Выхлопная труба устройства центробежной очистки аэрогидропотока Российский патент 2023 года по МПК B01D45/12 B04C5/12 

Предполагаемое изобретение относится к области очистки газа от примесей, в частности, к устройствам очистки газа с применением центробежной силы, и может быть использована в газовой, газодобывающей, нефтяной, химической и других отраслях промышленности.

Известно «Устройство центробежной очистки аэрогидропотока» (см. патент РФ № 207150 по МКП B04C 1/00; B01D 45/12 (2021/ 05) содержащее корпус конусообразной формы, входной тангенциальный патрубок, связанный с корпусом, выхлопную трубу, на которой расположена коническая винтовая вставка, переменного шага уменьшающаяся в сторону выхода винтового канала, соотношение площади сечения входного канала винтовой вставки к площади сечения выходного канала находится в пропорции 3:1, винтовые секции конической винтовой вставки имеют шесть витков.

К недостаткам известного устройства можно отнести недостаточную степень очистки аэрогидропотока связанную с конструктивными особенности установки. Так, близкое конструктивное расположение выхода каналов винтовой вставки к центру восходящего потока способствует попаданию недостаточно очищенного потока - вместе с тонкими частицами, в выхлопную трубу. При этом, часть частиц витает в полости выхлопной трубы не осаждаясь, что увеличивает вероятность их подхвата аэрогидропотоком и унос вместе с очищенным потоком. Поскольку конструкцией не предусмотрен их отвод.

Известно устройство центробежной очистки аэродисперсного потока, патент РФ № 2442662 по МПК В04С 5/03, опубл. 20.02.2012 г.- прототип, содержащее корпус, входной тангенциальный патрубок, связанный с корпусом, соосно расположенную в корпусе коническую винтовую вставку, охватывающую выхлопную трубу, герметичное выводное устройство, связанное с корпусом, причем винтовая вставка выполнена изменяемого диаметра, регулируемого шага и количества заходов с образованием внутри корпуса его внутренней поверхностью, витками винтовой вставки и наружной поверхностью выхлопной трубы уменьшающегося винтового объема, достигающего нижнего торца выхлопной трубы с регулируемой винтовой воронкой, отстоящей от верхней стенки выводного устройства и от введенного в устройство подвижного элемента с изменяемой конической поверхностью на регулируемые расстояния, а верхний торец выхлопной трубы, являющийся вершиной усеченного конуса, с соосно расположенными в нем стержнем с винтовой поверхностью с регулируемыми диаметрами и длиной и отстоящим от него патрубком на регулируемое расстояние заключены в герметичную камеру, соединенную с герметичным контейнером, при этом боковая поверхность корпуса выполнена с регулируемой перфорацией и оборудована имеющими каналы герметичными контейнерами, перекрывающими названную перфорацию и предназначенными для сбора и вывода фракций в выводное устройство.

К недостаткам известного устройства можно отнести сложность конструкции и изготовления выхлопной трубы устройства, а также пониженную эффективность очистки аэродисперсного потока, обусловленную резким переходом тонких частиц на восходящую траекторию воздушного потока и уносом их в выхлопную трубу вместе с очищенным потоком. Так, аэродисперсный поток после прохождения по винтовой вставке, с оставшимися частицами, попадает в восходящий поток, поскольку конструкция устройства не обеспечивает отвод пройденного по винтовой вставке потока в стороны от центра восходящего потока и канал винтовой вставки на выходе потока расположен рядом с винтовой воронкой с центром восходящего потока. При этом, находящийся в верхней части установки, зазор между торцом выхлопной трубы и патрубком не обеспечивает гарантированного отведения частиц из общего потока.

Техническим результатом предполагаемого изобретения является устранение недостатков аналога и прототипа, а именно создание конструкции выхлопной трубы простой в изготовлении, которая помимо вывода, очищенного аэрогидропотока обеспечивает повышение качества очистки аэрогидропотока за счет вывода каналов винтовой вставки подальше от центра восходящего потока и отвода оставшихся и витающих, в полости трубы, частиц для повторной очистки и прохождения по винтовой вставке через систему: винтовой канал - выхлопная труба - винтовой канал, что делает возможным удаление оставшихся частиц примесей из аэрогидропотока.

