндрической формы корпуса инерционного отделителя средство для выведения дисперсной фазы может представлять собой обтекатель в виде протяженного элемента, прикрепленного торцами к внутренней поверхности корпуса, с каплевидным сечением, сквозным отверстием и входным патрубком в своей средней части, при этом широкая часть обтекателя обращена к входному патрубку инерционного отделителя, а входной патрубок средства для выведения дисперсной фазы установлен соосно элементам жалюзийной решетки.

Каждая последующая жалюзийная решетка может быть установлена относительно ближайшего к ней края предыдущего по потоку средства для выведения дисперсной фазы на расстоянии, превышающем два минимальных размера внутреннего сечения корпуса.

На фиг. 1 изображен вариант выполнения предлагаемого отделителя дисперсной фазы от дисперсионной среды с цилиндрическим корпусом и жалюзийной решеткой в виде колец, образующих усеченный конус; на фиг.2 кольцо жалюзийной решетки отделителя; на фиг.3 взаимное расположение функциональных элементов отделителя с цилиндрическим корпусом и жалюзийной решеткой из кольцевых элементов; на фиг. 4-9 элементы разного профиля сечения жалюзийной решетки в отделителе с корпусом прямоугольного сечения; на фиг.10 и 11 элементы обтекаемого профиля, аналогичные изображенным на фиг.6 и 8 соответственно; на фиг.12 элементы отделителя с корпусом прямоугольного сечения, изогнутым по дуге окружности; на фиг.13 конструкция многокаскадного отделителя с жалюзийными решетками из кольцевых элементов различных размеров; на фиг.14 средство для выведения дисперсной фазы и его расположение относительно последних колец жалюзийной решетки; на фиг.15 сечение А-А на фиг.14; на фиг.16 схема для пояснения механизма отделения дисперсной фазы в инерционном отделителе.

Инерционный отделитель (см. фиг.1) содержит корпус 1 с каналом 2, входным 3 и выходным 4 патрубками жалюзийную решетку 5, установленную под острым углом β к поверхности корпуса, и средство для выведения дисперсной фазы пылеотвод 6. Отделитель своим выходным патрубком 4 соединен с побудителем 7 расхода. Пылеотвод 6 соединен патрубком 8 с бункером 9 уловленной пыли. Бункер 9 соединен патрубком 10 с побудителем 7 расхода. Жалюзийная решетка 5 состоит из ряда элементов 11, скрепленных друг с другом и с корпусом ребрами (не показаны).

В частном случае описываемой конструкции, изображенном на фиг.1, канал 2 корпуса 1 выполнен цилиндрическим, элементы 11 жалюзийной решетки представляют собой кольца уменьшающегося по ходу газа диаметра от максимального вблизи входного патрубка 3 до минимального вблизи пылеотвода 6.

На фиг. 2 изображен элемент 11 такой конструкции с обозначением его основных функциональных участков. Всю поверхность элементов 11 по отношению к каналу 2 (фиг.1) для пропускания очищаемого газа можно разбить на несколько участков: внутренний 12, верхний 13, внешний 14 и нижний 15.

На фиг. 3 схематически изображены основные элементы инерционного отделителя. Все элементы 11 жалюзийной решетки, кроме первого (элемент 16), выполнены одинаковыми по форме. Каждый последующий элемент 11 смешен в поперечном направлении в сторону оси 17 канала 2 на величину W. Элементы 11 размещены на одинаковых расстояниях d относительно друг друга, превышающих величину W. На фиг.3 изображен также входной патрубок 18 пылеотвода 6, внутренний край 19 этого патрубка совпадает с проекцией внутренней кромки 20 последнего элемента 21 в направлении оси 17 канала 2.

