Устройство центробежной очистки аэрогидропотока

Полезная модель относится к области очистки газа от примесей, в частности к устройствам очистки газа с применением центробежной силы, и может быть использована в газовой, газодобывающей, нефтяной, химической и других отраслях промышленности.
Известно устройство центробежной очистки аэродисперсного потока, содержащее конусообразный корпус, входной тангенциальный патрубок, связанный с корпусом, соосно расположенную в корпусе коническую винтовую вставку, охватывающую выхлопную трубу, герметичное выводное устройство, связанное с корпусом, причем винтовая вставка выполнена изменяемого диаметра, регулируемого шага и количества заходов с образованием внутри корпуса его внутренней поверхностью, витками винтовой вставки и наружной поверхностью выхлопной трубы уменьшающегося винтового объема, достигающего нижнего торца выхлопной трубы с регулируемой винтовой воронкой, отстоящей от верхней стенки выводного устройства и от введенного в устройство подвижного элемента с изменяемой конической поверхностью на регулируемые расстояния, а верхний торец выхлопной трубы, являющийся вершиной усеченного конуса, с соосно расположенными в нем стержнем с винтовой поверхностью с регулируемыми диаметрами и длиной и отстоящим от него патрубком на регулируемое расстояние заключены в герметичную камеру, соединенную с герметичным контейнером, при этом боковая поверхность корпуса выполнена с регулируемой перфорацией и оборудована имеющими каналы герметичными контейнерами, перекрывающими названную перфорацию и предназначенными для сбора и вывода фракций в выводное устройство (см. патент РФ№ 2442662 по МПК В04С 5/03, опубл.20.02.2012.).
Недостатком известного устройства является сложность конструкции, пониженная эффективность очистки технологического газа, обусловленная резким переходом тонких частиц на восходящую траекторию и уносом в выхлопную трубу с очищенным воздушным потоком.
Наиболее близким по технической сущности является устройство центробежной очистки аэродисперсного пылевого потока, содержащее корпус конусообразной формы, входной тангенциальный патрубок, связанный с корпусом, винтовую распределительную камеру с выходами на винтовые центробежные каналы конической винтовой вставки, радиально расположенные в индивидуальных корпусах, выхлопную трубу, рециркуляционную трубу с выводным каналом, нижний конический корпус и герметичное выводное устройство, соотношение входного сечения винтового центробежного канала к выходному сечению меняется постепенным уменьшением ширины поверхности прямого винтового коноида и его шага (см. патент РФ№ 2664985 по МПК B07B 7/08,опубл.24.08.2018.).
Недостатком данного устройства является недостаточная степень очистки проходящего через него аэрогидропотока с малой производительностью, что обусловлено более высоким сопротивлением аэрогидропотоку, как винтовой распределительной камере, так и в радиально расположенных индивидуальных корпусах с винтовыми центробежными каналами.
Техническим результатом является повышение качества очистки аэрогидропотока от мехпримесей с повышенной производительностью за счет более полного рационального использования энергии потока газа, что достигается уменьшением сопротивления конической винтовой вставки, так как шаг спирали ее имеет постоянное значение.
Технический результат достигается тем, что в устройстве центробежной очистки аэрогидропотока, содержащем корпус конусообразной формы, входной тангенциальный патрубок, связанный с корпусом, коническую винтовую вставку, отводящие окна, выхлопную трубу, согласно полезной модели коническая винтовая вставка расположена на выхлопной трубе, коническая винтовая вставка состоит из винтовых секций, расположенных соосно одна в другой, образуя винтовые каналы, соотношение площади сечения входного канала винтовой вставки к площади сечения выходного канала неизменно и находится в пропорции 2:1, шаг спирали конической винтовой вставки имеет постоянное значение, выход из конической винтовой вставки соединен посредством воздуховода с входным тангенциальным патрубком, во входном тангенциальным патрубке конической винтовой вставки и на каждом витке конической винтовой вставки за 1/4 оборота до отводящего окна выполнены отражательные экраны в виде вертикальных пластин, расположенных под углом 1-1,5 градусов к вектору направления движения потока. Винтовая секция конической винтовой вставки имеет четыре витка. Выхлопная труба выполнена в виде конфузора. Отводящие окна конической обечайки, охватывающей винтовую секцию, расположены на одной стороне конической обечайки в соответствии каждому витку винтовой секции. Отводящие окна снаружи имеют отражательные козырьки.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, в которых коническая винтовая вставка содержит одну винтовую секцию.
