Статический смеситель твердых частиц с газовым потоком

 

<»>94082l

ОЛИСАНИЕ

ИЗО6РЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соеетскнх

Соцналнстнческнх

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 26.03.80 (21) 2898674/23-26 с присоединением заявки— (23) Приоритет— (43) Опубликовано 07.07.82. Бюллетень ¹ 25 (45) Дата опубликования описания 07.07.82 (51) М. Кл.з В О1 F 5/06

Государственный комитет (53) УДК 66.063 (088.8) по делам нзобретеннй н открытнй (72) Авторы изобретения

Б. А. Баланин, В. В. Злобин и В. А. Лашков

Ленинградский ордена Ленина и ордена Трудового Красного Зндмет!и, государственный университет им. А. А..:Жданова (71) Заявитель

) (54) СТАТИЧЕСКИЙ СМЕСИТЕЛЪ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ

С ГАЗОВЫМ ПОТОКОМ

Изобретение относится к экспериментальной аэродинамике, а именно к сопловым устройствам аэродинамических труб для создания двухфазных струй с равномерным распределением параметров на выходе, и может быть использовано в энергетическом машиностроении в устройствах для подачи твердого топлива, а

1акже в других отраслях промышленности для осуществления физико-химических процессов, протекающих при перемешивании потока газа с твердыми частицами.

Известно устройство для смешения твердых частиц с газовым потоком, в котором смешение происходит IB длинной цилиндрической трубе, а управление скольжением фаз производится путем отсоса части несущего газа через кольцевой зазор вблизи выходного сечения (1).

Недостатком такого устройства является то, что при отсосе части несущего газа увеличивается неравномерность распределения скоростей газовой фазы. Кроме того, для осуществления отсоса газа из потока смеси требуется дополнительное устройство, которое является потребителем энергии, а это сказывается на экономичности смесителя.

Известен статический смеситель, содержащий корпус в виде трубы и установленные в нем на оси лопастные плоскопараллельные тур булизаторы, которые снабжены усеченнь1ми конусами, установленными поочередно большим и меньшим основаниями, при этом диаметр большего основания равен 0,8 — 0,85 диаметра смесителя, меньшего — 0,25 — 0,4 диаметра смесителя, а его высота — 0,4 — 0,6 расстояния между турбулизаторами (2). !

О Недостатками этого смесителя являются ограниченная область применения и невозможность его работы прн осуществлении процесса смешения твердых частиц с потоком газа при больших дозвуковых !

5 скоростях потока. Кроме того, известный смеситель характеризуется недостаточной эффективностью, что приводит к низкой производительности, низкой эрозионной стойкостью из-за большого загромождения

20 сечения потока турбулизаторамн и не позволяет управлять скоростным скольжением фаз.

Целью изобретения является интенсификация процесса смешения и повышение его эффективности.

Поставленная цель достигается тем, что в статическом смесителе, содержащем цилиндрический корпус и установленный по его оси турбулизатор, последний выЗ0 полнен в виде последовательно установ940821

/,- = — 0,58 с/,.,— 2,.

65 ленных по ходу потока сплошного и полого цилиндров, при этом расстояние от турбулизатора до выходного сечения корпуса обратно пропорционально среднемассовому размеру твердых частиц: где 1 — расстояние от турбулизатора до выходного сечения корпуса, отнесенное к поперечному размеру корпуса; с4 — среднемассовый размер твердых частиц, мкм.

На фиг. 1 изображен статический смеситель, продольный разрез; на фиг. 2— результаты исследований работы статического смесителя.

Статический смеситель содержит корпус 1 в виде трубы, по оси которого установлен турбулизатор, состоящий из сплошного 2 и полого 3 цилиндров. С целью управления скоростным скольжением фаз смеситель может быть снабжен диффузором 4. Для получения равномерного распределения параметров двухфазной струи элементы смесителя должны иметь следующие размеры: длина сплошного и полого цилиндров не менее двух диаметров корпуса, диаметр сплошного и внутренний диаметр полого цилиндров 0,2 — 0,25 диаметра смесителя, расстояние между цилиндрами 0,15 — 0,25 диаметра смесителя, а расстояние от турбулизатора до выходного сечения корпуса обратно пропорционально среднемассовому размеру твердых частиц.

Исходные компоненты смеси подают в смеситель и в длинном его корпусе происходит разгон смеси газа и твердых частиц до режима, близкого к режиму ста билизированного течения. Для реализации стабилизированного режима течения необходимо перед турбулизатором иметь трубу длиной 50 диаметров смесителя. Первый сплошной цилиндр отбрасывает дискретную фазу к периферии смесителя и существенно. перераспределяет поток массы дискретной фазы по сечению смесителя.

