ЛОПАСТНОЙ ОСЕРАДИАЛЬНЫЙ СЕПАРАТОР Российский патент 2021 года по МПК F28G3/00 

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

Изобретение по описанию к АС №1442808 А1 от 09.01.87 г. [1] относится к теплоэнергетике и позволяет повысить надежность зашиты змеевиков конвективных поверхностей нагрева от эолового износа. Устройство содержит центральный перфорированный лист, размешенный между группами змеевиков. На обеих сторонах листа закреплены основные и дополнительные решетки, расположенные перпендикулярно плоскости листа. Одноименные решетки расположены симметрично относительно плоскости листа, при этом основные решетки размешаются между соседними пакетами змеевиков, а дополнительные решетки - между сгибами противолежащих пакетов змеевиков.

Известно также устройство см. описание изобретения АС 1558440 от 02.11.87 г., [2] 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. [3] 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. [4] 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 Uг 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 (характеристика вентилятора становится более крутой), происходят пульсации газового потока. Это снижает эффективность пылеулавливания, так как поток газа и частиц турбулизируется в большей степени, и частицы труднее отсепарировать.

Это аналоги.

Их общим недостатком для установки в ограниченные габариты действующих котлов являются большие габариты, большое гидравлическое сопротивление протекающей по газоходу котла газо-золовой смеси и сложность конструкции, кроме аналога по АС №1442808 А1 от 09.01.87 г. [1] Известное устройство выдерживают ограниченное число циклов нагружения, и низкую эффективность золозащитного аппарата.

Известен также вентилятор пылеуловитель, по АС 523989 от 17.06.74 г. [5], 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.

Вентилятор пылеуловитель работает следующим образом.

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 известного устройства является недостаточная эффективность пылеулавливания, сложность конструкции и необходимость использования воды, что не может быть использовано в теплонапряженных конструкциях котла.

Аналоги и выбранный прототип.

1. АС №1442808 А1 от 09.01.87 г.

2. АС 1558440 от 02.11.87 г.

3. АС №598623 от 21.06.76 г.

4. АС 1210881 от 08.12.82 г.

5. АС 523989 от 17.06.74 г.

Технический результат, достигаемый заявляемым изобретением, состоит в создании динамической стабильности и торможения золового потока, втекающего в теплообменный аппарат, сепарации значительной части абразивной золы, повышении технологичности монтажа и ремонтопригодности при необходимости замены золозащитных элементов лопастного осерадиального сепаратора не разрушая труб сопряженных теплообменных 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 Устройство лопасть с закрылком, поперечный разрез Б-Б на фиг. 1

Описание заявляемого изобретения

Лопастной осерадиальный сепаратор 1 с ротором 2, приводом вращения 3, например, электрическим, гидродинамическим или пневматическим, с передающим валом 12 установлен в обечайке 4, например, перед экономайзером Эк энергетического котла (на фиг. 2 не показан) в потоке газо-золовой смеси 5, содержит пакеты плоских лопастей 6 не менее двух в каждом, с внутренними каналами 7, выполненными в обечайке и соединенными с внешней золосборной сетью котла 8, на задней кромке лопастей устроены желоба в виде скребков 9, загнутых кверху, открытых в направлении вращения w лопастей пакета сепаратора, на лопастях 6 установлены закрылки с зазором на стойках 11 и под докритическим углом атаки к натекающему потоку, а законцовки желобов на лопастях расположены напротив щелей 13 каналов в обечайке 4, причем, площадь лопастей в каждом пакете не превосходит площадь, занятую трубами в одном ряду в сопряженном теплообменном аппарате. Как вариант исполнения золосборные скребки 9 на задней кромке лопаток могут быть расположены по траектории, подобной траектории движения твердых частиц под действием центробежных и кариолисовых сил. Каждая лопасть 6 золосборный скребок на ней 9 и закрылок 10 в пакете имеют поверхностное упрочнение, цементацией, азотацией или лазерным напылением эрозионностойких материалов. Также на обтекателе вокруг оси сепаратора выполнен золосборный воротник (на фигурах 1 3 не показан).

Лопастной осерадиальный сепаратор действует следующим образом: поток газо-золовой смеси 5 натекающий через входной конфузор обечайки 4 поступает на лопасти 6 верхнего пакета и золовая (твердая) фракция под действием центробежных сил уносится по золосборным желобам 3 в щель в обечайке, поступает в каналы в обечайке 7 и далее подается транспортерами в золосборную сеть 8 котла. Газ обтекает лопасти 6 и направляемый закрылком 10 ускоряется и движется на сопряженный теплообменный аппарат, например, экономайзер котла, таким образом восстанавливается скоростной напор натекающего тепло несущего потока перед обогреваемой поверхностью теплообменного аппарата в конвективной части котла, и компенсируется местная гидравлическая потеря скоростного напора при обтекании лопастей осерадиального сепаратора.

