ВЕНТИЛЯТОР-ПЫЛЕУЛОВИТЕЛЬ
DUST TRAP FAN

Настоящее изобретение относится к области машиностроения, а именно к машинным ротационным пылеуловителям, более конкретно к вентиляторам-пылеуловителям, предназначенным для очистки газов от пыли динамическим способом.
Вентиляторы-пылеуловители имеют то принципиальное преимущество, что одна машина одновременно выполняет как функцию тягового вентилятора, так и функцию пылеулавливающего устройства. При обеспечении должной эффективности, данные аппараты могут успешно применяться в самых разных областях и в первую очередь там, где требуются компактные и мобильные установки: пылесосы, машины вакуумной уборки улиц, загрузчики сыпучих материалов. Также подобные вентиляторы-пылеуловители могут использоваться и на крупных объектах в угольной энергетике, обогатительных фабриках, в различных производствах черной и цветной металлургии. Еще одно преимущество вентиляторов-пылеуловителей заключается в возможности их работы при более высокой, по сравнению с рукавными и картриджными фильтрами, температуре очищаемых газов. Однако недостаточная эффективность современных конструкций вентиляторов-пылеуловителей сдерживает их широкое применение. Известные вентиляторы-пылеуловители, как правило, представляют собой центробежные вентиляторы, дополненными элементами, создающими условия для осаждения и удаления пыли из вращающихся потоков газов в поле центробежных сил.
Известен дымосос-пылеуловитель (см. «Справочник по пыле- и золоулавливанию» Москва. - Энергоатомиздат.- 1983 г., стр. 75, рис. 2.28), включающий радиальный вентилятор, к входу которого примыкает входная улитка с дополнительной крыльчаткой, закрепленной на общем валу с колесом вентилятора. Из входной улитки, являющейся пылеулавливающей ступенью, пылегазовый концентрат подается крыльчаткой в пылесборный циклон, откуда очищенный газ отбирается обратно на вход указанной крыльчатки, то есть данный пылеуловитель содержит внешний контур рециркуляции.
Известный дымосос-пылеуловитель имеет низкую эффективность пылеулавливания, повышенные энергозатраты на привод, а также сложную систему пылеудаления.
Известен вентилятор-пылеуловитель (см. авт. свид. SU 1768243, МПК В01D 45/14, опубликовано 15.10.1992), включающий вентиляторное колесо, размещенное в спиральном корпусе с тангенциальным входом патрубком и отверстием, соединяющим корпус с пылесборником в месте перехода спирального корпуса в тангенциальный патрубок. Пылесборник выполнен в виде герметичной камеры, а длина отверстия равна размеру вентилятора в сантиметрах. В известном вентиляторе-пылеуловитоле под действием закрутки газопылевого потока в спиральном корпусе возникает сепарация и вынос пылевых частиц на внешнюю образующую спирали, где они через окно попадают в накопительный бункер.
В известном вентиляторе-пылеуловителе функция очистки газа от пыли выполняется непосредственно в корпусе вентилятора, в результате вентилятор-пылеуловитель имеет простую конструкцию и компактное исполнение. Однако известный вентилятор-пылеуловитель имеет низкую эффективность пылеулавливания, так как единственным элементом для отвода пыли является плоское окно, имеющее ограниченное взаимодействие с объемом проходящего через вентилятор-пылеуловитель газопылевого потока, и основная масса пыли, особенно ее тонкие фракции, уносится газовым потоком.
Известен вентилятор-пылеуловитель (см. заявка ЕР 0516608, МПК B01D 45/14, опубликована 02.12.1992), включающий установленное в круглом цилиндрическом корпусе комбинированное лопаточное колесо, разделенное промежуточным диском таким образом, что образуются два лопаточных колеса. Первое лопаточное колесо на входе имеет больший внешний диаметр лопаток, а второе лопаточное колесо на выходе имеет меньший внешний диаметр лопаток. При этом диаметр диска существенно больше, чем внешний диаметр лопаток первого колеса. Корпус также содержит расположенный по периметру круговой канал для осаждения улавливаемой пыли.