Использование только одного сплошного цилиндра требует его установки настолько близко к выходному сечению корпуса, что нарушается прямолинейная структура течения. Установка полого цилиндра относительно мало меняет параметры газового потока, так как газ легко попадает внутрь этого цилиндра, но в то же время затягивает. сформированную сплошным цилиндром неравномерность распределения дискретной фазы. Подобная компоновка позволяет избежать нежелательные эффекты, связанные с расширением потока за сплошным цилиндром.

Эффективность смесителя исследовалась опытным путем, Результаты исследований представлены на фиг. 2. Распределе10

50 иие параметров потока по сечению смесителя перед турбулизатором, характерноее для распределения параметров стабилизированного трубного течения газа с твердыми частицами, иллюстрируется кривыми 5, б и 7. Кривая 5 показывает распреЦ, деление относительного потока массы = —

Ч. дискретной фазы (поток массы дискретной фазы q,, равен произведению плотности дискретной фазы в двухфазном потоке (р,) на скорость дискретной фазы (У,.)), кривая 6 — распределение относительной

U, скорости — дискретной фазы, кривая 7— и профиль относительной скорости газовой

U фазы —, )змеренный трубкой Пито-ПраиU дтля в отсутствии дискретной фазы. При этом средняя по сечению скорость газовой фазы (U) составляла 190 м/с. Как видно из приведенных на фиг. 2 кривых, наибольшей неравномерностью обладает профиль потока массы дискретной фазы. Распределение параметров на выходе смесителя с установленным в нем турбулизатором иллюстрируется кривыми 8, 9 и 10. Кривая

8 показывает распределение относительноЧ го потока массы == частиц, кривая 9-Д

U, распределение скорости -- твердых часU тиц, кривая 10 — профиль скорости газовои фазы . 5 становка турбулизатора

U снижает среднюю по сечению неравномерность распределения потока массы дискретной фазы до приемлемых размеров, в то же время профили скоростей фаз несколько выравниваются, при этом сколь-. жение скоростей фаз сохраняется.

Опытами установлено, что наилучшим распределением параметров двухфазной струи обладают смесители, турбулизаторы которых установлены на определенном расстоянии от выходного сечения, причем это расстояние не зависит от скорости потока, а является функцией крупности частиц дискретной фазы; Установкой диффузора можно управлять скольжением фаз, одновременно несколько улучшая равномерность распределения всех параметров на выходе смесителя. Кривые 11, 12 и 13 подтверждают это. Кривая 11 показывает распределение потока массы дискретной фазы — - кривая 12 — профиль скорости

В

Ч

U, дискретной фазы и кривая 13 — проU

U филь скорости = газовой фазы. Здесь;

940821

Lr как и ранее, значения средних величин (q„U„U) вычислялись по площади цилиндрической части смесителя. Измерения проводились на расстоянии 7 мм от выходного сечения смесителя в вертикальной плоскости, проходящей через ось смесителя. Эволюция профилей вдоль струи не исследовалась, но из визуальных наблюдений .можно сделать вывод, что установка турбулизатора угла раскрытия выходящей из смесителя струи существенно не меняет.

Применение предложенного смесителя позволяет повысить эффективность смещения твердых частиц с потоком газа. Интенсификация процесса смешения на больших дозвуковых скоростях значительно увеличивает производительность смесителя. Так, в смеситель-прототип исходные компоненты подают со скоростью 0,25—

0,6 м/с, а предложенный статический смеситель показал хорошие результаты при скорости 190 м/с, и эта скорость, по-видимому, не предельная. Кроме того, можно отметить технологичность и простоту конструкции турбулизатора смесителя. Установка турбулизатора в виде сплошного и полого цилиндров позволяет уменьшить среднюю по сечению смесителя неравно.мерность потока массы дискретной фазы до 20%, неравномерность профиля скорости газовой фазы до 10% и профиля скорости частиц до 5%, Формула изобретения

Статический смеситель твердых частиц с газовым потоком, содержащий цилинд5 рический корпус и установленный по его оси турбулизатор, отличающийся тем„ что, с целью интенсификации процесса и повышения его эффективности, турбулизатор выполнен в виде последовательно !

О установленных по ходу потока сплошного и полого цилиндров, при этом расстояние от турбулизаторов до выходного сечения корпуса обратно пропорционально среднемассовому размеру твердых частиц:

L, = — 0,58 d,+23, где L, — расстояние от турбулизатора до выходного сечения корпуса, отнесенное к поперечному разме20 ру корпуса;

d, — среднемассовый размер твердых частиц, мкм.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Парецкий В. М. Исследование свободной пылегазовой струи со скольжением фаз. «Теплоэнергетика», № 1, 1974.

2 2. Авторское свидетельство СССР № 655417, кл. В 01 F 3/06, 1977 (прототип).

940821

Ug д

UU

V о,у

1,Z

1 б -02 JR Vz Об f Ð

Фиг. г

Составитель Н. Федорова

Редактор 3. Бородкина Теред А. Камышникова Корректор С. Файн

Заказ 684/528 Изд. ¹ 179 Тираж 621 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Я-35, Раушская наб., д. 4/5

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент»