ИНЕРЦИОННЫЙ ОЧИСТИТЕЛЬ ГАЗА Российский патент 1998 года по МПК B01D45/12 B04C3/06 

Изобретение относится к очистке газа /воздуха/ и может быть использовано в воздухоочистителях силовых установок с поршневыми и газотурбинными двигателями транспортных средств, в системах кондиционирования воздуха, в стационарных энергетических установках, на газоперекачивающих и компрессорных станциях и т.д.

Преимущественное использование предлагаемого изобретения в воздухоочистителях газотурбинных двигателей стационарных установок.

К инерционным воздухоочистителям газотурбинных установок предъявляются высокие требования в части гидравлического сопротивления, эффективности очистки и удельных габаритных объемов.

В зависимости от условий эксплуатации и области применения воздухоочистителей указанные выше требования могут изменяться в широких пределах. Так, например, гидравлическое сопротивление воздухоочистителей ГТД в зависимости от условий применения находится в пределах 50...500 мм вод.ст., а эффективность очистки загрязненного воздуха может изменяться от 90 до 98%.

Известны воздухоочистители, предназначенные для очистки воздуха от пыли и других материалов.

Такие воздухоочистители состоят обычно из корпуса в виде трубы, закручивающего аппарата на входе в виде лопаток или тангенциального патрубка, устройства очищенного воздуха /выхлопной трубы/, установленного концентрично в корпусе, и отвода загрязнителя /см. а.с. 1810679, кл. B 04 C 5/30, 1991, а. с. 443686, кл. B 04 C 5/14, 1975, патент США N 370730, кл. 55-410, 1973, патент Франции N 1320200, кл. B 01 D, 1963/.

Известны также воздухоочистители типа комбинированных прямоточных циклонов, предназначенных для очистки газов, с корпусом в виде конической тонкостенной трубы, сужающейся к выходу, лопаточного закручивающего аппарата, цилиндрической выхлопной трубы, установленной концентрично в корпусе и имеющей щелевые каналы вдоль ее образующей, а также канал /отвод/ для удаления загрязнителя, образованный корпусом и выхлопной трубой /см. патент США N 3019856 по НКИ 183-80, 1962/.

Устройство по патенту США N 3019856 является ближайшим аналогом изобретения.

Указанные выше воздухоочистители не обладают высокими параметрами по расходу воздуха, гидравлическому сопротивлению и эффективности очистки воздуха /газа/.

Так, устройства по патентам США N 3707830 и N 1320200 имеют высокое гидравлическое сопротивление закручивающего аппарата, а также низкую эффективность ввиду наличия в циклоне центрального вихря и открытого осевого входа в трубу очищенного воздуха.

Устройство по патенту США имеет высокое гидравлическое сопротивление входного закручивающего аппарата, ввиду малых проходных сечений входного закручивающего аппарата, т.к. он в значительной мере перекрывается трубой очищенного воздуха, а также в связи с тем, что каналы выхлопной трубы не профилированы с расширением их от входа к выходу.

Пылеуловители /циклоны/ по а.с. 1819679 и а.с. N 443686 не регламентируют геометрические соотношения элементов их конструкций. Такие циклоны, как правило, имеют достаточно высокое гидравлическое сопротивление.

На эффективность очистки и гидравлическое сопротивление инерционного воздухоочистителя наряду с его конструкцией существенную, а в некоторых случаях решающую роль оказывают геометрические соотношения элементов конструкции инерционного очистителя и их геометрическая форма.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что с целью получения оптимальных параметров очистителя по эффективности очистки и гидравлическому сопротивлению необходимо проходные сечения элементов воздухоочистителя: закручивающего аппарата, устройства очищенного воздуха и отвода загрязнителя выполнять в зависимости от размеров диаметра /площади/ диаметрального сечения корпуса очистителя.

Как известно, процесс сепарации твердых частиц в инерционных очистителях зависит от скоростей движения потока в нем, т.е. от проходных сечений его элементов.

