Циклон

 

Использование: очистка газов и жидкостей от загрязнений. Сущность изобретения: циклон содержит корпус с сепарационной камерой, входным и выходным патрубком, вращающийся элемент с лопастями, размещенный посредством подшипникового узла соосно корпусу в сепарационной камере, перегородку, жестко закрепленную на корпусе с образованием кольцевого зазора относительно стенки корпуса, при этом вращающийся элемент установлен на перегородке посредством оси. 6 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к очистке газов и жидкостей от загрязнений. Может быть применено в разных отраслях народного хозяйства.

Известен циклон для очистки газов и жидкостей от ферромагнитных частиц, который содержит корпус с разгрузочным отверстием, входной и выходной патрубки, бункер, магнитную систему, крыльчатку на полом валу, привод крыльчатки [1] Известное устройство имеет недостатки, обусловленные тем, что внешний нисходящий вихрь, несущий в бункер уловленную в циклоне пыль, в разгрузочном отверстии конусной части циклона, сообщающем циклон с бункером, взаимодействует с восходящим внутренним потоком, который уносит пыль из бункера, увеличивая тем самым концентрацию пыли на выходе из циклона. Попытка устранить этот недостаток приводит к усложнению циклона (привод вала с крыльчаткой и магнитной системой), к дополнительным затратам энергии, к увеличению габарита и массы циклона.

Наличие нисходящего и восходящего потоков в циклоне, их встречное движение, а также значительная площадь их взаимодействия определяют существенную величину гидравлического сопротивления циклона, которая ограничивает пропускную способность (производительность) циклона и степень очистки потока от загрязнений, т.к. она пропорциональна квадрату скорости потока, подаваемого в циклон.

Известен циклонный пылеулавитель, который содержит цилиндрический корпус, тангенциальный входной патрубок, осевой выходной патрубок, крыльчатку с механическим приводом, при этом крыльчатка соосно выходному патрубку и расположена под ним [2] Известное устройство имеет недостатки, обусловленные тем, что внешний нисходящий вихрь, несущий в бункер уловленную в циклоне пыль, в разгрузочном отверстии конусной части циклона, сообщающем циклон с бункером, взаимодействует с восходящим внутренним вихрем, который, имея длинный путь и высокую осевую скорость, уносит пыль из бункера и увеличивает потери энергии. Попытка устранить этот недостаток путем установки крыльчатки с дополнительным приводом ее приводит к усложнению циклона, дополнительным затратам энергии, к увеличению габарита и массы циклона, а также к повышению гидравлического сопротивления и энергоемкости циклона. Удаление уловленных загрязнений в бункер осуществляет основной вихрь. Все это определяет невысокие эксплуатационные свойства, такие как габариты циклона, энергоемкость его и объем технического обслуживания.

Известен циклон, содержащий корпус с сепарационной камерой, входным тангенциальным патрубком, выходным осевым патрубком, вращающийся элемент с лопастями в сепарационной камере [3] Недостатки: большие габариты, высокое гидравлическое сопротивление.

Цель изобретения устранение указанных недостатков, то есть повышение эксплуатационных свойств.

Указанная цель достигается тем, что известный циклон снабжен перегородкой, жестко закрепленной на корпус с образованием кольцевого зазора относительно стенки корпуса, при этом вращающийся элемент установлен на перегородке посредством оси.

На фиг. 1 изображен циклон (продольный разрез), на фиг. 2 разрез А-А фиг. 1, на фиг. 3 исполнение перегородки в виде диска малого диаметра, на фиг. 4 исполнение перегородки в виде усеченного конуса, на фиг. 5 - исполнение перегородки в виде цилиндрического стакана, на фиг. 6 исполнение барабана малого диаметра, на фиг. 7 исполнение с полой осью барабана, на фиг. 8 исполнение с полой осью барабана с перегородкой в виде конуса, на фиг. 9 исполнение с дополнительным барабаном и плоской перегородкой в виде диска, на фиг. 10 барабан с двумя дисками, на фиг. 11 - конически-цилиндрический корпус циклона.

Циклон содержит корпус 1, сепарационную камеру 2, входной патрубок 3, выходной патрубок 4, перегородку 5, вращающийся элемент 6, камеру сбора загрязнений 7 с разгрузочным отверстием 8.

Корпус 1 может иметь цилиндрическую или расширяющуюся книзу форму, а также состоять из двух частей цилиндрической и конической. Камера 2 размещена в верхней части корпуса 1. Патрубок выполнен тангенциально к корпусу 1. Патрубок 4 соосен камере 2. Снизу камера 2 ограничена перегородкой, установленной с кольцевым зазором 9 внутри корпуса 1 и жестко закрепленной на корпусе 1, например, посредством укосин 10.

