ЦИКЛОН

Полезная модель относится к машиностроению, а конкретнее устройствам для отделения дисперсных частиц от газов и может найти применение в химической, пищевой, деревообрабатывающей, строительной, железнодорожной и других отраслях промышленности, а конкретнее при очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания.
Известен циклон, содержащий корпус, периферийный ввод газового потока, выполненный в виде входного патрубка, винтообразную крышку, бункер и выходной патрубок для выхода очищенного газа, причем ось входного патрубка направлена под углом к оси корпуса и по касательной к поверхности выходного патрубка (Гордон Г.М. и др. Пылеулавливание и очистка газов, М., Металлургия, 1968 г., стр.186-187).
Недостатком циклона является низкое качество очистки газа от мелкодисперсных компонентов и аэрозолей.
Известен циклон, содержащий корпус, периферийный ввод газового потока, выполненный в виде входного патрубка, винтообразную крышку, бункер и выходной патрубок для выхода очищенного газа, причем ось входного патрубка направлена под углом к оси корпуса и по касательной к поверхности выходного патрубка, на конце выходного патрубка очищенного газа закреплен фильтрующий элемент, выполненный в виде тела вращения, ось которого совпадает с осью выходного патрубка очищенного газа, например цилиндра, конуса, усеченного конуса, полушария или в виде поверхности, образованной вращением вокруг оси, совпадающей с осью выходного патрубка очищенного газа, например П-образного профиля или полуокружности, причем гидравлическое сопротивление фильтрующего элемента составляет 15÷25% от гидравлического сопротивления всего аппарата, а материал фильтрующего элемента обладает повышенными звукопоглощающими свойствами [патент РФ №2256510, МПК В04С 9/00, опубл. 20.07.2005 г., БИ №20. «Циклон», авторы Кочетов О.С. и др.].
Недостатком циклона является низкое качество очистки газа от мелкодисперсных компонентов и аэрозолей.
Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.
Техническим результатом является повышение качества очистки газа от мелкодисперсных компонентов и аэрозолей, за счет увеличения центробежной силы, выбрасывающей дисперсные частицы и аэрозоли из ядра пылегазового потока к периферии.
Технический результат достигается тем, что в циклон, состоящий из корпуса в форме полого усеченного конуса с крышкой с улиточным завихрителем, тангенциального входного и осевого выходного патрубка, бункера с патрубком выхода шлама, соосно его корпусу и по всей его длине с образованием кольцевого канала, жестко установлена полая конусообразная вставка, а в бункере жестко установлен на ножках отбойник, причем разность диаметров корпуса и полой конусообразной вставки либо одинакова по всей длине корпуса, либо увеличивается по длине корпуса от большего его основания к меньшему, либо уменьшается по длине корпуса от большего его основания к меньшему, полая вставка выполнена цилиндрической формы, перфорированной, причем размер отверстий уменьшается по длине полой вставки от ее меньшего основания к большему, на входе в полую конусообразную вставку жестко установлен конусный завихритель, внутри конусообразной вставки и соосно ей жестко установлен конусный обтекатель с окнами в его основании, разность диаметров полой конусообразной вставки и обтекателя либо одинаково по всей длине обтекателя, либо увеличивается по длине обтекателя от его основания к вершине, либо уменьшается по длине обтекателя от его основания к вершине, конусный обтекатель своей вершиной соединен с вершиной отбойника.
Постановка в циклон полой конусной вставки соосно корпусу с образованием кольцевого канала позволяет сохранить форму вихря пылегазового потока, что увеличивает центробежную силу, отбрасывающую частицы на стенку корпуса, что, в свою очередь, повышает качество очистки газа от мелкодисперсных частиц и аэрозолей.
Выполнение конусообразной вставки полой, постановка внутри ее конусного обтекателя, а на ее входе - конусного завихрителя позволяет использовать осевую зону циклона в качестве второй ступени очистки газового потока от мелкодисперсных компонентов, не уловленных в первой ступени.
Выполнение полой конусообразной вставки перфорированной позволяет удалять мелкодисперсные частицы из второй ступени очистки газа без их вторичного уноса.
Обеспечение разности диаметров корпуса и полой конусообразной вставки одинаковой по всей длине корпуса, а также разности диаметров полой конусообразной вставки и обтекателя одинаковой по всей длине обтекателя позволяет равномерно увеличивать центробежную силу газового потока.
Обеспечение разности диаметров корпуса и полой конусообразной вставки увеличивающееся или уменьшающейся по длине корпуса, а также разности диаметров полой конусообразной вставки и обтекателя увеличивающейся или уменьшающейся по длине обтекателя позволяет увеличивать или уменьшать центробежную силу газового потока.
На фиг.1 показан циклон, на фиг.2 - вид сверху фиг.1, на фиг.3 - разрез А-А фиг.1, на фиг.4 показан циклон, в котором разность диаметров корпуса и полой конусообразной вставки уменьшается по длине корпуса от большего основания к меньшему, на фиг.5 показан циклон с цилиндрической полой вставкой, на фиг.6 показан циклон, в котором разность диаметров корпуса и полой конусообразной вставки увеличивается по длине корпуса от большего основания к меньшему, на фиг.7 показан циклон с коническим завихрителем на входе в полый усеченный конус, на фиг.8 показан циклон с коническим завихрителем и обтекателем в полом усеченном конусе, на фиг.9 - разрез Б-Б фиг.8, на фиг.10 показан циклон, в котором разность диаметров полой конусообразной вставки и обтекателя уменьшается по длине обтекателя от его основания к вершине, на фиг.11 показан циклон, в котором разность диаметров полой конусообразной вставки и обтекателя увеличивается по длине обтекателя от его основания к вершине,
Циклон состоит из корпуса в форме полого усеченного конуса 1, крышки 2 с тангенциальным входным патрубком 3, улиточным завихрителем 4 и осевым выходным патрубком 5, бункера 6 с отбойником 7 и патрубком выхода шлама 8, установленной внутри корпуса и соосно ему полой конусообразной вставки 9 с конусным завихрителем 10, закрепленного к крышке корпуса конусного обтекателя 11 с окнами 13 в его основании.
