Устройство центробежной очистки газопылевых смесей

Полезная модель относится к области очистки газа от примесей, в частности к сухой инерционной очистке газопылевых смесей от полидисперсных частиц с применением центробежной силы, и может быть использована в различных отраслях промышленности при аспирации (обеспыливания) технологических процессов и оборудования, в системах пневмотранспорта различных сыпучих тонкодисперсных, среднедисперсных и крупнодисперсных материалов.
Известно устройство очистки газа с применением центробежной силы, содержащее наружный корпус, внутри которого расположена винтовая центробежная вставка с конической обечайкой, имеющая выхлопную  и рециркуляционную трубы,  винтовой центробежный канал с верхним входным окном и  выводными окнами, бункерное устройство, винтовой центробежный канал представляет собой межвитковое пространство, образованное поверхностью прямого винтового коноида переменной ширины ограниченного с внутренней стороны цилиндрической вставкой и спиральной лентой с наружной стороны, соотношение входного сечения винтового центробежного канала к выходному сечению меняется постепенным уменьшением ширины поверхности прямого винтового коноида и его шага (см. патент РФ № 2 664 985 по МПК B01D 45/12, опубл. 24.08.2018.).
Недостатком известного устройства является сложность конструкции и  недостаточная степень очистки,
Наиболее близким по технической сущности является устройство очистки газа с применением центробежной силы, содержащее наружный корпус конусообразной формы с верхней крышкой, внутри которого расположена  винтовая центробежная вставка с конической обечайкой, имеющая выхлопную трубу в виде конфузора, винтовой центробежный канал с  входным  тангенциальным  патрубком  и  выводными окнами, выводное устройство, причем  соотношение площади сечения входного канала винтовой  центробежной  вставки  к   площади  сечения  выходного  канала неизменно и находится в пропорции 2:1, шаг спирали винтового центробежного канала имеет постоянное значение, выход из винтовой центробежной вставки соединен посредством воздуховода с входным тангенциальным патрубком, во входном тангенциальном патрубке винтовой центробежной вставки и на каждом витке винтовой центробежной вставки за 1/4 оборота до выводного окна выполнены отражательные экраны в виде вертикальных пластин, расположенных под углом 1-1,5 градусов к вектору направления движения потока, выводные окна снаружи имеют отражательные козырьки (см. патент на полезную модель № 196083 по МПК  B01D 45/12, опубл. 14.02.2020.).
Недостатком известного устройства является сложность обеспечения сопряжения винтовой центробежной вставки с конической обечайкой, что отрицательно влияет на герметичность соединения деталей, образующих винтовой центробежный канал при изготовлении и эксплуатации устройств, приводя к возникновению межвиткового перетока газопылевых смесей, и как следствие, к снижению эффективности очистки. Также необходимо отметить, что при максимально высокой концентрации пыли с включениями крупных частиц в известном устройстве, достаточно высока вероятность забивания выводных  окон винтового центробежного канала, что также снижает эффективность очистки и надежность работы устройства.
Техническим результатом является повышение эксплуатационной надежности и эффективности очистки газопылевых смесей, имеющих   максимальную концентрацию пыли  с включениями крупных частиц,  за счет предварительного отделения более крупных частиц и значительной части пыли перед поступлением газопылевой смеси в верхнее входное окно винтового центробежного канала.
Технический результат достигается тем, что в устройстве центробежной очистки газопылевых смесей, содержащем наружный корпус конусообразной формы с верхней крышкой, внутри которого расположена  винтовая центробежная вставка с конической обечайкой, имеющая выхлопную трубу, винтовой  центробежный  канал  с верхним  входным окном и  выводными окнами, выводное устройство с герметичным выгрузным механизмом, согласно полезной модели    наружный  корпус снабжен нижним входным тангенциальным патрубком, выводное устройство имеет центральную выводную секцию, соединенную с конической обечайкой, создавая возможность раздельного вывода через герметичный выгрузной механизм крупных и мелких частиц пыли из винтовой центробежной вставки и из полости между наружным корпусом и конической обечайкой. Центральная выводная секция выводного устройства имеет верхнюю часть, выполненную в виде диффузора, среднюю часть цилиндрической формы и нижнюю часть в виде конфузора. Верхнее входное окно расположено непосредственно под верхней крышкой наружного корпуса. Наружный корпус имеет нижнюю цилиндрическую часть в месте расположения нижнего входного тангенциального патрубка и коническую часть. Герметичный  выгрузной механизм представляет собой шлюзовый затвор.
