Устройство для очистки газопылевого потока Советский патент 1992 года по МПК B04C5/107 

1

(21)4786921/26 (22)30.01.90 (46)23.12.92. Бюл. № 47

(71)Межотраслевой центр новой техники Импульс

(72)В.З. Фещенко, А.А. Айвазов и А,В. Воробьев

(56)Авторское свидетельство СССР № 1171094, кл. В 04 С 5/107, 1985.

Авторское свидетельство СССР N3 1680347, кл. В 04 С 5/107, 1989. (54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ГАЗОПЫЛЕВОГО ПОТОКА

(57)Изобретение относится к области выделения пыли из газопылевого потока при проведении циклонного процесса. Цель изобретения т снижение металлоемкости устройства за счет уменьшения площади сеток раскручивагеля потоков без снижения эксплуатационных характеристик и повышение надежности в работе раскручивателя потоков. Сетчатый раскручиватель потоков выполнен в виде пакета сеток, образующего в горизонтальном поперечном сечении звездчатую структуру с радиальными лучами-сетками, с живым сечением 60...70% и числом лучей-сеток 8-14. Сетки выполнены со срезом на расстоянии от оси устройства до торца срезанной стороны монотонно изменяющемся от 0,15 бк до 0,35 DBn в направ- лении,выходного патрубка циклона, где dK - диаметр выходного отверстия конуса циклона, Овп - внутренний диаметр выходного патрубка циклона. Пакет радиальных лучей - сеток жестко соединен в радиальную звездчатую структуру с помощью опорных колец, которые расположены концентрически на верхних и нижних торцах лучей-сеток, а также на торце срезанной стороны. 3 ил., 1 табл.

СО

С

Изобретение относится к выделению пыли из газопылевого потока при проведении циклонного процесса и может найти применение в отраслях промышленности, в которых по условиям производства необходимо использовать возвратнопоточные циклонные аппараты для улавливания пыли.

Известна конструкция устройства для очистки газопылевого потока, содержащего циклон, снабженный входным патрубком с улиточным или тангенциальным входом, осевым выходным патрубком и раскручива- телем потока. Кроме того, устройство также содержит бункер для сбора уловленных пылевых частиц. А раскручиватель потока в циклоне выполнен в виде плоской сетки, установленной вертикально между торцом

выходного патрубка и дном бункера. Живое сечение сетки раскручивателя составляет не менее 40...50%.

Недостатком известной конструкции устройства является невозможность достижения высокой степени очистки и при этом значительного уменьшения гидравлического сопротивления (энергозатрат) на ведение циклонного процесса при использовании в сетчатом раскручивателе потоков сеток с живым сечением, близким к 40 50%. Этот недостаток соязан с тем, что часть частиц из газопылевого потока, имеющие размеры, близкие или больше чем ячейки указанных сеток, не проходят через ячейки сеток и отскакивают от узлов сетки в восходящий поток. Это оедет к снижению степени очистки

х|

00

ка

о о

в известном устройстве, хотя при этих значениях живого сечения сеток и достигается значительное уменьшение гидравлического сопротивления устройства за счет интенсивной раскрутки потоков в циклоне. Кроме 5 того, недостатком известной конструкции устройства является недостаточная надежность в работе сетчатого раскручивателя по- токов. Это связано с тем обстоятельством, что крепление сетчатого раскручивателя 10 происходит в двух точках на торце выходного патрубка. Под действием динамических нагрузок газопылевого потока на сетку происходит частый отрыв сетки от торца выход- ного патрубка и ее деформация, что 15 нарушает процесс циклонирования и ведет к снижению его эффективности.

Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности и достигаемому результату, которое принято за 20 прототип, является устройство Для очистки газопылевого потока.

