ДВУХСТУПЕНЧАТАЯ СИСТЕМА ПЫЛЕУЛАВЛИВАНИЯ С ВИХРЕВЫМ ПЫЛЕУЛОВИТЕЛЕМ
TWO-STEP DUST COLLECTOR SYSTEM WITH VORTEX DUST COLLECTOR

Изобретение относится к технике очистки газа от пыли и может быть использовано в различных отраслях промышленности в системах пневмотранспорта, пневмоуборки, аспирации.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является вихревой пылеуловитель по патенту РФ №2256487, содержащий корпус с расширенной нижней частью, в которой концентрично расположены обечайка в виде усеченного конуса, большим основанием обращенного вверх, и осевой ввод запыленного газа с завихрителем, обтекателем и отбойной шайбой, размещенные в верхней части корпуса, осевой патрубок для вывода очищенного газа и периферийный ввод вторичного потока с завихрителем (прототип).
Недостатком прототипа является сравнительно невысокая эффективность пылеулавливания за счет того, что эжекционный насадок закрыт от основного потока коническим экраном.
Цель изобретения - повышение эффективности отделения частиц с малым удельным весом, снижение гидравлического сопротивления и повышение надежности системы.
Это достигается тем, что в двухступенчатой системе пылеулавливания с вихревым пылеуловителем, выполненным в качестве системы пылеулавливания предварительной очистки запыленного газового потока, содержащим корпус, осевой ввод запыленного газа с завихрителем и эжекционным насадком, обтекателем и отбойной шайбой, а также размещенные в верхней части корпуса осевой патрубок для вывода очищенного газа и периферийный ввод вторичного потока с завихрителем, корпус выполнен цилиндрическим, а отбойная шайба тарельчатой, при этом эжекционный насадок образует со стенкой ввода кольцевой канал, образованный цилиндрическими или коническими поверхностями соответственно осевого ввода и эжекционного насадка, при этом плоскость среза эжекционного насадка расположена выше или ниже плоскости среза тарельчатой отбойной шайбы, в верхней части корпуса находится осевой патрубок для вывода очищенного газа и периферийный ввод вторичного потока с завихрителем, корпус выполнен цилиндрическим, а отбойная шайба выполнена конической, при этом эжекционный насадок образует со стенкой ввода кольцевой канал, образованный коническими поверхностями соответственно осевого ввода и эжекционного насадка, а плоскость среза эжекционного насадка расположена ниже плоскости среза конической отбойной шайбы, периферийный ввод вторичного потока выполнен с завихрителем, корпус выполнен цилиндрическим, а отбойная шайба выполнена плоской, при этом эжекционный насадок образует со стенкой ввода кольцевой канал, образованный коническими поверхностями соответственно осевого ввода и эжекционного насадка, а плоскость среза эжекционного насадка расположена ниже плоскости среза плоской отбойной шайбы, при этом система пылеулавливания тонкой очистки запыленного газового потока выполнена со встроенной системой пожаровзрывобезопасности, содержащей корпус рамной конструкции с ограждениями, опорную часть с бункером для сбора пыли и пылесборной тележкой, установленной на основании, а также входной и выходной короба фильтровальной секции пылеуловителя с фильтрами рукавного типа, соответственно с входным и выходным патрубками, при этом во входном коробе устройства пылеулавливания установлен коллектор с форсунками системы пожаровзрывобезопасности с блоком управления, связанным электронной связью с общим микропроцессором, систему регенерации рукавных фильтров с механизмом импульсной продувки, которая снабжена блоком управления каждого электромагнитного клапана продувочных сопел и соединена с общим блоком управления регенерацией, связанного электронной связью с общим микропроцессором, при этом во входном коробе фильтровальной секции установлен датчик температуры, в бункере для сбора пыли - аварийный датчик уровня пыли, а в выходном коробе фильтровальной секции - тепловой автоматический датчик-извещатель, выходы с которых соединены с общим микропроцессором, расположенном в шкафу управления, каждая из форсунок системы пожаровзрывобезопасности содержит корпус с камерой завихрения и сопло, корпус выполнен в виде подводящего штуцера с центральным отверстием, и жестко соединенной с ним и соосной цилиндрической гильзой с внутренней резьбой и расширительной камерой, соосной корпусу, при этом соосно корпусу, в его нижней части подсоединено к гильзе посредством резьбы сопло, выполненное в виде перевернутого стакана, в днище которого выполнен турбулентный завихритель потока жидкости с, по крайней мере двумя, наклонными к оси сопла вводами в виде цилиндрических отверстий, расположенных в торцевой поверхности сопла, где также выполнено центральное цилиндрическое дроссельное отверстие, соединенное со смесительной камерой сопла, последовательно соединенной с диффузорной выходной камерой.
