Устройство для очистки потока газа Советский патент 1981 года по МПК B01D45/14 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ПОТОКА ГАЗА

1

Изобретение относится к технике очистки газа от взвешенных высокодисперсных частиц и может быть использовано в химической, энергетической, пищевой, фармацевтической промышленности и в других отраслях народного хозяйства, где требуется очистка газов от жидких и твердых субмикронных частиц.

В известных центробежных очистителях газа с каналами, параллельными оси вращения, не следует ожидать высокой эффективности очистки газа от-высокодисперсных частиц из-за значительного размера каналов в направлении действия центробежных сил и относительно небольщого размера каналов в направлении движения газа 1, 2.

Для осаждения частиц на стенку канала необходимо, чтобы время их нахождения в канале t, определяемое длиной канала и скоростью их движения вдоль канала (скоростью транспорта) 1Г как t , было не менее времени, необходимого для прохождения канала в направлении действия сил (высота канала) h, определяемого скоростью осаждения как t -, т. е. должно выполняться условие или - . Скорость транспорта частиц ТГ определяется скоростью газа в канале, следовательно

площадью проходного сечения проточной части F и расходом газа через него (производительностью) Q как ТГ скорость осаждения Uj определяется размером частицы d,ee плотностьюр,ускорением массовых сил g (в данном случае центробежным ускорением), вязкостью газауи. Для достаточно малых частиц, удовлетворяющих закон сопротивления Стокса:

V

itju,

Таким образом, чем больше отношение при прочих равных условиях, тем больше мелкие частицы успеют осесть на стенках каналов проточной части ротора, и тем выше эффективность очистителя.

Известен также центробежный очисти5тель, каналы проточной части которого образованы навивкой тонкой ленты в виде спирали на втулку и обеспечивают аксиальное направление движения очишаемой среды |3.

Такой принцип дает возможность достаточно просто изготавливать проточную часть с каналами с большим отношением длины к высоте, например, до 500- 1000. Проточная часть вышеуказанного очистителя выполнена из намотанной на втулку тонкой ленты, прикрепленной по торцам к радиальным ребрам. Зазоры между витками ленты обеспечиваются прокладками, которые после закрепления витков к ребрам удаляются. Недостатком данной конструкции является том, что такая фиксация витков ленты не обеспечивает достаточной прочности и жесткости проточной части ротора, так как тонкая лента за счет центробежных сил деформируется, кроме того, достаточно небольшого начального дебаланса проточной части, чтобы произошло смыкание витков ленты с одной стороны и расхождение их на диаметрально противоположной стороне. Это приводит к резкому возрастанию дебаланса, что вызывает сильную вибрацию ротора, и снижает эффективность очистки за счет увеличения высоты каналов. Недо ITком конструкции известного центробгж.. го очистителя является также отсутствие устройств непрерывного, удаления отсепарированной фракции со стенок каналов и вывода ее из очистителя, что исключает применение его как непрерывно действующего очистительного устройства. Цель изобретения - повышение эффективности очистки, повышение надежности работы при высоких частотах вращения, упрощение конструкции и технологии изготовления центробежных очистителей. Указанная цеЛь достигается тем, что по всей поверхности наматываемой ленты выполнены выступы и отверстия, причем лента наматывается с натягом. Высота выступов выбирается в соответствии с величиной зазоров между витками ленты, определяющих эффективность очистки. Другие размеры выступов и их форма выбираются из конструктивных соображений. Например, одна из технологических форм выступов, получаемых в ленте выдавливанием, в виде усеченного, конуса с отношением диаметров основания и вершины равным 2, причем диаметр вершины равен высоте выступа. Такие выступы мало загромождают проходное сечение каналов, а их аэродинамическое сопротивление незначительно. Выступы выдавливаются по всей поверхности ленты, например, в шахматном порядке. Расстояние между отдельными выступами (продольный и поперечный шаг выступов выбирается из. условий обеспечения достаточной жесткости навитой проточной части в поле центробежных сил, т. е. участки ленты между выступами, на которые он опирается на последующий виток, не должны супхественно деформироваться под действием центробежных сил, изменять сечение каналов, ограниченных витками ленты. Жесткость навитой проточной части зависит также от материала ленты и толщины ее. Применение более толстой ленты с целью увеличения жесткости проточной части нецелесообразно, так как при этом увеличивается загромождение проточной части, что приводит к увеличению веса конструкции, увеличению габаритов или снижению эффективности очистки. Так, например, при навивке проточной части лентой толщиной 0,5 мм и расстоянием между витками 1 мм одна треть поперечного сечения проточной части загромождается лентой, а при толщине ленты 0,1 мм при том же расстоянии между витками загромождение составляет только 10%, а вес намотанной проточной части снижается в 5 .раз при том же числе витков, кроме того, уменьшаются габариты. Отверстия, выполненные по всей поверхности ленты, служат для отвода отсепарированной фракции со стенок каналов. При очистке газа от жидких частиц (туманов), частицы, осевшие на стенки каналов собираются в пленку жидкости, которая перетекает с витка на виток через эти отверстия к периферии и выводится из ротора через отверстия в наружной обечайке или стекает -в кольцевые сборники. Это предупреждает загромождение каналов отсепарированной жидкостью, снижает аэродинамическое сопротивление очистителя и повышает эффективность очистки. Отверстия могут быть выполнены в вершинах выступов, если лента наматывается выступами наружу или между ними при намотке выступами внутрь. Натяг ленты при намотке обеспечивает дополнительную жесткость намотанной проточной части. При высоких частотах вращения этих мер по обеспечению жесткости проточной части может оказаться недостаточно и витки ленты под действием центробежных сил могут сместиться в радиальном направлении. что вызовет дебаланс ротора и приведет к возникновению сильных вибраций. В этом случае витки ленты удерживаются от смещения резьбовыми шпильками, проходящими сквозь всю намотку. В намотанной проточной части, просверливаются отверстия диаметром, равным внутреннему диаметру резьбы стержня, в них нарезается резьба с шагом, равным радиальному шагу намотки, в которую ввинчивают стержни. Каждый виток ленты фиксируется резьбой стержня. Стержни распределяются по всей поверхности намотки равномерно. Количество стертжней определяется прочностью ленты на сдвиг и центробежными силами, воздействующими на участок ленты между стержнями. Как показали эксперименты такая конструкция намотанной проточной части может быть выполнена из ленты толщиной 0,05 -

