Вихрединамический разделитель

 

Изобретение предназначено для разделения многокомпонентных смесей, в частности для разделения текучих сред, несущих газовые, жидкие или твердые частицы. Устройство содержит корпус и установленные в нем разделитель, состоящий из решетки соосных колец с вихреобразующим профилем сечения, и трубу отвода смеси с выхода разделителя. Разделитель выполнен в виде по крайней мере двух секций, каждая из которых состоит из решетки одинаковых колец, выходного конфузора и центрального тела. При этом каждое центральное тело расширяется по потоку внутри решетки колец и сужается внутри конфузора. Предложенное устройство работоспособно в широком диапазоне рабочих параметров разделяемых смесей: плотностей компонентов, размеров частиц, температуры и давления несущей среды. 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 находят широкое применение, например, в горноперерабатывающей промышленности, при производстве стройматериалов, при очистке промышленных газовыбросов и стоков от загрязнений, в химической технологии и др.

Известно применение для разделения сред инерционного пылеочистителя, см. книгу Батурина В.В. "Основы промышленной вентиляции", М.: 1949 г. с. 262. В нем отделение пыли от воздуха происходит при протекании запыленного воздуха через сужающуюся решетку, состоящую из усеченных конических колец.

Известно также " Воздухоочистительное устройство", см, а.с. СССР N 1018692, в котором каждое разделительное кольцо решетки в сечении имеет форму, сходную с передней частью крылового профиля. Указанное устройство при очистке воздуха от частиц пыли размером 140-180 мкм обеспечивало эффективность 98%. Каждое кольцо решетки имеет в сечении наружную нерабочую, внутреннюю рабочую и заднюю торцевую поверхности.

При этом внутренняя и задняя поверхности сопрягаются скруглением с радиусом, соизмеримым с размерами элементов решетки. Это скругление рассчитано на инерционное отбрасывание частиц при повороте потока при безотрывном обтекании кольца запыленной средой. Однако частицы, попавшие в пристеночный пограничный слой среды, имеют небольшую скорость и благодаря этому не отбрасываются при повороте потока, а вместе с пристеночным слоем проходят в полость очищенного воздуха.

Известны инерционные разделители с решетками иной формы.

Так, известен "Инерционный воздухоочиститель", см. а.с. СССР N 1039054, в котором основной поток воздуха проходит через разделительную решетку с поворотом на 90^o. При этом выходной поток не сохраняет симметрии относительно входного потока. Это создает неодинаковые условия для обтекания элементов решетки и приводит к проскоку частиц при обтекании элементов с меньшими скоростями. Вместе с тем в указанном устройстве также применяется низкоэффективное скругление рабочей и задней поверхностей элементов решетки.

Более совершенным устройством является "Устройство ..." по патенту СССР N 1804340, кл. B 01 D 45/04. Указанный инерционный разделитель имеет коническую решетку, симметричную относительно оси основного потока и отличающуюся кроме всего тем, что каждое кольцо решетки выполнено с заостренной кромкой между рабочей и задней поверхностью. Это придает устройству принципиально новое качество. За острыми кромками колец организуется срыв потока, в результате чего на задней поверхности колей возбуждаются тороидальные, кольцевые вихри. Эти вихри, имея высокую скорость на внешнем диаметре и малый радиус, развивают высокие центробежные ускорения у обтекающих их частиц. Благодаря этому даже малые частицы отбрасываются в центр основного потока, не попадая в полость очищенной среды. В соответствии с этим указанное устройство имеет повышенную эффективность очистки запыленной среды от тонких частиц пыли.

Описанное устройство можно отнести к виду вихрединамических разделителей, которые в последнее время ускорено развиваются, см., например, патент США N 5221305, B 01 D 45/00, 1993.

Указанное устройство принято за прототип предлагаемого.

Однако анализ известного устройства обнаруживает его конструктивный недостаток. Ряд соосных колец решетки содержит значительное число неодинаковых элементов. Это намного расширяет номенклатуру применяемых деталей и усложняет производство аппаратов, снижает точность исполнения и установки элементов решетки.

Предлагаемое устройство позволяет существенно упростить и облегчить его исполнение без ухудшения элементов рабочего процесса и показателей качества аппарата.

Вихрединамический разделитель, как и его прототип, включает цилиндрический корпус и установленные в нем по оси потока разделитель, состоящий из решетки соосных колей с вихреобразующим профилем сечения, и трубу отвода смеси с выхода разделителя.

Предложенное устройство отличается от известных тем, что разделитель выполнен в виде, по крайней мере, двух секций, каждая из которых состоит из решетки одинаковых колец, выходного конфузора и центрального тела, расширяющегося по потоку внутри решетки и сужающегося внутри конфузора.

