Вихревая камера Советский патент 1982 года по МПК B04C3/00 

(54) ВИХРЕВАЯ КАМЕРА

Изобретение относится к аЛпаратам для проведения тепломассообменных процессов в поле центробежных сил и в режиме псевдоожижения твердых частиц жидкостью илу газом и может найти применение в энергетической, металлургической , нефтеперерабатывающей промышленности, в химической технологии.

Известна вихревая камера .для создания центробежного кипящего слоя твердых частиц, содержащая ресивер, патрубки для ввода и вывода потока среды, направляющей аппарат и плоские торцовые стенки 1 и 2.

В такой вихревой Keuviepe невозможно создать устойчивн1й центробежный кипящий слой твердых частиц в связи с выносом вдоль торцов потоком рабочей среды частиц, попавших на плоские торцовые стенки и потерявших окружную скорость.

Известна вихревая камера для проведения процессов тепло- и массообмена, содержащая корпус, патрубки для ввода и вывода рабочей среды, установленный концентрично в корпусе кольцевой закручиватель потока и торцовые крышки, имеющие криволинейную гиперболическую форму и образующие рабочую полость увеличивающегося от периферии к центру поперечного | сечения ГЗJ.

Недостатки известной вихревой камеры заключаются в высокой интенсивности истирания вращающихся частиц и торцовых стенок, а также в низкОй ее эффективности. Благодаря тому, что на больших радиусах камеры

10 гиперболические выпуклые внутрь торцовые стенки имеют малую кривизну, то попавшие на торцовые стенки твердые частицы, вращающиеся на больших радиусах и имеющие большие моменты

15 количества движения, достаточно долго движутся вдоль стенки до момента отрыва от нее радиальной оставляющей потока рабочей среды. Это приводит к высокой интенсивности ис20тирания торцовых стенок и твердых частиц. Кроме того, так как межторцовое расстояние в камере подчиняется соотношению

h,

Го

25

где h - текущее межторцовое расстояние, ho - межторцовое расстояние наружной границы центробежного

30 кипящего слоя, г - текущий радиус

камеры, TO - ргщиус наружной границы кипящего слоя, то объем кипящего слоя твердых частиц в камере мал при сравнительно большом отнетиении поверхности кипящего слоя к объему.

Мгьленький объем кипящего слоя в камере снижает эффективность ее, а большое отношение поверхности кипящего слоя к объему снижает коэффициент полезного действия, так как увеличиваются потери, например, утечки тепла, через поверхность.

Цель изобретения - снижение интенсивности истирания частиц и улучшение геометрических характеристик слоя частиц.

В вихревой камере, содержащей корпус, патрубки для ввода и вывода рабочей среды, установленный концентрично в корпусе кольцевой закручиватель потока иторцовые крышки, имеющие криволинейную форму и образующие рабочую полость увеличивающегося от периферии к центру поперечного сечения, поставленная цель достигается за счет выполнения, торцовых крышек параболическими вргнутыми,

На фиг. 1 представлена предлагаемая вихревая камера, разрез/на фиг. 2 - сечение А-А на фиг, 1.

Вихревая камера имеет корпус 1, входные патрубки 2, кольцевой эакручиватель 3 потока, торцовые крышки, 4, между которыми образована рабочая полость 5, и патрубки 6 для вывода рабочей среды.

Вихревая камера работает следующим образом.

Рабочая среда (жидкость или газ) подается под давлением в кольцевую полость.7, образованную стенками корпуса 1 и закручивателя 3, далее через наклонные каналы 8 закручивателя 3 она поступает в рабочую полость 5 вихревой камеры. Необходимая для создания устойчивого центробежного Кипящего слоя твердых частиц степень закрутки рабочей среды создается наклоном каналов закручивателя Твердые частицы вводятся в камеру путем транспортирования их средой через торцовую крышку или закручи426

2,7

2,5 850

ватель. Среда удаляется из камеры через патрубки 6. Параболический профиль крышек 4 камеры, ограничиваиэдих с торцов центробежный кипящий слой частиц в полости 5, обеспечивает удержание частиц благодаря тому, что внутри слоя на частицы действуют центробежные силы сопротивления. При попадании частиц на параболическую стенку и потери ими центробежных сил происходит отрыв частиц от стенки радиальной составляющей потока рабочей среды благодаря тому, что межторцовое расстояние камеры увеличивается с уменьшением радиуса, т.е. от периферии к центру.

