ЛОПАСТНОЙ ПРОТОЧНЫЙ ОСЕРАДИАЛЬНЫЙ СЕПАРАТОР Российский патент 2021 года по МПК B01D45/00 

Изобретение относится к инерционным лопастным аппаратам, которые используются в теплоэнергетике и может быть использовано в котельных установках, работающих на топливе с абразивной золой.

Известно устройство см. описание изобретения АС 1558440 от 02.11.87 г., [1] целью которого снижение гидравлического сопротивления и энергетических затрат, повышение эффективности пылеулавливания. Стержни ротора выполнены полыми с отверстиями в кормовой по отношению к направлению вращения части поперечного сечения и в торцовой части, обращенной к крыльчатке, установленной со стороны, примыкающей к вентилятору на роторе. При вращении ротора и колеса запыленный газ, втягиваемый в камеру, закручивается вокруг ротора. Возникающее при этом поле центробежных сил отбрасывает частицы от оси вращения, а очищенный газ проходит между стержнями, между лопатками вентиляторного колеса и поступает к потребителю. Вращение крыльчатки позволяет отсасывать через отверстия стержней пограничный слой газа с частицами пыли, которые через торцовые отверстия поступают на лопатки крыльчатки и выбрасываются вновь в зону сепарации.

Пылеотделитель по описанию изобретения к АС №598623 от 21.06.76 г. [2] работает следующим образом. Загрязненный воздух поступает через тангенциальный патрубок в корпусе. При движении по спиральному каналу взвешенные частицы под действием центробежной силы отбрасываются к стенке корпуса, за счет чего и происходит послойная очистка воздуха. При этом наиболее чистым будет воздух, протекающий вдоль жалюзийной решетки и обходящий ее с очень малым углом атаки (угол между направлением движения воздуха и плоскостью каждой пластины), что ведет к увеличению эффективности очистки в аппарате.

Для сохранения заданной скорости движения загрязненного воздуха постоянной вокруг жалюзийной решетки крепится спиральная направляющая, являющаяся продолжением крышки и выполненная с переменным шагом. Сквозь жалюзийную решетку отводится до 85% чистого воздуха, а через патрубок направляется до 15% воздуха, уносящего с собой основную массу отсепарированной пыли, идущую затем на дополнительное отделение золы.

Другой пылеуловитель по изобретения АС 1210881 от 08.12.82 г. [3] работает следующим образом. Запыленный газ, поступающий на ротор под действием разрежения, создаваемого вентиляторным колесом, закручиваемого ротором. Частицы пыли под действием центробежных сил отбрасываются от ротора, а очищенный газ всасывается в ротор и через улитку отводится потребителю.

При подходе к ротору окружная скорость газа Ur изменяется по сложному закону, достигая на уровне внешней поверхности ротора величины, равной окружной скорости последней. На уровне верхней кромки входного конца лопасти вентиляторного колеса окружные скорости колеса Uк и газового потока Uг практически раины между собой. Однако по радиусу (на входном участке) эти скорости изменяются по разным законам: окружная скорость колеса - по закону вращения твердого тела, окружная скорость газа практически постоянна, так как энергия закрутки, полученная от ротора, не успевает рассеяться под действием сил трения: газ постоянно отсасывается из ротора со скоростью W.

В результате появляется разница между окружными скоростями колеса н газа Uг - Uк=U, которая увеличивается по мере, приближения к валу.

Угол атаки набегающего потока по отношению к плоскости лопаток вентиляторного колеса, который практически равен нулю у верхней кромки увеличивается с ростом величины U, что приводит к возникновению отрывных зон в межлопаточном пространстве колеса. Эффективность пылеуловителя резко снижается, увеличивается опасность возникновения помпажа, поток газа и частиц турбулизируется и частицы труднее отсепарировать.

Их общим недостатком являются большие габариты, значительное увеличение гидравлического сопротивления протекающей по газоходу котла газо-золовой смеси и сложность конструкции для установки в ограниченные габариты действующих котлов. Такие устройства выдерживают ограниченное число циклов нагружения, и низкую эффективность золозащитного аппарата в условиях высокотемпературного режима эксплуатации.

Известен также вентилятор пылеуловитель, по АС 523989 от 17.06.74 г. [4], включающий корпус, рабочее колесо с диском, перфорированную обечайку и водоподводящий патрубок, заключенный в сетчатый цилиндрический каплеобразователь. Каплеобразователь соединен с диском рабочего колеса с возможностью совместного вращения, внутри которого расположен водоподводящий патрубок. Внутри корпуса установлена сетчатая обечайка, а в корпусе вентилятора-пылеуловителя выполнение отверстие для слива шлама. Запыленный воздушный поток засасывается в вентилятор- пылеуловитель, где струи воды из патрубка через прорези поступают на сетчатый вращающийся цилиндрический каплеобразователь и разбрызгиваются на капли. Водовоздушная смесь проходит в рабочую полость пылеуловителя, где происходит контакт образовавшихся капель с частицами пыли. Смоченные частицы пыли и капли воды отбрасываются лопатками рабочего колеса на сетчатую обечайку, где происходит их улавливание. Шлам и пыль попадают за сетчатую обечайку и выводятся из пылеуловителя.

