Инерционный воздухоочиститель

 

1 .l-mEPUHOHliblft ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛЬ , Содержащий корпус с патрубками подвода загрязненного воздуха и . отвода очищенного воздуха и загрязнений , установленную в корпусе инерционную решетку из профилированных элементов преимущественно треугольного поперечного сечения, сужающихся в направлении отвода очищенного воздуха, при этом фронтальная плоскость решетки расположена под острым углом к направлению входа загрязненного воздуха с образованием в корпусе канала, сужающегося в направлении патрубка отвода загрязнений , верхние грани профилированных элементов, обращенные к входу загрязненного воздуха, выполнены плескимк и наклонены под острым углом к фронтальной плоскости решетки, входные кромки элементов выполнены скругленными, а боковые грани элементов образуют щелевые каналы отвода очищенного воздуха, отличающийся тем, что, с целью уменьшения гидравлических потерь при сохранении высокой степени очистки воздуха путем обеспечения безотрьшногр обтекания элементов решетки, радиус R скругления передней по потоку входной кромки Элементов выполнен равным 0,2-0,35 минималь . ного расстояния Ь ме;кду соседними элементами, радиус В скругления задней входной кромки составляет 0,73-0,8 минимального расстояния между соседними элементами и сопряжен с верхней наклонной гранью элемента переходным радиусом Кз , 1,0-1,05) t sin В,причем центр радиуса R, размещен ниже центра ра.-, диуса относительно фронтальной плоскости на величину радиуса R , а величина минимального расстояния Ь между элементами в решетке определяется из соотношения inoCSinfj (Л Ь

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4(si) В 01 U 45/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

110 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3358408/23-26 (22) 2 . 10. 81 (46). 23.04.85. Бюл.№ 15 (72) В.А.Велович и Э.И.Коган (53) 697.942 (088.8) (56) !.Обзор "Воздушные фильтры для газотурбинных установок в СССР и за рубежом". Вып.3-70-1,1970,с.10-15.

2.Патент Великобритании

¹ 1544202,кл.BlT,1979. (54)(57) 1.ИНЕРЦИОННЫЙ ВОЗДУХООЧИСТИХЕЛЬ, содержащий корпус с патрубками подвода загрязненного воздуха и отвода очищенного воздуха и загрязнений, установленную в корпусе инерционную решетку из профилированных элементов преимущественно треугольного поперечного сечения, сужающихся в направлении отвода очищен ного воздуха, при этом фронтальная плоскость решетки расположена под острым углом к направлению входа загрязненного воздуха с образованиек в корпусе канала, сужающегося в направлении патрубка отвода загрязнений, верхние грани профилированных элементов, обращенные к входу загрязненного воздуха, выполнены плоскими и наклонены под острым углом к фронтальной плоскости решетки, входные кромки элементов выполнены скругленными, а боковые грани элементов образуют щелевые каналы отвода очищенного -.воздуха, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью уменьшения гидравлических потерь при сохранении высокой степени очистки воздуха путем обеспечения безотрывного обтекания элементов решетки, радиус 31 скругления передней по

„„SU „„ 54 потоку входной кромки элементов выполнен равным 0,2-0,35 минимального расстояния Ь между соседними элементами, радиус R> скругления задней входной кромки составляет

0,75-0,8 минимального расстояния между соседними элементами и сопряжен с верхней наклонной гранью элемента переходным радиусом

1,0-1,05) t sin В,причем центр радиуса R размещен ниже центра ра.-, диуса 1 относительно фронтальной плоскости на величину радиуса 8!, а величина минимального расстояния

Ь между элементами в решетке определяется из соотношения

91п< s n !3

Ь =(2,0-2,1) t, п, g;p(gt p) . где Ь вЂ” минимальное расстояние между. соседними элементами в решетке,определенное в направлении, параллельном фронтальной плоскости решетки;

t — шаг размещения элементов в инерционной решетке;

М вЂ” угол наклона направления потока загрязненного воздуха в сужаюшемся канале к .фронтальной плоскости решетки;

P — - угол наклона верхних граней элементов, обращенных к потоку загрязненного воздуха, к фронтальной плоскости решетки.

2.Воздухоочиститель по п.l о т— л и ч а ю шийся тем, что щелевые

:каналы отвода очищенного воздуха выполнены диффузорными, причем угол оси дйффузорных каналов на выход1039054 ном участке относительно фронтальной плоскости решетки составляет

)100

З.Воздухоочиститель по и.1, о т— л и ч а ю шийся чем, что щелевые каналы отвода очищенного возИзобретение относится к средствам для очистки потока воздуха или газа от пыли или других загрязняющих взвешенных частиц и предназначено, в частности, для использования в качестве воздухоочистителя или первой предварительной ступени воздухоочистителя в силовых установках с газотурбинными двигателями или двигателями внутреннего сгорания, а также в промышленных газоочистных установках любых других типов.