Эффект сепарации увеличивается в разы, если пакеты с лопастями установлены в пирамиду один над другим, причем лопасти в смежных пакетах вращаются в противоположные стороны. Это определяется геометрией и раз мерами свободной, не занятой теплообменным аппаратом, зоной в конвективной части котла.

Источники информации

1. АС №1442808 А1 от 09.01.87 г. Μ Кл⁴. F28G 15/10, Устройство для защиты змеевиков конвективных поверхностей нагрева от эолового износа.

2. АС 1558440 от 02.11.87 г. Μ кл. В07В 7/083, Ротационный пылеуловитель.

3. АС №598623 от 21.06.76 г. М. Кл². В01D 45/00, Центробежно-инерционный пылеотделитель.

4. АС 1210881 от 08.12.82 г. М. Кл. F16L 58/04, Устройство для антикоррозионной защиты.

5. АС 523989 от 17.06.74 г. М. Кл. Ε21F5/20, Вентилятор-пылеуловитель.

Лопастной осерадиальный сепаратор представляет собой устройство, установленное перед входной частью теплообменного аппарата в конвективной части котла, состоящее из ротора с приводом вращения, установлен в обечайке в потоке газо-золовой смеси, содержит пакеты плоских лопастей не менее двух в каждом, кольцевую обечайку с внутренними каналами, соединенными с внешней золосборной сетью котла, на задней кромке лопастей устроены желоба в виде скребков, загнутых кверху, открытых в направлении вращения лопастей пакета сепаратора, на лопастях установлены закрылки с зазором и под докритическим углом атаки, а законцовки желобов на лопастях расположены напротив щелей каналов в обечайке, причем площадь лопастей в каждом пакете не превосходит площадь, занятую трубами в одном ряду в сопряженном теплообменном аппарате. Золосборные скребки на задней кромке лопаток расположены по траектории, подобной траектории движения твердых частиц под действием центробежных и кариолисовых сил. Пакеты лопастей установлены последовательно одни над другими и вращаются в противоположные стороны. Сепаратор имеет на роторе четное количество пакетов лопастей, приводимых во вращение по встречным направлениям. Обечайка конфузорно-диффузорной формы с внутренними полостями с транспортерами золы внутри нее соединена с золосборной сетью котла, а транспортеры имеют приводы от внешних вибрационных генераторов ускорителей потоков отсепарированной золы. На обтекателе вокруг оси сепаратора выполнен золосборный воротник. Ротор и транспортер сепаратора имеют приводы вращения электрического, электромеханического, пневматического или гидравлического типов и могут быть расположены за пределами обечайки сепаратора. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Лопастной осерадиальный сепаратор с ротором и приводом вращения, установленный в обечайке, например перед экономайзером энергетического котла в потоке газо-золовой смеси, отличающийся тем, что содержит пакеты плоских лопастей не менее двух в каждом, кольцевую обечайку с внутренними каналами, соединенными с внешней золосборной сетью котла, на задней кромке лопастей устроены желоба в виде скребков, загнутых кверху, открытых в направлении вращения лопастей пакета сепаратора, на лопастях установлены закрылки с зазором и под докритическим углом атаки, а законцовки желобов на лопастях расположены напротив щелей каналов в обечайке, причем площадь лопастей в каждом пакете не превосходит площадь, занятую трубами в одном ряду в сопряженном теплообменном аппарате.

2. Лопастной осерадиальный сепаратор по п. 1, отличающийся тем, что золосборные скребки на задней кромке лопаток расположены по траектории, подобной траектории движения твердых частиц под действием центробежных и кариолисовых сил.

3. Лопастной осерадиальный сепаратор по п. 1, отличающийся тем, что пакеты лопастей установлены последовательно одни над другими и вращаются в противоположные стороны, а сепаратор имеет на роторе четное количество пакетов лопастей, приводимых во вращение по встречным направлениям.

4. Лопастной осерадиальный сепаратор по п. 1, отличающийся тем, что обечайка имеет конфузорно-диффузорную форму с внутренними полостями с транспортерами золы, которые соединены с внешними вибрационными генераторами.

5. Лопастной осерадиальный сепаратор по п. 1, отличающийся тем, что ротор и транспортер имеют приводы вращения электрического, электромеханического, пневматического или гидравлического типов и могут быть расположены за пределами обечайки сепаратора.

6. Лопастной осерадиальный сепаратор по п. 1, отличающийся тем, что каждая лопасть и закрылок в пакете имеют поверхностное упрочнение цементацией, азотацией или лазерным напылением эрозионностойких материалов.