0,1 мм, при этом она выдерживает центробежные ускорения до 10 м/с 2.

При очистке газов от частиц жидкостей с малой вязкостью, например, туманов, воды, кислот, малоБязких минеральных .масел, частицы осаждаются на стенках каналов проточной части, образуя пленку жидкости, которая увлекается потоком газа на край ленты и срывается с нее в виде капель.

Чаще всего капли жидкости, срывающиеся с кромки ленты со стороны выхода газа, достаточно крупны, чтобы успеть осесть под действием центробежных сил в кольцевой сборник ротора и не выносятся потоком очищенного газа из ротора. Но возможны такие УСЛОВИЯ, как, например, высокая частота вращения при высокой аксиальной скорости газа, большой размер навитой проточной части в радиальном направлении при относительно небольщом расстоянии кромок ленты от края ротора соответственно и от неподвижного устройства вывода газа, улавливаемая жидкость с малым поверхностным натяжением и т. п. При таких условиях капли, срывающиеся с кромок ленты, будут уноситься очищенным газом, загрязняя его. В этом случае кромка ленты со стороны выхода газа отбортовывается в сторону оси вращения, а в месте перегиба выполняются отверстия. При этом отсепарированная из газа жидкость задерживается отбортовкой в месте перегиба и перетекает через отверстия с витка на виток вплоть до наружной обечайки ротора и выводится из него.

Как показали эксперименты по очистке газа от тумана трансформаторного масла, пленка отсепарированной жидкости вполне надежно увлекается потоком газа на край ленты цилиндрической проточной части, но в случае очистки газа от частиц жидкости с высокой вязкостью, пленка отсепарированной жидкости слабо увлекается потоком газа и медленно перетекает через отверстия в ленте. Это может привести к существенному загромождению каналов проточной части. Для обеспечения своевременного удаления отсепарированной высоковязкой жидкости со стенок каналов лроточная часть выполнена в виде усеченного конуса, в результате чего пленка жидкости движется по стенкам каналов под действием составляющей центробежной силы, направленной вдоль наклона плоскости. Очевидно, чем больше конусность и выше частота вращения ротора, тем больше эта составляющая. Величина конусности проточной части выбирается из условий надежного удаления отсепарированной жидкости.

Способы изготовления ленты, которую можно навивать на конические поверхности, известны и не представляют трудностей. Например, вальцовкой ленты непараллельными валками, в результате чего один край ленты оказывается сильно развальцован.

Такая лента сворачивается в конический рулон.