Известен инерционный воздухоочисt титель, содержащий корпус с патруб- ° ками входа потока загрязненного воз 15 духа и отвода очищенного воздуха и концентрата загрязнений с установленными в корпусе инерционными решетками, составленными из плоских или изогнутых тонких пластин, между которыми образованы щели отбора очищенного воздуха. При этом решетки установлены во внутреннем канале корпуса так, что их фронтальная

25 плоскость расположена наклонно под острым углом к направлению входа потока загрязненного воздуха, а пылеотбойные поверхности пластин наклонены в свою очередь под острым углом к фронтальной плоскости решетки 11) .

Однако в инерционных воздухоочистителях этого типа при повороте вокруг тонких обрезанных кромок пласо тин на угол почти 180 возникают З5 значительные отрывы потока и связанное с этим вихреобразование, что приводит к увеличению гидравлических. потерь и к ухудшению очистных харак-, теристик воздухоочистителя.

Известен также инерционный воздухоочиститель, являющийся наиболее близким по технической сущности к духа выполнены конфу 3opnl!ми и криво линейными, причем угол оси конфузорных каналов на выходном участке относительно фронтальной плоскости решетки составляет

° Ъ

) < arcsin предлагаемгму, содержащий корпус с патрубками подвода загрязненного воздуха и ствода очищенного воздуха и загрязнений,, установленную в корпусе инерционнтз решетку из профилированньх элементов треугольного . поперечного сечения, сужающихся в . направлении потока отвода очищенного воздуха, при этом фронтальная плос.I кость решетки расположена под острым углом к направлению входа потока загрязненного воздуха с образованием в корпусе канала, сужающегося в направлении патрубка отвода загрязнений, а верхние грани профилированных элемен» тов, обращенные к потоку загрязненного воздухау выполнены плоскими и наклонены под острым углом к фронтальной плоскости решетки, входные кромки элементов скруглены, а между боковыми гранями соседних элементов образованы щелевые каналы отвода очищенного воздуха (21.

Однако и при применении инерционной решетки из профилированных элементов с произвольными соотношениями размеров и радиусов скруглений отрывы потока в зоне сепарации пыли s основном не устраняются в связи с чем

3 также имеет место увеличение потерь и ухудшение очистных характеристик воздухаочистителя.

Целью изобретения является уменьшение гидравлических потерь при сохранении высокой степени очистки воздуха путем обеспечения безотрывного обтекания элементов решетки.

Поставленная цель достигается тем

1 что в инерционном воздухоочистителе, содержащем корпус с атрубками подвода загрязненного воздуха и отвода очищенного воздуха и загрязнений,ус-, тановленную в корпусе инерционную решетку из профилированных элементов

1039054

10 в, На фиг.1 представлен инерционный

f5 воздухоочиститель, общий вид; на фиг 2 — профиль элементов решетки, поперечное сечение; на фиг..3 — вариант инерционного воздухоочистителя с диффузорными каналами отвода

20 очищенного воздуха; на фиг.4 — вариант инерционного воздухоочистителя с конфузорными каналами отвода очищенного воздуха; на фиг.5 — вариант инерционного воздухоочистителя с цилиндрической кольцевой формой инерционной решетки и с внутренним расположением канала подвода загрязненного воздуха; на фиг.б — вариант инерционного воздухоочисти30

:теля с цилиндрической кольцевой формой инерционной решетки и с кольцевым каналом подвода загрязненного воздуха,: расположенным снаружи инер-. ционной решетки; на фиг.7 — вариант инерционного воздухоочистителя с

35 конической кольцевой формой инерционной решетки и с каналом подвода загрязненного воздуха, расположенным внутри инерционной решетки на фиг.8 — вариант инерционного воздухоочистителя с конической кольцевой формой инерционной решетки и с каналом подвода загрязненного воздуха, расположенным снаружи решетки, на фиг.9 — вариант инерционного воздухоочистителя с кольцевой инерционной решеткой,,с фронтом решетки,расположенным в плоскости, нормальной к оси цилиндрического корпуса, и с каналом подвода загрязненного воздуха,-имеюО щим кольцевой вход, расположенный по окружности корпуса.

