ВИХРЕВОЙ ПЫЛЕУЛОВИТЕЛЬ Российский патент 2009 года по МПК B01D45/12 B04C3/00 

Изобретение относится к устройствам для отделения дисперсных частиц от газов и может найти применение в химической, пищевой, деревообрабатывающей, строительной и других отраслях промышленности.

Известен пылеуловитель, содержащий цилиндрический корпус, соединенный с ним конический бункер для сбора пыли, нижний входной патрубок с завихрителем, верхний осевой выхлопной патрубок, имеющий возможность вращения полый цилиндр, который расположен соосно корпусу на подшипниках в опорах, закрепленных на стенке корпуса, с образованием кольцевого зазора между ними и на расстоянии между их стенками, равном 0,1D, где D - внутренний диаметр корпуса. Полый цилиндр соединен с внешним приводом ременной передачей (см. описание изобретения к SU №980849, 1982).

Недостатком известного пылеуловителя является то, что поток подается только снизу, как следствие, быстро теряется его крутка. Поэтому тонкодисперсные частицы не успевают отделяться из потока и уносятся в выхлопной патрубок, что снижает эффективность пылеулавливания.

Ко второму существенному недостатку можно отнести подсос пылегазовоздушной смеси через кольцевое пространство, образованное внутренней стенкой нижнего основания ротора и входным патрубком. При большой площади указанного кольцевого пространства будет происходить захват существенной массы уловленных частиц, что снижает эффективность пылеулавливания.

Известен пылеуловитель, содержащий входной и отводящий осевой патрубки, пылевой бункер, цилиндрический корпус, имеющий возможность вращения полый цилиндр, который расположен соосно корпусу с образованием кольцевого зазора между их стенками, в котором расположено уплотнение. Полый цилиндр жестко соединен с помощью горизонтальных спиц с вертикальной осью, имеющей возможность вращения от привода (см. описание полезной модели RU №20468, 2001).

Недостатком известного пылеуловителя является то, что поток подается только сверху, при этом быстро теряется его крутка. Поэтому тонкодисперсные частицы не успевают отделяться из потока и уносятся в выхлопной патрубок, что снижает эффективность пылеулавливания.

Сопряжение вставки с корпусом циклона в верхней части снабжено уплотнением, что снижает эффективность пылеулавливания. При этом существенной будет сила трения между полой вставкой и уплотнением, что повлечет за собой дополнительные затраты энергии.

Кроме того, при работе данного пылеуловителя будет происходить вынос пылевых частиц из бункера, т.к. отсутствует отбойная шайба, что снижает эффективность пылеулавливания.

В патенте не указано, с какой скоростью вращается полая вставка, а также не описан механизм, приводящий осевой вал во вращение.

Наиболее близким аналогом предложенного изобретения является известный из RU 2056178, 1996 вихревой пылеуловитель, включающий цилиндрический корпус с верхним и нижним тангенциальными патрубками ввода запыленного газа, отбойной шайбой, осевым выходным патрубком очищенного газа и пылевым бункером, размещенную соосно корпусу перфорированную цилиндрическую вставку с образованием кольцевого зазора между ними.

Недостатком известного пылеуловителя является то, что цилиндрическая проницаемая вставка вращается за счет давления на лопасти очищаемых потоков воздуха, что значительно снижает крутку потока (так как вставка с лопастями является дополнительным местным сопротивлением), увеличивает потери давления и турбулентность потока. Как следствие, эффективность пылеулавливания существенно не повысится. Кроме того, в известном решении не описан механизм крепления цилиндрической проницаемой вставки.

Задачей заявляемого изобретения является повышение эффективности очистки газа, особенно при улавливании тонкодисперсных частиц.

Поставленная задача решается тем, что вихревой пылеуловитель, включающий цилиндрический корпус с верхним и нижним тангенциальными патрубками ввода очищаемого газа, отбойной шайбой, осевым выходным патрубком очищенного газа и пылевым бункером, размещенную соосно корпусу перфорированную цилиндрическую вставку с образованием кольцевого зазора между ними, отличается тем, что верхний тангенциальный патрубок выполнен в виде улиточного завихрителя, а нижний снабжен расположенными по оси корпуса коническим завихрителем и полым усеченным конусом, характеризующимся соотношением диаметров его оснований, равным 1:(1,4-1,5), на внешней поверхности которого установлена кольцевая отбойная шайба, а перфорированная цилиндрическая вставка установлена с возможностью вращения при помощи лопастей, выполненных на наружной поверхности верхней части перфорированной цилиндрической вставки, и жестко соединена посредством горизонтальных спиц с вертикальной осью, на которой расположен обтекатель. При этом лопасти устанавливаются предпочтительно под углом 7-12° к вертикали. Такое положение обеспечивает наиболее стабильный режим работы пылеуловителя.

