ПЫЛЕУЛАВЛИВАЮЩИЙ БИНАРНЫЙ АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ Российский патент 1998 года по МПК B01D45/06 

Изобретение касается пылеулавливающих устройств.

Известен пылеулавливающий бинарный аэродинамический модуль, содержащий два расположенных в кожухе осесимметрично аэродинамических концентратора пылевых частиц, выполненных в виде конически сужающихся по ходу газа систем отражательных элементов, установленных с щелевыми зазорами, причем выходное сечение первого концентратора меньше входного сечения второго концентратора.

Равномерно запыленный по сечению канала газовый поток, поступающий в конически сходящуюся систему колец, приводит к значительному выносу пылевых частиц через сечения боковых зазоров между входными парами таких колец.

Целью изобретения является повышение эффективности фильтрации газовых потоков от пылевых загрязнений.

На фиг. 1 представлен пылеулавливающий модуль с выходным сечением первого концентратора, расположенным перед входным сечением второго концентратора; на фиг. 2 - пылеулавливающий модуль с выходным сечением первого концентратора, расположенным ниже по потоку относительно входного сечения второго концентратора; на фиг. 3 - пространственное распределение массовой плотности пылевой фазы в общем потоке; на фиг. 4 - общий характер рефракции траектории движения частиц.

Пылеулавливающий бинарный аэродинамический модуль содержит аэродинамические концентраторы пыли 1 и 2, концевые звенья 3 и 4 концентраторов, входные формирующие конусы 5 и 9, системы колец или пластин 6 и 10, профилированные боковые щели 7 и 11, ограничивающие кожухи 8 и 12, а также пылеотводной патрубок 13.

Первый концентратор 1 имеет входной конус 5 и периодическую систему колец 6, разделенных между собой профилированными щелями 7. Коническая конструкция жестко связана и размещена в общем ограничивающем кожухе 8. Весь концентратор заканчивается пылеотводным патрубком 13.

Второй аэродинамический концентратор 2 имеет входной конус 9, предварительно формирующий пылегазовый поток в осевом направлении. Консольно с конусом 9 жестко связана вторая конически сходящаяся система колец или пластин 10, периодически разделенных между собой боковыми профилированными щелями 11. Конечное звено представленного аэродинамического концентратора 2 заканчивается последним элементом с наименьшим диметром, определяющим поперечные размеры выходящего пылевого потока по направлению оси симметрии Х. Какие-либо опоры между концевой частью конуса 2 и кожухом 12 отсутствуют.

К фланцевой части кожуха 12 второго концентратора как единое целое присоединен первый концентратор, образуя таким образом единую конструкцию пылеулавливающего бинарного аэродинамического модуля.

В представленном техническом решении узкий выход начальной части модуля скачкообразно переходит в наибольшее сечение внутренней части другого конического образования, имеющего пылеотвод за пределы общего ограничивающего кожуха.

Пылеулавливающее устройство работает следующим образом.

Выходящий запыленный газовый поток со скоростью V_вх статистически по сечению имеет равномерную плотность вероятности распределения дисперсных пылевых частиц, а отсюда и массовую плотность ρ₁ пылевой фазы в общем потоке. При осесимметричности входного канала пространственное распределение ρ₁(R) целесообразно представить радиальным, как показано на фиг. 3.

Если степень запыленности потока оценивать концентрацией пыли K_вх. в виде весовой части в единице объема входящего газа, то равномерное распределение для такой концентрации вдоль радиуса составит

где
g - ускорение земного тяготения
Процесс отделения пылевых частиц от потока и их концентрации к осевой линии с помощью конически сходящейся системы колец или пластин сводится к следующей схеме.

Газовая фаза смеси, подчиняясь законам движения сплошных сред, ламинарными осесимметричными струйными течениями послойно выходит через профилированные боковые щели между каждой согласованной парой таких колец или пластин.

