Клиновидный газогидродинамический концентратор мелкодисперсных включений

 

Изобретение относится к устройствам фильтрации загрязнений газовых потоков и жидкостей. Концентратор выполнен в виде параллельной последовательности однотипных удлиненных обтекателей, крепящихся по концам на двух боковых клиновидных основаниях с периодической системой профилированных выступов так, что между касательными плоскостями к обтекателям образуется клиновидная полость с входным и выходным прямоугольными сечениями с закругленными углами, а профилированная поверхность сплошного или тонкостенного сечений обтекателей, обеспечивающих направленность движения мелкодисперсных включений во внутреннюю часть клиновидной полости, образована элементами линий степенной зависимости, вида y = ax^k , где x - направление вдоль профиля обтекателей; а - постоянный коэффициент при a > 0, k ≥ 1. 6 ил.

Изобретение относится к устройствам фильтрации загрязнений газовых потоков и жидкостей.

Известно устройство щелевого типа, выполненное в виде конически сходящихся пластин [1] Недостатком известного устройства является то, что не обеспечивается качество пылеотделения от газового потока из-за отсутствия оптимальных условий аэродинамического обтекания пластин.

Цель данного изобретения устранение указанных недостатков путем выполнения газо-гидродинамического концентратора мелкодисперсных включений в виде параллельной последовательности удлиненных обтекателей, крепящихся по концам на двух боковых клиновидных основаниях, с периодической системой профилированных выступов, так что между касательными плоскостями к обтекателям образуется клиновидная полость с входным и выходным прямоугольными сечениями с закругленными углами, а профилированная поверхность сплошного или тонкостенного сечения обтекателей образована элементами линий степенной зависимости вида y ax^k, где x направление вдоль профиля обтекателей; a постоянный коэффициент, при a > 0, k ≥ 1.

На фиг. 1 дана схема устройства; на фиг. 2 вид сбоку фиг. 1; на фиг. 3 вид сверху; на фиг. 4 разрез A A фиг. 1; фиг. 5 разрез B B фиг. 4; фиг. 6 клиновидная полость.

Устройство включает удлиненные обтекатели 1, клиновидные основания 2, клиновидную лопасть 3, прямоугольный заборник 4, коробчатый кожух 5, профилированные сечения 6.

Удлиненные обтекатели 1 по концам (фиг. 4) с двух сторон устанавливаются в пазах двух боковых клиновидных оснований 2 с шагом 5.

Для обеспечения ламинарности течений потока внутри лопасти 3 клиновидные основания 2 по краям имеют закругленный профиль, сглаживающий острые углы прямоугольного заборника 4, а также на сторонах, обращенных внутрь клиновидной лопасти, периодическую систему аэро-гидродинамически профилированных выступов.

Вся конструкция, образованная периодической системой удлиненных обтекателей и основаниями 2, помещается в общий коробчатый кожух 5, который фиксируется относительно элементов 2.

Образование относительно больших щелевых зазоров между обтекателями обеспечивает с малым сопротивлением истечение через них очищенного газа или жидкости.

Профиль 6 сплошного или тонкостенного сечения обтекателей 1 формирует ламинарный поток и его направленность, обеспечивающую траекторию движения частиц инородных включений, направленную внутрь клиновидной полости.

Рассматриваемая конструкция концентратора, в частности пылевых загрязнений воздуха, оказывается близкой к оптимизированному осесимметричному коническому варианту с профилированными кольцами только по эффективности действия.

Клиновидные основания, на которых крепится система удлиненных обтекателей, имеют поверхности также с внутренними обтекаемыми профилями, по виду аналогичным профилю основного конического канала, образованного основной параллельной последовательностью неперекрывающихся однотипных обтекателей. Главным свойством такой последовательности является строгая периодичность профилей обтекателей (выступов) в виде криволинейных линий, формирующих в пределах одного шага плавно сужающиеся каналы со ступенчатым расширением на выходе. Механика пылеотделения подобным концентратором такова, что дисперсные частицы последовательно из одной зоны отдельного обтекателя переводятся в следующую и т.д. То есть процесс воздействия на пылевые частицы квантовано повторяется от одной пары профилей к другой. Для обеспечения подобного процесса требуется периодичность профилирования системы обтекателей, в том числе и на боковых основаниях.

Плавность нарастания криволинейных профилей по направлению к оси симметрии всего канала имеет, в частности, параболический вид или вид, представленный аппроксимацией составных частей окружности и т.п. В общем случае профиль с монотонным изменением криволинейной поверхности можно представить степенной зависимостью типа y ax^k, где x направление вдоль профиля, a постоянный коэффициент, при a > 0, k ≥ 1.

Для обеспечения условий качества пылеотделения в пределах остатка до 1% достаточно установить следующие требования: H/l < 0,1; H/h > 100; L/H > 10, (1) где H и h соответственно высота входного и выходного сечений клиновидной полости; l ширина клиновидного концентратора; L длина клиновидного концентратора.

При соблюдении соотношений (1) степень концентрации n как отношение входного потока к пылесодержащему выходному оценивается величиной n ≈ H/h > 100. (2)
Общий расход Q_k, сравниваемый с коническим концентратором при входном диаметре D H, будет равен
Q_k 4/3 Q_кон·i, (3)
где i число оптимизированных конических устройств, размещаемых во входном прямоугольном сечении клиновидного концентратора.

Отличия углов схождения поверхностей внутренних полостей для сравниваемых вариантов составляют

при D H, r 0,1D, n 100;

при H/h 100.

При достаточно большой длине L, когда можно считать tg α ≈ α значения углов схождения образующих обтекателей в клинообразном варианте увеличиваются всего на 10% по отношению к таким же параметрам концентратора конического типа. Последнее не порождает проблем в коррекции профилирования обтекателей для обеспечения того же качества фильтрации загрязнений.

Принимая во внимание возможность выноса частиц в очищенный поток в зоне толщины d пограничного слоя у боковых частей концентратора, нетрудно оценить степень ухудшения его работы в виде

Таким образом, конструкция клиновидного газо-гидродинамического концентратора мелкодисперсных включений, отличаясь по эффективности действия в пределах 1% от предполагаемого оптимального варианта, позволяет исключить десятки разнотипных кольцевых обтекателей и заменить их одним прямолинейным вариантом, что приводит к существенному упрощению технологии изготовления изделий. Предлагаемый вариант устройства также позволяет оптимизировать и упростить компоновку концентраторов пыли в блоки прямоугольной формы с увеличением их пропускной способности.

Формула изобретения

Клиновидный газогидродинамический концентратор мелкодисперсных включений, содержащий профилированные обтекатели, отличающийся тем, что он выполнен в виде параллельно расположенных неперекрывающих друг друга удлиненных обтекателей, крепящихся по концам на двух боковых клиновидных основаниях, выполненных с профилированными выступами, образующими с обтекателями клиновидную полость с входным и выходным прямоугольными сечениями с закругленными углами, а профилированная поверхность сплошного или тонкостенного сечения обтекателей образована элементами линий степеней зависимости вида
y ax^k,
где х направление вдоль профиля обтекателей;
а постоянный коэффициент,
при а > 0, k ≥ 1.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6