Устройство работает следующим образом.
Пылегазовый поток поступает в устройство через входной тангенциальный патрубок 3, который установлен на входе в улиточный завихритель 4 крышки 2. Выйдя из улиточного завихрителя, газовый поток попадает в кольцевой канал, образованный корпусом 1 и полой конусообразной вставкой 9, закручивается в спираль и движется далее по нисходящей винтовой линии вдоль корпуса и полой конусообразной вставки.
При этом дисперсные частицы и аэрозоли под действием центробежной силы отбрасываются к стенке корпуса, теряют свою кинетическую энергию и транспортируются вниз, в бункер 6.
Для предотвращения вторичного пылеуноса в бункере установлен отбойник 7, который выполнен конусообразным. Дисперсные частицы, ударившись о конусообразную поверхность отбойника, теряют свою скорость и скатываются по его покатой поверхности вниз, откуда далее направляются к патрубку выхода шлама 8, а газовый поток разворачивается и направляется внутрь полой конусообрзной вставки.
Очищенный от твердых частиц и аэрозолей газ поднимается вверх внутри полой конусообразной вставки и выводится из циклона через осевой выходной патрубок 5.
В случае постановки на входе в полую конусообразную вставку конусного завихрителя появляется возможность использовать осевую зону циклона в качестве второй ступени очистки газового потока от мелкодисперсных компонентов, не уловленных в первой ступени.
В этом случае газовый поток пройдет через конусный завихритель 10, закрутится в нем в спираль, и далее будет двигаться по восходящей винтовой линии вдоль полой конусообразной вставки. При этом более мелкие дисперсные частицы, не уловленные в первой ступени очистки газа, под действием центробежной силы отбрасываются к стенке конусообразной вставки, теряют свою кинетическую энергию и транспортируются вниз, в бункер через конусный завихритель.
В случае постановки в полую конусообразную вставку конусного обтекателя 11 с окнами 13 в его основании образуется кольцевой канал между полой конусообразной вставкой и обтекателем.
При этом газовый поток, выйдя из конусного завихрителя, попадает в кольцевой канал, образованный конусообразной вставкой и обтекателем 11, закручивается в спираль и движется далее по восходящей винтовой линии вдоль полой конусообразной вставки и обтекателя. При этом дисперсные частицы под действием центробежной силы отбрасываются к стенке конусообразной вставки, теряют свою кинетическую энергию и транспортируются вниз в бункер через конусный завихритель.
Очищенный от твердых частиц и аэрозолей газ выводится из второй ступени через окна 13 обтекателя 11, откуда далее направляется в осевой выходной патрубок 5.
По мере продвижения пылегазового потока вдоль стенки корпуса, он ускоряется, а величина центробежных сил действующих на дисперсные частицы пылегазового потока значительно возрастает. При этом более крупные дисперсные частицы выпадают в зоне с меньшими центробежными силами - в первой ступени очистки, а менее крупные частицы удаляются в зоне с большими центробежными силами - во второй ступени очистки пылегазового потока.
Скорость и давление газового потока у наружной стенки кольцевого канала многократно превышает скорость и давление газового потока у внутренней стенки кольцевого канала.
Скорость и давления пристеночного газового потока внутреннего кольцевого канала также превышает скорость и давление пристеночного газового потока наружного кольцевого канала. В связи с этим конусообразная вставка выполнена перфорированной, т.к. дисперсные частицы, ударяясь о конусообразную вставку, пройдут через перфорацию, и упадут в бункер в зоне с пониженным давлением и скоростью газового потока. Таким образом, предотвращается вторичный унос дисперсных частиц из второй ступени очистки с очищенным потоком газа.
С целью равномерного увеличения центробежной силы газового потока по мере движения его в первой и второй ступени необходимо обеспечить разность диаметров корпуса и полой конусообразной вставки одинаковой по всей длине корпуса, а также разность диаметров полой конусообразной вставки и обтекателя одинаковой по всей длине обтекателя.
Для более сильного увеличения или уменьшения центробежной силы газового потока по мере движения его в первой и второй ступени необходимо обеспечить разность диаметров корпуса и полой конусообразной вставки увеличивающейся или уменьшающейся по длине корпуса от большего его основания к меньшему, а также необходимо обеспечить разность диаметров полой конусообразной вставки и обтекателя увеличивающейся или уменьшающейся по длине обтекателя от его основания к вершине.
В этом случае полую конусообразную вставку можно выполнить в форме цилиндра.
Увеличения центробежной силы газового потока приведет к более качественной очистке газового потока за счет отброса более мелких частиц к периферии, а за счет уменьшения центробежной силы удастся снизить вторичный унос дисперсных частиц.
Для увеличения центробежной силы приобретаемой газовым потоком в конусном завихрителе конусный обтекатель своей вершиной соединен с вершиной отбойника.
Для предотвращения эжекции газа из второй ступени очистки газа в первую, полую конусообразную вставку необходимо выполнить перфорированной, причем размер отверстий должен уменьшается по длине полой вставки от ее меньшего основания к большему.
Предлагаемое устройство позволяет повысить качество очистки газа от мелкодисперсных компонентов и аэрозолей в 1,5-2 раза.