УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТСОСА И ОЧИСТКИ ВОЗДУХА Российский патент 1999 года по МПК B01D47/06 

Изобретение относится к области очистки воздушных и воздушно-газовых сред от пыли или иных примесей и может быть использовано для отсоса и очистки воздуха от пыли и газов в помещениях производственного и общественного назначения, гаражного хозяйства и т. п.

Известны устройства, предназначенные для очистки воздушной и газовой сред от пыли путем аэродинамической очистки (RU 2100052), с помощью принудительной фильтрации (RU 2100054), мокрой очистки (RU 2075333).

Основной недостаток существующих устройств - неполная степень очистки воздушно-газовых сред при высоких энергетических затратах, при сложных конструктивных и эксплуатационных решениях.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков, конструктивным исполнением для достижения поставленной задачи, является устройство для отсоса и обеспыливания воздуха, включающее корпус со шламоотводом, размещенные в корпусе форсунки, камеру для улавливания пыли и шлама, побудитель тяги (SU 1740692).

Известное устройство несложно в исполнении, надежно в эксплуатации, но имеет существенный недостаток - невысокую степень очистки воздуха от пыли и низкую производительность. Кроме того, при эксплуатации установки в загазованной воздушной атмосфере очистка воздуха от газа практически не осуществляется, а очищенный воздух на выходе из устройства насыщен влагой в виде аэрозоли.

Задачей предполагаемого изобретения является создание простой надежной высокопроизводительной многофункциональной установки с высокой степенью одновременной очистки воздуха от пыли, газовых примесей и аэрозолей.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для отсоса и очистки воздуха, содержащем цилиндрический корпус, шламоотвод, форсунки, побудитель тяги выполнен в виде раструба, по оси которого размещены форсунки. Раструб установлен на входе цилиндрического корпуса под углом их осей равном 90-170^oC, а отношение большого диаметра раструба к входному диаметру цилиндрического корпуса и отношение длины раструба по оси к его большему диаметру равны соответственно 1,3-1,7 и 1-3.

Внутри цилиндрического корпуса от плоскости его сопряжения с раструбом соосно с ним установлены на раcстоянии друг от друга кратном длине одного по крайней мере два неподвижных шнековых сердечника, при отношении их диаметра к внутреннему диаметру цилиндрического корпуса равном 0,4-0,6.

В заявленном устройстве шлам удаляется самотеком через цилиндрический корпус, раструб-навстречу движению очищаемого воздуха, за счет наклона установки при ее монтаже, и через выходной патрубок направляется в сливную магистраль.

Конструктивное исполнение, последовательность расположения элементов устройства и взаимоотношения размера элементов конструкции определены экспериментально. Заявленные параметры позволяют на несложном простом в эксплуатации устройстве реализовать несколько принципов или этапов очистки воздуха, а именно, абсорбционный захват взвешенных частиц, инерционное осаждение, эффект зацепления или касания, диффузия в турбулентном потоке, осаждение под действием центробежной силы. Для сравнения - в известном устройстве реализуются два этапа очистки воздуха, путем абсорбционного захвата и эффекта зацепления частиц пыли.

Сопоставительный анализ заявленного и известного устройства указывает на то, что предполагаемый объект изобретения характеризуется наличием новых конструктивных элементов (раструб, шнековые сердечники), взаимосвязанным расположением и функциональной связью элементов конструкции, позволяющих решить поставленную задачу. Таким образом, заявленное устройство соответствует критерию изобретения по "новизне".

Из анализа научно-технической и патентной информации по проверке изобретательского уровня заявленного устройства выявлено устройство для очистки газов от примесей (RU 95120872), имеющее признак, схожий с отличительным признаком заявляемого изобретения, а именно, использование в обоих случаях завихрителей шнекового типа.

В известном устройстве шнековый завихритель выполнен с полыми лопастями и центральным внутренним каналом, куда нагнетается очищаемый газ. В этом случае рабочими являются внутренние полости лопастей шнека, их функциональное назначение - реализация осаждения частиц за счет эффекта касания (зацепления), когда создаются условия, что расстояние от частиц, движущихся с газовым потоком, до обтекаемого тела равно или меньше ее радиуса. Это реализуется практически при движении очищаемого газа в "замкнутом" ограниченном пространстве и преимущественно при очистке сухим способом.

