Циклон и погружная труба для отделения газа

Полезная модель относится к погружной трубе для выведения газа из циклона, причем газ во время работы поступает в погружную трубу через впускное отверстие для газа и вновь выходит из погружной трубы через выпускное отверстие для газа. Кроме того, полезная модель относится к циклону, предназначенному для отделения твердых частиц и/или по меньшей мере одной жидкости от газового потока и содержащему корпус, отверстие, выполненное в корпусе и предназначенное для введения газового потока вместе с твердыми частицами и/или указанной по меньшей мере одной жидкостью в корпус, выпускной канал для твердых частиц и/или жидкости и по меньшей мере одну погружную трубу согласно данной полезной модели, предназначенную для выведения газа из корпуса.
Для большинства различных видов применений, например, таких как сжигание топлива в циркулирующем кипящем слое (CFB сжигание), кальцинирование, извлечение нефти, и для других процессов необходимо удалить и/или выделить твердые частицы из горячих топочных газов или производственных газовых смесей, содержащих эти частицы, до подачи газа в следующую и/или последнюю ступень очистки, например, такую как электрофильтр (ESP), для выполнения технических требований к окружающей среде или, в частности, требований по техническим характеристикам изделий.
Как правило, в области применения этих процессов для отфильтровывания твердых частиц из горячего топочного газа или газопродуктовой смеси используются газовые циклоны. Такие циклоны также используются в паросиловых установках для отделения воды от свежего пара между паровым генератором и турбиной или для отделения конденсата в газовых охладителях.
Большое количество важных параметров, которые существенны для функционирования и производительности такого циклона, уже изучены в достаточной степени. К этим параметрам относятся давление, температура, скорость газа и концентрация частиц в нем, а также геометрическая конструкция циклона. В данном случае существенными для выпуска твердых частиц являются, в частности, соответственно закрывающая пластина или крышка циклона, погружная труба, также называемая сливной насадкой, и выпускной канал.
Одним недостатком циклона по сравнению с другими технологиями разделения твердых частиц и газов является относительно низкая эффективность данного вида разделения, особенно в случае очень мелких частиц с размером менее 10 мкм. Эффективность для частиц такого размера ограничена значением 90-95% или даже меньше.
С конца девятнадцатого века было проведено множество исследований для определения влияния отдельных рабочих параметров и/или геометрических параметров на эффективность разделения в газовом циклоне.
На указанную эффективность влияет ряд параметров, например, таких как концентрация частиц и размер частиц. Также на работу циклона оказывают значительное влияние скорости газа внутри циклона и его составных частей. На отдельные скорости газа в составных частях циклона с очевидностью влияет геометрия этих частей циклона. Кроме того, внутренние элементы циклона, например, такие как погружная труба (сливная насадка), вершина (нижний конец конической формы), форма впускного канала, вентилирование и т.д., непосредственно влияют на увлечение пыли и эффективность разделения.
Кроме того, для удовлетворения различных производственных требований существуют различные конфигурации циклонов (вертикальные или горизонтальные) относительно ориентации впускного отверстия (обратный и прямоточный). Конфигурации для высокой пропускной способности характеризуются укороченным корпусом и, кроме того, увеличенными проходами, которые обеспечивают возможность пропускания большого объема. Потери давления в случае такой конфигурации чаще всего относительно малы, как и скорость осаждения. В отличие от этого, конфигурации для более высокой эффективности характеризуются длинными корпусами и малыми проходами. С одной стороны, такая конфигурация обеспечивает высокие скорости осаждения, но с другой стороны, также приводит к большим потерям давления.
Из патентного документа ЕР 0972572 известен высокоэффективный противоточный циклон, содержащий цилиндрическую сливную насадку. В указанном документе описаны соотношения между размерами и геометрией отдельных элементов циклона, которые обеспечивают особенно высокую эффективность циклона.
Из патентного документа DE 102013207724 известна установка для сжигания, в которой основное сжигание выполняется в циклонной камере. Погружная труба или сливная насадка этой камеры имеет форму лотка Вентури.
Из патентного документа ЕР 0447802 известна погружная труба или сливная насадка, которая выполнена из металлической сетки. Она состоит из нескольких ячеистых частей.
