ВИХРЕВАЯ ТРУБА Российский патент 2000 года по МПК B04C1/00 

Изобретение относится к газоочистным устройствам и может быть использовано для очистки технологических газов, например газов доменного производства с одновременной утилизацией части потенциальной энергии газов, а также в реагентных хозяйствах при подаче газов для растворения реагентов.

Известна вихревая труба (см. а.с. N 578090. Бюл. N 40, 1977), включающая корпус, коаксиально к которому установлена труба отвода горячего потока, выполненная перфорированной, снабженная турбинкой, установленной с возможностью вращаться.

Недостатком данной вихревой трубы является возможность эрозии лопаток турбинки и внутренней ее полости при абразивном воздействии на них твердых включений, содержащихся в газе.

Известна вихревая труба (см. а.с. N 1268208, МКИ B 04 C 1/00, F 25 B 9/02. Бюл. N 41, 1986), содержащая вихревую камеру, патрубок отвода охлажденного газа, дроссель-клапан на выходе подогретого газа и сопловую камеру ввода газа с щелевыми отверстиями, снабженную пылеприемником.

Недостатком данной вихревой трубы является незначительное повышение износостойкости из-за малой эффективности разделения твердых частиц, оказывающих абразивное воздействие на внутренние элементы устройства.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности очистки технологических газов и устранение абразивного износа элементов вихревой трубы, что достигается установкой на внутренней поверхности полости сопловой камеры винтообразных направляющих (кондукторов), которые закручены таким образом, что их противоположные торцы располагаются под углом 90^o относительно друг друга, количеством не менее четырех, на внутренней поверхности пылеприемника предусмотрены винтообразные канавки, внутри которых установлены ловушки в виде "ласточкина хвоста", переходящие в кольцевую канавку.

Технический результат достигается тем, что в вихревой трубе, содержащей вихревую камеру, патрубок отвода охлажденного газа, дроссель-клапан на выходе подогретого газа и сопловую камеру ввода газа с щелевыми отверстиями, снабженную пылеприемником, на внутренней поверхности полости сопловой камеры установлены винтообразные направляющие (кондукторы), которые закручены таким образом, что их противоположные торцы располагаются под углом 90^o относительно друг друга, количеством не менее четырех, на внутренней поверхности пылеприемника предусмотрены винтообразные канавки, внутри которых установлены ловушки в виде "ласточкина хвоста", переходящие в кольцевую канавку.

На фиг. 1 изображена вихревая труба с кольцевыми щелевыми отверстиями, на фиг. 2 - разрез А-А, на фиг. 3 - винтообразные направляющие, на фиг. 4 - ловушка, а на фиг. 5 - аксонометрическая схема ловушки.

Вихревая труба имеет сопловую камеру 1 с щелевыми отверстиями 2, патрубок 3 отвода охлажденного газа, вихревую камеру 4, дроссель-клапан 5 на выходе подогретого газа и пылеприемник 6 с устройством 7 для выгрузки пыли. На внутренней поверхности полости сопловой камеры 1 установлены винтообразные направляющие (кондукторы) 8, которые закручены таким образом, что их противоположные торцы располагаются под углом 90^o относительно друг друга, количеством не менее четырех 9, 10, 11, 12, закрепленные на ось 13. На внутренней поверхности пылеприемника 6 предусмотрены винтообразные канавки 14, внутри которых установлены ловушки 15 в виде "ласточкина хвоста", переходящие в кольцевую канавку 16, соединенные при помощи патрубка 17 с задвижкой 18 для продувки пыли и твердых отложений.

Вихревая труба работает следующим образом.