Проведены испытания предлагаемой и известной вихревых камер.

Закручиватели потока и торцовые крышки испытываемых камер изготовлены из оргстекла.

Вихревые камеры имеют одинаковые конструктивные характеристики: радиус закручивателя (наружный радиус центробежного кипящего слоя) 150 мм, высоту направлякадего аппарата (наружная высота кипящего слоя) 45 мм, радиус выходных осевых отверстий 50 мм, межторцовое расстояние на радиусе выходных отверстий 135 мм.

Предлагаемая вихревая камера имеет гиперболический внутренний профил торцовых крышек, текущее межторцовое расстояние камеры определяется из выражения

6750

h

г - текущий радиус камеры, отгдесчитываемый от ее центральной оси.

Предлагаемая вихревая камера имеет параболический внутренний профиль торцовых крышек, выполненный из условия h 2 -/6650 - 41г мм. Обе камеры имеют одинаковый угол раскрытия. Эксперименты проводились при заполнении камер оловянной дробью диаметром.Л 1,8 мм.

Результаты испытаний камер представлены в таблице.

950

2,3

2,1 1920

Результаты испытаний показывают, что объем центробежного кипящего слоя в вихревой камере с параболическими торцовыми крышками вдвое превышает объем слоя в камере с гиперболическими крышками. Так как наружная поверхность кипящего слоя у камер одинакова, эффективность камеры с параболическими крышками вдвое выше, ибо полезный тепломассообменный процесс (например горение) идет в объеме кипящего слоя, а потери (например тепла) идут через его поверхность.

После пятичасовой работы камер в одинаковых режимах оказывается, что в камере с гиперболическими крышками в результате истирания вес дроби уменьшается на 2,3%, а в камере с параболическими крышками лишь на 1,4%. Осмотр торцовых крышек камер после испытаний быявил наличие на гиперболических крышках в районах, прилежащих к направляющемуаппарату, следы эрозийного воздействия частиц глубиной 0,2-0,3 мм. На параболических торцовых крышках видимого эрозийного износа не наблюдается.

Отношение вычисленных объемов вихревых камер с параболическими и гиперболическими крышками составляет 2,3, т.е. вихревая камера с параболическими крышками вдвое эффективнее, чем с гиперболическими.

Момент количества движения частицы, который воспринимает торцовая стенка при соприкосновении с частицей, пропорционален проекции радиальной составляющей скорости потока рабочей среды на касательную к торцовой крышке.

Угол между радиусом камеры и касательной сечения торцовой крышки в точке, где она пересекается с кольцевым закручивателем (при г 150 мм)-для гиперболического торПродолжение таблицы

J

ца составляет у 14%, для параболического т 48%.

На максимальном радиусе камеры частицы, попадая на стенку крышки, иМеют максимальный момент количества движения mViQ, где m - масса частицы, V - скорость, при этом составляющая момента, количества движения частицы, воздействующей на стенку, равна mVcos т где d - угол между касательной к стенке и радиусом.

Таким образом, на параболическую стенку будет действовать усилие в

}

cos 48

о: 0,7 раз меньше, чем на

cos 14°

гиперболическую

ФорГ ула изобретения

Вихревая камера для проведения процессов тепломассообмена в поле центробежных сил, содержгицая корпус, патрубки для ввода и вывода рабочей среды, установленный концентрично в корпусе кольцевой закручиватель потока и торцовые крышки, имеющие криволинейную форму и образующие рабочую полость увеличивающегося от периферии к центру поперечного сечения, отличающаяся тем, что, с целью снижения интенсивности истирания частиц и улучшение геометрических характеристик слоя частиц, торцовые крышки вьшолнены параболическими вогнутыми.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

3.Авторское свидетельство СССР 5 216618, кл. В 01 J 8/14, 1968.