При очистке газов от твердых примесей (пыли) в предлагаемой конструкции .уда- ение осевших частиц со стенок каналов осуществляется смывом жидкостью, например, водой, наносимой на стенки каналов распыливанием ее в известных устройствах. Движение омывающей жидкости с осевщими частицами осуществляется также за счет конусности проточной части.

0

Смывающая жидкость, диспергированная в р.аспылителях, подается на вход щелевых каналов, а лента, образующая эти каналы, наматывается с некоторым сдвигом {щагом вдоль оси намотки). Частицы, осевшие на стенки каналов, смываются жидкостью и увлекаются вместе с нейпод действием составляющей центробежной силы, определяемой конусностью проточной части.

В предлагаемой конструкции подвод газа

0 к очистителю производится в районе оси вращения, а вывод на некотором расстоянии от нее, за счет чего очиститель создает дополнительный напор газа, как центробежный вентилятор, и не трудно выбрать такие 5 соотнощения размеров, чтобы этот напор был достаточен для транспортировки газа через очиститель и внешнюю систе.му присоединенных к нему газоходов с заданной скоростью. В этом случае не требуются дополнительные устройства для транспортировки газа (вен0

тиляторы, воздуходувки и т. п.)

в предлагаемой конструкции газоочистителя для предотвращения вторичного загрязнения очищенного газа область интенсивного дробления капель вынесена за пределы потока очищенного газа и отделена от него стенкой - обечайкой ротора, а зазоры между вращающимися и неподвижными частями со стороны выхода очищенного газа уплотнены, например, торцовым лабиринтовым уплотнителем. Кроме того, в полости между вращающимся ротором и неподвижным корпусом, где происходит дробление выбрасываемой из ротора отсепарированной жидкости, поддерживается

давление меньше, чем в потоке очищенного газа путем соединения этой полости с областью выхода газа в центробежное колесо, для чего в нем выполнены отверстия, а зазоры между центробежным колесом и торцовой стенкой неподвижного корпуса

газоочистителя увеличены.

На фиг. 1 изображен предлагаемый очиститель, общий вид; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1 (намотанная проточная часть с однойиз возможных форм выступов); на фиг. 3 - вид Б на фиг. 2; на фиг. 4 - узел I на фиг. 1; на фиг. 5 - очиститель с конической проточной частью.

Устройство содержит ротор 1, который для облегчения конструкции может быть выполнен полым, центробежное колесо 2 с лопатками 3, являющееся первой ступенью очистки, радиальные лопатки 4, обеспечивающие центровку обечайки 5 относительно ротора. На ротор 1 навита с натягом тонкая лента 6 с выдавленными по всей ее поверхности выступами 7. Каналы 8 между витками ленты, обеспеченные выступами, являются каналами для прохода очищаемого газа в аксиальном направлении. Для ввода очищаемого газа служат патрубок 9 и полая цапфа 10. Улитка 11 корпуса предназначена для преобразования скоростного напора очищенного газа в статический, а патрубок 12 - для вывода его из газоочистителя.

На торцах обечайки ротора выполнены кольцевые сборники 13 и 14 уловленной фракции, а отверстия 15 и 16 в чих для вывода ее из ротора. Кольцевые ;. емники 17 и 18, выполненные в неподь..жном корпусе газоочистителя, предьчзначены для сбора отсепарированной фракции, выведе-нной из ротора, а щтуцеры 19 - для удаления ее из газоочистителя. Ротор опирается на подшипники 20, установленные в корпусе газоочистителя, и приводится во вращение через вал 21 от внещнего привода, -например, от электродвигателя. Торцовое уплотнение 22 предназначено для предотвращения вторичного загрязнения очищенного газа продуктами дробления отсепарированной жидкости, этой же цели служат отверстия 23 в центробежном колесе путем создания пониженного давления в полости между обечайкой вращающегося ротора и неподвижным корпусом.

Конический очиститель газов от твердых частиц содержит канал 24 в оси ротора, предназначенный для подвода смывающей жидкости, и распылитель 25. Стержни 26 скрепляют спиральную ленту с отверстиями 27.

Очиститель газа работает следующим образом.

Очищаемый газ через патрубок 9 и полую цапфу 10 попадает на лопатки 3 центробежного колеса 2, жестко связанного с ротором. Крупные частицы, содержащиеся в газе, под действием центробежных сил оседают в кольцевой сборник 14 ротора и через отверстия 16 выводятся из ротора в кольцевой приемник 17 неподвижного корпуса и через щтуцер 19 покидают очиститель. Газ, освобожденный от крупных частиц, поступает в проточную часть ротора, представляющую собой множество длинных (в .направлении движения газа) каналов 8 малой высоты (в направлении действия центробежных сил) и движется в ней в аксиальном направлении.