На фиг. 1 представлен общий вид вихревого пылеуловителя; на фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4 - варианты выполнения эжекционного насадка, образованного цилиндрическими или коническими поверхностями ввода и насадка.
Двухступенчатая система пылеулавливания с вихревым пылеуловителем состоит из первой ступени системы пылеулавливания предварительной очистки запыленного газового потока, которая выполнена в виде вихревого пылеуловителя и содержит цилиндрический корпус 1 с бункером 2, осевой ввод 3 с завихрителем 4, обтекателем 5, отбойной шайбой 6 и эжекционным насадком 7, ввод 8 вторичного потока с завихрителем 9, осевок патрубок 10 для вывода очищенного газа. Эжекционный насадок образует со стенкой ввода 3 кольцевой канал 7, сообщающийся с полостью корпуса под отбойной шайбой 6, которая может быть выполнена тарельчатой (фиг. 1 и фиг. 2), конической (фиг. 3) или плоской (фиг. 4), а кольцевой канал 7 эжекционного насадка может быть образован цилиндрическими (фиг.1) или коническими поверхностями (фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4) соответственно осевого ввода 3 и эжекционного насадка 7. Плоскость среза эжекционного насадка в зависимости от процентного содержания в пылевом потоке частиц с малым удельным весом может быть выше среза отбойной шайбы 6 как это показано на фиг. 1 или ниже плоскости среза отбойной шайбы 6 как это показано на фиг. 2, 3 и 4.
Снижение гидравлического сопротивления обеспечивается за счет выполнения отбойной шайбы 6 тарельчатой или конической, причем сопротивление по направлению в бункер 2 меньше, чем обратно, что предотвращает вынос пылевых частиц в зону осевого патрубка 10 для вывода очищенного газа, что в целом повышает эффективность пылеулавливания.
Вихревой пылеуловитель работает следующим образом.
Пылегазовый поток входит через ввод 8 и, закручиваясь лопаточным завихрителем 9, двигается вниз в корпусе 1. Навстречу ему снизу через осевой ввод 3 подается первичный запыленный газ, который закручивается аксиально-лопаточным завихрителем 4 в ту же сторону, что и нисходящий вторичный поток. Частицы пыли при этом под действием центробежных сил отбрасываются к стенкам корпуса 1. Закрученный вторичный поток, наталкиваясь на отбойную шайбу 6, частично разворачивается, взаимодействуя с первичным потоком, исходящим из центрального ввода 3. Частицы пыли, обладающие большей инерцией, отделяются от потока при его повороте у отбойной шайбы 6 и через зазор между ней и стенками корпуса 1 вылетают в бункер 2. В бункере 2 создается разрежение благодаря эжекционной насадке 7, установленной в осевом вводе 3 вплотную к завихрителю 4. Отсасываемый эжектором поток, который может содержать самые мелкие частицы пыли, особенно с малым удельным весом и размером менее 10 мкм, (легкие твердые частицы), поступает сразу на лопатки завихрителя 4, причем на максимальном радиусе, что обеспечивает максимальную их закрутку и вывод с периферии газовой струи во вторичный поток и затем опять в бункер 2. Это способствует оптимальному взаимодействию закрученной струи первичного потока с нисходящими потоком закрученного вторичного потока и повышению эффективности пылеулавливания за счет возврата в бункер частиц пыли с малым удельным весом.
Таким образом, выполнение корпуса аппарата цилиндрическим и наличие эжектора, установленного в осевом газопроводе, позволяет обеспечить высокую эффективность отделения мелких частиц с малым удельным весом и может быть использовано для пылеочистки в различных отраслях промышленности. Предлагаемое устройство надежно в работе и эксплуатации за счет упрощения конструкции эжектора.