Известная конструкция устройства для очистки газопылевого потока, выбранная в качестве прототипа, содержит циклон с 25 разъемным корпусом на фланцах, снабженный входным патрубком, осевым выходным патрубком, раскручивателем потока, а также содержит бункер для сбора уловленных пылевых частиц, Сетчатый рас кручи ватель 30 потоков выполнен б виде пакета сеток, который в поперечном горизонтальном сечении образует радиальную звездчатую структуру. Центр звездчатой структуры образован продольным центральным стерж- 35 нем, на котором укреплены радиальные лучи-сетки. Эти лучи-сетки в вертикальном поперечном сечении выполнены в виде половины площади вертикального поперечного сечения цилиндроконической части 40 корпуса циклона. Живое сечение сеток раскручивателя составляет 60. 70%, а число радиальных лучей-сеток составляет 8...14. Каждый радиальный луч-сетка по всей своей высоте прикреплен, например, с помощью 45 пайки или сварки в узлах сетки к внешней поверхности продольного центрального стержня.

Недостатком известной конструкции устройства является высокая металлоем- 50 кость сетчатого раскручивателя потоков, установленного в циклоне от торца выходного патрубка до выходного отверстия конуса циклона. Это обстоятельство связано со значительной площадью пакета сеток, обра- 55 зующих радиальную звездчатую структуру сетчатого раскручивателя, которая позволч- ет при этом достичь высокой степени очистки от пыли и значительно снизить гидравлическое сопротивление (энергозатраты) при проведении циклонного процесса. Кроме того, недостатком известной конструкции является невысокая надежность в работе сетчатого раскручивателя, вследствие отрыва радиального луча-сетки от поверхности продольного центрального стержня под воздействием газопылевого потока, особенно при скоростях потока, близких к 25 м/с и более на входе в циклон. Отрыв сетки от центрального стержня ведет к последующей деформации сетки и снижению степени очистки.

Целью изобретения является снижение металлоемкости устройства за счет уменьшения площади сеток раскручивателя потоков без снижения степени очистки и повышения гидравлического сопротивления устройства, а также повышение надежности в работе раскручивателя потоков.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве для очистки газопылевого потока, содержащем циклон с разъемным корпусом, снабженный входным патрубком, осевым выходным патрубком и раскручивателем потока, а также бункер сбора твердых частиц, при этом раскручива- тель потока в циклоне выполнен в виде пакета радиальных лучей-сеток в поперечном горизонтальном сечении составляющих радиальную звездчатую структуру, в которой живое сечение сеток составляет 60., 70%, а число лучей-сеток составляет 8...14, согласно изобретению поверхность сетчатого полотна радиального луча-сетки со стороны продольной оси устройства выполнена срозанной так. что расстояние от продольной оси устройства до торца срезанной стороны радиального луча-сетки монотонно изменяется от 0,15 die до 0,35 DBn в направлении выходного патрубка циклона. При этом пакет радиальных лучей-сеток жестко соединен с радиальную звездчатую структуру с помощью опорных колец, расположенных концентрически и установленных на верхних и нижних торцах радиальных лучей- сеток, а также по меньшей мере, одного опорного кольца, расположенного на торце срезанной стороны радиального луча-сетки, обращенного к продольной оси устройства где - диаметр выходного отверстия конуса циклона, Don - внутренний диаметр выходного патрубка.

Выполнение сетчатого раскручивателя потоков со срезанной поверхностью сетчатого полотна на радиальных лучах-сетках со стороны продольной оси устройства так, что при этом расстояние от оси устройства до торца срезанной стороны луча-сетки монотонно изменяется от 0,15 dK до 0,35 DBn в направлении выходного патрубка циклона,

позволяет снизить металлоемкость сетчатого раскручивателя. Это достигается уменьшением суммарной сетчатой поверхности всех радиальных лучей-сеток на величину срезанной поверхности.

При этом обеспечивается достижение высокой степени очистки без снижения ее величины по сравнению с прототипом, а также без увеличения гидравлического сопротивления устройства.