В целом, эффективность правильно спроектированного циклона может быть повышена путем увеличения тангенциальной скорости, но это также приводит к увеличению потерь давления в циклоне. Однако такие повышенные потери давления в циклоне в конечном итоге приводят к более высоким потерям давления во всей системе и, таким образом, к увеличению потребляемой электроэнергии. Кроме того, результатом повышенной потери давления также является увеличенная нагрузка на погружную трубу вследствие возникающего высокого градиента давления между внутренней и внешней сторонами погружной трубы.
Таким образом, целью данной полезной модели является создание новой погружной трубы, которая обеспечивает возможность получения циклона, обладающего высокой эффективностью разделения в сочетании с умеренными потерями давления. Это достигается путем исключения высоких потерь на входе погружных труб, имеющих малые диаметры. Тем не менее, при направлении к малому диаметру внутри сопла достигается высокая тангенциальная скорость. Поскольку такое малое поперечное сечение присутствует только на относительно коротком участке, и направление к нему реализуется с меньшими потерями давления, общие потери давления уменьшаются и одновременно с этим тангенциальная скорость остается приблизительно такой же. Кроме того, при регулировании потока в том же направлении и в расположенном далее диффузоре, часть потерянного давления восстанавливается.
Вышеуказанная цель достигается с помощью погружной трубы, характеризуемой признаками п. 1 формулы полезной модели, и/или циклона, характеризуемого признаками п. 10 формулы полезной модели.
В данном случае для выведения потока газа из циклона погружная труба имеет впускное отверстие для газа и выпускное отверстие для газа. Во время работы газ поступает в погружную трубу через указанное впускное отверстие и вновь выходит из погружной трубы через указанное выпускное отверстие. Таким образом, внутри погружной трубы создается поток газа, проходящий от впускного отверстия в направлении выпускного отверстия.
Кроме того, погружная труба согласно данной полезной модели имеет первую область, которая выполнена в виде сопла. Указанное сопло имеет на одной стороне внутренний диаметр, при этом диаметр сопла в направлении потока и от указанной стороны в направлении выпускного отверстия для газа конически сужается до наименьшего внутреннего диаметра.
Кроме того, погружная труба имеет вторую область, через которую после первой области во время работы проходит газ. Данная область выполнена в виде диффузора, который на своей стороне, являющейся дальней стороной по отношению к первой области, имеет внутренний диаметр. Внутренний диаметр диффузора от указанной стороны в направлении первой области конически сужается до наименьшего внутреннего диаметра.
Сопло характеризуется геометрией боковой поверхности усеченного конуса. Такая боковая поверхность вращательно-симметрична относительно оси, которая является осью симметрии усеченного конуса. Прилежащий угол этой боковой поверхности относительно оси может иметь значение между 1° и 88°, в частности от 15° до 65°. Данная конфигурация сужающегося сопла делает его изготовление особенно простым и, таким образом, особенно эффективным по стоимости. Кроме того, такая конфигурация снижает падение давления, что особенно важно при разделении газа и твердых частиц вследствие относительно высокого потока газа.
Таким образом, поперечное сечение погружной трубы, через которую проходит газ, уменьшается сходящимся образом, начиная от поперечного сечения, определяемого внутренним диаметром сопла, до наименьшего поперечного сечения, которое определяется наименьшим внутренним диаметром. Начиная от этого узкого места погружной трубы, указанная труба вновь расширяется в направлении потока газа до большего поперечного сечения, определяемого внутренним диаметром диффузора.