Недостатком этого известного устройства является низкая эффективность пылеулавливания, сложность конструкции и необходимость использования воды, что не может быть использовано в теплонапряженных конструкциях котла. Это аналоги.

Пропеллер - радиатор по АС 951 от 13.09.24 г. [5], характеризующийся применением пустотелых лопастей пропеллера в качестве радиатора, С этой целью горячая вода из мотора поступает в лопасти по каналу, вращающемуся с валом, а охлажденная, таким образом, вода гонится обратно насосом из лопастей через соединительные трубки, через имеющиеся в них отбойные клапаны и обратные каналы, причем общее количество воды регулируется расширительным сосудом.

Выбранное устройство [5] является наиболее близким аналогом - прототипом заявленному устройству.

Технический результат, достигаемый заявляемым изобретением, состоит в создании динамической стабильности и торможения золового потока, втекающего в теплообменный аппарат, сепарации значительной части абразивной золы, достижении термостабильности и эффективного охлаждения лопастей, эксплуатируемых в термонапряженных условиях, в повышении технологичности монтажа и ремонта при замене золозащитных элементов лопастного осерадиального сепаратора, без разрушения труб сопряженных тешюобменных аппаратов.

Изобретение поясняется чертежами, которые не охватывают и, тем более, не ограничивают весь объем притязаний данного технического решения, а являются лишь иллюстрирующими материалами частного случая выполнения:

На фиг. 1 Устройство вид сверху.

На фиг. 2 Устройство вид сбоку и в разрезе по сечению А - А на фиг. 1.

На фиг. 3 Сечение лопасти по Б - Б, наложенное на проекцию лопасти в масштабе 2:1 на фиг. 1.

Описание заявляемого изобретения

Лопастной проточный осерадиальный сепаратор 1, помещен в потоке газо-золовой смеси 5, например, перед экономайзером энергетического котла 3, имеющий вал 2, на котором укреплены полые лопасти 4 с продольными 6 и концевыми щелями 7, полую обечайку 8 с кольцевой щелью 9, окружающей сепаратор и соединенную с золосборной сетью котла 10, на валу имеются каналы 11, связанные с полостями в лопастях 12, и от внешнего источника 13 протекает газ, который реактивной струей отталкивается от решетки лопаток 14, установленных на докритических углах атаки в кольцевой щели обечайки сепаратора 15, и на верхней стенке лопастей, обращенной к газо - золовому потоку, выполнен желоб 16 в виде угольника, открытого в сторону вращения пакета, а на законцовках золосборных каналов на лопастях имеются щели 17, которые расположены напротив решетки лопаток 14, соединенных с золосборными каналами в обечайке 10, суммарная площадь лопастей в плоскости вращения сепаратора не превосходит суммарную площадь труб в первом ряду сопряженного теплообменного аппарата, чтобы не увеличивать гидравлическое сопротивление движению газо золовой смеси в конвективной (опускной) шахте котла, при этом лопасти 4 на валу 2 установлены в пакеты последовательно одни над другим и сепаратор 15 имеет на валу четное количество пакетов лопастей 4, приводимых во вращение по встречным направлениям, чтобы минимизировать в потоке газо золовой смеси турбулизацию, связанную с закручиванием потока и гидравлическое сопротивление её движению, при этом натекающий поток газо золовой смеси сохраняет свое первоначальное направление после устройства, также полая обечайка 8 имеет за кольцевой щелью 9 конфузорно – диффузорную форму соединенную с золосборными каналами 10, чтобы минимизировать гидравлическое сопротивление движению газо золовой смеси, вытекающей в через полую обечайку 8 в золосборные каналы и увеличить сепарирующую способность по отделению золы всего устройства, а золосборный желоб 16 на верхней, обращенной к газо - золовому потоку, стенке лопасти 4, выполнен по траектории, подобной траектории движения твердых частиц под действием центробежных и кариолисовых сил, чтобы уменьшить трение золы о стенки лопасти 4 и золосборного желоба 16 и увеличить сепарирующую способность по отделению золы всего устройства, и наружные стенки лопастей 4 и решетки лопаток 14 имеют поверхностное уплотнение закалкой, азотацией, цементацией или лазерным напылением абразивно стойких материалов, чтобы уменьшить абразивный износ поверхностей наружных стенок лопастей 4 и решеток лопаток 14, соприкасающихся с золой и увеличить межремонтный срок службы всего устройства".