На фиг. 1 изображено устройство, общий вид в разрезе; на фиг. 2 изображено устройство, общий вид в аксонометрии с частичным разрезом корпуса; на фиг. 3 - коническая винтовая вставка в аксонометрии; на фиг. 4 - коническая винтовая вставка в разрезе; на фиг. 5 - фрагмент, поясняющий расположение отводящих окон и отражательных козырьков; на фиг. 6 - фрагмент, поясняющий расположение отражательных экранов.
Устройство центробежной очистки содержит корпус 1 конусообразной формы, входной тангенциальный патрубок 2, связанный с корпусом 1, коническую винтовую вставку 3, расположенную на выхлопной трубе 4, выполненной в виде конфузора, позволяющий равномерно направлять поток по каналам винтовой вставки 5 вниз.
Выход из винтовой вставки 3 соединен посредством воздуховода 6 с входным тангенциальным патрубком 2. Коническая винтовая вставка 3 представляет собой в поперечном сечении пространство трапецеидальной формы, образованное верхней 7 и нижней 8 кольцевыми поверхностями, охватывающей коническую винтовую вставку 3 конической обечайкой 9 и частью поверхности выхлопной трубы 4. Коническая обечайка 9, охватывающая коническую винтовую вставку 3, имеет отводящие окна 10, расположенные в соответствии каждому витку конической винтовой вставки 3. Во входном тангенциальном патрубке 2 и на каждом витке конической винтовой вставки 3 за 1/4 оборота до отводящего окна 9 выполнены отражательные экраны 11 в виде вертикальных пластин, расположенных под углом 1-1,5 градусов к вектору направления движения поток. Коническая винтовая вставка 3 может иметь от одной до четырех винтовых секций. Отводящие окна 10 снаружи имеют отражательные козырьки 12.
Устройство центробежной очистки аэрогидропотока работает следующим образом.
Аэрогидропоток входит со скоростью 5-25 м/с во входной тангенциальный патрубок 2 конической винтовой вставки 3, в результате чего возникает центробежная сила, действующая на полидисперсные частицы и отбрасывающая их к внешней стенке конической винтовой вставки 3. Постоянно сужающийся канал винтовой вставки 5 за счет верхней кольцевой поверхности 7 задавливает газожидкостный поток в канал винтовой вставки 5. За счет постоянного шага спирали конической винтовой вставки 3 осуществляется равномерная подача газожидкостного потока в канале винтовой вставки 5. При входе и дальнейшем движении газожидкостного потока в канале винтовой вставки 5 скорость движения потока увеличивается за счет уменьшения площади поперечного сечения канала винтовой вставки 5, вследствие чего увеличивается центробежная сила, действующая на полидисперсные частицы, которые отбрасываются к периферии винтового центробежного канала 5.
