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

Изобретение относится к инерционным лопастным аппаратам, которые используются в теплоэнергетике и могут быть использованы 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 гибами 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. Выбранное устройство [5] является наиболее близким аналогом-прототипом заявленному устройству.

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 Лопасть устройства с закрылком, поперечный разрез Б-Б на фиг. 1

Описание заявляемого изобретения

Лопастной осерадиальный сепаратор 1 с ротором 2 и приводом вращения 3, с передаточным валом 4, установлен в окружающей его обечайке 5 в шахте, например, энергетического котла перед экономайзером в потоке газо-золовой смеси 6, содержит пакеты полых лопастей 7 в количестве не менее двух в каждом пакете, лопасти содержат внутренний золосборный канал 8, который образован верхней стенкой, перпендикулярной оси вращения, и нижней стенкой 9, прикрепленной к первой стенке по передней кромке под малым углом атаки, и на задней кромке нижней стенки лопасти выполнен желоб 10 в виде угольника, загнутого над верхней стенкой лопасти в сторону вращения пакета, а на законцовках золосборных каналов на лопастях имеются щели, которые расположены напротив щелей, выполненных в золосборных каналах 11 в обечайке, причем, площадь лопаток в каждом пакете не превосходит площадь, занятую трубами в первом ряду сопряженного теплообменного аппарата. Во внутренних полостях обечайка имеет золосборные каналы 11 с транспортерами золы 15 внутри них.

Как вариант выполнения заявленного устройства золосборный желоб на задней кромке лопаток выполнен по траектории, подобной траектории движения твердых частиц под действием центробежных и кариолисовых сил, и пакеты лопастей установлены последовательно одни над другими. Для обеспечения минимальных аэродинамических потерь обечайке может быть придана конузорно-диффузорная форма.

Лопастной осерадиальный сепаратор действует следующим образом: поток газо-золовой смеси 6 натекающий через входной конфузор обечайки 5 поступает на лопасти 7 верхнего пакета и золовая (твердая) фракция под действием центробежных сил уносится по золосборным желобам 8 в щель в обечайке 14, поступает в каналы в обечайке 15 и далее подается транспортерами в золосборную сеть 12 котла. Газ обтекает лопасти 1 и ускоряется нижней стенкой лопасти, установленной под малым углом атаки к натекающему газо-золовому потоку, 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 с ротором и приводом вращения, установленный в окружающей его обечайке в шахте, например, энергетического котла перед экономайзером в потоке газозоловой смеси. Причем сепаратор содержит пакеты полых лопастей в количестве не менее двух в каждом пакете, лопасти содержат внутренний золосборный канал, который образован верхней стенкой, перпендикулярной оси вращения, и нижней стенкой, прикрепленной к первой стенке по передней кромке под малым углом атаки, и на задней кромке нижней стенки лопасти выполнен желоб в виде угольника, загнутого над верхней стенкой лопасти в сторону вращения пакета, а на законцовках золосборных каналов на лопастях имеются щели, которые расположены напротив щелей, выполненных в золосборных каналах в обечайке, причем площадь лопаток в каждом пакете не превосходит площадь, занятую трубами в первом ряду сопряженного теплообменного аппарата. 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 и внутри нее соединена с внешней золосборной сетью котла, а транспортеры имеют вибрационные генераторы ускорители перекачки отсепарированной золы. Ротор и транспортер сепаратора имеют приводы вращения электрического, электромеханического, пневматического или гидравлического типов и могут быть расположены за пределами обечайки сепаратора. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Лопастной осерадиальный сепаратор с ротором и приводом вращения, установленный в окружающей его обечайке в шахте, например, энергетического котла перед экономайзером в потоке газозоловой смеси, отличающийся тем, что содержит пакеты полых лопастей в количестве не менее двух в каждом пакете, лопасти содержат внутренний золосборный канал, который образован верхней стенкой, перпендикулярной оси вращения, и нижней стенкой, прикрепленной к первой стенке по передней кромке под малым углом атаки, и на задней кромке нижней стенки лопасти выполнен желоб в виде угольника, загнутого над верхней стенкой лопасти в сторону вращения пакета, а на законцовках золосборных каналов на лопастях имеются щели, которые расположены напротив щелей, выполненных в золосборных каналах в обечайке, причем площадь лопаток в каждом пакете не превосходит площадь, занятую трубами в первом ряду сопряженного теплообменного аппарата.

2. Лопастной осерадиальный сепаратор по п. 1, отличающийся тем, что золосборный желоб на задней кромке лопаток выполнен 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 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, золосборными каналами и транспортерами золы, которые соединены с внешними вибрационными ускорителями движения золы.

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, а на обтекателе вокруг оси сепаратора выполнен золосборный воротник.

6. Лопастной осерадиальный сепаратор по п. 1, отличающийся тем, что верхние стенки лопастей и золосборные желоба на лопастях имеют поверхностное уплотнение закалкой, азотацией, цементацией или лазерным напылением абрзивостойких материалов.