Вихрединамический сепаратор

 

Изобретение относится к области разделения многокомпонентных смесей текучих сред и, в частности, к устройству инерционных сепараторов для разделения сред, несущих жидкие и твердые частицы. Сущность изобретения: инерционный разделитель, содержащий корпус и решетку, состоящую из соосных колец, имеющих вихреобразующие заострения. Устройство отличается от известных тем, что смежные кольца со стороны нерабочей поверхности соединены фильтрующими элементами. При этом дополнительный фильтрующий элемент сохраняет свою работоспособность благодаря самоочистки его от осадка, выполняемый динамическим вихрем. 2 ил.

Изобретение относится к области разделения многокомпонентных сред, и, в частности, к устройствам для разделения газовых или жидкостных смесей, содержащих газовые, жидкостные или твердые компоненты различной плотности.

Процессы разделения разнородных сред на компоненты являются основными в широкой области применения, например, в горнодобывающем и перерабатывающем производстве, при очистке промвыбросов и стоков от загрязнений, в химической технологии и др.

Известно применение для разделения смесей инерционного пылеочистителя (см. книгу Батурина В.В, Основы промышленной вентиляции, М. 1949, с. 262).

Отделение пыли от воздуха происходит при протекании запыленного воздуха через сужающуюся решетку, состоящую из усеченных конических колец.

Известно также воздухоочистительное устройство" (см. авт.св. N 1018692), в котором каждое разделительное кольцо решетки в сечении имеет форму, сходную с передней частью крылового профиля. Указанный разделитель при очистке воздуха от пыли размером 140 180 мкм обеспечивал эффективность около 98% Кроме этого, известны инерционные разделители с решеткой иной формы. Так, известен инерционный воздухоочиститель (см. авт.св. N 1039054), в которой загрязненный частицами воздух подводится по сужающемуся по потоку каналу к разделительной решетке, с ее внешней стороны. При этом решетка может быть выполнена плоской, цилиндрической, конической или тарельчатой формы.

Более совершенным устройством является устройство по патенту СССР N 1804340, кл. B 01 D 45/04. Указанный инерционный разделитель имеет коническую решетку, отличающуюся кроме того тем, что каждое кольцо решетка выполнено с заостренной задней кромкой. На острых кромках колец организуется срыв потока, в результате чего за задней поверхностью колец возбуждаются тороидальные кольцевые вихри. Правда, по описанию устройства слой вихрей служит только для предохранения колец от абразивного износа. Тем не менее указанное устройство имеет повышенную эффективность очистки запыленного газа от тонкодисперсных частиц пыли. Указанное устройство принято за прототип предлагаемого.

Однако анализ работы прототипа показывает, что эти динамические вихри служат не только для указанной выше цели, но является главным механизмом разделения фаз. Частицы пыли, попадая в вихрь, получают высокое центробежное ускорение, которое отбрасывает их к оси устройства. Это ускорение тем больше, чем выше окружная скорость вихря и чем меньше его радиус. Разогнанная вихрем частица, отходя от него, пересекает поток очищенной среды, обтекающей вихрь и выходящей в проход между кольцами. Однако, если частица слишком мала, она тормозится и увлекается очищенным потоком. По этой причине известные инерционный разделители не могут отделять от газа или жидкости тонкодисперсные твердые или жидкие частицы. В то же время многие реальные дисперсные вещества, в том числе конденсат жидкостей, зола, мука, крахмал и др. содержат значительную долю тонкодисперсных фракций, с размером частиц от 10 мкм и ниже. Вследствие этого в известных инерционных разделителях не может быть достигнута высокая эффективность очистки таких веществ.

Предлагаемое устройство позволяет существенно повысить эффективность разделения смесей на компоненты различной плотности.

Вихрединамический сепаратор, как и известные устройства этого типа, содержит корпус и установленную в нем разделительную решетку, состоящую из соосных колец, каждое из которых имеет рабочую, заднюю и нерабочую поверхности и в месте пересечения первых двух вихреобразующее заострение.

Предложенное устройство отличается от известных тем, что смежные кольца со стороны нерабочей поверхности соединены фильтрующим элементом.

Указанный элемент может быть выполнен в виде сетки, пористой проницаемой стенки, набора щелей, жесткой щетки или в ином виде. Во всех случаях между смежными кольцами сепаратора формируются U-образного сечения кольцевые камеры с проницаемым дном. При работе сепаратора сохраняются все свойства инерционного разделителя, включая действие тороидальных динамических вихрей. Вместе с тем сепаратор получает способность удерживать на фильтре отделяемые частицы из всех поступающих в камеры жидких или твердых частиц.

