ПРЯМОТОЧНЫЙ ЦИКЛОН

Полезная модель относится к устройствам для пылеулавливания и может найти применение при первичном пылеулавливании в газовых потоках в машиностроительной, химической, металлургической, строительной и других отраслях промышленности.
Известен прямоточный циклон (см. патент РФ 2240868, кл. В04С 3/06, опубл. 27.11,2004), состоящий из цилиндрического корпуса с завихрителем на входе и жалюзийным раскручивателем на выходе, дополнительно оборудованный упругими пластинчатыми клапанами, которые закрывают выполненные в цилиндрическом корпусе окна. Недостатком данного циклона является большая металлоемкость и высокое гидравлическое сопротивление.
Известен также прямоточный циклон (см. патент РФ 2552440, кл. В04С 3/06, опубл. 10.06,2015) для очистки запыленного газа или воздуха, содержащий корпус, состоящий из входного патрубка, улитки, выполненной по архимедовой спирали, верхней выходной трубы, телескопической вставки с верхним внутренним конусом, входным коллектором, внутренним конусом, коллектором чистого газа и других конструктивных составляющих частей. Недостатками данного циклона так же является большая металлоемкость и сложность конструкции, высокое гидравлическое сопротивление и недостаточно высокая эффективность очистки газа.
Наиболее близким к заявленной полезной модели является инерционный очиститель газа (см. патент РФ 2116116, кл. B01D 45/12, B04C 3/00), содержащий цилиндрический корпус, устройство для отвода очищенного воздуха, выполненное в виде усеченного конуса, установленного коаксиально внутри цилиндрического корпуса. Кроме того, в цилиндрической части корпуса выше меньшего основания конуса жестко установлен завихритель, состоящий из профилированных лопаток, крепящихся на втулке обтекателя. Недостатками данного циклона являются достаточно высокое гидравлическое сопротивление, обусловленное конструкцией жалюзийного раскручивателя и относительно высокая металлоемкость.
Технической проблемой является устранение отмеченных недостатков. Технический результат заключается в создании прямоточного циклона с высокой эффективностью, c небольшим гидравлическим сопротивлением и малой металлоемкостью конструкции.
Проблема решается, а технический результат обеспечивается тем, что в прямоточном циклоне, содержащем соосно расположенные патрубки для входа загрязненного и отвода очищенного газа и лопастной завихритель с профилированными лопастями, патрубок для входа загрязненного газа выполнен с цилиндрической и конической частями, первая из которых имеет диаметр d, а вторая является усеченным конусом с конусностью 10-12° и длиной (1-1,25)d. Патрубок для выхода очищенного газа может быть выполнен в виде усеченного конуса с диаметрами оснований (0,8-0,85)d и 1,25d. Касательные к начальной и конечной точке профиля лопасти завихрителя могут быть расположены под углами 0°и 135° к направлению входного потока, а радиус кривизны лопасти имеет нулевое значение по краям и достигает максимального значения в середине лопасти.
На фиг. 1 представлена схема прямоточного циклона, на фиг. 2 - лопасть завихрителя.
Прямоточный циклон содержит соосно расположенные патрубки для входа загрязненного и отвода очищенного газа и лопастной завихритель с профилированными лопатками. Патрубок 1 для входа газа включает в себя цилиндрическую и коническую части. В цилиндрической части, которая имеет диаметр d, установлен лопастной завихритель 2. Коническая часть является усеченным конусом с конусностью 10-12° и длиной (1-1,25)d. Патрубок для отвода газа так же включает в себя усеченный конус, диаметры оснований которого (0,8-0,85)d и 1,25d. Лопасти завихрителя имеют нулевой радиус кривизны на своей фронтальной и конечной части и максимальный радиус кривизны в середине. Экспериментально было установлено, что максимальная эффективность улавливания -99,8% на пылях дисперсностью10 мкм достигается при скорости газового потока 12-14 м/с и именно при вышеописанных конструктивных параметрах данного циклона. Эксперименты проводились на пылях дисперсностью 10-100 мкм и при скорости потока 12-14 м/с, как наиболее эффективной. При увеличении длины усеченного конуса входного патрубка свыше соотношения 1,25d наблюдалось усиление турбулентности в соответственно увеличивающимся пространстве между завихрителем и выходным патрубком. Из-за этого падала эффективность улавливания пылей дисперсностью 10-30 мкм и значительно увеличивалось гидравлическое сопротивление циклона. При попытке уменьшить высоту конуса меньше 1d появлялся проскок пылей различной дисперсности из завихрителя в выходной патрубок из-за отсутствия образования устойчивого завихрения потока. При увеличении конусности свыше 12° был замечен срыв потока у основания конуса, вследствие чего наблюдалась и более низкая эффективность улавливания. В свою очередь, уменьшение эффективности улавливания было замечено и при уменьшении конусности меньше 10°, при котором, как и при увеличении длины конуса, происходило усиление турбулентности потока, увеличение гидравлического сопротивления, а так же прямой унос пыли в выходной патрубок. Усредненные результаты вышеописанных испытаний при различных конструктивных размерах усеченного конуса входного патрубка по эффективности улавливания и соответствующему гидравлическому сопротивлению при скорости потока 12-14 м/с представлены в таблице1.
Таблица.1 - Эффективность улавливания и гидравлическое сопротивление
Длинаконуса
Конус-ность
Эффективность,%
10-30мкм
30-50мкм
30-50мкм
70-100мкм
ΔР, Па
(1-1,25)d
10-12°
99,8
99,8
99,9
99,9
480
(1,25-1,5)d
10-12°
96,1
96,9
97,8
99,4
680
(0,8-1)d
10-12°
95,3
97,1
98,7
99,3
540
(1-1,25)d
12-18°
95,6
97,3
98,8
99,6
630
(1-1,25)d
7-10°
93,4
95,1
97,9
99,2
480
Лопасти завихрителя профилированы таким образом, что касательные, проведенные к начальной и конечной точке профиля лопасти завихрителя, расположены под углами 0° и 135° к направлению входного потока. А радиус кривизны лопасти имеет нулевое значение по краям и достигает максимального значения в середине лопасти. Такой профиль лопасти обеспечивает безударный вход газового потока в завихритель, а также безударный выход из него. Это значительно уменьшает турбулентность потока внутри циклона, что повышает эффективность улавливания.
Прямоточный циклон работает следующим образом. Загрязненный газовый поток входит в патрубок (1), проходит через завихритель (2), после которого газовый поток закручивается и из-за возникшей центробежной силы твердые частицы относит к стенкам конической части входного патрубка. К нему присоединена цилиндрическая часть, снабженная наклонным днищем и разгрузочным штуцером (4), с помощью которого происходит выгрузка уловленной пыли. Очищенный газовый поток проходит в коническую часть выходного патрубка (3).