На фиг.4-9 схематически изображены инерционные отделители дисперсной фазы от дисперсионной текучей среды с корпусами 1 прямоугольного сечения. Отличаются все эти устройства одно от другого формой сечений и взаимным расположением элементов 11 жалюзийных решеток 5 и входных патрубков 18 средств для выведения дисперсной фазы. Видно, что в каждой жалюзийной решетке все элементы 11, кроме первого (элемент 16), имеют одинаковую форму, лежат на одинаковых расстояниях d один от другого, смещены в поперечном направлении на одинаковую для каждой жалюзийной решетки величину W. Внутренние участки 12 элементов 11 состоят из двух областей, выполняющих разные функции при работе инерционных отделителей, отражательной области 22 и разделительной области 23. Отражательные области 22 ограничены внутренней кромкой 20 и проекцией 24 в направлении оси 17 канала 2 на внутренний участок 12 этого элемента внутренней кромки 20 предыдущего по ходу текучей среды элемента, выполнены невыпуклыми (т.е. либо плоскими фиг.4, 5, 9, либо вогнутыми фиг. 6, 7, 8) и имеют один и тот же угол α между касательной к отражательной области 22 на внутренней кромке 20 и осью 17 канала 2.

Первые элементы 16 жалюзийных решеток (см. фиг.4-9) выполнены содержащими только отражательные области 22 внутренних участков 12 и нижние участки 15 и прикреплены непосредственно к корпусам 1. Последние элементы 21 жалюзийных решеток отстоят от входных патрубков 18 средств для выведения дисперсной фазы на расстояниях, равных зазорам d между элементами решеток, внутренние края 19 этих патрубков 18 совпадают с соответствующими проекциями внутренних кромок 20 последних элементов 21 жалюзийных решеток в направлении осей 17 каналов. Формы сечений разделительных областей 23 и верхних участков 25 патрубков 18 повторяют форму сечения разделительных областей 23 и верхних участков 13 элементов 11 жалюзийных решеток.

Приведенные на фиг. 4 9 формы сечения элементов жалюзийных решеток не исчерпывают всего многообразия возможных форм их выполнения, однако являются предпочтительными ввиду их эффективности и/или технологичности при изготовлении.

Жалюзийная решетка, используемая в предлагаемом инерционном отделителе, может содержать элементы, имеющие профиль сечения в виде прямоугольной трапеции, меньшее и большее основания которой соответствуют верхнему 13 и нижнему 15 участкам элемента, а боковая сторона, перпендикулярная основаниям, соответствует внешнему участку 14 и параллельна оси 17 канала 2 (см. фиг. 3-5).

Независимо от профиля элементов, изображенных на фиг.4-9, возможно выполнение отражательной области 22 внутреннего участка 12 в виде вогнутой поверхности, сечение которой плоскостью, проходящей через ось канала, представляет собой дугу окружности, Такая форма обеспечивает уменьшение вероятности столкновения частиц с указанной поверхностью при больших углах α Кроме того, такая форма позволяет плавно изменять направление движения очищаемой части потока толщиной W и, вместе с тем, уменьшает турбулизацию плавно изменять направление движения очищаемой части потока толщиной W и, вместе с тем, уменьшает турбулизацию потока.

В случае, когда проекция 24 внутренней кромки 20 предыдущего по ходу текучей среды элемента, т. е. граница между отражательной и разделительной областями, расположена на внутреннем участке 12 элемента 11 жалюзийной решетки (см. фиг.4), а отражательная область выполнена вогнутой, линия сечения внутреннего участка 12 элемента жалюзийной решетки плоскостью, проходящей через ось 17 канала и перпендикулярной внутренней кромке 20, представляет собой дугу окружности в отражательной области 22 и отрезок прямой в разделительной области 23 (фиг.7.).

Расстояние Н от внутренней кромки 20 до границы 24 между отражательной и разделительной областями и угол α определяют предельный диаметр D_п частиц, сепарируемых данным пылеотделителем. Граница 24 может проходить как по поверхности внутреннего участка 12 (фиг.4, 7), так и по грани 26, разделяющей внутренний 12 и верхний 13 участки элемента 11 (фиг.3,5,6, 8-12). В этом случае весь внутренний участок 12 элемента 11 будет выполнять функции отражательной области 22. Все элементы 11 решетки имеют одинаковую ширину В, поэтому расстояния от внутренней стенки корпуса 1 до внешних участков 14 элементов 11 жалюзийной решетки увеличиваются по ходу текучей среды на ту же величину смещения W в поперечном направлении, на которую смещена внутренняя кромка 20 каждого элемента. Это обеспечивает ламинарность потока газа, прошедшего через жалюзийную решетку.