Основным недостатком известного вентилятора-пылеуловителя является низкая эффективность по напору ввиду противодавления, создаваемого вторым лопаточным колесом. Также преимущественно вертикальное расположение оси вращения создает определенные неудобства в подводе очищаемых газов и размещении привода.
Известен вентилятор-пылеуловитель (см. заявка СА 2930408, МПК В01D 45/14; В01D 45/16, В01D 46/18, В04В 05/12, В07В 07/083, F01M 13/04, опубликована 14.05.2015), включающий корпус с кольцевой камерой, имеющей круговые конические стенки с расположенными на них серповидными дефлекторами, в котором расположено на оси вращения лопаточное колесо. Между сходящимися стенками кольцевой камеры образован круговой остроугольный карман, уменьшающий вторичный подхват уловленной пыли и способствующий ее удалению, что является достоинством данной машины. Известный вентилятор-пылеуловитель имеет сложную конфигурацию внутренних проточных элементов, что способствует забиванию их пылью, а также затрудняет создание многоступенчатых вариантов данной машины. Кроме того, резкая смена направления выходящего из лопаточного колеса скоростного потока на круговой поверхности кольцевой камеры, во-первых, несет риск повышенного абразивного износа данной поверхности, а, во-вторых, ведет к снижению эффективности пылеулавливания за счет дополнительного перемалывания частиц пыли и увеличения доли тонких пылевых фракций.
Известен вентилятор-пылеуловитель (см. заявка GB 776917, МПК В01D 45/14, опубликована 12.06.1957), включающий корпус по меньшей мере с двумя кольцевыми камерами, в которых размещены закрепленные на общей оси вращения лопаточные колеса, при этом последняя по ходу газового потока кольцевая камера имеет в поперечном сечении спиральную форму и снабжена тангенциальным выходным патрубком, в остальные кольцевые камеры снабжены тангенциальными пылеотводящими ступенчатыми каналами, имеют круглую форму поперечного сечения и аксиальные входы и выходы газа. Таким образом, известный вентилятор-пылеуловитель имеет три последовательные напорные ступени, которые, за исключением последней, являются также и пылеулавливающими. Многоступенчатая конструкция вентилятора-пылеуловителя позволяет повысить эффективность пылеулавливания и при этом иметь достаточный напор при уменьшенной частоте вращения лопаточных колес, что очень важно для снижения абразивного износа проточных частей.
Последняя ступень в известном вентиляторе-пылеуловителе не используется для пылеудаления, что снижает общую эффективность пылеулавливания аппарата. Наличие ступенчатых каналов существенно затрудняет удаление выделенной пыли. Прямоугольная форма кольцевых камер с цилиндрическими стенками способствует возникновению интенсивного газопылевого вихря во всем объеме камеры вокруг лопаточного колеса, создавая условия для повторного подхвата выделенной пыли, что увеличивает ее проскок на вход лопаточного колеса следующей ступени.
Известен вентилятор-пылеуловитель (см. заявка CN 205307995, МПК B01D 45/14, опубликована 15.06.2016), совпадающий с заявляемым техническим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятый за прототип. Вентилятор-пылеуловитель-прототип включает корпус с аксиальным входным и тангенциальным выходным патрубками соответственно для подачи и отвода газа, разделенный поперечными кольцевыми перегородками на две кольцевые камеры, снабженные решетчатыми коллекторами с лопатками. В кольцевых камерах на общей составной оси вращения последовательно размещены лопаточные колеса, содержащие передний кольцевой и задний сплошной диски. Передний кольцевой диск содержит входной фланец диска, входящий в центральное отверстие поперечной кольцевой перегородки, оформленное в виде дополнительного уплотнительного кольца. При этом передний диск лопаточного колеса расположен за поперечной кольцевой перегородкой и имеет существенно больший диаметр, чем отверстие поперечной кольцевой перегородки.