Поставленный предполагаемым изобретением технический результат достигается использованием сочетания общих с прототипом известных признаков включающих выхлопную трубу устройства центробежной очистки аэрогидропотока со смонтированной вокруг нее винтовой вставкой, формирующей конический винтовой канал, выполненной в корпусе-обечайке с аспирационными окнами и входной тангенциально смонтированный к корпусу-обечайке патрубок и новых признаков, заключающихся в том, что выхлопная труба выполнена из двух частей: нижней конической, выполненной в виде конфузора с, по меньшей мере, одним окном рециркуляции в верхней его части и верхней цилиндрической, выполненной в виде двух труб размещенных одна в другой - внутренней и наружной, формирующих между собой закрытую полость, при этом в нижней части наружной трубы выполнено окно эжекции, которое соединяет закрытую полость и пространство первого витка винтового канала, а окно рециркуляции соединяет закрытую полость и полость конической части трубы.

Окно эжекции, по площади, выполнено больше, чем окно рециркуляции.

Винтовая вставка выполнена на внешней поверхности конической части трубы.

Корпус-обечайка винтовой вставки выполнен цилиндрической формы с крышкой закрывающей винтовую вставку снаружи.

Аспирационные окна выполнены на уровне каждого витка винтового канала.

Новизной предполагаемого изобретения является то, что выхлопная труба выполнена из двух частей: нижней конической, выполненной в виде конфузора с, по меньшей мере, одним окном рециркуляции в верхней его части и верхней цилиндрической, выполненной в виде двух труб размещенных одна в другой - внутренней и наружной, формирующих между собой закрытую полость, при этом в нижней части наружной трубы выполнено окно эжекции, которое соединяет закрытую полость и пространство первого витка винтового канала, а окно рециркуляции соединяет закрытую полость и полость конической части трубы.

Признак выполнения выхлопной трубы из двух частей - нижней в виде конфузора, а верхней цилиндрической формы обеспечивает простоту конструкции и ее изготовления. При этом, выполнение нижней части в виде конфузора обеспечивает вывод каналов винтовой вставки подальше от центра восходящего потока, т.е. расширенная часть трубы обеспечивает дистанцию между центром восходящего потока и недоочищенным аэрогидропотоком выходящим с каналов винтовой вставки. Направляет его в стороны и предотвращает его попадание в выхлопную трубу.

При этом, признак выполнения нижней части выхлопной трубы в виде конфузора одновременно обеспечивает снижение скорости частиц и восходящего потока в конфузоре, что дает возможность этим частицам выпадать из восходящего потока и осаждаться.

Признак выполнения конфузора с, по меньшей мере, одним окном рециркуляции в верхней его части обеспечивает возможность отвода, оставшихся и витающих в полости трубы частиц в закрытую полость, сформированную в верхней цилиндрической части с окном эжекции, для повторной очистки и прохождения по винтовой вставке через систему: винтовой канал - выхлопная труба - винтовой канал, что делает возможным удаление оставшихся частиц примесей из аэрогидропотока.

Признак выполнения верхней цилиндрической части в виде двух труб, размещенных одна в другой - внутренней и наружной, формирующих между собой закрытую полость обеспечивает прямой и беспрепятственный выход окончательно очищенного аэрогидропотока в полости внутренней трубы и, одновременно, отвод витающих частиц и частично очищенного аэрогидропотока на повторную очистку через закрытую полость в винтовую вставку. При этом, формирование закрытой полости обеспечивает получение зоны пониженного давления и возможность многократного повторения цикла очистки аэрогидропотока от оставшихся частиц при помощи, по меньшей мере, одного окна рециркуляции и окна эжекции.

Признак выполнения в нижней части наружной трубы окна эжекции, которое соединяет закрытую полость и пространство первого витка винтового канала, обеспечивает возможность создания эффекта эжекции, когда аэрогидропоток, входящий по тангенциально выполненному патрубку с большой скоростью, засасывает частично очищенный аэрогидропоток из закрытой полости и увлекает за собой в винтовую вставку для повторного прохождения и очистки.

Признак соединения окном рециркуляции закрытой полости и полости конической части трубы обеспечивает постоянное удаление витающих частиц из выхлопной трубы в закрытую полость, сформированную между внутренней и наружной трубами. А также, в совокупности с окном эжекции, обеспечивает возможность осуществления эффекта эжекции для постоянного удаления витающих частиц и повторения цикла очистки недоочищенного аэрогидропотока.