Предпочтительным является выполнение вихревого пылеуловителя, имеющего кольцевой зазор между внутренней поверхностью корпуса и внешней поверхностью перфорированной цилиндрической вставки, равный 0,13D, где D - внутренний диаметр корпуса.

Также в предпочтительном варианте исполнения ось имеет уплотнители на нижнем тангенциальном патрубке и на пылевом бункере.

Указанная выше совокупность признаков позволяет получить предусмотренный технический результат.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 показан вихревой пылеуловитель, общий вид в разрезе, на фиг.2 изображен разрез А-А фиг.1, а на фиг.3 показан график зависимости эффективности η пылеулавливания вихревого пылеуловителя от соотношения линейной скорости вращения перфорированной цилиндрической вставки W_п и скорости движения потока в пристеночной области W_пот.

Вихревой пылеуловитель содержит цилиндрический корпус 1, верхний входной патрубок 2 с улиточным завихрителем 3 для ввода очищаемого газа, верхний осевой патрубок 4 для вывода очищенного газа, пылевой бункер 5, нижний тангенциальный патрубок 6 с коническим завихрителем 7 и расположенным над ним центральным полым усеченным конусом 8, выполненным с соотношением диаметров его оснований, равным 1:(1,4-1,5). На внешней поверхности конуса 8 с зазором относительно цилиндрической вставки 10 установлена кольцевая отбойная шайба 9. По оси корпуса 1 с зазором относительно его внутренней стенки установлена с возможностью вращения перфорированная цилиндрическая вставка 10. Оптимальный зазор составляет величину, равную 0,13D, где D - внутренний диаметр корпуса. Перфорированная цилиндрическая вставка 10 жестко соединена с помощью горизонтальных спиц 11 с вертикальной осью 12, на которой жестко установлен обтекатель 13, выполненный в виде тела вращения с криволинейной образующей. Ось 12 имеет возможность вращения при помощи лопастей, расположенных в верхней части цилиндрической вставки и сопел 17, установленных в верхней части корпуса аппарата под углом 15° к горизонтали. Вертикальная ось 12 имеет первый уплотнитель 14 на нижнем тангенциальном патрубке 6 и второй уплотнитель 15 на пылевом бункере 5.

Вихревой пылеуловитель работает следующим образом. Очищаемый газ поступает в корпус 1 двумя потоками. В нижнюю часть корпуса 1 подается основной (первичный) поток запыленного газа через тангенциальный патрубок 6, завихритель 7 и полый усеченный конус 8. На начальном участке завихрителя радиус закрутки потока очищаемого газа максимальный, а угловая скорость минимальна, что обеспечивает уменьшение потерь давления. По мере движения вверх угловая скорость пылегазового потока растет и в выходном отверстии конуса 8 она максимальна. Предложенное соотношение диаметров оснований усеченного конуса обеспечивает практически полное исчезновение вихревого ядра и равномерное распределение скорости пылегазового потока по сечению.

Обтекатель 13 предотвращает попадание пылевых частиц в осевую зону аппарата, а за счет своего вращения придает частицам пыли дополнительную силу, отбрасывающую их к стенкам корпуса.

Сформированный поток газа движется к выходному патрубку 4 пылеуловителя, а частицы пыли под действием центробежных сил отбрасываются к стенкам пылеуловителя.

Закрученный поток газа движется в осевом направлении, а навстречу ему движется поданный по патрубку 2 и улиточному завихрителю 3 вторичный поток очищаемого газа, причем оба потока движутся в одном направлении. При взаимодействии потоков газа усиливаются центробежные силы, действующие на частицы пыли, которые эффективно отбрасываются к стенке перфорированной цилиндрической вставки 10, откуда через имеющиеся в ней отверстия направляются к стенке корпуса 1 и далее в нижнюю часть аппарата под отбойную шайбу 9. Выделившаяся пыль поступает в пылевой бункер 5, а очищенный газ выводится через патрубок 4. Для лучшего удаления пыли и предотвращения забивания пространства, образованного перфорированной цилиндрической вставкой 10 и корпусом 1, на стенке последнего тангенциально устанавливаются сопла 18 (преимущественно четыре) под углом 30° к горизонтали, через которые может подаваться поток чистого воздуха для удаления со стенок корпуса 1 пыли.

