ПРЯМОТОЧНЫЙ ЦИКЛОН Российский патент 1999 года по МПК B01D45/12 B04C1/00 B04C3/00 

Изобретение относится преимущественно к газовой промышленности и предназначено для очистки потока газа от капельной жидкости, механических примесей, и может быть использовано во всех отраслях промышленности, где требуется очистка потока газа от включений твердой и жидкой фаз.

Известно устройство, включающее цилиндрический корпус с лопаточным завихрителем на входе и коническим отсекателем на выходе, причем лопатки завихрителя закреплены на стержне (авт.св. СССР N 101911, кл. B 04 C 1/00, 1950).

Недостатком данного устройства является то, что при малых кинетических скоростях сепарируемого флюида снижается эффективность сепарации.

Наиболее близким аналогом является прямоточный циклон, включающий цилиндрический корпус с лопаточным завихрителем на входе и коническим отсекателем на выходе, причем лопатки завихрителя закреплены на стержне, установленном эксцентрично относительно оси циклона, при этом по оси стержня выполнено отверстие (авт.св. N 617053, кл. B 01 D 45/12, 13.07.78).

Недостатком указанного устройства является то, что при малых дебитах сепарируемого потока наблюдается вторичный унос отсепарированных фракций, поскольку последние обладают недостаточной кинетической энергией для эффективной сепарации.

Цель изобретения - повышение эффективности очистки потока газа от жидкости и механических примесей при низких дебитах сепарируемого потока путем уменьшения вторичного уноса отсепарированных фракций.

Поставленная цель достигается тем, что в прямоточном циклоне, включающем цилиндрический корпус с лопаточным завихрителем на входе и коническим отсекателем на выходе, в корпусе между лопаточным завихрителем и коническим отсекателем размещена секция, выполненная в виде конической упругой многовитковой ленточной спирали, витки которой расположены внахлест большего витка на меньший с изменяющимся в процессе очистки зазором друг относительно друга, причем форма многовитковой спирали в начальном состоянии описывается формулой в полярных координатах

область определения координат r, Z, ϕ
r ∈ [r₁;r₁-hn]
Z ∈ [0;L]

где r₁ - максимальный радиус многовитковой спирали;
L - длина спирали;
n - количество витков;
h - ширина зазора между витками многовитковой спирали,
при этом наибольший виток упругой ленточной спирали жестко закреплен на корпусе завихрителя.

На чертеже показан прямоточный циклон, общий вид в разрезе.

Прямоточный циклон включает цилиндрический корпус 1 с лопаточным завихрителем 2 на входе и коническим отсекателем 3 на выходе, в корпусе 1 между лопаточным завихрителем 2 и коническим отсекателем 3 размещена секция 4, выполненная в виде конической упругой многовитковой ленточной спирали, витки которой расположены внахлест большего витка 5 на меньший 6 с изменяющимся в процессе очистки зазором 7 между витками друг относительно друга, при этом наибольший виток 5 упругой ленточной спирали жестко закреплен на корпусе 8 завихрителя 2, между корпусом 1 и коническим отсекателем 3 выполнена выходная дренажная кольцевая щель 9.

Устройство работает следующим образом.

Низкодебитный сепарируемый поток газа, содержащий капельную жидкость и механические примеси, поступает через завихритель 2 во внутреннюю полость секции 4, выполненной в виде конической упругой многовитковой ленточной спирали, витки которой расположены внахлест большего витка 5 на меньший 6, и закручивается. При этом под действием центробежной силы частицы механических примесей и капли жидкости отбрасываются на внутреннюю поверхность секции 4 и удаляются через зазор 7 между ее витками в пространство между корпусом 1 и внешней поверхностью секции 4. Затем отсепарированные фракции стекают под действием гравитационных и центробежных сил по стенке корпуса 1 в направлении отсекателя 3 и далее через выходную дренажную кольцевую щель 9 удаляются из корпуса 1. При одномоментном резком возрастании в сепарируемом потоке газа количества механических примесей или жидкости (пульсационный режим) центробежные силы, действующие на внутреннюю поверхность спиральной ленты, увеличиваются в связи с увеличением относительной массы сепарируемых фракций, что в свою очередь, благодаря упругости материала секции 4, выполненной в виде конической упругой многовитковой ленточной спирали, приводит к увеличению общей площади зазора 7 между витками спирали, и тем самым повышается пропускная способность сепаратора по твердым и жидким фракциям. Очищенный газ поступает через внутреннее пространство секции 4 на выход из сепаратора.