В каналах проточной части из газа, по мере продвижения его, выделяются все более

мелкие частицы, оседая на стенки каналов, образуя пленку жидкости. Пленка уловленной жидкости стекает в углубления обратной стороны выступов 7 и через отверстия при вершинах перетекает последовательно с

витка на виток к наружной обечайке 5 ротора, а через отверстия 15 в кольцевом сборнике 13 выводится из ротора в неподвижный кольцевой приемник 18, откуда сливается в штуцер 19 вывода. Некоторая часть пленки жидкости увлекается газом и движется по стенкам каналов к кромке ленты, где срывается в виде относительно крупных капель. Капли жидкости, сорвавшиеся с кромок ленты, центробежными силами сбрасываются в кольцевой сборник 13 ротора и через отверстия 15 уловленная жидкость выбрасывается из ротора в кольцевой приемник 18 корпуса, по которому стекает в штуцер 19 и выводится из газоочистителя. Далее очищенный газ направляется в улитку 11 корпуса, где скоростной напор газа

преобразуется в статический, и выбрасывается из очистителя через патрубок 12.

Смывающая жидкость, диспергированная в распылителях 25, наносится на поверхность открытых, за счет сдвига участков намотанной ленты, а также на поверхность кольцевого сборника 14. Крупные частицы, выде 1ивщиеся из потока газа в кольцевой сборник 14 смываются и увлекаются жидкостью в отверстия 16, а мелкие частицы,

осевщие на стенки каналов, смываются жидкостью и срываются с края jieHTbi в виде крупных капель, попадают в кольцевой сборник 13 и через отверстия 15 выводятся из ротора. Смывающая жидкость должна хорошо смачивать улавливаемую пыль.

Расчеты показывают, что очиститель предлагаемой конструкции дает возможность очищать газ от частиц, размером на порядок меньше, чем в известных центробежных очистителях газа. Так в роторе диаметром 500 мм с размером каналов в радиальном направлении 1 мм и по ходу газа 200 мм при частоте вращения 3000 об/мин и скорости газа в роторе 2 м/с осаждаются все частицы размером более 0,4 мкм, большая часть частиц размером 0,3 - 0,4 мкм,

около трети частиц размером 0,2 мкм. Увеличение частоты вращения приведет к еще более тонкой очистке газа.

Была изготовлена и испытана модель предлагаемого очистителя с ротором 120 мм.

Испытания показали высокую степень очистки газа от частиц масляного тумана размером менее 1 мкм, так для частоты вращения 6000 об/мин и скорости газа в каналах около 2 м/с эффективность улавливания частиц с модальным размером 2 мкм составила 0,998.

Кроме того, изготовлен опытный образец центробежного очистителя предлагаемой конструкции с ротором диаметром 400 мм для очистки сжатого газа от масляного тумана, предназначенный для работы в составе с винтовой компрессорной установкой 6ВКМ-25/8. Были проведены предварительные испытания очистителя с конической проточной частью для очистки газа от твердых частиц, в качестве которых использовался табачный дым. Испытания показали высокую эффективность очистки от высокодисперсных частиц. Дым на выходе из очистителя визуально не наблюдался. Формула изобретения 1. Устройство для очистки потока газа ОТ взвешенных в газе частиц, содержащее корпус с входным и выходным патрубками, установленные на подшипниках внутри корпуса центробежное колесо с лопатками и ротор, выполненный в виде спирали из ленты, закрепленной с промежутками между витками, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности очистки газа

IS

ю

19 от высокодисперсной фракции частиц и надежности работы, устройство снабжено стержнями с резьбой, ввернутыми в ленту, а лента выполнена перфорированной с отбортовкой отверстий и с выступами, высота которых равна шагу резьбы стержней. 2.Устройство по п. 1, отличаюш,ееся тем, что ротор выполнен в виде усеченного конуса со сдвигом витков ленты относительно друг друга по направлению потока газа от периферии к центру. 3.Устройство по пп. I и 2, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности очистки газа посредством предупреждения повторного уноса, в стенке центробежного колеса у входного патрубка выполнено отверстие. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.-Авторское свидетельство СССР № 351565, кл. В 01 D 45/14, 02.06.70. 2. Авторское свидетельство СССР № 407565, кл. В 01 D 45/14, 18.06.79. 3. Авторское свидетельство СССР № 332863, кл. В 04 В 7/08, 03.10.64.