Признак выполнения окна эжекции, по площади, больше, чем окно рециркуляции способствует эффективному осуществлению эффекта эжекции. Так, если окно эжекции будет по площади выполнено равным или менее, чем окно рециркуляции, то эффект эжекции будет проходить не эффективно, слабее.

Признак выполнения винтовой вставки на внешней поверхности конической части трубы способствует наиболее эффективному осуществлению очистки аэрогидропотока. При этом, наличие конической части способствует сохранению условия прохождения аэрогидропотока по каналам винтовой вставки с необходимой скоростью, поскольку каналы сужаются, как и в других устройствах.

Признак выполнения корпуса-обечайки винтовой вставки цилиндрической формы с крышкой закрывающей винтовую вставку снаружи способствует формированию каналов винтовой вставки необходимой формы. А наличие крышки способствует направлению аэрогидропотока непосредственно в винтовой канал вставки.

Признак выполнения аспирационных окон на уровне каждого витка винтового канала способствует наиболее эффективному и равномерному удалению частиц из аэрогидропотока.

Таким образом, именно сочетание всех вышеуказанных признаков позволяет получить поставленный технический результат - создание конструкции выхлопной трубы простой в изготовлении, которая помимо вывода, очищенного аэрогидропотока обеспечивает повышение качества очистки аэрогидропотока за счет вывода каналов винтовой вставки подальше от центра восходящего потока и отвода оставшихся и витающих, в полости трубы, частиц для повторной очистки и прохождения по винтовой вставке через систему: винтовой канал - выхлопная труба - винтовой канал, что делает возможным удаление оставшихся частиц примесей из аэрогидропотока.

Поскольку предложенное сочетание признаков не известно из существующего уровня техники, не вытекает из него явным образом и позволяет получить более высокий технический результат, то предлагаемые существенные признаки и их сочетание можно признать соответствующими критерию - изобретательский уровень.

Согласно проведенных патентно-информационных исследований, сочетания известных и новых признаков предполагаемого изобретения в источниках патентной и научно - технической информации не обнаружено, что позволяет отнести признаки к обладающим новизной.

Описание осуществления предполагаемого изобретения и проведенные опытные работы позволяют отнести предполагаемое изобретение к промышленно выполнимым.

На Фиг. 1 схематично показан общий вид выхлопной трубы устройства центробежной очистки аэрогидропотока.

Выхлопная труба устройства центробежной очистки аэрогидропотока состоит из двух частей: верхней цилиндрической части, состоящей из двух размещенных одна в другой труб- внутренней 1 и наружной 2 и нижней конической части, со смонтированной вокруг нее винтовой вставкой 3 выполненной в корпусе-обечайке 4 с аспирационными окнами 5 и входного тангенциально смонтированного к корпусу-обечайке 4 патрубка 6. Нижняя коническая часть выхлопной трубы 1 выполнена в виде конфузора 7 с, по меньшей мере, одним, окном рециркуляции 8 в верхней его части. При этом в нижней части наружной трубы 2 выполнено окно эжекции 9, которое соединяет закрытую полость 10, образованную внутренней 1 и наружной 2 трубами, и пространство первого витка 11 винтового канала, а окно рециркуляции 8 соединяет закрытую полость 10 и полость конической части 12 выхлопной трубы.

Выхлопная труба устройства центробежной очистки аэрогидропотока работает следующим образом:

Аэрогидропоток поток через входной патрубок 6 поступает в винтовую вставку 3 со скоростью (расчетной, которая применяется для определения производительности оборудования) 15 м/с. Примеси (пыль и частички) с помощью и под воздействием центробежной силы отводятся (отдавливаются) к корпусу-обечайке 4 винтовой вставки 3, и через аспирационные окна 5 выводятся из винтовой вставки 3. Винтовые каналы имеют трапециевидную форму и из-за того, что расположены на выхлопной трубе конической формы, с каждым витком уменьшается площадь их сечения, поэтому действие центробежной силы на частицы примесей возрастает и скорость потока увеличивается. Через входной патрубок 6 поступает расчетное количество аэрогидропотока и ровно столько должно выйти из выхлопной трубы. Поскольку нижняя часть конфузора 7 по площади сечения больше верхней, то скорость потока будет ниже и частицы примесей будут витать в полости конической части 12 выхлопной трубы, соударяться друг с другом, слепляться (агломерироваться), утяжеляться и опадать.