Для отделения частиц от газа, когда частицы находятся в дисперсной фазе, выпускное отверстие циклона должен быть надлежащим образом спроектировано с точки зрения его диаметра для исключения высоких потерь давления при одновременном сохранении основной функции, заключающейся в стабилизации вихрей и эффективности разделения. Это не относится к гидроциклонам, которые отделяют газ от жидкости с более высокой плотностью и в которых газовая фаза является дисперсной фазой, составляющей гораздо меньшую часть в относительном объемном потоке. Таким образом, сливная насадка может быть соответственно выполнена с намного меньшим диаметром или с быстро уменьшающимся диаметром (например, уменьшающимся экспоненциально, нелинейно), начиная от формы впускного отверстия сопла, с очень большим углом относительно средней оси (форма раструба или сопла Лаваля). При такой конфигурации по-прежнему будут иметь место умеренные потери давления вследствие очень малого объемного потока газа, поскольку газ является дисперсной фазой. С другой стороны, иногда в гидроциклонах требуется наличие дополнительных устройств у впускного отверстия сливной насадки (например ударных пластин) для исключения попадания более плотной текучей среды в указанную насадку. Такие устройства не являются необходимыми для циклонов, отделяющих частицы от газа. Фактически, такие устройства будут оказывать неблагоприятное влияние, поскольку частицы будут иметь возможность взаимодействовать с ними, что может привести к повышенному разрушению частиц (например, вследствие соударения частиц). Более того, нелинейное уменьшение диаметра сливной насадки будет увеличивать потери давления для циклонов, отделяющих твердые вещества от газа, поскольку объем газа намного превышает объемный поток частиц.
В предпочтительном варианте выполнения полезной модели внутренний диаметр сопла может превышать наименьший внутренний диаметр в 1,2-8 раз, в частности в 1,4-2,85 раза. Кроме того, в предпочтительном варианте выполнения длина сопла, проходящего от области с внутренним диаметром сопла до области с наименьшим внутренним диаметром, может составлять 0,14-4,0 наименьшего внутреннего диаметра. В иных случаях длина зависит от выбранного угла и внутреннего диаметра. При такой геометрии эффект, достигаемый согласно данной полезной модели, может быть сильно выражен, так что уже в случае умеренных потерь давления в циклоне достигается весьма высокая эффективность разделения.
outer
inner
В другом предпочтительном варианте выполнения полезной модели сопло в положении внутреннего диаметра может иметь внешний диаметр, который меньше суммы внутреннего диаметра сопла и четырехкратного наименьшего внутреннего диаметра (D<D+4⋅d). Другими словами, у конца сопла, таким образом, в положении, которое характеризуется внутренним диаметром сопла, имеется кольцо, ширина которого меньше четырехкратного наименьшего внутреннего диаметра (<4⋅d). Кольцо таких размеров, в частности, используется для сопла, которое имеет форму боковой поверхности усеченного конуса. При наличии такого кольца геометрия погружной трубы чрезвычайно простым способом может быть отрегулирована с получением геометрии сопла Лаваля. Такое кольцо, в частности, подходит для дополнительных последующих регулировок, так что, например, погружная труба может быть отрегулирована в соответствии с изменившимися рабочими параметрами.
outer
inner
outer
inner
В еще одном предпочтительном варианте выполнения полезной модели внешний диаметр сопла может быть меньше суммы внутреннего диаметра сопла и четырехкратного наименьшего внутреннего диаметра (D<D+4⋅d), а внутренний диаметр сопла может превышать наименьший внутренний диаметр в 1,2-8 раз. Особенно предпочтительно внешний диаметр сопла может быть меньше суммы внутреннего диаметра сопла и 0,25 наименьшего внутреннего диаметра (D<D+0,25⋅d), а внутренний диаметр сопла может превышать наименьший внутренний диаметр в 1,4-2,85 раза. Данная геометрия также характеризуется формой кольца, которое выполнено у конца сопла, соответственно, в положении внутреннего диаметра сопла. Такая конструкция также используется для сопла, которое имеет конфигурацию звукового сопла. Кроме того, при наличии кольца с такой геометрией, в частности, впоследствии на поток газа через погружную трубу можно влиять особенно простым образом.
В предпочтительном варианте выполнения полезной модели диффузор имеет конфигурацию боковой поверхности соответственно усеченного конуса или цилиндра. Такая геометрия является вращательно-симметричной относительно оси, а именно оси симметрии соответственно усеченного конуса или цилиндра. В этом случае прилежащий угол между боковой поверхностью и осью имеет значение между 0° и 45°, предпочтительно от 3° до 15°. Ось симметрии соответственно усеченного конуса или цилиндра также является осью симметрии диффузора и может также быть осью симметрии сопла. Поскольку зачастую диффузор является весьма большим компонентом, при такой особенно простой его конструкции может быть достигнуто значительное снижение стоимости.