Однако по мере накопления на фильтре осадка из частиц проток очищенной среды через камеру уменьшается. При этом вихрь возрастает в размерах, очищает поверхность фильтра и освобождает его от осадка. При полном засорении фильтра на каком-либо участке кольцевой камеры динамический вихрь на этом участке заполняет всю камеру и выносит из нее осадок до восстановления протока текучей среды.

Таким образом, предложенный вихрединамический сепаратор благодаря своей способности самоочистки может длительно работать в непрерывном режиме с отделением тонкодисперсных жидких или твердых частиц.

Пример выполнения предложенного устройства приведен ниже. Вихрединамический сепаратор предназначен для очистки воздуха от пыли.

На фиг. 1 показан общий вид устройства; на фиг. 2 узел I на фиг. 1, укрупненно показаны в сечение разделительные элементы.

Вихрединамический сепаратор состоит из цилиндрического корпуса 1, конуса 2, колец 3, фильтрэлементов 4, реек 5, бандажей 6 и 7, выходного сопла 8 и трубы отвода 9. Кольца 3 имеют одинаковое сечение, установлены на одинаковом расстоянии друг от друга и уменьшаются по диаметру последовательно к выходу. Смежные кольца 3 соединены между собой фильтрэлементами 4. Каждый фильтрэлемент состоит из фильтра 10, двух втулок 11 и кольцевых захватов 12 и 13. Фильтр 10 имеет в основе металлическую сетку и закрепленный на ней керамический слой, уменьшающий размер ячеек сетки от 30 до 10 мкм. Фильтр 10 припаян на концах к втулкам 11, которые устанавливаются в проточки колец 3. Фильтрэлемент 4 скрепляется с кольцами 3 проволокой 14. Сборка из колец 3 и фильтрэлементов 4 устанавливается на четырех рейках 5, которые соединены между собой бандажами 6 и 7. С помощью реек 5 кольца 3 соединены с конусом 2 и вместе образуют разделительную решетку, которая устанавливается в корпусе 1. В нижней части корпуса 1 закреплена труба отвода 9 с выходным соплом 8.

Вихрединамический сепаратор работает следующим образом. При подаче на вход корпуса 1 запыленного воздуха поток смеси проходит вдоль рабочей поверхности колец 3. За острой кромкой колец происходит отрыв потока, в зоне отрыва устанавливается тороидальный динамический вихрь 15а. Часть пыли отбрасывается в поток при обтекании колец 3 и вихря 15а. Часть воздуха обтекает вихрь и входит в камеры между кольцами 3 и, проходя через фильтрэлементы 4, очищается от мелких частиц пыли фильтрами 10. За последним кольцом 3 концентрированная пыль с частью воздуха дозируется соплом 8 и выводится из сепаратора через трубу отвода 9.

При частичном засорении фильтра 10 на любом участке проток воздуха через камеру уменьшается и при этом вихрь увеличивается, см. 15б, и омывает часть фильтра 10, очищая ее от пыли. В случае полного засорения фильтра 10 вихрь увеличивается до размеров всей камеры, заполняя ее (см. 15в) и освобождает от осажденной пыли. После этого восстанавливается проток воздуха через фильтр 10, а вихрь возвращается к начальным размерам (см. 15а).

Вихрединамический сепаратор, предназначенный для очистки жидкой смеси от взвеси твердых частиц, не отличается от описанного выше ни принципиальным устройством, ни порядком работы.

Сепаратор для разделения газовых, газожидкостных и газотвердожидкостных смесей также не имеет принципиальных отличий от описанного в примере. При работе такого устройства имеются несущественные отличия: скопление жидких частиц на фильтре 10 приводит к их коагуляции в капли, захвату твердых частиц, при наличии их, жидкостью и выносу осадка динамическим вихрем в основной поток.

Предложенное устройство применимо для разделения широкого ряда многокомпонентных смесей, отличающихся от плотности компонентов и текучей среды. Устройство сохраняет свои свойства при использовании различных по форме разделительных решеток: плоских, цилиндрических, конических, тарельчатых или других, а также различных типов фильтрэлементов: сеток, пористых тел, щелевых сборок, щеток и др.

Формула изобретения

Вихрединамический сепаратор для разделения многокомпонентных смесей, содержащих текучую газовую или жидкостную среду и газовые, жидкостные или твердые компоненты различной плотности, включающий корпус и установленную в нем разделительную решетку, состоящую из соосных колец, каждое из которых имеет рабочую, заднюю и нерабочую поверхности и в месте пересечения первых двух вихреобразующее заострение, отличающийся тем, что смежные кольца со стороны нерабочей поверхности соединены фильтрующим элементом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2