Решающее влияние на эффективность сепарации оказывает скорость потока на входе в циклон, т.е. проходные сечения закручивающего аппарата на входе F_вх и выходе потока F_вых, ширина каналов b и высота h. Высокие параметры очистителя достигаются при соотношении суммарной площади каналов F_кан к диаметральному сечению корпуса F_кор F_кан/F_кор = 0,4-1,5 при отношении F_вх/F_вых= 1,2-2,0. В этом случае ширина b канала находится в пределах b = 0,01-0,030 диаметра корпуса, а высота каналов h = 0,2-0,8 диаметра корпуса.

Геометрические размеры и форма устройства выпуска очищенного воздуха /выхлопной трубы/, в свою очередь, связаны с размерами входного закручивающего аппарата и корпуса очистителя.

При суммарной площади каналов выпускной трубы на входе в трубу F_тр и соотношении F_тр/F_кан = 2,5-3,5 с расширением площади каналов выпускной трубы от входа к выходу в соотношении F_вх/F_вых = 0,1-0,4 достигается лучшая эффективность сепарации частиц пыли.

Отвод загрязнителя предлагается выполнить в виде тангенциального или кольцевого канала. При этом площадь канала отвода загрязнителя F_отв с площадью диаметрального сечения корпуса находится в соотношении F_отв/F_кор = 0,3-0,5. Такие соотношения канала отвода загрязнителя позволяют удалять отсепарированную пыль /твердые частицы/ за пределы очистителя с меньшими гидравлическими потерями.

Таким образом, геометрические размеры заявляемого очистителя взаимосвязаны.

В предлагаемой конструкции очистителя каналы трубы очищенного воздуха ориентированы в противоположную сторону движения потока газа в кольцевом канале, образованном корпусом и трубой очищенного воздуха.

Выполнение каналов с предложенным соотношением площадей позволяет ликвидировать вынос крупных частиц в выпускную трубу, улучшить его эффективность очистки.

Экспериментально проверено, что независимо от конструкции выпускной трубы /цилиндрической, составной цилиндрической, конической /конусность β = 2-8^o/ на эффективность очистки решающее влияние оказывает соотношение площадей проходных сечений на входе в закручивающий аппарат и в устройство очищенного воздуха F_тр/F_кан = 2,5-3,5. Форма же трубы в основном влияет на гидравлическое сопротивление очистителя. Меньшее значение гидравлических потерь имеет очиститель с конической выпускной трубой с углом конусности β = 2-8^o.

Проходные сечения закручивающего аппарата заявляемого инерционного очистителя допускается выполнять в виде профилированных лопаток, однако суммарная площадь каналов закручивающего аппарата /F_кан/ и площадь диаметрального сечения корпуса /F_кор/ должны отвечать соотношению F_кан/F_кор = 0,4-0,8.

На фиг. 1 и 2 изображена конструкция предлагаемого очистителя газа с сечением корпуса для лучшего показа его элементов; на фиг. 3 и 4 - горизонтальное сечение очистителя для показа геометрии проточной части каналов закручивающего аппарата и устройства очищенного воздуха.

Конструкция очистителя представляет собой узел, состоящий из корпуса 1, в верхней части которого расположен входной закручивающий аппарат 2, снабженный каналами, образованными лопатками 3, сужающимися от входа к выходу, ширина каналов b и высота h. Внутри корпуса расположено устройство очищенного воздуха 4, снабженное каналами 5, расширяющимися от входа к выходу. Отсепарированная пыль за пределы очистителя удаляется через отвод 6. Отвод 6 допускается выполнять в виде тангенциального патрубка или осевого канала, образованного корпусом и трубой очищенного воздуха.

Под действием разрежения, создаваемого, например, компрессором газотурбинного двигателя и отсасывающим устройством, например вентилятором, запыленный воздух проходит входной аппарат, скорость потока воздуха увеличивается постепенно от входа к выходу, поток получает закрутку и под действием центробежных сил твердые частицы отбрасываются к корпусу 1 и за счет вращательного и поступательного движения потока стекают к отводу 6 и удаляются отсасывающим устройством за пределы очистителя.