Лопастной проточный осерадиальный сепаратор действует следующим образом: через подающую магистраль 13 в полость 11 на валу 2 подается охлаждающий газ в полость 12 полой лопатки 4, который вытекает через концевую щель 7 на решетку из лопаток 14, установленных под закритическим углом к натекающему из лопаток потоку. В результате, лопаточный сепаратор вращается под действием гидродинамической реакции, отталкивающейся от решетки струи газа, причем меняя расход газа можно регулировать скорость вращения лопастного сепаратора. Вращаясь сепаратор сгребает золу из газо-золового потока своими скребками 16, расположенными на верхней стороне лопасти 4, обращенной к натекающему потоку 5 и под действием центробежных и кариолисовых сил отбрасывает отсепарированную часть золы в кольцевые полости 9 в обечайке 8 и далее, удаляет ее через с помощью транспортеров в золосборную магистраль котла 10.

Лопастной проточный осерадиальный сепаратор действует следующим образом: через подающую магистраль 13 в полость 11 на валу 2 подается охлаждающий газ в полость 12 полой лопатки 4, который вытекает через концевую щель 7 на решетку из лопаток 14, установленных под докритическим углом к натекающему из лопаток потоку. В результате, лопаточный сепаратор вращается под действием гидродинамической реакции, отталкивающейся от решетки струи газа, причем меняя расход газа можно регулировать скорость вращения лопастного сепаратора. Вращаясь сепаратор сгребает золу из газозолового потока своими скребками 16, расположенными на верхней стороне лопасти 4, обращенной к натекающему потоку 5 и под действием центробежных и кариолисовых сил отбрасывает отсепарированную часть золы в кольцевые полости 9 в обечайке 8 и далее, удаляет ее через с помощью транспортеров в золосборную магистраль котла 10.

Изобретение относится к инерционным лопастным аппаратам, которые используются в теплоэнергетике, и может быть использовано в котельных установках, работающих на топливе с абразивной золой. Лопастный проточный осерадиальный сепаратор, помещенный в потоке газозоловой смеси, например, перед экономайзером энергетического котла, имеет вал, на котором укреплены полые лопасти с продольными и концевыми щелями, полую обечайку с кольцевой щелью, окружающей сепаратор, и соединенную с золосборной сетью котла, на валу имеет сквозные каналы, связанные с полостями в лопастях, и в эту проточную систему протекает газ от внешнего источника, который реактивной струей отталкивается от решетки лопаток, установленных на докритических углах атаки в кольцевой щели обечайки сепаратора. Сепаратор отличается прочностью конструкции, высокой степенью сепарирования абразивной золы из натекающего газозолового потока, малыми габаритами и гидравлическим сопротивлением в конвективной шахте котла. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Лопастный проточный осерадиальный сепаратор, помещенный в потоке газозоловой смеси, например, перед экономайзером энергетического котла, имеющий вал, на котором укреплены полые лопасти с продольными и концевыми щелями, полую обечайку с кольцевой щелью, окружающей сепаратор, и соединенную с золосборной сетью котла, отличающийся тем, что на валу имеются каналы, связанные с полостями в лопастях, и от внешнего источника протекает газ, который реактивной струей отталкивается от решетки лопаток, установленных на докритических углах атаки в кольцевой щели обечайки сепаратора, и на верхней стенке лопастей, обращенной к газозоловому потоку, выполнен желоб в виде угольника, открытого в сторону вращения пакета, а на законцовках золосборных каналов на лопастях имеются щели, которые расположены напротив решетки лопаток, соединенных с золосборными каналами в обечайке, суммарная площадь лопастей в плоскости вращения сепаратора не превосходит суммарную площадь труб в первом ряду сопряженного теплообменного аппарата.

2. Лопастный проточный осерадиальный сепаратор по п. 1, отличающийся тем, что лопасти на валу установлены в пакеты последовательно одни над другими и сепаратор имеет на валу четное количество пакетов лопастей, приводимых во вращение по встречным направлениям.

3. Лопастный проточный осерадиальный сепаратор по п. 1, отличающийся тем, что обечайка имеет конфузорно-диффузорную форму с внутренними полостями и транспортерами золы, которые соединены с внешними вибрационными генераторами ускорения движения золы.

4. Лопастный проточный осерадиальный сепаратор по п. 1, отличающийся тем, что золосборный желоб на верхней, обращенной к газозоловому потоку стенке лопасти выполнен по траектории, подобной траектории движения твердых частиц под действием центробежных и кориолисовых сил.

5. Лопастный проточный осерадиальный сепаратор по п. 1, отличающийся тем, что наружные стенки лопастей и решетки лопаток имеют поверхностное уплотнение закалкой, азотацией, цементацией или лазерным напылением абразивно стойких материалов.