Этот результат достигается в предлагаемом устройстве для очистки газопылевого потока благодаря тому, что в конструкции сетчатого раскручивателя потоков учтены размеры и форма восходящего вращающегося вихревого потока. Известно, что в таком потоке действуют центробежные силы инерции, которые основную массу очищенного от пыли газового потока отбрасывают от центра вихря на определенное расстояние, связанное с радиусом вращения вихря. Поэтому свое раскручивающее действие на восходящий вращающийся вихревой поток сетчатый раскручиватель оказывает лишь в области, где сосредоточена основная масса потока. Указанные выше размеры срезанной стороны радиального луча-сетки и определяют область пространства в циклоне, в которой раскручивающее действие сеток на восходящий вращающийся вихревой поток практически мало или совсем не сказывается. Следовательно, не влияет на степень очистки и гидравлическое сопротивление устройства. Определение размеров этой области пространства в циклоне позволило уменьшить расход сетчатого полотна, что привело к снижению металлоемкости раскручивателя потоков в конструкции предлагаемого устройства.

Создание жесткой звездчатой структуры пакета радиальных лучей-сеток с помощью опорных колец, расположенных на верхних и нижних торцах радиальных лучей-сеток, а также на торце срезанной стороны луча-сетки, позволяет создать нужную прочность конструкции сетчатого раскручивателя.

Так как у заявляемого устройства появляются свойства, не совпадающие со свойствами известных технических решений, то предлагаемое устройство обладает существенными отличиями. Это позволяет Сделать вывод о соответствии заявляемого ycfpofl- ства критерию существенные отличия.

На фиг.1 схематически изображено устройство для очистки газопылевого потока, поперечный разрез; на фиг.2 - вид спереди на радиальный луч-сетку со срезанной стороной, обращенной к продольной оси устройства, где Don - внутренний диаметр

выходного патрубка. oV - диаметр выходного отверстия конуса циклона: на фиг.З - сечение А-А на фиг.1.

Устройство для очистки газопылевого 5 потока (фиг. 1) содержит циклон 1. снабженный входным патрубком 2, осевым выходным патрубком 3 и раскручивателем потока 4, бункер 5 сбора твердых частиц.

Раскручиватель потока 4 установлен

0 вертикально в зоне между торцом выходного патрубка и дном бункера 5 и выполнен в виде пакета сеток. Пакет сеток в поперечном горизонтальном селении (фиг.З) составляет радиальную звездчатую структуру,

5 основу которой составляют радиальные лучи-сетки 6 (фиг.2). Эти лучи-сетки 6 в вертикальном поперечном сечении имеют форму пятиугольника. При этом поверхность сетчатого полотна радиального луча-сетки 6

0 (фиг.2) со стороны продольной оси устройства выполнена срезанной так, что расстояние от продольной оси устройства до торца срезанной стороны луча-Сетки 6 монотонно изменяется от 0,15 ek до 0,35 DBn в напрай5 лении выходного патрубка циклона. Пакет радиальных лучей-сеток 6-жестко соединен в радиальную звездчатую структуру б с помощью опорных колец 7. Опорные кольца 7 расположены концентрически на верхних и

0 нижних торцах радиаль ных лучей-сеток 6 и укреплены с помощью пайки или сварки. По меньшей мере, одно опорное кольцо 7 расположено также на торце е рёЗ§нной стороны радиального луча-сетки 6, обращенной к

5 продольной оси устройства.

Корпус циклона 1 в месте соединения его цилиндрической части с конической частью выполнен разъемным при помощи фланцевого соединения 8.

0. Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Газопылевой поток поступает через входной патрубок 2 (тангенциальный или спиральный улиточный) в циклон 1 и приоб5 ретает вращательное движение. Нисходящий винтообразно вращающийся поток опускается вдоль внутренних стенок корпуса циклона и на своем пути многократно проходит через пакет сеток раскручивателя

0 4, что позволяет интенсивно раскрутить нисходящий и восходящий потоки и тем снизить гидравлическое сопротивление устройства.

Нисходящий вращающийся поток, в ко5 тором сконцентрирована беновная масса выделяемой пыли, поступает далее в бункер 5, где происходит окончательно осаждение частиц. Затем поток совершает поворот на 180° и образует внутри нисходящего потока восходящий вращающийся поток очищенного от пыли газа. Этот поток выходит из бункера 5 через выходное отверстие конуса циклона w при движении снизу вверх в ци- линдроконическом корпусе циклона и проходит через пакет сеток раскручивателя потоков 4 и удаляется из циклона 1 через патрубок 3. При выходе восходящего вращающегося потока из отверстия конуса цикло- на указанный вихревой поток, по мере прохождения цилиндроконической части корпуса циклона постепенно расширяется, так что его ближайшая к продольной оси устройства 6, периферийная граница вихря изменяется от 0,15 dK до 0,35 DBn перед торцом выходного патрубка 3.

