ВИХРЕВАЯ ТРУБА Российский патент 2002 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.

Известна вихревая труба (см. а.с. 1268208, МКИ В 04 С 1/00, F 25 В 9/02, 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.

Известна вихревая труба (см. патент РФ 2157280, МПК В 04 С 1/00, F 25 В 9/02, Бюл. 28, 2000), 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, на внутренней поверхности полости сопловой камеры установлены винтообразные направляющие, 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.

Недостатком данной вихревой трубы является недостаточно высекая эффективность очистка технологических газов от твердых частиц, абразивно изнашивающих внутренние поверхности элементов вихревой трубы из-за слабого разделения твердой и газообразной фаз.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности очистки технологических газов и устранение абразивного износа элементов вихревой трубы и технологического оборудования путем установки на входе запыленного газа полого эластичного кольца, к внешней поверхности которого присоединены суживающиеся насадки с внутренними спиралевидными канавками, а внутри его полости напротив суживающихся насадок установлены пульсаторы из биметаллических пластин свободно насаженных на ось, имеющих изогнутую форму, противоположные торцы которых образуют угол 90^o.

Технический результат достигается тем, что 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, патрубок входа запыленного газа, пылеприемник, на внутренней поверхности полости сопловой камеры установлены винтообразные направляющие, 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, имеет на патрубке ввода запыленного газа полое эластичное кольцо, к внешней поверхности которого присоединены суживающиеся насадки с внутренними спиралевидными канавками, а внутри его полости напротив суживающихся насадок установлены пульсаторы из биметаллических пластин свободно насаженных на ось, имеющих и зогнутую форму, противоположные торцы которых образуют угол 90^o.

На фиг.1 изображена вихревая труба с кольцевыми щелевидными отверстиями, на фиг.2 - разрез А-А фиг.1, на фиг.3 - схема ловушки в виде ласточкина хвоста, на фиг.4 - схема полого эластичного кольца с насадками, на фиг.5 - схема пульсатора из биметаллических пластин, а на фиг.6 - развертка внутренней поверхности суживающихся насадок с внутренними спиралевидными канавками.

Вихревая труба содержит сопловую камеру 1 с щелевидными отверстиями 2, патрубок 3 отвода охлажденного газа, вихревую камеру 4, дроссель-клапан 5 на выходе подогретого газа, пылеприемник 6 с устройством 7 для выгрузки пыли. На внутренней поверхности полости сопловой камеры 1 установлены винтообразные направляющие 8, повернутые на 90^o, количеством не менее четырех. На внутренней поверхности пылеприемника 6 предусмотрены винтообразные канавки 9, внутри которых установлены ловушки 10 в виде ласточкина хвоста, переходящие в кольцевую канавку 11, которая соединена при помощи патрубка 12 с задвижкой 13 для продувки пыли и твердых отложений. На патрубке 14 входа запыленного газа предусмотрено эластичное кольцо 15, к внешней поверхности которого присоединены суживающиеся насадки 16 с внутренними спиралевидными канавками 17, причем они расположены по длине криволинейно от входа газа до его выхода. Внутри полости полого эластичного кольца 15 напротив суживающихся насадок 16 установлены пульсаторы 18 из биметаллических пластин 19, 20, 21 и 22, свободно насаженных на ось 23, имеющих изогнутую форму, противоположные торцы которых образуют угол 90^o, то есть пластины изогнуты относительно оси 23 так, что их торцы образуют прямой угол относительно друг друга.

Вихревая труба работает следующим образом.