На перегородке 5 посредством подшипникового узла 11 установлен с возможностью вращения на оси 12 элемент 6. Он представляет собой диск 13 с лопастями 14, образующими сопла 15. Лопасти 14 расположены по периферии диска 13. Ниже перегородки 5 находится камера 7 сбора загрязнений с разгрузочным отверстием 8, которое при работе циклона закрыта при помощи клапана или вентиля (на чертеже не показаны). Высота патрубка 3 обычно несколько меньше высоты камеры 2 с тем, чтобы основная часть потока среды из патрубка 3 попадала в камеру 2. Основные элементы циклона имеют следующее условное обозначение: D диаметр камеры 2, d диаметр патрубка 3 ввода загрязненной среды, d_бар диаметр элемента 6, d_пер диаметр перегородки 5.

Степень ускорения свободного вихря в камере 2, т.е. степень увеличения окружной скорости вихря, определяется отношением (D/d)ⁿ, где n - показатель степени, который меньше единицы.

Степень ускорения свободного вихря до истечения его в элемент 6 определяется отношением (D/d_бар)ⁿ¹ где n1 показатель степени, который меньше единицы.

Доля загрязненной среды, поступающей из камеры 2 в камеру 7, пропорциональна относительной величине зазора 9, то есть где K - коэффициент пропорциональности.

Работает устройство следующим образом.

Загрязненная среда истекает из патрубка 3 в камеру 2 и образует в ней вихрь, который ускоряется по мере движения от периферии к центру циклона. Центробежная сила и кориолисово ускорение сепарирует загрязнения, которые в виде кольцевого пояса непрерывно циркулируют по периферии камеры 2. Одновременно свободный вихрь в камере 2 через кольцевой зазор 9 наводит вынужденный вихрь в камере 7, имеющий нисходящий и восходящий поток. Под действием нисходящего потока вынужденного вихря и сил гравитации загрязнения через зазор 9 поступают в камеру 7, где загрязнения осаждаются. Так как окружная и осевая скорости вынужденного вихря быстро уменьшаются в направлении от камеры 2 в камеру 7 и от периферии камеры 7 к центру ее, то захват и вынос загрязнений вынужденным вихрем из камеры 7 в камеру 2 восходящим потоком незначительный. Свободный вихрь в камере 2 при истечении в сопле 15 барабана 6 изменяет несколько направление осевого движения, а частицы продолжают движение по инерции, что обуславливает выпадение их из струй среды, направленной в сопла 15. Те мельчайшие частицы, которые попадают в сопла 15, догоняются вращающимся элементом 6 и лопасти 14 отбрасывают частицы на периферию камеры 2. Микровихри, образуемые лопастями 14 барабана 6, усиливают турбулентную коагуляцию загрязнений в кольцевом зазоре камеры 2 между корпусом 1 и барабаном 6. Уменьшение диаметра барабана 6 приводит к росту частоты вращения этого барабана 6 и к улавливанию частиц загрязнений меньшего размера.

Возможно исполнение, когда перегородка выполнена в виде диска 16 малого диаметра. Вследствие этого свободный вихрь в камере 2 неводит в камере 7 вынужденный вихрь большой интенсивности, обуславливая быстрое удаление загрязнений из камеры 2 в камеру 7.

Возможно исполнение перегородки в виде усеченного конуса 17, Вследствие этого глубина проникновения вынужденного вихря в камеру 7 уменьшается, так как кольцевой зазор 18 значительно удален от патрубка 3 и камеры 2.

Возможно исполнение, когда элемент 6 выполнен малого диаметра, лишь немногим большим диаметра патрубка 4. Вследствие этого частота вращения элемента 6 возрастает, обеспечивая улавливание частиц загрязнений меньшего размера.

Возможно исполнение, когда перегородка в корпусе 1 выполнена в виде цилиндрического стакана 19, на котором установлен элемент 6. Наклонные стенки 20 совместно с корпусом 1 образуют бункера 21 для сбора загрязнений. Такая конструкция уменьшает объем вынужденного вихря в циклоне и потери энергии.

Возможно исполнение, когда в оси 12 выполнен канал 22, соединяющий внутреннюю полость элемента 6 с камерой 7. Вследствие этого образуются два свободных вихря основной вихрь через элемент 6 и дополнительный вихрь через кольцевой зазор 9, камеру 7 и канал 22 в патрубок 4.

Работает исполнение аналогично описанному за исключением того, что свободный вихрь в камере 2 и вращающийся элемент 6 создают центробежную силу, образующую разрежение, максимальная величина которого достигается в приосевой зоне вихря. Перепад давления между периферией и приосевой зоной камеры 2 обуславливает образование дополнительного свободного вихря под перегородкой 5. Центральная сила дополнительного вихря сепарирует частицы загрязнений, отбрасывая их на периферию камеры 7. Одновременно дополнительный свободный вихрь транспортирует загрязнения из камеры 2 в камеру 7, где они осаждаются.