Инерционный воздухоочиститель содержит корпус 1 с каналом 2 подвода загрязненного воздуха, сужающьмся в направлении от входа к выходу, патрубком 3 отвода очищенного где — минимальное расстояние между соседними элементами в 4 решетке, определенное в направлении, параллельном фронтальной плоскости решетки;. шаг размещения элементов в инерционной решетке; 4

К вЂ” угол наклона направления потока загрязненного воздуха в сужающемся канале к фронтальной плоскости решетки;.

P — - угол наклона верхних граней элементов, обращенных к потоку загрязненного воздуха к фронтальной плоскости решетки.

Щелевые каналы отвода очищенного

Р воздуха выполнены в виде щелевых. диффузоров, причем угол g оси диффузоров на выходных участках отноI

/ преимущественно треугольного поперечного сечения, сужающихся в направлен нии отвода очищенного воздуха, при этом фронтальная плоскость решетки расположена под острым углом к направлению входа загрязненного воздуха с образованием в корпусе канала, сужающегося в направлении патрубка отвода загрязнений, верхние грани профилированных элементов, обращенные к входу загрязненного воздуха, выполнены плоскими и наклонены под острым углом к фронтальной плоскости решетки, входные кромки элементов выполнены скругленными, а боковые грани элементов образуют щелевые каналы отвода очищенного воздуха, радиус Rq скругления передней по потоку входной кромки элементов выполнен равным 0,2-0,35 от величины минимального расстояния b между соседними элементами, радиус 1 скругления задней по потоку входной кромки элементов составляет 0,75-0,8 от минимального расстояния О между соседними элементами и сопряжен с верхней наклонной гранью элемента переходным радиусом " равным

R = (1,.0-1 05) t sin /3, причем центр радиуса М1 размещен ниже центра .радиуса RZ относительно фронтальной плоскости на величину радиуса 31, а величина минимального расстояния b между элементами в решетке определяется из соотношения

Sing SinÐ

Ъ =(2,0-2,1) 5 и,„+з„п(, р) сительно фронтальной плоскости решетки составляет

20-110

Целевые каналы отвода очищенного воздуха выполнены коифузорными и криволипейными, при этом угол оси конфузорных каналов на выходном участке относительно фронтальной плоскости решетки составляет

Ь

arcsin

t воздуха и патрубком 4 отвода загрязнений вместе счастью потока воз1039054 духа, расположенным на выходе канала 2, Внутри корпуса 1 установлена инерционная решетка, составленная из профилированных элементов 5, расположенных в ряд с шагом т вдоль 5 фронтальной плоскости 6 решетки.

При этом фронтальная плоскость 6 решетки образует с направлением потока загрязненного воздуха в кана.-. ле 2 острый угол ñ6. Профилированные элементы 5 решетки имеют преимущественно треугольное поперечное сечение, сужающееся в направлении патока отвода очищенного воздуха к патрубку 3. При необходимости ограниче ния габаритов элементов решетки их выходные кромки могут быть срезаны, притуплены. Верхние грани профилиро-з ванных элементов, обращенные к потоку загрязненного воздуха, выполнены плоскими н наклонены год острым углом Я к фронтальной плоскости 6 .

Решетки. Meggy двумя другими боковыми гранями соседних элементов решетки образуются щелевые каналы 7 отвода очищенного воздуха, средние оси которых составляют с фронтальной плоскостью 6 решетки угол

Ширина входной щели каналов 7 отвода очищенного воздуха равна мини- Зо мальному расстоянию b .между соседними элементами в решетке. Входные. кромки элементов 5 решетки при входе в щели отбора очищенного воздуха скруглены. Радиус скругления 2< пе- 35 редней о потоку воздуха входной кромки элементов выполнен равным

0,2-0,35 величины минимального расстояния. в между соседними элементами в решетке, т.е.

К = 0,2-0,35 Ь.

Радиус скругления задней входной кромки .элемента выполнен равным

R = 0,75-0,8 Ь и сопряжен с верхней наклонной гранькФ5 элемента переходным. радиусом, равнья

R = (1,0-1,05) С вж/3.

При этом центр радиуса g< расположен ниже центра радиуса 0 относительно фронтальной плоскости 6 решетки на величину радиуса

Минимальное расстояние в между соседними элементами в решетке выполняется,равным

GinÌ+ Бю(М,t p)

При использовании инерционного воздухоочистителя в качестве первой, предварительной ступени очистки. воздуха совместно е второй фильтрующей ступенью тонкой очистки или в других аналогичных случаях щелевые каналы 7 отвода очищенного воздуха на выходе из воздухоочистителя выполняются диффузорными с прямолинейной (фиг.1) или криволинейной (фиг.З) дсью каналов.