На фиг. 5 изображена функциональная схема пылеулавливания тонкой очистки запыленного газового потока со встроенной системой пожаровзрывобезопасности.
Система тонкой очистки запыленного газового потока содержит устройство пылеулавливания, включающее в себя корпус 12 рамной конструкции с ограждениями, опорную часть 16 с бункером 14 для сбора пыли и пылесборной тележкой 15, установленной на основании 30, а также входной 11 и выходной 13 короба фильтровальной секции пылеуловителя с фильтрами рукавного типа, соответственно с входным 7 и выходным 8 патрубками.
Во входном коробе 11 устройства пылеулавливания установлен коллектор 26 с форсунками 27 системы пожаровзрывобезопасности с блоком 28 управления, связанным электронной связью с общим микропроцессором 29. Система 19 регенерации рукавных фильтров с механизмом 20 импульсной продувки снабжена блоком управления 21 каждого электромагнитного клапана продувочных сопел и соединена с общим блоком управления 22 регенерацией, связанного электронной связью с общим микропроцессором 29. Во входном 11 коробе фильтровальной секции также установлен датчик 23 температуры, в бункере 14 для сбора пыли - аварийный датчик 25 уровня пыли, в выходном коробе 13 фильтровальной секции - тепловой автоматический датчик-извещатель 24, выходы с которых соединены с общим микропроцессором 29, расположенном в шкафу управления (на чертеже не показан).
Система тонкой очистки запыленного газового потока работает следующим образом.
Очистку запыленного газового потока осуществляют посредством его подачи через входной 17 патрубок во входной короб 11 фильтровальной секции пылеуловителя с фильтрами рукавного типа. При этом запыленный газовый поток поступает через внешние поверхности рукавных фильтров во внутреннюю их полость, освобождаясь при этом от частиц пыли и попадает в полость выходного короба 13 фильтровальной секции. Для оптимизации процесса пылеулавливания и его безопасной работы во входном коробе 11 устройства пылеулавливания установлен датчик 23 температуры и коллектор 26 с форсунками 27 системы пожаровзрывобезопасности с блоком 28 управления, связанного электронной связью с общим микропроцессором 29. В бункере для сбора пыли установлен аварийный датчик 25 уровня пыли, а в выходном коробе фильтровальной секции - тепловой автоматический датчик-извещатель 24, при этом выходы с датчиков соединяют с общим микропроцессором 29. Во входном коробе 11 фильтровальной секции пылеуловителя устанавливают систему регенерации рукавных фильтров с механизмом 20 импульсной продувки, которая связана с блоком управления 21 каждого электромагнитного клапана продувочных сопел и соединена с общим блоком управления 22 регенерацией, связанного электронной связью с общим микропроцессором 29.
Тепловой датчик-извещатель 24 соединен с системой пожаровзрывобезопасности, которая является выходным звеном в общей системе безопасного пылеулавливания, и способна предотвратить распространение пламени, в случае его возникновения, через выходной 18 патрубок дальше по вентиляционным каналам, что повышает надежность и безопасность всего комплекса системы безопасного пылеулавливания. Работа коллектора 26 с форсунками 27 осуществляется по принципу открытия аварийного электромагнитного клапана подачи воды, при подачи на клапан управляющего сигнала от общего микропроцессора 29, обрабатывающего сигнал с теплового датчика-извещателя 24, который в свою очередь реагирует на увеличение температуры в выходном коробе, вплоть до самовоспламенения пылевых аэрозолей и фильтрующих материалов.
На фиг. 6 представлена схема вихревой форсунки, на фиг. 7 - вариант выполнения тела вращения 44 с резонансными выемками.