Расстояние d и аэродинамический профиль элементов 11 определяют динамическое сопротивление жалюзийной решетки 5 потоку очищаемой текучей среды. Для снижения этого сопротивления обычно выбирают d > W. С этой целью поверхности участков 13 и 15 элементов 11 могут быть выполнены обтекаемыми, как показано на фиг. 6, 10. В этом случае каждый элемент жалюзийной решетки, кроме первого, представляет собой в сечении фигуру, ограниченную тремя дугами 27-29 окружностей, соответствующими внутреннему 12, верхнему 13 и нижнему 15 участкам элемента 11, и отрезкам 30, параллельным оси 17 канала и соответствующим внешнему участку 14 элемента 11. При этом линии сечения верхнего 13 и нижнего 15 участков являются дугами 28 и 29 окружностей с центрами 31 и 32 соответственно, расположенными со стороны нижнего участка 15.

Одна дуга 29 окружности (с центром 32) сопрягает отрезок 30 прямой, соответствующей внешнему участку 14 в точке 33 с линией 34, перпендикулярной оси 17 канала 2 и проходящей через точку 20, соответствующей внутренней кромке элемента 11, в этой точке 20. Другая дуга 28 окружности (с центром в точке 31) сопрягает отрезок 30 прямой в точке 35 с линией 36, проходящей через точку 24, соответствующую границе между отражательной 22 и разделительной 23 областями (в данном случае область 23 совпадает с верхним участком 13), и проведенной под углом π α к оси 17 канала, в этой точке 24.

Такая форма поверхностей элементов жалюзийной решетки является оптимальной с точки зрения минимизации динамического сопротивления жалюзийной решетки проходящему потоку текучей среды, турбулизации потока и вероятности столкновения частиц дисперсной фазы с поверхностью элемента 11.

В зависимости от величины угла α определяющего предельный диаметр D_п отделяемых частиц дисперсной фазы, сечение отражательной области может представлять собой не вогнутую линию (дугу 17 окружности с центром 37), а прямую 38.

В данном случае (см. фиг.6) первый элемент 16 жалюзийной решетки выполнен содержащим только отражательную область 22 внутреннего участка и нижний участок 15, прикреплен непосредственно к корпусу 1 и расположен по ходу текучей среды непосредственно за корпусным элементом 39, обеспечивающим ламинарность течения среды и взаимодействие с отражательной областью 22 первого элемента 16 слоя потока текучей среды толщиной W.

Входной патрубок 18 средства для выведения дисперсной фазы отстоит от внутренней кромки 20 последнего по ходу потока текучей среды элемента 21 жалюзийной решетки на расстоянии Н, внутренний край 19 этого патрубка совпадает с проекций внутренней кромки 20 последнего элемента 21 жалюзийной решетки в направлении оси 17 канала. Форма верхнего участка 25 этого патрубка 18 совпадает с формой верхнего 13 участка элемента жалюзийной решетки.

Более простая форма элементов жалюзийной решетки, также обеспечивающая снижение динамического сопротивления потоку очищаемой текучей среды, приведена на фиг.8 и 11. В этом случае каждый элемент жалюзийной решетки, кроме первого, представляет собой в сечении фигуру, ограниченную двумя дугами 40 и 41 окружностей и отрезком прямой 42, перпендикулярным оси 17 канала 2, причем отрезок прямой 42 соответствует нижнему участку 15, линия сечения верхнего и внешнего участков представляет собой дугу 41 окружности с центром 43, лежащим на указанной прямой 42, и с касательной 44 в точке 24, соответствующей границе между отражательной 22 и разделительной 23 областями, проходящей подл углом π α к оси 17 канала.

В случае реализации отделителя дисперсной фазы на основе корпуса 1 прямоугольного сечения каждый элемент 11 жалюзийной решетки может быть также выполнен в виде плоскопараллельных пластин шириной l, установленных на расстоянии Н одна от другой под углом α к оси 17 канала 2 со смещением W (см. фиг.9). Величина смещения W определяется из выражения Wlsin α Такое выполнение элементов жалюзийной решетки позволяет снизить материалоемкость устройства при сохранении высокой улавливающей способности.

Аналогичные расположение и форма сечения элементов жалюзийной решетки с тем же техническим результатом снижением материалоемкости в случае использования корпуса цилиндрического сечения могут быть получены при выполнении элементов жалюзийной решетки в виде фрагментов усеченного конуса с углом 2 α при вершине. Эти фрагменты могут быть получены сечением тонкостенного конуса параллельными равноотстоящими одна от другой плоскостями, перпендикулярными оси конуса, и установлены на расстоянии Н один от другого.

Следует отметить, что отделители дисперсной фазы с корпусами прямоугольного сечения могут содержать две жалюзийные решетки, образующие грани усеченной призмы с углом 2 β при вершине. Указанная призма обращена своим основанием к входному патрубку отделителя. В этом случае схематически сечение таких отделителей можно изобразить с помощью фиг.4-9 путем добавления к ним аналогичной жалюзийной решетки слева, так что сечение таких отделителей плоскостью, перпендикулярной внутренней кромке 20, будет подобно изображенному на фиг.3 сечению жалюзийной решетки из кольцевых элементов.

В другом варианте выполнения корпус 1 может быть изготовлен в виде короба прямоугольного сечения, ось канала которого изогнута по дуге окружности (см. фиг.12).

Устройство с изогнутым корпусом содержит корпус 1 прямоугольного сечения, плоские боковые стенки которого (не показаны) параллельны плоскости чертежа. Другие стенки 45 и 46 корпуса, перпендикулярные плоскости чертежа, концентрически изогнуты по дугам окружностей с радиусами R₁ и R₂. Величины радиусов R₁ и R₂ (R₂ ≈ R₁ + NW, где N число элементов жалюзийной решетки) выбирают исходя из доступной технологии. Имеется в виду достижение точности изготовления размеров элементов жалюзийной решетки, длины и возможности фиксации и элементов 11 относительно друг друга с необходимой точностью поддержания линейных и угловых размеров. Показаны также входной патрубок 3 и входной патрубок 18 пылеотвода. Элементы 11 жалюзийной решетки могут быть укреплены в корпусе 1 с помощью дополнительных ребер (не показаны). Кроме того, эти элементы могут быть прикреплены к боковым стенкам корпуса 1.

Все элементы 11 жалюзийной решетки, за исключением первого, так же как и в описанных выше конструкциях, имеют одинаковую форму сечения, одинаковую толщину t и расположены на одинаковых расстояниях d один от другого. Из-за размещения этих элементов в корпусе 1, изогнутом по дуге окружности, каждый из них оказывается развернутым относительно соседнего на угол γ среднюю величину которого γ_cp можно принять равной γ_cp γ_пп /N-1, где γ_пп- угол между первым и последним элементами жалюзийной решетки.

Для упрощения схематического изображения жалюзийной решетки на фиг.12, как и на большей части других чертежей, условно показано лишь несколько ее элементов 11. В реальных конструкциях пылеочистителей число элементов может быть от 1-2 до нескольких десятков.

Исследования показали, что внутренняя кромка 20 не обязательно должна быть острой. Для эффективного функционирования инерционных отделителей с элементами жалюзийных решеток различного профиля (см. например, фиг.3-9) достаточно, чтобы отражательная область 22 внутреннего участка 12 и нижний участок 15 сопрягались отрезком кривой, длина которого много меньше величины Н. В частности, из технологических соображений удобно изготавливать и монтировать кольцевые элементы жалюзийной решетки, в которых отражательная область 22 и нижний участок 15 сопрягаются в сечении отрезком 47 прямой, параллельным оси 17 канала 2 (см. фиг.2).

Для исключения проникновения отделяемых частиц сквозь зазоры между последними элементами жалюзийной решетки, равно как и между последним элементом 21 жалюзийной решетки и входным патрубком 18 средства 6 для выведения дисперсной фазы, сопротивление прохождению концентрированного потока дисперсионной текучей среды на входном патрубке 18 должно быть меньше или равно сопротивлению прохождения этого же потока в поперечном направлении. С этой целью, в случае использования корпуса прямоугольного сечения минимальный размер Q_мин сечения входного патрубка 18 должен удовлетворять соотношению Q_мин/W ≥ 2.

Для уменьшения поперечных составляющих скорости потока текучей среды, направляемой на отражательные области элементов жалюзийной решетки, в случае использования корпуса 1 прямоугольного сечения размер Р входного патрубка 3 в направлении, перпендикулярном внутренней кромке 20 элемента жалюзийной решетки и оси 17 канала, может быть выбран из условия
Р G n(B W).