Отжатые к периферии полидисперсные частицы выводятся из газожидкостного потока через регулируемые степенью раскрытия отводящих окон 10, расположенных на наружной поверхности конической винтовой вставки 3. Скорость движения газожидкостного потока в плоскости поперечного сечения канала винтовой вставки 5 распределена неравномерно. Скорость потока в пристенных зонах, от возникновения сил трения о стенки канала винтовой вставки 5, стремится к нулю, образуя зону вокруг выхлопной трубы 4, из которой мелкодисперсные частицы отбрасываются центробежной силой к наружной спиральной поверхности 8 конической винтовой вставки 3. При помощи отражательных экранов 11, расположенных в каждом из каналов винтовой вставки 5, частицы отжимаются к наружной поверхности канала винтовой вставки 5 и отводятся через отводящие окна 10. В обечайке корпуса 1 неуловленные частицы попадают в воздуховод 6, соединенный с входным тангенциальным патрубком 2. При этом выводное отверстие воздуховода во входном тангенциальном патрубке 2 представляется соплом, в котором создается разряжение входящим потоком в коническую винтовую вставку 3, образуя зону всасывания.
Коническая винтовая вставка 3 представляет собой пространство, образованное верхней кольцевой поверхностью 7, нижней кольцевой поверхностью 8, наружной конической обечайкой 9 и участком выхлопной трубы 4. Равномерное распределение пылевого потока осуществляется постоянным шагом каналов винтовой вставки 5. При этом канал винтовой вставки 5 представляет собой межвитковое пространство, образованное поверхностью прямого винтового коноида переменной ширины, ограниченного с внутренней стороны конической поверхностью выхлопной трубы 4 и конической поверхностью обечайки 9 с наружной стороны, соотношение входного сечения канала винтовой вставки 5 к выходному сечению канала винтовой вставки 5 меняется постепенным уменьшением ширины поверхности прямого винтового коноида. Воздуховод 6, соединяющий выход из конической винтовой вставки 3 с входным тангенциальным патрубком 2, служит для вывода полидисперсных частиц, не отжатых к стенке конической винтовой вставки 3 обратно во входной тангенциальный патрубок 2 для повторного прохождения через коническую винтовую вставку 3 (на доочистку), повышая эффективность очистки газожидкостного потока от примесей.
Для достижения максимальной эффективности работы канала винтовой вставки 5 и увеличения скорости движения газожидкостного потока и, как следствие, увеличения центробежной силы, действующей на полидисперсные частицы, отношение входного сечения канала винтовой вставки 5 к выходному сечению не меняется, сужение происходит за счет постепенного уменьшения ширины поверхности прямого винтового коноида. Количество винтовых каналов в устройстве не зависит от объема воздуха, проходящего через устройство..
Использование подобной конструкции центробежного газожидкостного сепараторного фильтра позволяет очищать газожидкостную смесь с практически любым содержанием примесей в газожидкостном потоке, исключать засорение устройства, особенно при срыве смеси и падении давления, производить самоочистку фильтров, что значительно увеличивает межремонтный период устройства и качество очистки аэрогидропотока.
Коническая форма выхлопной труба 4 (вершиной конуса направленной вверх) необходима для снижения скорости движения очищенного потока до 1,5-2,0 м/с в нижней части выхлопной трубы 4, а также для предотвращения подхватывания самых легких и мелкодисперсных частиц восходящим вихревым потоком,
Во входном патрубке конической винтовой вставки и на каждом витке конической винтовой вставки, за 1/4 оборота до отводящего окна 10 располагаются отражательные экраны 11 (под углом 1-1,5 градуса к вектору направления движения потока) для упорядочения направления движения потока к наружной стенке конической винтовой вставки 3, на которой расположены отводящие окна 10.
Выход из конической винтовой вставки 3 соединен воздуховодом 6 с входным тангенциальным патрубком 2 конической винтовой вставки 3, чтобы с помощью эффекта эжекции отводить мелкодисперсные частицы, не отжатые через отводящие окна 10 в обечайку устройства, на повторное прохождение через винтовую вставку 3 на доочистку.
Предлагаемое устройство по сравнению с известными аналогами имеет более простую конструкцию, обеспечивает повышенную технологическую эффективность воздушного потока, повышение качества очистки с повышенной производительностью, эффективно и удобно в эксплуатации, а также позволяет расширить арсенал устройств центробежной очистки.