В вентиляторе-пылеуловителе использована горизонтальная ось вращения, что позволяет осуществлять прямую выгрузку уловленной пыли из нижней части кольцевых камер, а также создавать многоступенчатые конструкции из однотипных секций с последовательно сочленяемыми осями вращения. В то же время решетчатые коллекторы с лопатками гасят энергию выходящих из межлопаточных каналов потоков и ограничивают скорость их вращательного движения в пространстве кольцевых камер, что ухудшает эффективность пылеотделения, так как именно в процессе этого вращения создается силовое центробежное поле, отводящее частицы пыли на внешние части стенок кольцевых камер. Поверхности кольцевых камер имеют упрощенную прямоугольную форму, поэтому выпавшая вниз пыль вновь беспрепятственно может подхватываться круговыми газовыми потоками и уноситься в следующую ступень. Последняя ступень с лопаточным колесом не используется для пылеулавливания. Все это снижает эффективность пылеулавливания и увеличивает затраты энергии на транспортировку очищаемого газа.
Задачей настоящего технического решения является разработка вентилятора-пылеуловителя, обладающего более высокой эффективностью пылеулавливания в сочетании с более низкими затратами энергии на транспортировку очищаемых газов.
Поставленная задача решается тем, что вентилятор-пылеуловитель включает корпус с входным и выходным патрубками соответственно для подачи и отвода газа, разделенный поперечными кольцевыми перегородками с центральными отверстиями по меньшей мере на две кольцевые камеры. В кольцевых камерах на общей оси вращения последовательно размещены лопаточные колеса, содержащие передний кольцевой и задний сплошной диски. Передние кольцевые диски лопаточных колес размещены в центральных отверстиях поперечных кольцевых перегородок, каждая поперечная кольцевая перегородка выполнена выпуклой навстречу потоку газа, сопрягаясь вблизи центрального отверстия по касательно с поверхностью соответствующего переднего кольцевого диска, при этом сопрягаемые поверхности поперечной кольцевой перегородки и переднего кольцевого диска рабочего колеса содержат уплотнения бесконтактного типа или контактного типа.
Новым в вентиляторе-пылеуловителе является размещение кольцевых дисков лопаточных колес в центральных отверстиях поперечных кольцевых перегородок, выполнение поперечных кольцевых перегородок выпуклыми навстречу потоку газа, сопряжение поверхности каждой поперечной кольцевой перегородки вблизи центрального отверстия по касательной с внутренней поверхностью соответствующего переднего кольцевого диска, снабжение сопрягаемых поверхностей поперечных кольцевых перегородок и передних кольцевых дисков рабочих колес уплотнениями бесконтактного типа или контактного типа.
Выпуклая поверхность поперечной кольцевой перегородки может быть образована вращением образующей в виде по меньшей мере части первой четверти эллипса или окружности.
Сопрягаемые поверхности поперечной кольцевой перегородки и переднего кольцевого диска рабочего колеса могут содержать лабиринтные уплотнения.
Внешние диаметры рабочих колес могут возрастать по ходу потока газа.
Кольцевые камеры могут быть снабжены снизу пылесборными патрубками с герметичными затворами.
Перед первой по ходу газа кольцевой камерой может быть расположена предкамера в форме круглого цилиндра, снабженная пылесборным патрубком с герметичными затвором, в которую тангенциально входит входной патрубок.
Проведенные эксперименты показали, что минимальный радиус образующей выпуклую поверхность поперечной кольцевой перегородки может быть не менее 0,1 внешнего радиуса переднего кольцевого диска, сопрягаемого с этой поверхностью лопаточного колеса, а максимальный радиус образующей выпуклую поверхность поперечной кольцевой перегородки может быть не более внешнего радиуса переднего кольцевого диска, сопрягаемого с этой поверхностью лопаточного колеса.
Настоящий вентилятор-пылеуловитель поясняется чертеж, где
на фиг. 1 приведен первый вариант воплощения настоящего вентилятора-пылеуловителя в продольном разрезе, выполненном по оси вращения;
на фиг. 2 показано второй вариант воплощения настоящего вентилятора-пылеуловителя в продольном разрезе, выполненном по оси вращения;
на фиг. 3 изображен вариант исполнения сопряжения переднего диска лопаточного колеса и поперечной кольцевой перегородки, разделяющей кольцевые камеры, в виде фрагмента продольного разреза, выполненного по оси вращения;
на фиг. 4 представлен третий вариант воплощения настоящего вентилятора-пылеуловителя в продольном разрезе, выполненном по оси вращения;
на фиг. 5 представлен продольный разрез трехступенчатого вентилятора-пылеуловителя с выгрузными затворами, где в его проточных частях показаны схематические процессы движения воздуха и пыли;
на фиг. 6 представлен поперечный разрез вентилятора-пылеуловителя, изображенного на фиг. 5, проходящий через входной патрубок и пылесборный патрубок с герметичным затвором.