В еще одном предпочтительном варианте выполнения полезной модели между соплом и диффузором может быть расположен соединительный цилиндр. Так, соединительный цилиндр соединяет сопло в том месте, где оно имеет наименьший внутренний диаметр, с тем местом диффузора, в котором диффузор имеет наименьший внутренний диаметр. Таким образом, соединительный цилиндр и/или место соединения имеет внутренний соединительный диаметр, который равен наименьшему внутреннему диаметру. Длина соответственно соединительного цилиндра или усеченного конуса, который проходит от сопла до диффузора, предпочтительно меньше, чем восьмикратный наименьший внутренний диаметр (L<8*d). Соединительный цилиндр имеет чрезвычайно простую геометрию, так что проход от диффузора к соплу является более плавным. Таким образом, поток через погружную трубу может быть дополнительно улучшен и тем самым могут быть достигнуты особенно низкие потери давления. Кроме того, соединительный цилиндр на участке от сопла до диффузора может иметь разную толщину, что обеспечивает лучшее соединение между соплом и диффузором исходя из конструкционных аспектов и рабочих характеристик с точки зрения сопротивления износу или любым деформациям, например, благодаря различной толщине сопла и диффузора или также самого цилиндра в целом, т.е. цилиндр имеет двояковыпуклый, двояковогнутый, плосковыпуклый или плосковогнутый профиль.
Еще один вариант характеризуется тем, что в направлении потока перед соплом и/или после диффузора выполнено соответственно по меньшей мере одно дополнительное сопло или один дополнительный диффузор. Конфигурация, содержащая нескольких сходящихся сопел, которые регулируются в соответствии друг с другом, является простой, и, таким образом, затраты на ее изготовление являются низкими. Несколько сопел и/или диффузоров, которые регулируются в соответствии друг с другом, обеспечивают высокую гибкость при необходимости приведения погружной трубы в наилучшее соответствие с рабочими параметрами. В случае такой конфигурации радиус кривизны может изменяться в продольном направлении сопла, при этом наименьший радиус кривизны находится в месте наибольшей кривизны.
В другом предпочтительном варианте выполнения место соединения между соплом и диффузором и/или отдельными соплами и/или диффузорами сглажено. Место соединения может быть, например, отполировано. Благодаря данному сглаживанию исключается негативное влияние на поведение потока газа. Когда между соплом и диффузором расположен соединительный цилиндр, по той же причине является преимуществом сглаживание, например полировка, места соединения между соединительным цилиндром и соплом и/или места соединения между соединительным цилиндром и диффузором.
В еще одном предпочтительном варианте выполнения по меньшей мере одна часть погружной трубы, например, такая как отрицательный профиль сопла, соединительного цилиндра и/или диффузора, состоит соответственно из одной установочной части или нескольких установочных частей. Для уменьшения веса установочных частей они могут быть выполнены в виде полых тел. Другими словами, погружная труба содержит расположенные внутри нее облицовочные установочные части, так что образуется отрицательный профиль сопла, соединительного цилиндра и/или диффузора. Такая геометрия является вращательно-симметричной относительно оси, а именно оси симметрии отрицательного профиля. Поскольку вес установочных частей зачастую ниже, чем вес стали, в случае уменьшения веса и/или особенно простой конструкции, например, для крепления погружной трубы может быть достигнуто значительное снижение стоимости. Это приводит к чрезвычайно простой возможности усовершенствования циклонов и/или погружных труб без внесения значительных изменений в строения.
В принципе, предпочтительным является изготовление по меньшей мере части погружной трубы согласно данной полезной модели из теплостойких и/или эрозионностойких материалов, таких как керамические волоконные материалы, углеродные волокна и т.д., и/или, как вариант, выполнение их с поверхностью или покрытием, защищающим от эрозии.
Кроме того, полезная модель охватывает циклон для отделения твердых частиц и/или по меньшей мере одной жидкости от газового потока, содержащий вышеописанную погружную трубу.