Очищенный воздух в кольцевом пространстве, образованном корпусом 1 и трубой очищенного воздуха 4, разворачивается и поступает в каналы 5, в которых скорость потока уменьшается от входа в каналы к выходу и далее очищенный воздух поступает в компрессор двигателя.

Предлагаемая конструкция инерционного очистителя в зависимости от расхода воздуха и допустимого гидравлического сопротивления может использоваться как единично, так и при объединении их в батарею.

Использование: для очистки газа. Очиститель содержит цилиндрический корпус, закручивающий аппарат, устройство очищенного газа и отвод загрязнителя. Закручивающий аппарат выполнен в виде тангенциальных щелевых каналов при суммарной площади каналов F_кан и диаметральном сечении корпуса F_кор, удовлетворяющих соотношению F_кан/F_кор = 0,4 - 1,5, а устройство очищенного газа выполнено в виде трубы с отверстиями, суммарная площадь которых F_тр по отношению к площади щелевых каналов закручивающего аппарата F_кан находится в пределах F_тр/F_кан = 2,5 - 3,5. Заявлены и другие соотношения. В очистителе обеспечивается минимальное гидравлическое сопротивление при высокой степени очистки. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Инерционный очиститель газа, содержащий цилиндрический корпус, закручивающий аппарат, устройство очищенного газа и отвод загрязнителя, отличающийся тем, что закручивающий аппарат выполнен в виде тангенциальных щелевых каналов при суммарной площади каналов F_кан и диаметральном сечении корпуса F_кор, удовлетворяющих соотношению F_кан/F_кор = 0,4 - 1,5, а устройство очищенного газа выполнено в виде трубы с отверстиями, суммарная площадь которых F_тр по отношению к площади щелевых каналов закручивающего аппарата F_кан находится в пределах F_тр/F_кан = 2,5 - 3,5. 2. Очиститель по п.1, отличающийся тем, что ширина каналов b и высота каналов h закручивающего аппарата равны соответственно (0,01 - 0,03) и (0,2 - 0,8) диаметра корпуса, расположены равномерно в верхней части корпуса и выполнены сужающимися от входа к выходу газа с соотношением
F_вх/F_вых = 1,2 - 2,0,
где F_вх - суммарная площадь сечений каналов закручивающего аппарата на входе;
F_вых - суммарная площадь сечений каналов закручивающего аппарата на выходе. 3. Очиститель по п.1, отличающийся тем, что сечения отверстий устройства очищенного газа выполнены с расширяющейся площадью от входа к выходу и соответствуют соотношению
F_вх/F_вых = 0,1 - 0,4,
где F_вх - площадь сечений отверстий устройства очищенного газа на входе;
F_вых - площадь сечений отверстий устройства очищенного газа на выходе. 4. Очиститель по п.1, отличающийся тем, что устройство очищенного газа состоит из нескольких обечаек с увеличивающимся проходным сечением от входа к выходу. 5. Очиститель по п.1, отличающийся тем, что устройство очищенного газа выполнено в виде конуса с углом конусности β = 2 - 8^o. 6. Очиститель по п.1, отличающийся тем, что каналы закручивающего аппарата образованы профилированными лопатками. 7. Очиститель по п.1, отличающийся тем, что отвод загрязнителя выполнен в виде кольцевого канала, площадь которого по отношению к площади диаметрального сечения корпуса находится в соотношении
F_отв/F_кор = 0,3 - 0,5,
где F_отв - площадь кольцевого сечения отвода загрязнителя;
F_кор - площадь диаметрального сечения корпуса очистителя. 8. Очиститель по п.1, отличающийся тем, что отвод загрязнителя выполнен в нижней части корпуса и направлен тангенциально к нему.