В заявленном устройстве используются по крайней мере два неподвижных шнековых сердечника, а определенная экспериментальным путем взаимосвязь конструктивных параметров и расположения шнеков между собой и цилиндрическим корпусом позволили выявить функциональные признаки, способствующие получению нового технического результата. Очищаемый увлажненный воздух на участке ограниченном шнеками, истекая по их внешним поверхностям и в промежутке между шнеками, подвергается очистке по следующим механизмам: центробежная сепарация увлажненных частиц, коагуляция увлажненных частиц, инерционное осаждение на лопастях сердечника и на зеркале, стекающей по низу установки жидкости. На участке между шнеками проходит интенсивный абсорбционный "захват" взвешенных частиц и поглощение водно-воздушной смесью (аэрозолью) газовых примесей из очищаемого воздуха.

Новым техническим результатом, является и активное каплеулавливание из воздуха при прохождении его через следующий шнековый сердечник. В результате - из устройства выходит сухой воздух, очищенный от газовых примесей по шести этапам очистки от пыли.

Очистка воздуха от пыли с использованием эффекта касания (зацепления) частиц пыли в заявленном устройстве осуществляется при истечении водно-воздушной смеси через раструб и его сопряжение с цилиндрическим корпусом.

Таким образом, из вышеизложенного следует, что предполагаемое изобретение на устройство для отсоса и очистки воздуха соответствует критерию "изобретательский уровень".

Сущность изобретения поясняется рисунком, где на фиг. 1 представлен общий вид устройства, на фиг. 2 - вид сверху.

Устройство включает раструб 1, форсуночный узел 2, которые образуют побудитель тяги. Длина раструба по оси (l_p) с его большим диаметром (d_p) связана отношением l_p = (1-3) d_p.

Форсунки 2 устанавливаются внутри раструба по его оси с направлением форсуночных отверстий в сторону цилиндрического корпуса 3. Цилиндрический корпус сопряжен с раструбом под углом (альфа) их осей равным 90-170^o. Большой диаметр раструба (d_p) связан с диаметром цилиндрического корпуса (d_ц) отношением d_р =(1,3-1,7)d_ц.

Внутри цилиндрического корпуса соосно с ним установлены по крайней мере два неподвижных шнековых сердечника 4.

Первый шнековый сердечник устанавливается от плоскости сопряжения раструба с цилиндрическим корпусом, а последующий от предыдущего - на расстоянии равном длине шнекового сердечника (l_ш).

Диаметр шнекового сердечника (d_ш) связан с внутренним диаметром цилиндрического корпуса (d_ц) отношением d_ш=(0,4-0,6)d_ц
С выхода цилиндрический корпус снабжен направляющим элементом 5 для выпуска очищенного воздуха.

В нижней части раструба устройство снабжено шламоотводом 6, по которому шлам самотеком удаляется из цилиндрического корпуса за счет его наклона к входной части, при эксплуатационном монтаже устройства.

Устройство работает следующим образом. В рабочем эксплуатационном состоянии устройство устанавливается так, что плоскость по линиям осей раструба и цилиндрического корпуса имеет наклон от горизонтальной плоскости в направлении входного отверстия раструба 1. В форсуночный узел 2 из напорной магистрали (на чертеже не показана) подают под давлением рабочую жидкость (преимущественно воду). Вода распыляясь через форсунки в раструбе эжектирует наружный загрязненный воздушный поток, охлаждая и увлажняя его. Заявленные параметры и конструктивные особенности побудителя тяги, позволяют уже в раструбе создать большое ускорение водно-воздушной смеси на участке до сопряжения раструба с цилиндрическим корпусом 3 и очищать воздушный поток от механических частиц за счет эффекта зацепления и абсорбционного захвата. Затем поток водно-воздушной смеси поступает на первый шнековый сердечник 4, на котором приобретает криволинейное движение с дополнительным ускорением и подвергается на участке первого шнека несколькими этапами очистки по следующим механизмам: абсорбционный "захват" взвешенных частиц, инерционное осаждение частиц на лопастях шнекового сердечника, центробежная сепарация увлажненных частиц по внутренним стенкам цилиндрического корпуса, инерционный удар раскрученного потока о зеркало стекающей по низу цилиндрического корпуса жидкости со шламом.