Введенный газовый поток может, например, также представлять собой пар, который только после дальнейшей конденсации одной из его составляющих становится газовым потоком с малыми частицами жидкости. Это, например, может быть осуществлено только путем последующего охлаждения внутри циклона.
Циклон согласно данной полезной модели содержит корпус, отверстие, выполненное в корпусе и предназначенное для введения газового потока, выпускной канал для отделенных твердых тел или жидкости и погружную трубу для выпуска газа.
В данном случае, как правило, корпус может иметь цилиндрическую область, в которой расположено указанное отверстие для введения газового потока. Кроме того, корпус может иметь область, которая конически сходится в направлении гравитации, начиная от указанной цилиндрической области. У конца этой конической области, то есть в самой нижней точке относительно направления гравитации, выполнен выпускной канал. Кроме того, циклон содержит погружную трубу, которая может быть расположена на стороне корпуса, противоположной выпускному каналу, у крышки корпуса. Согласно данной полезной модели указанная погружная труба характеризуется вышеописанными признаками, изложенными в п. 1 формулы полезной модели или в одном из зависимых пунктов формулы полезной модели.
Отверстие в корпусе может быть выполнено так, что поток газа вместе с твердыми частицами, содержащимися в нем, и/или указанной по меньшей мере одной жидкостью вводится в корпус в тангенциальном направлении. Таким образом, в корпусе начинается циркуляционное движение. Затем газовый поток вместе с частицами перемещается вниз по спирали в направлении указанной опционально конической области. Вследствие конусности корпуса циркуляционное движение значительно возрастает и, таким образом, приводит к возникновению больших центробежных усилий, которые оказывают влияние на частицы. Соответственно, частицы перемещаются в направлении наружу, где они ударяются о стенку корпуса. Частицы, отделенные таким образом от потока газа, падают в гравитационном поле вниз в направлении выпускного канала. То же самое относится к отделяемой от потока газа жидкости, которая проходит вдоль стенки корпуса к самой нижней области корпуса, а именно к выпускному каналу, и там может быть выведена из корпуса. Газовый поток, из которого извлечены частицы и/или жидкость, затем может вновь покинуть циклон через погружную трубу (сливную насадку).
В предпочтительном варианте выполнения полезной модели указанная по меньшей мере одна погружная труба расположена так, что она по меньшей мере частично проходит в корпус. В этом случае погружная труба может быть расположена так, что ее впускное отверстие для газа размещено внутри корпуса, и ее выпускное отверстие для газа размещено вне корпуса. Также возможно расположение погружной трубы полностью внутри корпуса таким образом, что выпускное отверстие для газа размещено непосредственно в корпусе в его проеме. Кроме того, погружная труба может быть расположена снаружи корпуса путем размещения ее впускного отверстия непосредственно снаружи в проеме корпуса. При расположении погружной трубы внутри циклона на поведение потока также может оказываться влияние. Следовательно, при заданной геометрии погружной трубы и корпуса циклона имеется возможность регулирования циклона в соответствии с конкретными рабочими параметрами путем расположения погружной трубы внутри указанного корпуса согласно данной полезной модели.
В другом предпочтительном варианте выполнения полезной модели могут быть выполнены несколько погружных труб такого вида, при этом возможно их симметричное или асимметричное расположение. Например, погружные трубы могут быть расположены зеркально-симметрично по отношению к одной плоскости или нескольким плоскостям. Также возможна осевая симметрия относительно оси зеркального отображения. В этом случае симметричным также может быть только положение погружных труб, при этом симметрия в целом прерывается, например, вследствие различных размеров, длин или глубин введения погружных труб. При использовании нескольких погружных труб газовая пропускная способность циклона может быть увеличена без использования одной единственной большой погружной трубы. Изготовление и установка одной единственной большой погружной трубы вызывает намного больше сложностей, чем использование нескольких небольших погружных труб. При симметричном или асимметричном расположении имеется большое количество степеней свободы для регулирования циклона в соответствии с рабочими параметрами.