Возможно исполнение, когда в камере 7 жестко закреплена на корпусе 1 дополнительная дискообразная перегородка (на чертеже не показана), соосная камера 7 и установленная параллельно перегородке 5 с зазором. Дополнительная перегородка исключает осевую скорость свободного вихря на всей протяженности дополнительной перегородки и отсос загрязнений из камеры 7 в канал 22.

Возможно исполнение, когда дополнительная перегородка выполнена в виде конуса 23 вершиной, обращенной к каналу 22. Конус 23 соосен камере 7 и жестко закреплен на корпусе 1 с кольцевым зазором 24. Конус 23 изолирует камеру 7 (камеру сбора загрязнений) от дополнительного свободного вихря.

Работает исполнение аналогично описанному за исключением того, что загрязнения, сепарирующие дополнительным свободным вихрем, по поверхности конуса 23 и через зазор 24 поступают в камеру 7.

Возможно исполнение, когда на дополнительной дискообразной перегородке 25 установлен с возможностью вращения дополнительный элемент 26 с лопастями. Перегородка 25 и элемент 26 соосны каналу 22.

Работает исполнение аналогично описанному за исключением того, что дополнительный свободный вихрь вращает элемент 26, который отбрасывает частицы загрязнений на периферию, очищая среду, засасываемую через канал 22.

Возможно исполнение, когда лопасти 14 элемента 6 закреплены не только на диске 13, но и на кольце 27 с осевым отверстием 28. Вследствие этого основной поток вихря взаимодействует с лопастями 14, но и с поверхностью диска 13 и кольца 27. Вследствие этого потери энергии на трение вихря об элемент 6 используются для полезной работы вращения элемента 6 с повышенной скоростью. Повышенная скорость вращения элемента 6 способствует сепарации мельчайших частиц загрязнений, отбрасывая их лопастями 14 на периферию камеры 2.

Возможно исполнение, когда элемент 6 с диском 13 и кольцом 27 имеет уплотнение, например лабиринтное (на чертеже не показано). Относительно корпуса 1 и перегородки 5, что существенным образом уменьшает переток среды мимо лопастной решетки элемента 6.

Возможно исполнение, когда корпус 1 имеет коническую 29 и цилиндрическую 30 части. Тем самым обеспечивается транспортирование загрязнений из камеры 2 в камеру 7 не только под действием сил гравитации, вспомогательного вихря, но и вертикальной составляющей центробежной силы, воздействующей на частицы загрязнений при контакте их с поверхностью конической части 30.

Работает исполнение аналогично описанному за исключением того, что загрязнения тормозятся о поверхности конической части 30, и опускаются вниз под действием сил гравитации, вертикальной составляющей центробежной силы, прижимающей загрязнения к поверхности конической части 30, а также вспомогательного вихря.

Ускорение вихря в плоской камере, удаление улавливаемых загрязнений, вспомогательным вихрем, сепарация загрязнений вращающейся лопастной решеткой, повышенная турбулентная коагуляция загрязнений вследствие образования лопастями элемента микровихрей это обуславливает достижение положительного результата уменьшение габаритов, объема технического обслуживания, повышение эффективности очистки и снижение энергоемкости циклона, то есть повышение эксплуатационных свойств.

Формула изобретения

1. Циклон, содержащий корпус с сепарационной камерой, входным тангенциальным патрубком, выходным осевым патрубком, вращающийся элемент с лопастями, размещенный посредством подшипникового узла соосно корпусу в сепарационной камере, отличающийся тем, что он снабжен перегородкой, жестко закрепленной на корпусе с образованием кольцевого зазора относительно стенки корпуса, при этом вращающийся элемент установлен на перегородке посредством оси.

2. Циклон по п.1, отличающийся тем, что высота входного патрубка несколько меньше высоты сепарационной камеры, образованной указанной перегородкой и расположенной над ней.

3. Циклон по пп.1 и 2, отличающийся тем, что ось вращающегося элемента выполнена полой, сообщающей между собой полости циклона, расположенные по обе стороны перегородки.

4. Циклон по п.3, отличающийся тем, что он снабжен дополнительной перегородкой, установленной под первой аналогичным образом.

5. Циклон по п.4, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным вращающимся элементом, установленным посредством оси на дополнительной перегородке в зазоре между перегородками.

6. Циклон по пп.1 5, отличающийся тем, что лопасти вращающегося элемента закреплены на диске.

7. Циклон по пп.1 6, отличающийся тем, что лопасти вращающегося элемента закреплены посредством двух дисков, причем в диске, обращенном к выходному осевому патрубку выполнен осевой канал.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11