Те частицы примесей, которые смогут преодолеть эти обстоятельства, через, по меньшей мере, одно окно рециркуляции 8 будут подхвачены аэрогидропотоком и направлены в закрытую полость 10 - в зону пониженного давления сформированную между внутренней 1 и наружной 2 трубами цилиндрической части выхлопной трубы, далее через окно эжекции 9 выброшены в входящий аэрогидропоток- в пространство первого витка 11 винтового канала для повторного прохождения по винтовой вставке 3 и очистке. При этом окно эжекции 9 по площади выполнено больше, чем окно рециркуляции 8. Площадь окна эжекции может варьироваться в зависимости от вида примесей в аэрогидропотоке.

Таким образом, предлагаемая конструкция выхлопной трубы помимо вывода очищенного аэрогидропотока обеспечивает повышение качества очистки аэрогидропотока за счет вывода каналов винтовой вставки подальше от центра восходящего потока и отвода оставшихся и витающих, в полости трубы, частиц для повторной очистки и прохождения по винтовой вставке через систему: винтовой канал - выхлопная труба - винтовой канал, что делает возможным удаление оставшихся частиц примесей из аэрогидропотока.

В настоящее время на предприятии разработана документация и изготовлен опытный образец, показавший хорошие и стабильные результаты очистки аэрогидропотока. В ближайшее время будет принято решение о запуске предлагаемой конструкции в производство.

Изобретение относится к области очистки газа от примесей, в частности, к устройствам очистки газа с применением центробежной силы, и может быть использована в газовой, газодобывающей, нефтяной, химической и других отраслях промышленности. Выхлопная труба устройства центробежной очистки аэрогидропотока включает смонтированную вокруг нее винтовую вставку, формирующую конический винтовой канал, выполненную в корпусе-обечайке с аспирационными окнами, и входной тангенциально смонтированный к корпусу-обечайке патрубок. Выхлопная труба выполнена из двух частей: нижней конической, выполненной в виде конфузора с, по меньшей мере, одним окном рециркуляции в верхней его части, и верхней цилиндрической, выполненной в виде двух труб, размещенных одна в другой - внутренней и наружной, формирующих между собой закрытую полость, при этом в нижней части наружной трубы выполнено окно эжекции, которое соединяет закрытую полость и пространство первого витка винтового канала, а окно рециркуляции соединяет закрытую полость и полость конической части трубы. Технический результат: создание конструкции выхлопной трубы простой в изготовлении, которая обеспечивает повышение качества очистки аэрогидропотока за счет вывода каналов винтовой вставки подальше от центра восходящего потока и отвода оставшихся и витающих в полости трубы частиц для повторной очистки. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Выхлопная труба устройства центробежной очистки аэрогидропотока, включающая смонтированную вокруг неё винтовую вставку, формирующую конический винтовой канал, выполненную в корпусе-обечайке с аспирационными окнами, и входной тангенциально смонтированный к корпусу-обечайке патрубок, отличающаяся тем, что выхлопная труба выполнена из двух частей: нижней конической, выполненной в виде конфузора с, по меньшей мере, одним окном рециркуляции в верхней его части, и верхней цилиндрической, выполненной в виде двух труб, размещённых одна в другой – внутренней и наружной, формирующих между собой закрытую полость, при этом в нижней части наружной трубы выполнено окно эжекции, которое соединяет закрытую полость и пространство первого витка винтового канала, а окно рециркуляции соединяет закрытую полость и полость конической части трубы.

2. Выхлопная труба по п. 1, отличающаяся тем, что окно эжекции по площади выполнено больше, чем окно рециркуляции.

3. Выхлопная труба по п. 1, отличающаяся тем, что винтовая вставка выполнена на внешней поверхности конической части трубы.

4. Выхлопная труба по п. 1, отличающаяся тем, что корпус-обечайка винтовой вставки выполнен цилиндрической формы с крышкой, закрывающей винтовую вставку снаружи.

5. Выхлопная труба по п. 1, отличающаяся тем, что аспирационные окна выполнены на уровне каждого витка винтового канала.