При очистке газов, содержащих значительное количество мелкодисперсных частиц (размером менее 15 мкм), большое влияние оказывает вязкость потока, которая удерживает частицы в нем и выносит их из аппарата с очищенным газом. Чтобы предотвратить этот унос, необходимо уменьшить вязкость потока и интенсивность вторичных течений в пристеночной области за счет снижения турбулентности потока в указанной области. При этом необходимо обеспечить условия, чтобы в ядре потока была высокая степень крутки для обеспечения интенсивной сепарации частиц на стенку. Предложенная конструкция пылеуловителя позволяет уменьшить относительную скорость потока газа у его стенки и снизить интенсивность вторичных течений в пристеночной области. В результате турбулентная вязкость уменьшится, причем минимальное значение она будет иметь при равенстве значений линейной скорости вращения цилиндрической вставки и движения потока в пристеночной области, о чем свидетельствует приведенный на фиг.3 график. Максимальная эффективность пылеулавливания η достигается при равенстве величин линейной скорости вращения перфорированной цилиндрической вставки и скорости движения потока в пристеночной области (W_п=W_пот).

Вращение перфорированной цилиндрической вставки 10 обеспечивается при помощи лопастей 16, размещенных в верхней части этой вставки, жестко скрепленной металлическими спицами 11 с вертикальной осью 12, которая приводится в движение за счет подачи на лопасти 16 через сопла 17 потока чистого воздуха, в которые воздух подается вентилятором из нагнетающей части системы или из линии сжатого воздуха. Герметичность работы устройства при вращении вертикальной оси 12 обеспечивается за счет уплотнителей 14 и 15, которые не позволяют наружному воздуху проходить в пылеулавливающий аппарат.

Выделившаяся пыль через пространство между кольцевой отбойной шайбой 9 и цилиндрическим корпусом 1 поступает в пылевой бункер 5, а очищенный газ выводится через патрубок 4.

Предлагаемое изобретение обеспечивает значительную величину центробежной силы в ядре потока, выбрасывающей частицы пыли из потока газа, при низкой турбулентности потока пристеночной области и позволяет повысить эффективность очистки газа, особенно при улавливании тонкодисперсных частиц.

Изобретение предназначено для отделения дисперсных частиц от газов. Вихревой пылеуловитель включает цилиндрический корпус с верхним и нижним тангенциальными патрубками ввода очищаемого газа, отбойной шайбой, осевым выходным патрубком очищенного газа и пылевым бункером, размещенную соосно корпусу перфорированную цилиндрическую вставку с образованием кольцевого зазора между ними. Верхний тангенциальный патрубок выполнен в виде улиточного завихрителя, а нижний снабжен расположенными по оси корпуса коническим завихрителем и полым усеченным конусом, характеризующимся соотношением диаметров его оснований, равным 1:(1,4-1,5), на внешней поверхности которого установлена кольцевая отбойная шайба. Перфорированная цилиндрическая вставка установлена с возможностью вращения при помощи лопастей, выполненных на наружной поверхности верхней части перфорированной цилиндрической вставки, и жестко соединена посредством горизонтальных спиц с вертикальной осью, на которой расположен обтекатель. Лопасти устанавливаются предпочтительно под углом 7-12° к вертикали. В верхней части корпуса расположены сопла для подачи воздуха на лопасти. Технический результат: повышение эффективности очистки газа, особенно при улавливании тонкодисперсных частиц. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Вихревой пылеуловитель, включающий цилиндрический корпус с верхним и нижним тангенциальными патрубками ввода очищаемого газа, отбойной шайбой, осевым выходным патрубком очищенного газа и пылевым бункером, размещенную соосно корпусу перфорированную цилиндрическую вставку с образованием кольцевого зазора между ними, отличающийся тем, что верхний тангенциальный патрубок выполнен в виде улиточного завихрителя, а нижний снабжен расположенными по оси корпуса коническим завихрителем и полым усеченным конусом, характеризующимся соотношением диаметров его оснований, равным 1:(1,4-1,5), на внешней поверхности которого установлена кольцевая отбойная шайба, а перфорированная цилиндрическая вставка установлена с возможностью вращения при помощи лопастей, выполненных на наружной поверхности верхней части перфорированной цилиндрической вставки, и жестко соединена посредством горизонтальных спиц с вертикальной осью, на которой расположен обтекатель, при этом лопасти установлены предпочтительно под углом 7-12° к вертикали, а в верхней части корпуса расположены сопла, служащие для подачи воздуха на лопасти.2. Вихревой пылеуловитель по п.1, отличающийся тем, что кольцевой зазор между внутренней поверхностью корпуса и внешней поверхностью перфорированной цилиндрической вставки составляет 0,13D, где D - внутренний диаметр корпуса.3. Вихревой пылеуловитель по п.1 или 2, отличающийся тем, что ось снабжена уплотнителями, расположенными на нижнем тангенциальном патрубке и на пылевом бункере.