Вихревая форсунка включает в свой состав корпус 31, который выполнен в виде подводящего штуцера с центральным отверстием 33, и жестко соединенной с ним и соосной цилиндрической гильзой 32 с внутренней резьбой 35. В цилиндрической гильзе 32 расположена расширительная камера 34, соосная корпусу. При этом соосно корпусу, в его нижней части подсоединено к гильзе 32 посредством резьбы 35 сопло 36, выполненное в виде перевернутого стакана, в днище 37 которого выполнен турбулентный завихритель потока жидкости с, по крайней мере двумя, наклонными к оси сопла вводами в виде цилиндрических отверстий 39 и 40, расположенных в торцевой поверхности сопла 36, образованной его днищем 37. В торцевой поверхности сопла 36 также выполнено центральное цилиндрическое дроссельное отверстие 38, соединенное со смесительной камерой 41 сопла, последовательно соединенной с диффузорной выходной камерой 42. Причем эффективные площади проходных сечений наклонных цилиндрических отверстий 39 и 40, взятые в совокупности, и центрального отверстия 38 равны между собой.
В выходной диффузорной камере установлен рассекатель, выполненный в виде, по крайней мере, трех спиц 43, каждая из которых одним концом закреплена на внешней поверхности диффузорной выходной камеры 42, перпендикулярно образующим ее поверхности, а другим - в поверхности тела вращения 44, например шара, ось которого совпадает с осью диффузорной выходной камеры 42, а само тело вращения 44 расположено в нижней части, за срезом диффузорной выходной камеры. Возможен вариант, когда поверхность тела вращения 44, ось которого совпадает с осью диффузорной выходной камеры 42, а само тело вращения 44 расположено в нижней части, за срезом диффузорной выходной камеры, выполнена в виде эллипсоида, малая ось которого осесимметрична оси диффузорной выходной камеры 42 (на чертеже не показано). Возможен вариант, когда к торцевой поверхности цилиндрической гильзы 32, соосной с корпусом 31, соосно диффузорной камере 42, прикреплен диффузор 45, поверхность среза которого лежит в плоскости, находящейся ниже поверхности тела вращения 44 рассекателя. Возможен вариант, когда рассекатель выполнен в виде двух спиц 43, каждая из которых одним концом закреплена на внешней поверхности диффузорной выходной камеры 42, перпендикулярно образующим ее поверхности, а другим - на оси 46, на которой, с возможностью вращения, установлено тело вращения 44, выполненное в виде шара, центр которого лежит на оси диффузорной выходной камеры 42. Возможен вариант, когда поверхность тела вращения 44, выполненного в виде шара, установленного на оси 46, с возможностью вращения, выполнена перфорированной. Возможен вариант, когда к поверхности тела вращения 44, выполненного в виде шара, установленного на оси 46, с возможностью вращения, установлены элементы, осуществляющие его вращение, например, в виде отрезков винтовых лопастей (на чертеже не показано). Возможен вариант, когда на внутренней поверхности центрального цилиндрического дроссельного отверстия 38, расположенного в торцевой поверхности сопла 36, выполнены винтовые канавки для осуществления дополнительного закручивания потока жидкости (на чертеже не показано).
Вихревая форсунка работает следующим образом.
Распыляемая жидкость поступает в корпус 31 через центральное отверстие 33, затем в расширительную камеру 34, соосную корпусу 31. После камеры 34 жидкость направляется к соплу 36, где распределяется по нескольким направлениям: первое - по центральному цилиндрическому дроссельному отверстию 38 в смесительную камеру 41, а второе - в турбулентный завихритель потока жидкости с наклонными к оси сопла вводами в виде цилиндрических отверстий 39 и 40, также соединенных со смесительной камерой 31 сопла, где при взаимодействии этих встречающихся потоков происходит их дробление с образованием турбулентного потока, направляющегося к диффузорной выходной камере 42, где происходит дополнительное дробление капель жидкости при их столкновении друг с другом за счет расширяющегося турбулентного потока жидкости.
В выходной диффузорной камере 42 происходит столкновение выходного вихревого потока с рассекателем, его спицами 43 и поверхностью тела вращения 44, что приводит к дополнительному дроблению капель жидкости, образованию тонкораспыленных струй.
Возможен вариант, когда в теле вращения 44, ось которого совпадает с осью диффузорной выходной камеры 42, а само тело вращения 44 расположено в нижней части, за срезом диффузорной выходной камеры выполнены резонансные выемки 47 по форме в виде цилиндрической поверхности разного диаметра и длины, выполняющие функции резонаторов Гельмгольца, размеры которых определяются необходимой частотой пульсации потока жидкости (фиг. 7) для увеличения мелкодисперсности распыляемого факела.