В промежутке между шнековыми сердечниками кинетика истечения водно-воздушного потока резко меняется. Создаются условия для интенсивной коагуляции увлажненных частиц, идет активный процесс поглощения газовых примесей водяными каплями, поверхностью увлажненных частиц и процесс гравитационного осаждения каогулированных частиц в шламоотвод.

На следующем шнековом сердечнике водно-воздушный поток, получая дополнительное ускорение, вновь подвергается тем же процессам очистки, что и при прохождении первого шнекового сердечника. Кроме этого, на указанном участке происходит интенсивное каплеулавливание, то есть происходит очень важный процесс по обезвоживанию воздушного потока. Далее сухой очищенный от пыли и газовых примесей воздух через направляющий элемент 5 поступает обратно в помещение.

Насыщенный загрязняющими элементами (пыль, пары, газовые примеси) шлам по нижней части цилиндрического корпуса самотеком навстречу движению водно-воздушной смеси удаляется по шламоотводу 6 в узел водоподготовки, откуда через определенную процедуру очистки и разделения водная часть вновь подается в форсуночный узел.

Принятая система удаления шлама, дает возможность использовать зеркало его поверхности для дополнительной очистки воздуха, а в целом заявленное устройство позволяет реализовать практически все известные этапы очистки воздушных и газовых сред.

В производственных условиях изготовлены заявленные устройства производительностью переработки воздушных и газовых сред 5000-6000 м³/час со скоростью потока 5-6 м/сек.

Устройства испытаны для рециркуляцинной очистки производственного помещения, в помещении гаражного хозяйства, для обеспыливания воздуха от источника пыления в цепи технологического оборудования.

Производственные испытания заявленного устройства подтвердили его преимущества перед известными в следующем:
- очистка воздуха непосредственно в помещении без дополнительных камер и воздуховодов и подачи его на рециркуляцию;
- объединение установок в систему с общим узлом водоподготовки;
- высвобождение производственных площадей, так как они могут устанавливаться в межферменном пространстве;
- самопромываемость системы;
- очищает среды от частиц в размере 0,1-1 мкм;
- низкая энергоемкость и металлоемкость;
- недорогие в изготовлении и эксплуатации с окупаемостью в течение 3-12 месяцев работы.

Для изготовления устройства не требуется специального оборудования и материалов, а конструктивные возможности позволяют по требованию потребителя реализовать проекты в широком диапазоне технико-экономических показателей процесса очистки воздушных и газовых сред.

Изобретение относится к области очистки воздушных и воздушно-газовых сред от пыли или иных примесей и может быть использовано для отсоса и очистки воздуха от пыли и газов в помещениях производственного и общественного назначения, гаражного хозяйства и т.п. Устройство содержит входной раструб с форсунками, цилиндрический корпус и размещенные внутри него шнековые сердечники и найденные параметры взаимосвязей конструктивных элементов обеспечивают преимущественные технико-экономические показатели эксплуатации устройства по сравнению с известными решениями. Предлагаемое устройство недорогое в изготовлении и эксплуатации, имеет низкую энергоемкость и металлоемкость, окупается в течение 3-12 месяцев работы. Очистка воздуха осуществляется непосредственно в помещении без дополнительных камер и воздуховодов. Устройства могут быть объединены в систему с общим узлом водоподготовки и монтирования в любом месте, в том числе в межферменном пространстве производственного помещения. 2 ил.

Устройство для отсоса и очистки, преимущественно, воздуха, включающее цилиндрический корпус, шламоотвод, форсунки, побудитель тяги, отличающееся тем, что побудитель тяги выполнен в виде раструба с форсунками с отношением его длины по оси к большому диаметру, равным 1-3, и сопряженного с цилиндрическим корпусом под углом их осей, равном 90-170^o, а отношение большого диаметра раструба к входному диаметру цилиндрического корпуса составляет 1,3-1,7, внутри цилиндрического корпуса соосно с ним установлены на расстоянии друг от друга, кратном их длине, по крайней мере два неподвижных шнековых сердечника при отношении их диаметра к внутреннему диаметру цилиндрического корпуса равном 0,4-0,6.