Сущность полезной модели поясняется изображением общего вида устройства центробежной очистки в аксонометрии с разрезом.
Устройство центробежной очистки газопылевых смесей содержит наружный корпус 1 с верхней крышкой 2, внутри которого расположена винтовая центробежная вставка с конической обечайкой 3, выхлопной трубой 4 и винтовым центробежным каналом 5 с верхним входным окном 6 и  выводными окнами 7, а также содержит выводное устройство 8, корпус которого герметично соединен с наружным корпусом 1 и шлюзовым затвором 9. Выводное устройство 8 выполнено с центральной выводной секцией, стенка которой герметично соединена с конической обечайкой 3 винтовой центробежной вставки.
В нижней части наружного корпуса 1, выполненной цилиндрической формы,    расположен нижний  входной  тангенциальный  патрубок  10  для подачи   с  закручиванием газопылевой   смеси  в полость между наружным корпусом 1 и конической обечайкой 3.
Центральная выводная секция имеет диффузорноконфузорную форму, верхняя часть которой выполнена в виде диффузора 11, средняя часть  цилиндрической формы 12, а нижняя часть в виде   конфузора 13.
Для достижения максимальной эффективности работы винтового центробежного канала 5, увеличения скорости движения пылевого потока, как следствие увеличение центробежной силы действующей на частицы пыли, соотношение площади входного сечения к площади выходного сечения винтового центробежного канала 5 меняется постепенным уменьшением ширины центробежного канала 5 и его шага.
Работа устройства центробежной очистки поясняется на примере очистки газопылевой смеси от полидисперсных частиц.
Газопылевая смесь подается с определенной скоростью в нижний входной тангенциальный патрубок 10. Посредством создания давления на входе или разряжения в выхлопной трубе 4 поток газопылевой смеси закручивается по спирали в полости между  наружным корпусом 1 и конической обечайкой 3 и поднимается вверх к верхнему входному окну 6. Под действием центробежной силы наиболее крупные частицы  газопылевой смеси прижимаются к внутренней поверхности наружного корпуса 1 и выводятся вниз в полость между внутренней поверхностью выводного устройства 8 и наружной поверхностью центральной выводной секции с последующим выпуском наружу через шлюзовый затвор 9.
Очищенная от крупных частиц газопылевая смесь через верхнее входное окно 6 поступает в винтовой центробежный канал 5, являющийся второй ступенью очистки, при движении по которому под действием центробежной силы происходит доочистка и вывод мелких частиц пыли через выводные окна 7    винтового  центробежного  канала 5  в  полость  между конической обечайкой 3 и винтовым центробежным каналом 5, а прижатые, к  внутренней поверхности конической обечайки 3 мелкие  частицы по  нисходящим  потокам  опускаются  в  центральную  выводную   секцию выводного устройства 8 с последующим выпуском через шлюзовый затвор 9.
Очищенный воздух в винтовой центробежной вставке разворачивается, выводится вверх через выхлопную трубу 4 и в дальнейшем поступает в магистральный трубопровод. В качестве герметичного выгрузного механизма могут использоваться как  шлюзовый затвор, так и другие механизмы, обеспечивающие герметичность устройства при выводе частиц пыли.
Применение предлагаемого устройства с двухступенчатой центробежной очисткой газопылевых смесей позволяет осуществить повышение эффективности очистки пыли с высокой концентрацией пыли с включениями крупных частиц и надежности работы, а также позволяет расширить арсенал устройств центробежной очистки.
Предлагаемое устройство обеспечивает надежную работу с высокой эффективностью очистки на протяжении всего срока службы без проведения ремонтных работ и дорогостоящего технического обслуживания, что значительно снижает эксплуатационные издержки.
Были проведены испытания устройства с целью установки эффективности при очистке от сажи и твердых частиц угольных котлов. Эффективность очистки составила в среднем 94,0%. Также были  проведены испытания в системах аспирации при очистке воздуха от технического углерода. Эффективность очистки составила 97,8 %.
В процессе испытания в системе аспирации при производстве комбикормов  эффективность очистки составила 99,5%.
Испытания  подтвердили  достижение технического результата.