При боковом выходе потока через профилированные щели, образованные в свою очередь профилями колей конической системы концентраторов, в пространстве между смежными кольцами формируется своеобразный стационарный наклонный экранирующий фронт гидродинамических неоднородностей, в пределах которого наблюдается экстремальное изменение скоростей потока сплошной газовой фазы относительно начального направления движения дисперсных частиц. Подобные условия эквивалентны движению таких частиц в слоистых гидродинамических неоднородных средах. Наталкиваясь на фронт этими неоднородностями, частицы испытывают рефракцию, т.е. искривление траектории движений, направленных к центру общего потока, что эквивалентно своеобразным представлениям отражения и рекошета от зоны с рассредоточенными параметрами неабсолютно упругой природы. Общий характер рефракции траектории движения частиц, вызванной влиянием экранирующего эффекта, показан на фиг. 4. Проявляющийся такой эффект в пределах зазора между твердыми элементами профилированных колец или пластин среди других дополнительно действующих механизмов является основным.

Качественные исследования показывают, что при определенном фракционном составе дисперсных частиц условия их отклонения в сторону к осевой линии потока сводятся к реализации выражения

в котором
h - радиальное изменение уровня между двумя смежными профилями колец или пластин. При известном периодическом шаге L_h характеризует конусность концентратора в виде

где
ρ_ч и ρ_в - плотности соответственно твердых частиц и воздуха;
r_ч - радиус частиц;
с_х - их аэродинамическое сопротивление.

Согласно условию (1) в пылевой массе имеется выбор дисперсных частиц, увлекаемых струйными течениями за пределы внутренней части конических образований аэродинамических концентраторов.

Такой процесс дополняется флуктуационными явлениями в виде турбулентных вихреобразований в приграничных слоях и в нарушении условий ламинарности и осесимметричности гидродинамических течений, контактирующих с неточностями и шероховатостями обтекаемых профилей.

Наибольший по массе вынос пыли при таких процессах следует ожидать в зоне щелевых выходов между профилями колец наибольшего диаметра.

Существо предложенного технического решения позволяет равномерное распределение пыли по сечению при входе во вторую часть модуля бинарного типа свести до неравномерного с узкой направленностью вдоль центральной оси потока, что достигается аэродинамическим концентратором без пылеотвода во внешнюю область. За счет уменьшения массы пыли, контактирующей с поверхностью профилей наибольшей общей площади, уменьшается и вынос пылевых частиц, чем и достигается повышение качества фильтрации воздушных сред.

Дополнительно положительный эффект по пылеочистке воздуха, входящего в бинарный аэродинамический модуль, усиливается за счет коагуляции пылевых частиц и вторичного захвата их общим потоком пыли, выходящим из первой части модуля.

Если концентраторы выполнить разной конусности, то согласно условию (1) бинарный модуль будет обладать свойствами пылеотделения в каждой отдельной части, связанными с фракционным составом дисперсных частиц. В частности, при большей конусности входного концентратора 2 к центральной оси симметрии сместится основная масса более крупных частиц. Таким образом конечная ступень модуля будет доочищать более мелкую фракцию пылевых включений.

Использование: для отделения твердых частиц от газового потока. Сущность изобретения: два концентратора пылевых частиц как единое целое расположены вдоль единой оси симметрии в линейном канале так, что первый из них имеет пылеотводной блок с пылеотводящим патрубком, а второй, консольно заканчивающийся последним звеном конической системы с наименьшим выходным сечением, установлен перед входом первого, образуя скачкообразное изменение сечений смежных пар колец или пластин двух концентраторов, при этом концевая часть второго входного концентратора может быть вдвинута в коническую полость первого. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Пылеулавливающий бинарный аэродинамический модуль, содержащий два расположенных в кожухе осесимметрично аэродинамических концентратора пылевых частиц, выполненных в виде конически сужающихся по ходу газа систем отражательных элементов, установленных с щелевыми зазорами, причем выходное сечение первого концентратора меньше входного сечения второго концентратора, отличающийся тем, что кожух выполнен в виде прямолинейного газохода, концентраторы установлены последовательно вдоль оси кожуха и второй по ходу газа концентратор снабжен осевым пылеотводом, присоединенным к его последнему по ходу газа элементу. 2. Модуль по п.1, отличающийся тем, что элементы выполнены в виде колец. 3. Модуль по п. 1, отличающийся тем, что элементы выполнены в виде пластин. 4. Модуль по пп.1 - 3, отличающийся тем, что выходное сечение первого концентратора расположено перед входным сечением второго концентратора. 5. Модуль по пп.1 - 3, отличающийся тем, что выходное сечение первого концентратора расположено ниже по потоку относительно входного сечения второго концентратора. 6. Модуль по пп.1 - 5, отличающийся тем, что концентраторы выполнены разной длины и конусности.