В предпочтительном варианте выполнения полезной модели указанная по меньшей мере одна погружная труба по меньшей мере частично окружена цилиндром. В этом случае диаметр указанного цилиндра может быть отрегулирован в соответствии с погружной трубой и, соответственно, может представлять собой внутренний диаметр сопла или внешний диметр сопла. Кроме того, в этом случае цилиндр может проходить за внутренний диаметр сопла в корпус, т.е. за пределы положения, в котором сопло характеризуется его внутренним диаметром. Такой цилиндр может быть изготовлен и установлен очень простым способом и может обеспечить дополнительное повышение эффективности циклона.
В еще одном предпочтительном варианте выполнения полезной модели цилиндр может проходить от корпуса во внутреннее пространство корпуса, при этом в цилиндре расположены несколько погружных труб. Таким образом, каждая из отдельных погружных труб может быть окружена одним цилиндром или вся группа погружных труб может быть окружена одним единственным цилиндром. При использовании нескольких погружных труб расположение одного единственного цилиндра вокруг указанных нескольких труб также может привести к повышению эффективности циклона.
В еще одном предпочтительном варианте выполнения полезной модели зона корпуса, через которую указанная по меньшей мере одна погружная труба входит в корпус или на которой указанная по меньшей мере одна погружная труба расположена на корпусе, имеет круглую форму. В этом случае погружная труба может быть расположена центральным или эксцентрическим образом относительно указанной зоны. В случае расположения нескольких погружных труб, имеющих ось симметрии, эта ось симметрии может быть размещена центральным или эксцентрическим образом на данной зоне. Центральное расположение обеспечивает возможность чрезвычайно простой установки циклона, поскольку, например, ориентация крышки не имеет значения, а эксцентрическое и/или асимметричное расположение учитывает, например, положение отверстия для введения газового потока.
Ниже приведено пояснение полезной модели с помощью примеров вариантов выполнения и со ссылками на чертежи. В данном документе все описанные и/или изображенные элементы сами по себе или в произвольной комбинации образуют предмет полезной модели, независимо от их краткого описания в пунктах формулы полезной модели или обратных ссылок.
Фиг. 1 схематически изображает конструкцию циклона,
фиг. 2а схематически изображает погружную трубу,
фиг. 2b схематически изображает погружную трубу с соединительным элементом,
фиг 3а схематически изображает погружную трубу с обозначенными углами,
фиг. 3b схематически изображает сопло с кольцом,
фиг. 4 схематически изображает погружную трубу с обозначенным углом диффузора,
фиг. 5а изображает расположение погружной трубы в циклоне,
фиг. 5b изображает другое расположение погружной трубы в циклоне,
фиг. 5с изображает другое расположение погружной трубы в циклоне,
фиг. 5d изображает другое расположение погружной трубы в циклоне,
фиг. 6а изображает расположение погружной трубы с цилиндром у крышки корпуса,
фиг. 6b изображает другое расположение погружной трубы с цилиндром у крышки корпуса,
фиг. 6с изображает другое расположение погружной трубы с цилиндром у крышки корпуса,
фиг. 6d изображает расположение нескольких погружных труб внутри цилиндра,
фиг. 7а изображает симметричное расположение погружных труб,
фиг. 7b изображает асимметричное расположение погружных труб,
фиг. 8а изображает циклон с симметрично расположенной погружной трубой, и
фиг. 8b изображает циклон с эксцентрично расположенной погружной трубой.
На фиг. 1 схематически показана основная конструкция циклона 1, используемого для отделения твердых тел или жидкостей от газового потока. Циклон 1 содержит корпус 3, имеющий цилиндрическую область 5 и сужающуюся область, или коническую область 6. В цилиндрической области 5 расположено устройство 4 подачи газа, через которое может быть введен газовый поток вместе с частицами. Циклон 1, как правило, расположен так, что коническая область 6 направлена вниз, в направлении гравитационного поля. В самой нижней ее точке расположен выпускной канал 7, через который могут быть выведены частицы и/или жидкость, извлеченные из газового потока.
