Циклон

(71) Заявитель Учреждение образования Могилевский государственный университет продовольствия(72) Автор Федоров Геннадий Степанович(73) Патентообладатель Учреждение образования Могилевский государственный университет продовольствия(57) 1. Циклон, содержащий корпус, расположенный в его верхней части входной патрубок, осевую трубу ввода центрального потока с завихрителем на ее выходном конце, устройство отвода очищенного газа и бункер уловленных частиц, отличающийся тем, что входной патрубок расположен хордально корпусу и содержит в средней части, по меньшей мере, две изогнутые эквидистантно его боковым стенкам направляющие лопатки,причем боковые стенки входного патрубка выполнены с радиусом кривизны значительно меньшим, чем радиус корпуса циклона, устройство отвода очищенного газа содержит тангенциально расположенный выводной патрубок и выполнено в виде двух соосных тел вращения, вход в пространство между которыми расположен в плоскости соединения большими основаниями усеченных конусов, верхний из которых соединен меньшим основанием с корпусом на уровне завихрителя осевой трубы с обтекателем, большее основание которого соединено с внутренним телом вращения, а на наружном теле вращения устройства отвода очищенного газа установлен конический отражатель. 8395 1 2006.08.30 2. Циклон по п. 1, отличающийся тем, что устройство отвода очищенного газа выполнено в виде двух соосных цилиндров, кольцевое пространство между которыми выполнено в форме винтовой поверхности, при этом выводной патрубок расположен в нижней его части, а после него установлена труба, входящая в меньшее основание нижнего конуса. 3. Циклон по п. 1, отличающийся тем, что внутреннее тело вращения устройства отвода очищенного газа выполнено в виде цилиндра, а наружное - усеченного конуса, расположенного меньшим основанием вверх, и содержит закрепленный над выводным патрубком кольцевой карман, в дне которого установлена труба, входящая в меньшее основание нижнего конуса, при этом над кольцевым карманом дискретно закреплены спиральные лопасти. Изобретение относится к устройствам для выделения из потока газа (пара) взвешенной в нем дисперсной фазы путем воздействия на поток центробежной силы и может быть использовано для очистки газа от капельной влаги или твердых частиц в любых стационарных установках и транспортных машинах. Известен циклон, содержащий корпус, размещенный в его верхней части входной патрубок, осевую трубу ввода центрального потока с завихрителем на ее выходном конце,устройство отвода очищенного газа и бункер уловленных частиц. При разделении газового гетерогенного потока, содержащего дисперсную фазу широкого фракционного состава,наиболее крупные частицы под действием центробежной силы удаляются в дополнительный бункер, связанный с корпусом 1. Недостатком является низкая эффективность выделения дисперсной фазы вследствие некорректной аэродинамики в сепарационной зоне циклона. Входной патрубок расположен тангенциально корпусу. Вследствие этого вводимый газовый поток резко расширяется в сторону осевой трубы, снося к центру циклона частицы пыли, которые затем попадают непосредственно в осерасположенную выхлопную трубу, снижая тем самым эффективность очистки. Распределение скорости потока по сечению входного патрубка носит ярко выраженный параболический характер с максимумом скорости по его центру, что вызывает высокую турбулентность потока и снижение эффективности очистки. Устройство для отвода очищенного газа выполнено в виде выхлопной трубы, расположенной по оси циклона, поэтому запыленный газ из закрученного первичного (периферийного) потока радиально стекает в центральную зону циклона, оказывая значительное аэродинамическое сопротивление частицам дисперсной фазы центрального запыленного потока, вводимого через осевую трубу, и движущимся под действием центробежной силы к периферии циклона, т.е. навстречу радиально стекающему газу периферийного потока. Вследствие такой некорректной аэродинамики частицы центрального потока движутся вначале вдоль оси циклона вниз и лишь затем, когда ослабнет тормозящее действие радиально стекающего к центру периферийного потока, начинают движение по радиусу к стенкам циклона. Сепарирующая способность циклона при такой аэродинамике, естественно, падает, а его гидравлическое сопротивление возрастает. Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности очистки газа за счет однонаправленного действия на частицы центробежной силы и силы аэродинамического воздействия потока чистого газа, исключение вторичного уноса отсепарированных частиц и создание увеличенного, по сравнению с самим циклоном, центробежного фактора разделения уже во входном патрубке. Технический результат достигается тем, что в циклоне, согласно изобретению, входной патрубок расположен хордально корпусу и содержит в средней части, по меньшей мере, две изогнутые эквидистантно его боковым стенкам направляющие лопатки, причем 2 8395 1 2006.08.30 боковые стенки входного патрубка выполнены с радиусом кривизны значительно меньшим, чем радиус корпуса циклона, устройство отвода очищенного газа содержит тангенциально расположенный выводной патрубок и выполнено в виде двух соосных тел вращения, вход в пространство между которыми расположен в плоскости соединения большими основаниями усеченных конусов, верхний из которых соединен меньшим основанием с корпусом на уровне завихрителя осевой трубы с обтекателем, большее основание которого соединено с внутренним телом вращения, а на наружном теле вращения устройства отвода очищенного газа установлен конический отражатель. Допустимо, чтобы в циклоне, согласно изобретению, устройство отвода очищенного газа было выполнено в виде двух соосных цилиндров, кольцевое пространство между которыми выполнено в форме винтовой поверхности, при этом выводной патрубок расположен в нижней его части, а после него установлена труба, входящая в меньшее основание нижнего конуса. Допустимо, чтобы в циклоне, согласно изобретению, внутреннее тело вращения устройства отвода очищенного газа было выполнено в виде цилиндра, а наружное - усеченного конуса, расположенного меньшим основанием вверх, и содержит закрепленный над выводным патрубком кольцевой карман, в дне которого установлена труба, входящая в меньшее основание нижнего конуса, при этом над кольцевым карманом дискретно закреплены спиральные лопасти. Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 изображен продольный разрез циклона на фиг. 2 - поперечное сечение А-А на фиг. 1 на фиг. 3 - поперечное сечение Б-Б на фиг. 1 на фиг. 4 - вариант выполнения устройства отвода очищенного газа на фиг. 5 - сечение Г-Г на фиг. 5. Циклон содержит корпус 1, размещенный в его верхней части входной патрубок 2,расположенный хордально корпусу 1. Боковые стенки 3 входного патрубка 2 выполнены с радиусом значительно меньшим, чем радиускорпуса циклона. Во входном патрубке 2 эквидистантно боковым стенкам 3 в его средней части установлены, по меньшей мере, две изогнутые направляющие лопатки 4. Устройство для отвода очищенного газа выполнено в виде двух соосных тел вращения 5, 6, к которым тангенциально подсоединен выводной патрубок 7. Вход очищенного газа в пространство 8 между телами вращения 5, 6 установлен в плоскости соединения большими основаниями усеченных конусов 9, 10. Завихритель 11 осевой трубы 12 установлен на уровне соединения верхнего конуса 9 с корпусом 1. На осевой трубе 12 установлен обтекатель 13, большее основание которого соединено с внутренним телом вращения 6 устройства отвода очищенного газа. На верхнем срезе наружного тела вращения 5 устройства отвода очищенного газа установлен конический отражатель 14. Возможно выполнение устройства для отвода очищенного газа в виде двух соосных цилиндров 5, 6, кольцевое пространство между которыми выполнено в форме винтовой поверхности 15, выводной патрубок 7 тангенциально подсоединен в ее нижней части, а после него в дне установлена труба 16, опущенная в меньшее основание 17 нижнего конуса 10. Причем площадь сечения выводного патрубка 7 всегда на 515 превышает площадь входного кольцевого пространства 8 устройства отвода очищенного газа, т.е. во всех случаях сопротивление сосредоточено на входном кольцевом пространстве 8. Возможно, что внутреннее тело вращения устройства отвода очищенного газа выполнено в виде цилиндра 6, а наружное - усеченного конуса 18 (фиг. 4) меньшим основанием вверх и снабжено закрепленным над выводным патрубком 7 кольцевым карманом 19, в дне которого установлена труба 16, опущенная в меньшее основание 17 нижнего конуса 10, при этом над кольцевым карманом 19 дискретно закреплены спиральные лопасти 20(фиг. 5), изогнутые против направления вращения очищенного газа. Циклон работает следующим образом. 