Поступающий в сопловую камеру 1 запыленный газ закручивается за счет тангенциального подвода, степень закрутки которого многократно усиливается при движении в винтообразных направляющих (кондукторах) 8, которые закручены таким образом, что их противоположные торцы располагаются под углом 90^o относительно друг друга, количеством не менее четырех 9, 10, 11, 12, закрепленные на ось 13. При меньшем количестве направляющих эффект очистки значительно снижается и применение большего их числа зависит от степени диспергированности твердых включений в газе. При помощи направляющих (кондукторов) 8 газ приобретает круговое спиралевидное вращение. В вихревой камере 4 происходит энергетическое разделение газа на два вида потока, параметры и состояние которых за счет реологических, режимных и температурных характеристик и величины распределения давления неодинаковы и сопровождаются эффектом Ранка. Приосевые слои газа охлаждают и отводят к потребителю по патрубку 3. Подогретый газ направляют к периферии вихревой камеры 4 и потребителям. Тепловой режим вихревой трубы 4 регулируют дроссель-клапаном 5. Так как в сопловой камере 1 имеет место срезающее действие дисперсной фазы, находящейся в потоке, а также удары твердых частиц, сопровождающиеся всплеском энергии, выделением дополнительного тепла, звука и света, то в ее стенках выполнены щелевые отверстия 2, сообщающие полость вихревой камеры 4 с внутренними винтообразными канавками 14, внутри которых предусмотрены ловушки 15 в виде "ласточкина хвоста". Твердые частицы пыли, попадая в винтообразные канавки 14, закручиваются, сталкиваются, укрупняются и попадают в ловушку 15 в виде "ласточкина хвоста", которая своим отверстием направлена в сторону действия центробежных сил, которые загоняют твердые частицы в ее полость и в ней удерживаются за счет их оригинальной формы. Из винтообразных канавок 14 с ловушками 15 твердые частицы пыли по патрубкам 17 сползают в кольцевую канавку 16 и выпускаются через задвижку 18. Те частицы, которые по своим аэродинамическим параметрам не смогли попасть в винтообразные канавки 14 с ловушками 15, будут удаляться из пылеприемника 6 через устройство 7 для выгрузки пыли. Двойственному характеру выпуска твердых включений способствует расположение отверстий по их селективности и их ориентации по отношению к оси, что позволяет частицам варьировать в зависимости от оказываемых на них центробежных, аэродинамических и вибрационных сил, зависящих от свойств материала, из которого вихревая труба изготовлена.

Благодаря наличию в сопловой камере отверстий и винтообразных направляющих, создающих закрутку потока газов и их волновое движение, полностью исключается срезывающее действие в местах поворотов потока, так как обладающие большой скоростью до 200...300 м/с при подаче горячих газов в фурмы доменных печей твердые частицы устремляются к периферии вихревой камеры и отводятся через отверстия в пылеприемниках и внутренних винтообразных канавках с ловушками твердых частиц. Абразивное воздействие твердых частиц, выходящих из доменных печей и поступающих в газоочистители, более значительно из-за большого их количества и высокой их температуры.

Контакт твердых частиц с поверхностью вихревой камеры минимален, и это снижает абразивный износ элементов установки. Внутренние винтообразные направляющие и канавки с ловушками повышают эффективность очистки газов, транспорт газов без твердых частиц имеет минимальные энергозатраты.

Оригинальность предложенного технического решения заключается в использовании центробежных сил для очистки газов и пылеловушек, позволяющих повысить эффективность работы устройства без привлечения дополнительной энергии извне.

Изобретение предназначено для газоочистки и может быть использовано для очистки технологических газов, например газов доменного производства, с одновременной утилизацией части потенциальной энергии газов, а также в реагентных хозяйствах при подаче газов для растворения реагентов. Вихревая труба содержит вихревую камеру, патрубок отвода охлажденного газа, дроссель-клапан на выходе подогретого газа и сопловую камеру ввода газа, в стенках которой выполнены щелевые отверстия, пылеприемник. На внутренней поверхности полости сопловой камеры установлены винтообразные направляющие (кондукторы), которые закручены так, что их противоположные торцы располагаются под углом 90° относительно друг друга, количеством не менее четырех; на внутренней поверхности пылеприемника предусмотрены винтообразные канавки, внутри которых установлены ловушки в виде "ласточкина хвоста", переходящие в кольцевую канавку. В изобретении обеспечивается повышение эффективности процесса очистки технологических газов и устранение абразивного износа элементов вихревой трубы. 5 ил.

Вихревая труба, содержащая вихревую камеру, патрубок отвода охлажденного газа, дроссель-клапан на выходе подогретого газа и сопловую камеру ввода газа, в стенках которой выполнены щелевые отверстия, пылеприемник, отличающаяся тем, что на внутренней поверхности полости сопловой камеры установлены винтообразные направляющие (кондукторы), повернутые на 90^o, количеством не менее четырех, на внутренней поверхности пылеприемника предусмотрены винтообразные канавки, внутри которых установлены ловушки в виде "ласточкина хвоста", переходящие в кольцевую канавку.