Во время работы газовый поток вместе с частицами вводится в корпус 3 через устройство 4. Как правило, это введение осуществляется в тангенциальном направлении так, что возникает непосредственно круговое перемещение газового потока. Газовый поток перемещается от устройства 4 в направлении конической области 6 по спирали. Частицы переносятся центробежными силами к внешней стенке циклона 1, где они перемещаются в направлении выпускного канала 7 под действием гравитации. Затем газ поступает в погружную трубу 2 через впускное отверстие 8 для газа, перемещаясь вверх, и выходит из нее через выпускное отверстие 9 в виде очищенного газа.
inner
На фиг. 2а изображена основная конструкция погружной трубы 2 с диффузором 12 во второй области 11 и соплом 13 в первой области 10, которые соединены друг с другом в месте 14 соединения. Сопло 13 имеет широкое отверстие с внутренним диаметром D сопла и узкое отверстие с малым внутренним диаметром d. Диффузор, в месте 14 его соединения с соплом 13, также характеризуется наименьшим внутренним диаметром d, ив направлении к его другому концу его диаметр вновь увеличивается до более широкого внутреннего диаметра.
На фиг. 2b изображена основная конструкция погружной трубы 2, содержащая диффузор 12, сопло 13 и соединительный элемент 15, который в местах 14 соединения соединен с диффузором 12 и соплом 13. Соединительный элемент 15 характеризуется диаметром, который соответствует наименьшему внутреннему диаметру d.
На фиг. 2а и 2b впускное отверстие 8 погружной трубы совпадает с концом сопла 13 и/или с положением внутреннего диаметра сопла. Однако это не является обязательным. Вместо этого возможно размещение в сопле дополнительного компонента, например, такого как цилиндр, при этом впускное отверстие для газа образовано не соплом, а одним концом указанного компонента.
На фиг. 3а изображена погружная труба 2, показанная на фиг. 2а, с обозначенными размерами. В месте соединения между диффузором 12 и соплом 13 погружная труба характеризуется наименьшим внутренним диаметром d. Сопло 13 выполнено в виде боковой поверхности усеченного конуса и в случае варианта, изображенного пунктирной линией, может иметь длину или высоту Н. Сопло 13 с очень плоской, т.е. короткой конструкцией, имеющей меньшую высоту, показано непрерывной линией. Сопло в форме усеченного конуса характеризуется осью 20 симметрии, причем усеченный конус вращательно-симметричен относительно этой оси 20. Кроме того, для варианта, показанного пунктирной линией, сопло в форме усеченного конуса имеет малый прилежащий угол α. В варианте, показанном непрерывной линией, прилежащий угол больше.
inner
outer
На фиг. 3b изображено одно сопло 13, у конца которого расположено дополнительное кольцо 18. При наличии данного кольца 18 сопло 13 имеет на конце внутренний диаметр D и внешний диаметр D, который увеличен вследствие наличии кольца 18.
На фиг. 4 изображена погружная труба 2, показанная на фиг. 2а, с обозначенным прилежащим углом β диффузора 12. Диффузор 12 трубы 2 выполнен в виде усеченного конуса и имеет ось вращения 21.
На фиг. 5а-5е показаны разные глубины введения погружной трубы 2 в корпус 3 циклона.
На фиг. 5а погружная труба 2 расположена таким образом, что она полностью проходит в корпус 3 так, что впускное отверстие 8 трубы 2 расположено ниже нижней кромки устройства 4 подачи газа. Впускное отверстие 8 трубы 2 расположено внутри корпуса 3
На фиг. 5b погружная труба 2 только частично проходит в корпус 3 так, что впускное отверстие 8 трубы 2 расположено на той же высоте, что и нижняя кромка устройства 4 подачи газа.
На фиг. 5с изображен вариант, в котором только около половины погружной трубы 2 проходит в корпус 3 так, что впускное отверстие 8 трубы 2 расположено выше нижней кромки устройства 4 подачи газа.
На фиг. 5d вся погружная труба 2 расположена вне корпуса 3. Погружная труба 2 расположена снаружи так, что ее впускное отверстие для газа 8 находится непосредственно на крышке 17 корпуса 3.
На фиг. 6а изображена погружная труба 2, которая полностью окружена цилиндром 19. Цилиндр и погружная труба расположены у крышки 17 корпуса 3. На каждой из фиг. 6a-6d показана только часть корпуса 3 с крышкой 17. В этом случае область ниже крышки 17 является внутренним пространством корпуса. Следовательно, цилиндр и погружная труба 2 полностью проходят в корпус 3.