Экспериментально установлено, что максимальная степень очистки потока газа от механических примесей и жидкости достигается в случае, когда равнодействующая между тангенциальной и осевой составляющими силы, действующей на частицу механической примеси (каплю жидкости), направлена перпендикулярно полосе спирали. В этом случае частица выносится по кратчайшему пути, чем и обусловлен выбор формы секции 4. В начальном состоянии форма конической упругой многовитковой ленточной спирали описывается формулой в полярных координатах:

область определения координат r, Z, ϕ
r ∈ [r₁;r₁-hn]
Z ∈ [0;L]

где r₁ - максимальный радиус многовитковой спирали;
L - длина спирали;
n - количество витков;
h - ширина зазора между витками многовитковой спирали.

Вторичному уносу препятствуют нахлест большего витка 5 секции 4 на меньший 6 и избыточное давление внутри секции 4 за счет движения потока газа, что повышает качество очистки газа. При "бросах" жидкости и механических примесей происходит одномоментное увеличение общей площади зазора 7 между витками секции 4, что также приводит к общему повышению качества очистки.

Использование прямоточного циклона повышает качество очистки низкодебитного газа от частиц жидкости и механических примесей, эффективность сепарации при пульсирующих изменениях нагрузки, а также эффективность осаждения жидкости и механических примесей в пространстве между корпусом и коническим отбойником.

Изобретение предназначено для очистки потока газа от капельной жидкости, механических примесей. В прямоточном циклоне, включающем цилиндрический корпус с лопаточным завихрителем на входе и коническим отсекателем на выходе, в корпусе между лопаточным завихрителем и коническим отсекателем размещена секция, выполненная в виде конической упругой многовитковой ленточной спирали, например, стальной, витки которой расположены внахлест большего витка на. меньший с изменяющимся в процессе очистки зазором друг относительно друга, причем форма многовитковой спирали в начальном состоянии описывается формулой в полярных координатах r = r₁-hnZ/L-hϕ/2π, область определения координат r, z, ϕ r ∈ [r₁;r₁-hn] Z ∈ [0;L]; ϕ ∈ [-2πnZ/3L; 2π-2πnZ/6L], где r₁ - максимальный радиус многовитковой спирали; L - длина спирали; n - количество витков; h - ширина зазора между витками многовитковой спирали, при этом наибольший виток упругой ленточной спирали жестко закреплен на корпусе завихрителя. В циклоне обеспечивается повышение эффективности очистки потока газа от жидкости и механических примесей при низких дебитах сепарируемого потока, путем уменьшения вторичного уноса отсепарированных фракций. 1 ил.

Прямоточный циклон, включающий цилиндрический корпус с лопаточным завихрителем на входе и коническим отсекателем на выходе, отличающийся тем, что в корпусе между лопаточным завихрителем и коническим отсекателем размещена секция, выполненная в виде конической упругой многовитковой ленточной спирали, витки которой расположены внахлест большего витка на меньший с изменяющимся в процессе очистки зазором друг относительно друга, причем форма многовитковой спирали в начальном состоянии описывается формулой в полярных координатах:

область определения координат r, Z, ϕ
r ∈ [r₁;r₁-hn],
Z ∈ [0;L],

где r₁ - максимальный радиус многовитковой спирали;
L - длина спирали;
n - количество витков;
h - ширина зазора между витками многовитковой спирали,
при этом наибольший виток упругой ленточной спирали жестко закреплен на корпусе завихрителя.