Как известно из практики изучения аих- ревых потоков, внутренняя полость восходящего вращающегося вихревого потока является застойной и заполнена малоподвижной газовой средой, а при высоких скоростях вращения восходящего потока в его внутренней полости возникает даже вакуум. Это связано с действием в восходящем вращающемся вихревом потоке центробежных сил инерции, которые основную массу очищенного от пыли газового потока отбрасывают на определенное расстояние от оси потока. Поэтому раскручивающее действие сетчатый раскручиватель потоков 4 оказывает лишь в определенной области восходящего вращающегося потока, в которой сосредоточена его основная масса. Вышеуказанные размеры срезанной стороны радиального луча-сетки б и определяют область пространства в цилиндрической части корпуса циклона 1, в которой раскручивающее действие сеток на восходящий вращающийся поток сказывается в малой степени лмбо совсем не сказывается. Следовательно, не влияет на степень очистки и гидравлическое сопротивление устройства,

Этот результат достигнут благодаря тому, что в конструкции сетчатого раскручивателя потоков 4 учтены размеры и форма восходящего вращающегося потока.

Высота луча-сетки 6 равна расстоянию от торца выходного патрубка 3 до горизонтальной плоскости выходного отверстия конуса циклона. Раскручиватель потока помещен в цилиндро-конический корпус циклона так, что его лучи-сетки 6 контактируют с внутренней поверхностью стенки корпуса циклона. Живое сечение лучей-сеток 6 составляет в предлагаемом устройстве 60.„70% и при этом число лучей-сеток в пакете составляет 8...14. Такое конструктивное исполнение раскручивателя потока в предлагаемом устройстве позволяет максимально уменьшить гидравлическое сопротивление устройства, связанное с

использованием указанного диапазона живого сечения лучей-сеток б, Кромо того, благодаря тому, что живое сечение лучей-сеток 6 составляет 60...70%, ячейки таких сеток

способствуют проходу через них всех крупных фракций частиц пыли, улавливаемых в циклоне, которые при меньшем живом сечении задерживаются сетками. Поэтому в предлагаемом устройстве достигается вы0 сокая степень очистки газа от пыли,

Создание жесткой звездчатой структуры пакета радиальных лучей-сеток 6 с помощью опорных колец 7, расположенных на верхних и нижних торцах радиальных лучей5 сеток 6, а также расположение по крайней мере одного опорного кольца 7 на торце срезанной стороны - луча-сетки, обращенной к продольной оси устройства, позволяет создать нужную прочность конструкции сет0 чатото раскручивателя потоков л,

Предлагаемая конструкция сетчатого раскручивателя потоков позволяет осуществить его надежную работу при скоростях газопылевого потока до 30 м/с. При этом не

5 происходит отрыва радиальных лучей-сеток от опорных конец. Это связано также с тем обстоятельством, что опорные кольца помещены в зону с малыми динамическими на- грузлами, так как вынесены за пределы

0 зоны действия нисходящего потока, несущего основную долю энергии потока в циклоне.

Корпус циклона 1 выполнен разъемным в место соединения его цилиндрической ча5 сти с конической частью при помощм флан цевого соединения 8, Разъемный корпус циклона позволяет быстро произвести работы, связанные с установкой и выносом раскручивателя потока из корпуса циклона,

0 что бывает необходимо при очистных и ремонтных работах.

Предлагаемое устройство было подвергнуто экспериментальной проверке на установке,собраннойавторами.