3 8395 1 2006.08.30 Газ, содержащий любую дисперсную фазу, поступает в циклон 1 по входному, хордально расположенному, патрубку 2, в котором на частицы действуют центробежные силы, большие, чем в самом циклоне, благодаря тому, что боковые стенки 3 и лопатки 4 имеют значительно большую кривизну, чем кривизна циклона, и скорость потока во входном патрубке 2 существенно выше, чем окружная скорость в цилиндрической части циклона. Дисперсная фаза осаждается на боковой поверхности 3 и направляющих лопатках 4, где частицы (капли) подвергаются кинематической коагуляции, сращиваясь в крупные агрегаты, и предварительно сепарированный газовый поток хордально вводится в циклон. Вследствие хордального ввода сжатый в поперечном сечении газовый поток растекается к стенкам циклона 1, снося на поверхность осаждения укрупненные агрегаты дисперсной фазы. Таким образом, во входном патрубке 2 существует значительно больший фактор разделения, чем в самом циклоне, и дисперсная фаза достигает стенок циклона в пределах угла 80140 от места присоединения входного патрубка 2, т.к. сопротивление дисперсионной среды (газа) движению частиц крайне незначительно. В цилиндрической части корпуса 1 процесс сепарирования частиц завершается, а в верхнем усеченном конусе 9, ниже ввода потока чистого (продувочного) газа, закрученного завихрителем 11, формируется осенаправленный поток очищенного газа в устройство его отвода, входное пространство 8 которого расположено в плоскости соединения большими основаниями усеченных радиусов 9, 10, благодаря чему направление действия на дисперсную фазу центробежной силы и силы аэродинамического воздействия на нее продувочного, т.е. чистого, газа совпадает, что предопределяет высокую эффективность очистки и исключает вторичный унос отсепарированных частиц вместе с винтовым потоком очищенного газа. Очищенный газ отводится по тангенциальному выводному патрубку 7, а отсепарированная дисперсная фаза, двигаясь винтообразно, стекает вниз по поверхности конуса 10 и трубе 16 в меньшее основание 17 нижнего конуса 10, а затем в бункер (на фигурах не показан). Вторичный унос отсепарированной пыли из конуса 10 и ликвидация условий ее подсоса из бункера и конуса 10 достигаются установкой на наружном теле вращения 5 конического отражателя 14. Поскольку вместе с потоком пыли в полость нижнего конуса 10 поступает и часть уже очищенного газа, статическое давление в этой полости увеличивается и возникает возможность обратного перетока газа из полости конуса 10 в рабочее(сепарационное) пространство циклона. Зона этого перетока находится в кольцевом зазоре между конусом 10 и наружным телом вращения 5 устройства отвода очищенного газа. Этот негативный переток газа вызывает, во-первых, обратный вынос уловленной пыли(вторичный унос), а во-вторых, создает условия, затрудняющие отвод пыли, еще не попавшей в полость нижнего конуса 10. Наличие конического отражателя 14 усиливает крутку газового потока выше него и уменьшает долю нисходящего течения газа в конус 10, т.е. усиливает центробежный эффект сепарации в меридиональной плоскости, ведущий к более эффективному осаждению частиц в нижнем конусе 10 и исключению их попадания в поток очищенного газа. Предусмотрена вторая ступень очистки уже в самом устройстве отвода очищенного газа. Это достигается вследствие того, что пространство между соосными цилиндрами 5, 6 выполнено винтообразным с шагом витка, равным шагу нисходящего винтового потока очищенного газа. Под действием центробежной силы частицы пыли сносятся к цилиндру 5 и гравитационно стекают по трубе 16 в меньшее основание 17 нижнего конуса 10. Возможна дополнительная очистка газового потока с резко увеличенным фактором разделения цб за счет того, что над кольцевым карманом 19 дискретно закреплены спиральные лопасти 20. Газ, содержащий самую тонкую дисперсную фазу, отсекается от основного потока и вращается вдоль лопастей 20 (фиг. 5), подвергаясь глубокой доочистке,т.к. радиус вихря в значительно меньше радиусавращающегося в устройстве отвода основного потока очищенного газа. 4 8395 1 2006.08.30 Изобретение обеспечивает требование заводской практики иметь циклон, обеспечивающий высокую эффективность очистки газа при минимальных энергозатратах, т.е. небольшом гидравлическом сопротивлении. Это достигается созданием увеличенного фактора центробежного разделения уже во входном патрубке, благодаря его хордальному расположению и введению изогнутых лопаток в среднюю часть патрубка. Это же обеспечивает расчленение общего потока на ряд отдельных потоков, т.е. ламиниризацию потока и снижение гидравлического сопротивления. Устранение вредного действия вторичного уноса частиц достигается размещением на периферии корпуса циклона устройства отвода очищенного газа в виде соосных тел вращения и наличием конического отражателя. Таким образом, в предлагаемом циклоне созданы максимально благоприятные условия отвода дисперсной фазы и очищенного газа, так как транспортные пути уловленной пыли и воздушных потоков нигде не пересекаются. Источники информации 1. Патент РБ 3475, МПК 04 3/00, 2000. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5