На фиг. 6b изображен вариант выполнения, в котором погружная труба 2 только частично проходит в корпус 3 так, что выпускное отверстие 9 трубы 2 расположено снаружи корпуса 3, а впускное отверстие 8 расположено внутри корпуса 3. Цилиндр 19 полностью расположен внутри корпуса 3 и проходит за погружную трубу 2 во внутреннее пространство корпуса 3.
На фиг. 6с изображен вариант выполнения, в котором погружная труба 2 установлена снаружи корпуса 3 непосредственно на крышке 17. Цилиндр 19 находится в том же положении с противоположной стороны от трубы 2 внутри корпуса 3.
На фиг. 6d изображен вид сверху на крышку 17 с узлом из нескольких погружных труб, а в нижней области - вид сбоку того же узла с трубами 2, которые вместе полностью расположены в цилиндре 19 внутри корпуса 3. Узел из погружных труб может изменяться, как указано выше (см. фиг. 6b и 6c).
На фиг. 7а изображен узел из нескольких погружных труб внутри корпуса 3 циклона 1, которые расположены у крышки 17 корпуса 3 циклона 1. В этом случае узел из погружных труб 2 симметричен относительно оси симметрии, которая проходит через трубу 2 в ее центре.
На фиг. 7b изображен узел, показанный на фиг. 7а, с двумя дополнительными погружными трубами 2, которые расположены асимметричным образом. Кроме того, на фиг. 7b погружная труба 2, расположенная в центре, не проходит полностью в корпус 3 циклона 1, таким образом, некоторые погружные трубы могут быть расположены на различной высоте относительно впускного отверстия сопла для газа.
На фиг. 8а и 8b показано различие центрального расположения и эксцентрического расположения погружной трубы 2. На фиг. 8а погружная труба 2 расположена концентрически относительно крышки 17, а на фиг. 8b погружная труба 2 расположена за пределами центра. Следовательно, она представляет собой эксцентрически расположенную погружную трубу 2. Кроме того, на фиг. 8b направление и величина эксцентриситета обозначены стрелками.
Пример варианта выполнения:
Эксплуатационные данные:
Объемный расход
1 м<sup>3</sup>/с
Концентрация частиц
0,1 кг/кг газа
Средний диаметр частиц
10 мкм
Плотность частиц
2600 кг/м<sup>3</sup>
Плотность газа при 30°С
1,189 кг/м<sup>3</sup>
Динамическая вязкость воздуха при 30°С
1,84⋅10<sup>-5</sup> кг/мс
Температура во впускном отверстии
30°С
Давление во впускном отверстии
1,033 бар (103,3 кПа)
Геометрия циклона:
Ширина впускного отверстия
0,12 м
Высота впускного отверстия
0,6 м
Радиус погружной трубы
0,15 м
Длина погружной трубы
0,45 м
Радиус циклона
0,45 м
Длина циклона
2,25 м
Длина цилиндрической области
0,9 м
Радиус выпускного канала
0,15 м
Конструкция сопла: Rev0 Rev0A
Результат:
Эффективность разделения η: ~96% (стабильно) и >96% - ожидаемое значение при использовании предпочтительного варианта выполнения полезной модели
Потери давления ΔР: ~22 миллибар (2,2 кПа) (стабильно) и <25 миллибар (2,5 кПа) при 100 м/с - ожидаемое значение при использовании предпочтительного варианта выполнения полезной модели
Перечень элементов
1 циклон
2 погружная труба
3 корпус
4 устройство подачи газа
5 цилиндрическая область
6 коническая область
7 выпускной канал
8 впускное отверстие для газа
9 выпускное отверстие для газа
10 первая область
11 вторая область
12 диффузор
13 сопло
14 место соединения
15 соединительный цилиндр
17 крышка
18 кольцо
19 цилиндр
20 ось симметрии сопла
21 ось симметрии диффузора
d наименьший внутренний диаметр
inner
D внутренний диаметр сопла
outer
D внешний диаметр сопла
Н высота сопла