5 Экспериментальная установка состояла из возвратно-поточного циклона с тангенциальным входным патрубком диаметром корпуса 80 мм; бункера, газодувки-пылесоса КУ-01; подводящих и отводящих йоздухово0 дов, счетчика газа РС-40; питателя для подачи порошка в циклон, набора сетчатых раскручиаэтелей потока в виде пакета сеток, выполненного как звездчатая структура с живым сечением сеток, лежащим в диапа5 зоне 60...70%, числом лучей-сеток, равным 8...14, с полной и со срезанной стороной луча-сетки по предлагаемому техническому решению; микроманометра ММН-240. В качестве улавливаемого материала использовалась широкая фракция пентапласта

марки А-2 (ТУ 05-1423-74). Его гранулометрический состав составил 10...550 мкм, средний размер (диаметр) частиц составил 53 мкм, плотность пентапласта равна 1,4 г/см3.

Для получения сравнительных данных проводились испытания устройства с вертикальным сетчатым раскручивателем, выполненным по прототипу и по заявляемому техническому решению.

. Ниже приведены наиболее характерные результаты. Так, при испытаниях известного устройства живое сечение лучей-сеток составило 60%, размер ячеек сетки 3x3 мм, число лучей-сеток равнялось 8. Скорость входа газопылевого потока в устройство составляла 29 м/с, начальная концентрация пыли 10 r/м3. Гидравлическое сопротивление известного устройства составило 265 Па, а степень очистки 98,4%.

Испытания устройства, выполненного по предлагаемому техническому решению со срезанной стороной луча-сетки, у которой расстояние от продольной оси устройства до торца срезанной стороны монотонно изменяется от 0,15 dK до 0,35 Овп в направлении выходного патрубка циклона показали, что при тех же параметрах циклонного процесса, входной скорости газопылевого потока и его начальной концентрации, гидравлическое сопротивление предлагаемого устройства составило 268 Па, а степень очистки 98,5%. То есть, практически в пределах ошибок измерения указанных величин гидравлическое сопротивление и степень очистки известного и предлагаемого устройств совпадают.

Испытания при тех же параметрах циклонного процесса известного и предлагаемого устройств при живом сечении лучей-сеток раскручивателя потоков, равном 70%, числе лучей-сеток, равном 14, показали также практически совпадение результатов циклонного процесса.

Так, гидравлическое сопротивление-известного устройства составило 288 Па, а предлагаемого - 292 Па, а степень очистки была соответственно, в известном устройстве - 98,6%, в предлагаемом устройстве составила 98,7%.

Определение границ восходящего вращающегося вихревого потока производилось следующим образом. В зоне расположения сетчатого раскручивателя потоков в циклоне выделялись три уровня горизонтальных поперечных сечений. Первое - в выходном отверстии конуса циклона, второе - в месте перехода цилиндрической части корпуса циклона в коническую, третье - в торцевом сечении выходного патрубка циклона. В указанных горизонтальных поперечных сечениях поочередно уста- навливалисьгоризонтально

расположенные круглые се(ки с живым се- 5 чением 40%. Сетки крепились на стержне, который в свою очередь был расположен вдоль продольной оси устройства и закреплен на торце выходного патрубка с помощью другого поперечного стержня,

0 расположенного в торцевой плоскости патрубка. Размер наружного диаметра горизонтальной сетки изменялся в каждом из указанных сечений с определенным , В первом указанном сечении диаметр рас5 полагаемой в нем горизонтальной сетки изменялся от 0,1 di до 0,4 (Зк с шагом изменения диаметра сетки, равным 0,1 dK. Во втором указанном сечении диаметр, располагаемой в нем горизонтальной сетки из0 менялся от 0,1 DBn до 0,5 DBn с шагом изменения диаметра сетки, равным 0,1 DBn. В третьем указанном сечении диаметр, располагаемой в нем горизонтальной сетки, изменялся от 0,1 DBn до 0,8 Овп до 0,8 DBn с

5 шагом изменения диаметра сетки, равным 0,1 Овп.