В сопловую камеру 1 поступает запыленный газ по патрубку 14 в полое эластичное кольцо 15, а из него выходит через суживающиеся насадки 16, закручиваясь во внутренних спиралевидных канавках 17, расположенных криволинейно, причем закрутка потока газа усиливается за счет тангенциального расположения суживающихся насадок 16 и за счет действия пульсатора 18 из биметаллических пластин 19, 20, 21, 22, свободно насаженных на ось 23, имеющих изогнутую форму, противоположные торцы которых образуют угол 90^o, пульсация которых осуществляется при наличии разницы температуры заниженного газа, выходящего из доменной печи, имеющего высокую температуру, и охлажденного газа. Кроме того, за счет эластичных свойств полого эластичного кольца 15 оно начинает вибрировать. Таким образом, эффект закрутки потока запыленного газа и пульсации создает центробежные и вибрационные силы, которые отбрасывают твердые частицы, содержащиеся в запыленном газе, к периферийной части устройства и интенсивно способствуют разделению его на твердую и газообразную фазы, то есть осуществляется извлечение твердых частиц, абразивно действующих на внутренние элементы вихревой трубы, а в дальнейшем на элементы технологического оборудования. Эффект закрутки запыленного газа многократно усиливается в винтообразных направляющих 8, выполненных из пружинистой пластины, установленных на внутренней поверхности полости сопловой камеры 1. Далее запыленный газ поступает в пылеприемник 6, имея центробежные и вибрационные силы в закрученном состоянии в значительно расслоенном состоянии на твердую и газообразную фазу, при этом твердые частицы находятся в периферийной части пылеприемника 6 и попадают в винтообразные канавки 9, внутри которых установлены ловушки 10 в виде ласточкина хвоста. Из ловушек 10 твердые частицы под действием аэродинамических сил не смогут выйти за счет их оригинальной формы и в них они закручиваются, сталкиваются, укрупняются и сползают в кольцевую канавку 11, соединенную при помощи патрубка 12 с задвижкой 13, служащей для выпуска твердых частиц. Твердые частицы, которые по своим аэродинамическим параметрам не смогли попасть в винтообразные канавки 9, будут удаляться из пылеприемника 6 через устройство 7 для выгрузки пыли. Двойственному характеру выпуска твердых частиц способствует расположение отверстий по их селективности и их ориентация по отношению к оси сопловой камеры 1, что позволяет твердым частицам выбирать направление перемещения в зависимости от оказываемых на них центробежных и вибрационных сил, зависящих также от свойств материала, из которого вихревая труба изготовлена. В вихревой камере 4 происходит также энергетическое разделение газа на два вида потока, параметры и состояние которых неодинаковы за счет реологических, режимных и температурных характеристик и распределения давления сопровождается эффектом Ранка. Приосевые слои газа охлаждают и отводят к потребителю по патрубку 3 отвода охлажденного газа. Подогретый газ направляют к периферии вихревой камеры 4 и отводят к потребителю. Тепловой режим вихревой камеры 4 регулирует дроссель-клапан 5. Так как в сопловой камере 1 имеет место срезающее действие дисперсной фазы, находящейся в потоке, а также удары твердых частиц, которые сопровождаются всплеском энергии, выделением дополнительного тепла, звука и света, поэтому на ее стенках выполнены щелевые отверстия 2, которые сообщают полость вихревой камеры 4 с внутренними винтообразными канавками 9. Кроме того, эффект закрутки и пульсации, направляя поток газов по круговому движению, снижает срезывающее действие дисперсной фазы потока газа и силы ударов твердых частиц на элементы вихревой трубы.

Таким образом, благодаря наличию в сопловой камере щелевых отверстий винтообразных направляющих и спиралевидных канавок, пульсаторов, создающих закрутку потока газов, их волновое движение и пульсацию, полностью исключается срезывающее действие в местах поворотов потока газов, 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 пылеприемник по внутренним винтообразным канавкам с ловушками. Абразивное воздействие твердых частиц, выходящих из доменных печей и поступающих в газоочистители, более значительно из-за большого их количества и температуры. Контакт твердых частиц с поверхностью вихревой камеры минимален и это снижает абразивный износ элементов установки. Внутренние винтообразные направляющие, винтообразные и спиралевидные канавки, пульсаторы повышают эффективность очистки газов и, кроме того, транспорт газов без твердых частиц имеет минимальные энергозатраты.

Предлагаемая конструкция вихревой трубы, имеющая суживающиеся насадки с внутренними спиралевидными канавками, пульсаторы из биметаллических пластин, винтообразные канавки с ловушками твердых частиц за счет использования эффекта закрутки потока газов и пульсации, усиливающих создание центробежных и вибрационных сил, значительно повышает эффективность очистки газов и устраняет абразивный износ элементов вихревой трубы и технологического оборудования.

Оригинальность предлагаемого технического решения заключается в комплексном использовании аэродинамических, центробежных и вибрационных сил, создаваемых за счет закрутки потока газов и пульсации для повышения эффективности очистки запыленных газов и устранения абразивного износа элементов, вихревой трубы и элементов технологического оборудования без привлечения энергии извне.

Изобретение предназначено для газоочистки и может быть использовано в доменном производстве. 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, 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, имеет на входе запыленного газа полое эластичное кольцо, к внешней поверхности которого присоединены суживающиеся насадки с внутренними спиралевидными канавками, а внутри его полости напротив суживающихся насадок установлены пульсаторы из биметаллических пластин, свободно насаженных на ось, имеющих изогнутую форму, противоположные торцы которых образуют угол 90^o. Изобретение обеспечивает повышение эффективности очистки технологических газов и устранение абразивного износа элементов вихревой трубы и технологического оборудования. 6 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, патрубок входа запыленного газа, пылеприемник, на внутренней поверхности сопловой камеры установлены винтообразные направляющие, 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, отличающаяся тем, что на патрубке входа запыленного газа предусмотрено полое эластичное кольцо, к внешней поверхности которого присоединены суживающиеся насадки с внутренними спиралевидными канавками, а внутри его полости напротив суживающихся насадок установлены пульсаторы из биметаллических пластин, свободно насаженных на ось, имеющих изогнутую форму, противоположные торцы которых образуют угол 90^o.