Причем в зависимости от условий компоновки угол 1 оси каналов 7 относительно фронтальной плоскости 6 решетки на выходном участке может быть равен

О .= 20-110

При использовании инерционного воздухоочистителя в качестве единственной ступени очистки требуется сохранение высокой скорости потока на входе в.потребитель очищенного воздуха, вапример на входе в газотурбинный двигатель. В этом вариан- „ те использования щелевые каналы 7 отвода очищенного воздуха выполняются конфузорными и криволинейными (фиг.4), причем угол их оси относительно фронтальной плоскости 6 решетки принимается равным

Ъ

1 4 Огсб!п —7

Схемы вариантов инерционного воздухоочистителя, показанные на фиг..

1,3 и 4, соответствуют исполнению с плоской инерционной решеткой и плоским щепевым каналом 2.

Однако возможно выполнение инерционного воздухоочистителя с другими конструктивными формами инерционных решеток при сохранении описанного выше профилирования элементов решеток.

Для улучшения компоновочных и эксплуатационных качеств воэдухоочистителя инерционная решетка может быть выполнена кольцевой цилиндрической формы, сужающийся канал подвода загрязненного воздуха может быть размещен внутри решетки и сформирован между решеткой и внутренним коническим обтекателем, а снаружи решетки размещен сборник очищенного воздуха с выходным патрубком (фиг.5) .

В этом варианте канал 2 подвода загрязненного воздуха расположен . внутри кольцевого цилиндра решетки, причем сужение этого канала 2 в нап-. равлении патрубка 4 отвода загрязнений обеспечивается установкой

1039054 внутри решетки коническогo профилированного обтгкателя 8.

При выполнении инерционной решетки кольцевой цилиндрической формы сужающийся канал подвода заг- 5 рязненного воздуха может быть также размещен снаружи решетки и снабжен закручивающим потоком входным лопаточным аппаратом, а выходной цилиндрический патрубок отвода очищенного 10 воздуха расположен внутри решетки (фиг.б)., В этом варианте инерционного воэдухоочистителя с цилиндрической формой инерционной решетки сужающийся канал 2 подвода загрязненного воздуха расположен снаружи инерционной решетки. При этом для предварительной сепарации крупных частиц загрязнений может быть использован. . циклонный эффект, для чего на входе в канал 2 устанавливается лопаточный аппарат 9, закручивающий поток на входе на небольшой угол до 20-40 о

Для формирования потоков на входе в канал 2 и на выходе в патрубок 3 в центре корпуса установлен также центральный обтекатель 10.

Кроме того инерционная решетка может быть выполнена кольцевой кони- ЗО ческой формы, при этом сужающийся канал подвода загрязненного воздуха образуется внутренней полостью корпуса решетки и должен быть снабжен противорикошетной FIJIBcTH 35 ной-разделителем потока, а патрубок отвода очищенного воздуха выполнен охватывающим решетку снаружи (фиг.7) .:

В этом варианте инерционного ваздухоочистителя с кольцевой конической 4О формой инерционной решетки, состоя- . щей из профилированных кольцевых элементов 5 с диаметрами, уменьшающимися от входа к выходу в патрубок 4,. канал 2 расположен внутри конуса 45 ..решетки и снабжен противорикашетной

I разделительной пластиной 11, расположенной по оси канала 2 в диаметральной плоскости.

При выполнении инерционной решет-. 50 ки кольцевой конической формы сужающийся канал подвода загрязненного воздуха может быть также размещен между наружной конусной поверхностью решетки и цилиндрической стенкой кор-55 пуса и снабжен закручивающим потоком входным лопаточным аппаратом, цилиндрический патрубок отвода очищенного

Ф воздуха соединен с внутре и ей полостью конуса .решетки (фит .8)

В этом варианте инерционного воздухоочистителя с кольцевой конической формой инерционной решетки, состоящей из профилированных кольцевых элементов 5 с диаметрами, увеличивающимися от входа к выходу в кольцевой патрубок 4 отвода загрязнений, сужающийся канал 2 расположен в этом варианте снаружи конуса решетки и снабжен на входе допаточным аппаратом 9 с углом закрутки потока до 20-40 для дополнительного

0 использов ания циклонного эффекта.

Б центре корпуса по оси решетки установлен обтекатель 10. Инерционная решетка может быть также выполнена кольцевой с фронтом решетки, расположенным в плоскости, нормальной к оси цилиндрического корпуса, а сужающийся канал подвода загрязненного воздуха снабжен кольцевым входом, расположенным по окружности корпуса, и образован между плоскостью решетки и конической торцовой стенкой корпуса с вершиной конуса, обращенной к фронту решетки (фиг.9).