В указанном выражении n 1 при установке в корпусе одной жалюзийной решетки и n 2 при установке в корпусе двух жалюзийных решеток.

В случае же использования корпуса 1 цилиндрической формы диаметр С входного патрубка 3 может быть выбран из условия
С F 2B + 2W, где F внутренний диаметр корпуса 1.

Для повышения эффективности отделения дисперсной фазы от дисперсионной текучей среды могут быть использованы одновременно несколько отделителей, аналогичных описанным, соединенных последовательно.

На фиг. 13 показана конструкция многокаскадного отделителя с последовательным соединением трех однокаскадных отделителей 48-50 с жалюзийными решетками 51-53, при этом общим входным патрубком устройства является входной патрубок 54 отделителя 48, а общим выходным патрубком 55 является выходной патрубок отделителя 50. Патрубок 55 подсоединен к всасывающему патрубку 56 вентилятора насоса 57. Устройство (фиг.13) также содержит пылеотводы 58-60, соединенные патрубками 61-63 с бункерами 64-66 для каждого каскада соответственно. Все бункеры подключены к всасывающему патрубку 56 вентилятора-насоса 57 посредством общей магистрали 67.

Величины Н и W, характеризующие конструктивные особенности жалюзийных решеток 51-53, по ходу газового потока от отделителя 48 к отделителю 50 уменьшаются. В то же время угол α и число N элементов жалюзийной решетки (в данном случае колец) по ходу газового потока увеличиваются.

Для предотвращения турбулизации текучей среды, прошедшей сквозь жалюзийную решетку 5 инерционного отделителя дисперсной фазы с тем, чтобы направить на вход другого последовательно соединенного отделителя дисперсной фазы невозмущенный поток, в случае использования инерционного отделителя с корпусом цилиндрической формы средство для выведения дисперсной фазы представляет собой обтекатель 68 (см. фиг.14, 15) в виде протяженного элемента, прикрепленного торцами к внутренней поверхности корпуса 1, с каплевидным сечением, со сквозным отверстием 69 и входным патрубком 18 в своей средней части. Отверстие патрубка 18 соединено со сквозным отверстием 69 обтекателя. Широкая часть 70 этого обтекателя обращена к входному патрубку инерционного отделителя, а входной патрубок 18 установлен соосно элементам 11 жалюзийной решетки, внутренний край 19 этого патрубка совпадает с проекций внутренней кромки 20 последнего элемента 21 жалюзийной решетки в направлении оси 17 канала 2.

Принцип работы устройства поясняется на фиг.16.

Ламинарный поток 71 дисперсионной текучей среды с частицами, движущийся со скоростью V, взаимодействует с элементами 11 жалюзийной решетки, установленными вдоль потока 71. Каждый элемент 11 выполняет две функции: отражателя и разделителя частиц в потоке. Отражательная область 22 элемента 11 составляет угол α с исходным направлением оси 17 потока. Ее функции изменить траекторию движения потока текучей среды, а следовательно, и траекторию частиц в этом потоке. Разделительная область 23 предназначена для отведения потока с частицами меньших фракций в жалюзийную область 72. Поскольку элементы 11 смещены относительно друг друга на величину W, каждая последующая отражательная область 22 взаимодействует с новым слоем шириной W потока 71.

Для удобства пояснения механизма взаимодействия дисперсионной текучей среды, например пылегазового потока, с элементами 11 жалюзийной решетки целесообразно рассмотреть движение потока частиц с фракциями больше D_п и меньше D_п последовательно вдоль потока 71 в зонах I, II и III. В зоне I слой W очищаемого газового потока взаимодействует с размещенным в этой зоне первым элементом 16 жалюзийной решетки. При падении потока 71 на наклоненную под углом α отражательную область 22 поток изменяет свое направление, находящиеся же в нем твердые частицы за счет сил инерции стремятся упасть на упомянутую отражательную область 22. Угол α не должен быть слишком большим, чтобы частицы не испытывали упругий удар. Они должны соскользнуть по поверхности отражательной области и за счет аэродинамических сил или сил инерции отклониться в сторону оси 17 канала 2.