Предложенный разделитель позволяет ограничить номенклатуру рабочих колец решетки и при этом сохранить структуру вихревого обтекания колец многокомпонентной средой за счет поддержания одинаковой по величине и направлению скорости потока на входе в каждое кольцо. При переходе потока из одной секции в последующую скорость потока устанавливается поджатием конфузора равной, меньшей или большей скорости в предыдущей секции в зависимости от параметров решетки последующей секции. Поддержание заданной скорости потока в каждой секции обеспечивается соответствующим профилированием центрального тела внутри решетки.

Изменение скорости между секциями обеспечивается соответствующим профилированием центрального тела внутри конфузора.

Применение секционирования разделителя позволяет пропустить через него значительные расходы рабочей среды при сохранении оптимальных условий течения в каждой секции. При этом применение последней секции позволяет ограничить ее диаметр и размер межкольцевых щелей на выходном участке разделителя, где концентрация загрязнений максимальна и из-за этого велика вероятность проскока частиц в полость очищенной среды. Для этой же цели в последней секции может быть уменьшен шаг решетки, увеличена скорость потока среды или применен более эффективный профиль колец.

Таким образом предложенный вихрединамический разделитель, отличаясь от известных большей простотой, позволяет одновременно оптимизировать рабочий процесс устройства в каждой его секции.

Пример выполнения предложенного устройства приведен ниже. На фиг. 1 показан общий вид устройства, а на фиг. 2 укрупненно показаны в сечении кольца решетки разделителя.

Вихрединамический разделитель, показанный на фиг. 1, служит для обеспыливания шахтного воздуха. Он состоит из цилиндрического корпуса 1, входного конфузора 2, разделителя 3 и трубы отвода пыли 4. Разделитель 3 состоит из двух секций: первой 5 и второй 6. В каждую секцию входят решетки 7 и 8, состоящие из одинаковых колец 9 и 10, конфузоры 11 и 12 и центральные тела 13 и 14.

Каждая из решеток 7 и 8 закреплена на четырех пилонах 15 и 16, соединенных бандажами 17 и 18. Кольца 9 и 10 прикреплены к циклонам 15 и 16 кольцами 19 и 20. Пилоны скреплены между собой болтами 21. Конфузоры 11 и 12 присоединены к последним кольцам решеток 7 и 8 с помощью болтов 22 и 23. На выходе конфузоров 2, 11 и 12 установлены крестовины 24, 25 и 26. В центральные втулки крестовины входят опорные цапфы центральных тел 13 и 14. Труба 4 сопрягается с выходным отверстием конфузора 12.

Кольца 9 и 10 имеют профилированную внутреннюю поверхность 27, торцевую заднюю - 28 и цилиндрическую наружную 29. Поверхности 27 и 28 встречаются под углом 90^o без скругления кромки в вершине угла.

Вихрединамический разделитель работает следующим образом. При подаче на вход корпуса 1 запыленного воздуха поток ускоряется в конфузоре 2 до расчетной скорости и проходит вдоль внутренней поверхности первого кольца 9. За задней кромкой кольца происходит отрыв потока и устанавливается газодинамический тороидальный вихрь 30. Часть воздуха обтекает вихрь, при этом частицы пыли отбрасываются центробежными силами в основной поток. Очищенный воздух поступает в зазор между кольцами 9 и направляется к выходу из корпуса 1. Основной поток попадает на поверхность следующего кольца 9 и процесс разделения повторяется. По мере уменьшения расхода воздуха в основном потоке увеличивается сечение центрального тела 13 так, что скорость основного потока не изменяется по длине решетки 7. При выходе части воздуха из решетки 7 его скорость изменяется до расчетного значения в конфузоре 11. При этой скорости в решетке 8 происходит отделение от основного потока очищенного воздуха так же, как в решетке 7.

В конце решетки 8 вся собранная пыль с частью воздуха через конфузор 12 поступает в трубу 4 и выводится из корпуса 1 для последующего разделения. Очищенный воздух отводится по оси корпуса 1.

Вихрединамический разделитель, предназначенный для отделения твердых частиц от жидкости, принципиально не отличается от описанного выше ни по устройству, ни по порядку работы. Предложенное устройство способно также разделять газожидкостные, газотвердожидкостные, жидкостно-газовые и другие смеси. При этом разделители не имеют принципиальных отличий от описанного.

Предложенное устройство работоспособно в широком диапазоне рабочих параметров разделяемых смесей: плотностей компонентов, размеров частиц, температуры и давления несущей среды.

Формула изобретения

Вихрединамический разделитель для разделения многокомпонентных смесей, содержащих текучую газовую или жидкостную среду и газовые, жидкостные или твердые компоненты различной плотности, включающий цилиндрический корпус и установленные в нем по оси потока разделитель, состоящий из решетки соосных колец с вихреобразующим профилем сечения, и трубу отвода смеси с выхода разделителя, отличающийся тем, что разделитель выполнен в виде по крайней мере двух секций, каждая из которых состоит из решетки одинаковых колец, выходного конфузора и центрального тела, расширяющегося по потоку внутри решетки и сужающегося внутри конфузора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2