В этом варианте инерционного воздухоочистителя с инерционной решеткой, состоящей из кольцевых профилированных элементов 5 с диаметрами, уменьшающимися от периферии к центру корпуса 1, где расположено выходное отверстие в патрубок 4 отвода загрязнений, решетка образуеч фронтальную плоскость 6, нормальную к оси цилиндрического корпуса

Канал 2 подвода загрязненного воздуха имеет в этом варианте кольцевой.вход, расположенный по периферии корпуса 1, причем сужающийся канал 2 образован между фронтапьной плоскостью 6 решетки и конической торцовой стенкой корпуса 1 с вершиной конуса, обращенной к фронтальной плоскости.

Устройство работает следующим образом.

Очистка воздуха в инерционном воздухоочистителе происходит за счет инерционной сепарации пыли в момент поворота потока загрязненного воздуха от направления оси канала 2 в щелевые каналы 7 отвода очищенного воздуха с шириной входных щелей

Ф равной o,âîêðóã задних по потоку входных кромок профилированных эле1039054

10 ментов 5, профиль которых очерчен радиусами R и k g с. заданными относительными размерами.

На передних по потоку кромках профилированных элементов 5, очер- 5 ченных радиусом й,, при этом располагается критическая точка разветвления струй потока. Поворот потока во входные щели каналов 7 отвода очищенного воздуха происходит на угол, равный {,90 -Ы.).

При выполнении размеров радиусов и 0q скругления входных KpQMGK профилированных элементов 5 и размеров o входных щелей каналов 7 решет-1 ки в соответствии с данными соотношениями в зависимости от шага расположения элементов в решетке и величин углов а и Р форма профиля входных кромок щелей оказывается 20 близкой к форме расчетной границы свободной струи в решетке из плоских пластин с теми же значениями углов 6 и Р . Существование такой . гоаницы yrтановлено экспериментально.Благодаря этому обтекание входных кромок элементов при повороте потока во входные щели каналов 7 происходит безотрывно, чем обеспечиваются.низкий уровень потерь и высо- 30 кая эффективность последующего торможения потока в выходных щелевых диффузорных каналах 7 отвода очищенного воздуха.

Гидравлические потери уменьшаются при этом в несколько раз по сравнению с уровнем потерь в инерционных воздухоочистителях с решетками из плоских пластин при сохранении высокой степени очистки. Этот полезный эффект40 проверен и подтвержден при экспериментальных испытаниях опытньи инерционных воздухоочистителей.

В случаях применения инерционного воздухоочистителя в качестве единст- 4

1 венной ступени очистки, например в вертолетных газотурбинных силовых установках, торможение потока в каналах 7 и патрубке 3 отвода очищенного воздуха нецелесообразно, и эти каналы и патрубок должны выполняться конфузорными.

Варианты устройства с кольцевыми цилиндрическими, кольцевыми коническими и кольцевыми плоскими инерционными решетками целесообразно применять для улучшения компоновочных.и эксплуатационных качеств воздухоочистителя в соответствии с конкретными условиями его соединения с потребителями очищенного воздуха.

При экспериментальных исследованиях опытных образцов данного устройства установлено, что применение воздухоочистителя позволяет уменьшить сопротивление воздухоочистителя в

5-6 раз па сравнению с воздухоочистителем с решеткой.из плоских пластин, При сохранении допустимого для потребителя очищенного воздуха уровня сопротивления этот полезный эффект может быть использован для, повышения степени очистки за: счет уменьшения углов Ж и / и увеличения скорости потока в патрубке загрязненного воздуха воздухоочистителя или для уменьшения в 45-6 = 2,242,45 раза габаритов решетки воздухоочистителя.

Указанные данные были получены на малогабаритных опытных воздухоочистителях. с размером. инерционной решетки по фронтальной плоскости вмего 55 55 мм при шаге = 9,2 мм и только шести щелях решетки. В полноразмерном воздухоочистителе при оптимальном числе щелей Е = 2040 степень очистки должна быть еще выше при том же низком уровне сопротивления.

1039054

1039054

1039054 м о- 1

Фиг.5

Фиг.б

f 039054

Фиг.7

1039054

Реактор П. Горькова Техред M. Гергель КоРРектор О. Билак

Заказ 2791/2 Тираж 659 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035,Москва,Ж-35,Раушская наб.д„4/5

Филиал ППП "Патент",г.ужгород, ул.Проектная,4