Далее поток газа поступает в зону II, представляющую собой зазор величиной d между упомянутым элементом 16 и следующим за ним элементом 11. Частицы с размером, большим D_п, двигаются в направлении 73, заданном отражательно областью, а газовый поток с частицами более мелких фракций вытесняется в зазор между элементами (его направление показано поз.74) и выводится в зажалюзийную область 72.

В зоне III происходит аналогичное взаимодействие с отражательной областью второго слоя потока 71 с подмешанными к нему частицами с фракциями, большими D_п, из первого, рассмотренного выше слоя.

Связь предельного диаметра D_п частиц дисперсной фазы с параметрами элементов жалюзийной решетки может быть определена из выражения
H K sin α
Для определения коэффициента К, использованного в указанном выше выражении, проводят эксперименты, в которых на нескольких элементах 11 жалюзийной решетки, установленных на контролируемом расстоянии d друг от друга, проводят измерения пылеотделителя при подаче пылегазовой смеси с известным дисперсным составом.

При реализации предложения в виде инерционного отделителя дисперсной фазы с концентрически изогнутыми стенками корпуса величина Н определяется по формуле
H K sin (α-γ_ср)
Из этого выражения следует, что за счет изгиба стенок камеры по дугам окружностей можно либо уменьшить количество N элементов жалюзийной решетки при заданном предельном диаметре D_п отделяемых частиц дисперсной фазы, либо при сохранении N уменьшить D_п.

При работе инерционного отделителя дисперсной фазы с изогнутыми стенками корпуса к рассмотренному выше механизму отделения дисперсной фазы от дисперсионной текучей среды с помощью жалюзийной решетки добавляется известный эффект циклонной очистки, когда частицы дисперсной фазы смещаются к периферии изогнутого канала за счет сил инерции. Суммирование эффектов приводит к повышению эффективности работы этого устройства.

Процесс, аналогичный вышеописанному, реализуется на всех N элементах, размещенных по потоку. В итоге частицы крупных фракций D > D_показываются в приосевой части в зоне расположения последнего элемента, соединенного с пылеотводом 6, а более мелкие частицы с D < D_п уходят вместе с очищаемым газом и могут подвергаться дополнительной очистке (фракционированию) в последующих каскадах. При этом необходимо предусмотреть условия, чтобы частицы наибольшей фракции не ударялись о поверхность отражателя и не рикошетировали в поперечном направлении.

В многокаскадных инерционных отделителях дисперсной фазы жалюзийная решетка первого каскада выполнена с достаточно малым углом, так что самые крупные частицы дисперсной фазы очищаемой дисперсионной среды не испытывают прямых столкновений с отражательной поверхностью элементов жалюзийной решетки, отклоняются к оси потока и все частицы дисперсной фазы от самых крупных до имеющих диаметр D_п1 отделяются в бункер первого каскада. Поток текучей среды с частицами, имеющими диаметр D < D_п1поступают на вход второго каскада. Параметры жалюзийных решеток второго и последующего каскадов позволяют отделять частицы с диаметрами от D_п2до D_п1, от D_п3 до D_п2 и т.д. в бункеры второго, третьего и т. д. каскадов соответственно. Благодаря отсутствию прямых столкновений частиц дисперсной фазы с поверхностью отражательных областей элементов жалюзийных решеток достигается высокая эффективность отделения дисперсной фазы от дисперсионной среды, в частности пылеочистки.

Из отмеченного выше следует возможность сепарации частиц дисперсной фазы с помощью многокаскадных отделителей с достаточно высокой селективностью.

Предлагаемые устройства для отделения дисперсной фазы от дисперсионной текучей среды будут работать тем более эффективно с точки зрения разделения и выделения более мелких частиц, чем меньше величина смещения W и, следовательно, величина d зазоров. Однако в этом случае возрастает необходимое число элементов, что из-за конечных погрешностей изготовления элементов жалюзийной решетки может не привести к улучшению параметров улавливания.