В отсутствие расположения в циклоне сетчатого раскручивателя потоков поочередно- помещались в указанные гормзон0 тальные сечения горизонтальные сетки и для каждого изменения их диаметра определялось гидравлическое сопротивление устройства при его продувке чистым воздушным потоком. Скорость воздушно5 го потока на входе в устройство составляла 30 м/с. Проведенные измерения гидравлического сопротивления устройства позволили определить границу восходящего вращающегося вмхрееого потока в цикло0 не. Критерием для определения этой границы послужили результаты резкого изменения гидравлического сопротивления устройства. Живое сечение сетки, равное 40%, было выбрано потому, что оно оказы5 вает максимальное раскручивающее действие на вихревой поток и способствует максимальному уменьшению гидравлического сопротивления. Для сравнения замерялось гидравлическое сопротивление

0 устройства без сетки.

Результаты определения границ восходящего вращающегося вихревого потока Б устройстве приведены в таблице,

Абсолютное значение dK составляло 30

5 мм, a Den равнялось 50 мм, п - число опытных замеров гидравлического сопротивления устройства в каждом сечении. О - соответствует отсутствию сетки в устройстве. К ДРо/АР, где ДР0 - гидравлическое

сопротивление устройства без сетки, ДР - текущее значение гидравлического сопротивления устройства в опытах.

Высота зоны цилиндрической части корпуса циклона, в которой был установлен сетчатый раскручиватель, составляла 160 мм.

Расстояние от продольной оси устройства до торца срезанной стороны сетчатого раскручивателя потоков определялось как уменьшении вдвое диаметр сетки, на котором наблюдалось резкое изменение гидравлического сопротивления. Такие значения подчеркнуты в таблице, они соответствуют подходу сетки к границе периферийной плотной части восходящего вращающегося вихревого потока. И связаны с его интенсивной раскруткой под действием сетки, при этом чем большее количество потока проходит через сетку, тем интенсивнее его раскрутка.

Таким образом, результаты испытаний показывают, что предлагаемое техническое решение по сравнению с базовым устройством, позволяет снизить материалоемкость (металлоемкость) и себестоимость изготовления сетчатого раскручивателя без ухудшения его эксплуатационных характеристик при использовании в предлагаемом устройстве,

Кроме того, предлагаемое техническое решение позволяет повысить надежность в работе сетчатого раскручивателя потоков.

Предлагаемое устройство позволяет создавать высокоэффективные конструкции циклонных аппаратов с низкими энергозатратами и высокой степенью очистки.

Заявляемое устройство может найти широкое применение в пылеулавливающей технике, где используются возвратно-поточные циклоны как в действующих установ;

ках в СССР, так и за рубежом, а также во вновь проектируемых и создаваемых пылеулавливающих устройствах.

Формула изобретения

. Устройство для очистки газопылевого потока, содержащее циклон, разъемный корпус которого имеет выходное отверстие в нижнем конусе, входной патрубок, осевой выходной патрубок, раскручиватель потока,

выполненный в виде пакета жестко соединенных радиальных лучей-сеток, в поперечном горизонтальном сечении составляющих радиальную звездчатую структуру с живым сечением сеток 60-70% и числом лучей-сеток в -М, бункер сбора твердых частиц, о т- личающееся тем, что, с целью снижения металлоемкости за счет уменьшения площади сеток раскручивателя без снижения степени очистки и повышения гидравлического

сопротивления, а также повышения надежности в работе раскручивателя, поверхность сетчатого полотна радиального луча-сетки со стороны продольной оси устройства выполнена срезанной так, что расстояние от продольной оси устройства до торца срезанной стороны радиального луча- сетки монотонно изменяется от 0,15 d до 0,35 Овп в направлении выходного патрубка циклона, при этом пакет радиальных лучейсеток жестко соединен в радиальную звездчатую структуру с помощью опорных колец, расположенных концентрически и укрепленных на верхних и нижних торцах радиальных лучей-сеток, а также по меньшей

мере одного опорного кольца, расположенного на торце срезанной стороны радиального луча-сетки, обращенного к продольной оси устройства, где - диаметр выходного отверстия конуса циклона, ОВп - внутренний

диаметр выходного патрубка.

Продолжение табл.

Фиг/

0,35DQn

Физ.г

A-A

Фи&З