Изобретение относится к технике отделения частиц дисперсной фазы от дисперсионной текучей среды и может быть использовано в системах пылеочистки и для классификации частиц различных твердых материалов. Технический результат состоит в повышении эффективности очистки за счет отделения частиц дисперсионной фазы заданного гранулометрического состава вследствие снижения числа соударений частиц относительно крупной фракции с отражательными областями отдельных элементов жалюзийной решетки. Отделитель содержит корпус с каналом неизменного сечения с входным и выходным патрубками, жалюзийную решетку, установленную под острым углом к поверхности корпуса, и средство для выведения дисперсной фазы, соединенное с бункером и источником разрежения. Жалюзийная рещетка состоит из одинаковых по форме, кроме первого, отдельных элементов с внутренним, верхним, внешним и нижним участками, с разделительной и отражательной областями, с внутренней кромкой на границе между внутренним и нижним участками, размещенными на одинаковом расстоянии один от другого. 16 з. п. ф-лы, 16 ил.

1. ИНЕРЦИОННЫЙ ОТДЕЛИТЕЛЬ ДИСПЕРСНОЙ ФАЗЫ ОТ ДИСПЕРСИОННОЙ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ, содержащий корпус с каналом неизменного по длине сечения с входным и выходным патрубками, жалюзийную решетку в виде одинаковых по форме, кроме первого, отдельных элементов с внутренним, верхним, внешним и нижним участками, с разделительной областью и отражательной областью, расположенной на внутреннем участке, а также с внутренней кромкой на границе между внутренним и нижним участками, размещенных на одинаковом расстоянии один от другого, превышающем величину смещения W каждого из элементов относительно предыдущего в поперечном направлении по отношению к оси канала, жалюзийная решетка установлена под острым углом к поверхности корпуса, и средство для выведения дисперсной фазы, соединенное с бункером и источником разрежения, отличающийся тем, что отражательная область каждого из элементов жалюзийной решетки, ограниченная внутренней кромкой и проекцией в направлении оси канала на внутренний участок этого элемента внутренней кромки предыдущего по ходу текучей среды элемента, выполнена невыпуклой, первый элемент жалюзийной решетки содержит только отражательную область внутреннего участка и нижний участок и прикреплен непосредственно к корпусу, последний элемент отстоит от входного патрубка средства для выведения дисперсной фазы на расстоянии, равном зазору между элементами решетки, внутренний край этого патрубка совпадает с проекцией внутренней кромки последнего элемента жалюзийной решетки в направлении оси канала, а форма сечения разделительной области и верхнего участка патрубка повторяет форму сечения разделительной области и верхнего участка элемента жалюзийной решетки. 2. Отделитель по п.1, отличающийся тем, что в случае использования корпуса с прямолинейным каналом длина H отрезка прямой, параллельного оси канала и соединяющего внутреннюю кромку отражательной области каждого элемента жалюзийной решетки с поверхностью следующего по ходу текучей среды элемента, выбрана из условия

где a - угол между касательной к отражательной области элемента жалюзийной решетки на внутренней ее кромке и осью канала;
r и D_п - плотность и предельный диаметр отделяемых частиц дисперсной фазы соответственно;
m - вязкость текучей среды;
K - коэффициент, определяемый экспериментально. 3. Отделитель по п.1, отличающийся тем, что в случае использования корпуса, изогнутого по дуге окружности, величина H выбрана из условия

где g - угол разворота соседних элементов друг относительно друга, определяемый из выражения

где R₁ и R₂ - радиусы кривизны концентрически изогнутых стенок корпуса;
t - толщина элемента жалюзийной решетки;
d - расстояние между соседними элементами. 4. Отделитель по пп.1 - 3, отличающийся тем, что линия сечения отражательной области внутреннего участка каждого элемента жалюзийной решетки плоскостью, проходящей через ось канала и перпендикулярной внутренней кромке, представляет собой дугу окружности. 5. Отделитель по пп.1 - 3, отличающийся тем, что каждый элемент жалюзийной решетки, кроме первого, имеет профиль сечения в виде прямоугольной трапеции, меньшее и большее основания которой соответствуют верхнему и нижнему участкам элемента, а боковая сторона, перпендикулярная основаниям, соответствует внешнему и параллельна оси канала. 6. Отделитель по пп. 1 - 5, отличающийся тем, что линия сечения внутреннего участка элемента жалюзийной решетки плоскостью, проходящей через ось канала и перпендикулярной внутренней кромке, представляет собой дугу окружности в отражательной плоскости и отрезок прямой в разделительной области. 7. Отделитель по пп.1 - 4, отличающийся тем, что каждый элемент жалюзийной решетки, кроме первого, представляет собой в сечении фигуру, ограниченную тремя дугами окружностей и отрезком прямой, параллельным оси канала, причем отрезок прямой соответствует внешнему участку, линии сечения верхнего и нижнего участков являются дугами окружностей с центрами, расположенными со стороны нижнего участка и сопрягающими указанный отрезок прямой с линией, перпендикулярной оси канала и проходящей через точку, соответствующую внутренней грани в этой точке, и с линией, проходящей через точку, соответствующую границе между отражательной и разделительной областями, и проведенной под углом π-α к оси канала в этой точке. 8. Отделитель по пп.1 - 4, отличающийся тем, что каждый элемент жалюзийной решетки, кроме первого, представляет собой в сечении фигуру, ограниченную двумя дугами окружностей и отрезком прямой, перпендикулярным к оси канала, причем отрезок прямой соответствует нижнему участку, линия сечения верхнего и нижнего участков представляет собой дугу окружности с центром, лежащем на указанной прямой, и с касательной в точке, соответствующей границе между отражательной и разделительными областями, проходящей под углом p-α к оси канала. 9. Отделитель по пп.1 - 3, отличающийся тем, что в случае использования корпуса прямоугольного сечения каждый элемент жалюзийной решетки выполнен в виде плоскопараллельных пластин шириной l, установленных на расстоянии H одна от другой под углом a к оси канала с величиной смещения W, определяемой из выражения W= l sinα.
10. Отделитель по пп.1 - 3, отличающийся тем, что в случае использования корпуса цилиндрического сечения элементы жалюзийной решетки представляют собой фрагменты усеченного конуса с углом 2α при ширине, полученные сечением этого конуса параллельными равностоящими одна от другой плоскостями, перпендикулярными оси конуса, и установленные на расстоянии H один от другого. 11. Отделитель по пп.1 - 10, отличающийся тем, что отражательная область внутреннего участка и нижний участок сопрягаются отрезком кривой, длина которого много меньше величины H. 12. Отделитель по пп.1 - 9, 11, отличающийся тем, что в случае использования корпуса прямоугольного сечения отношение минимального размера сечения входного патрубка средства для выведения дисперсной фазы к величине смещения в поперечном направлении каждого элемента жалюзийной решетки относительно предыдущего больше или равно 2. 13. Отделитель по пп.1 - 9, 11, отличающийся тем, что в случае использования корпуса прямоугольного сечения размер P входного патрубка в направлении, перпендикулярном внутренней кромке отражательной области элемента жалюзийной решетки и оси канала, выбран из условия
P = G - n (B - W),
где G - внутренний размер корпуса;
B - ширина элемента жалюзийной решетки;
n = 1 или 2 - при установке в корпусе одной жалюзийной решетки или двух жалюзийных решеток соответственно. 14. Отделитель по пп.1, 2, 4 - 8, 10 - 12, отличающийся тем, что в случае использования корпуса цилиндрической формы диаметр C входного патрубка выбран из условия
C = F - 2B + 2W,
где F - внутренний диаметр корпуса. 15. Отделитель по пп.1 - 14, отличающийся тем, что дополнительно содержит установленные последовательно по потоку по крайней мере одну жалюзийную решетку, средство для выведения дисперсной фазы, соединенное с бункером, при этом по крайней мере одна из величин H и 1/sinα, характеризующих параметры каждой последующей решетки, уменьшены по сравнению с соответствующими величинами, характеризующими параметры предыдущей решетки. 16. Отделитель по п.15, отличающийся тем, что для цилиндрической формы корпуса инерционного отделителя средство для выведения дисперсной фазы представляет собой обтекатель в виде протяжного элемента, прикрепленного торцами к внутренней поверхности корпуса, с каплевидным сечением, сквозным отверстием и входным патрубком в своей средней части, при этом широкая часть обтекателя обращена к входному патрубку инерционного отделителя, а входной патрубок средства для выведения дисперсной фазы установлен соосно с элементами жалюзийной решетки. 17. Отделитель по пп.15 и 16, отличающийся тем, что каждая последующая жалюзийная решетка установлена относительно ближайшего к ней края предыдущего по потоку средства для выведения дисперсной фазы на расстоянии, превышающем два минимальных размера внутреннего сечения корпуса.