Настоящий вентилятор-пылеуловитель, по первому воплощению изобретения (см. фиг. 1), содержит корпус 1, снабженный входным аксиальным патрубком 2 и выходным тангенциальным патрубком 3, и горизонтальную ось вращения в виде общего вала 4, на котором установлены лопаточное колесо 5 первой ступени, лопаточное колесо 6 второй ступени и лопаточное колесо 7 третьей ступени. Каждое из лопаточных колес 5, 6, 7 содержит передний кольцевой диск 8 и задний сплошной диск 9. Вокруг лопаточных колес 5, 6, 7 выполнены кольцевые камеры 10, поперечные кольцевые перегородки 11 которых выполнены выпуклыми навстречу потоку газа, сопрягаясь вблизи центрального отверстия 12 по касательной с поверхностью переднего кольцевого диска 8. Выпуклая поверхность поперечной кольцевой перегородки 11 может быть образована вращением образующей в виде по меньшей мере части первой четверти эллипса или окружности. В отверстия 12 поперечных кольцевых перегородок 11 входят передние кольцевые диски 8 лопаточных колес 5, 6, 7. Все отверстия 12 имеют по существу одинаковые диаметры, обеспечивающие свободную установку оси вращения 4 с лопаточными колесами 5, 6, 7. Между корпусом 1 и сходящимися к нему поперечными кольцевыми перегородками 11 кольцевых камер 10 образованы глухие круговые карманы 13, под которыми размещены пылесборные патрубки 14 с какими-либо затворами герметичного типа (не показаны). Входной патрубок 2 внизу снабжен пылесборным патрубком 15. Общий вал 4 вращается приводом 16, например электромотором. В кольцевой камере 10 последней ступени, на задней поперечной кольцевой перегородкой 11 введен отражатель 17, выполненный в виде плоского кольца; за лопаточным колесом 7 последней ступени установлен барабан 18, входящий в отверстие 12 с некоторым зазором с образованием кругового кольцевого канала 19, сообщающегося с улиткой 20 и выходным патрубком 3.
Настоящий вентилятор-пылеуловитель по второму воплощению изобретения (см. фиг. 2), содержит корпус 101, снабженный входным тангенциальным патрубком 102 и выходным тангенциальным патрубком 103, и горизонтальную ось вращения в виде общего вала 104, на котором установлены лопаточное колесо 105 первой ступени, лопаточное колесо 106 второй ступени и лопаточное колесо 107 третьей ступени. Каждое из лопаточных колес 105, 106, 107 содержит передний кольцевой диск 108 и задний сплошной диск 109. Вокруг лопаточных колес 105, 106, 107 выполнены кольцевые камеры 110, поперечные кольцевые перегородки 111 которых выполнены выпуклыми навстречу потоку газа, сопрягаясь вблизи центрального отверстия 112 по касательной с поверхностью переднего кольцевого диска 108. Выпуклая поверхность поперечной кольцевой перегородки 111 может быть образована вращением образующей в виде по меньшей мере части первой четверти эллипса или окружности. В отверстия 112 поперечных кольцевых перегородок 111 входят передние кольцевые диски 1088 лопаточных колес 105, 106, 107. Все отверстия 112 имеют по существу одинаковые диаметры, обеспечивающие свободную установку оси вращения 104 с лопаточными колесами 105, 106, 107. Между корпусом 101 и сходящимися к нему поперечными кольцевыми перегородками 111 кольцевых камер 110 образованы глухие круговые карманы 113, под которыми размещены пылесборные патрубки 114 с какими-либо затворами герметичного типа (не показаны). Входной тангенциальный патрубок 102 непосредственно примыкает к предкамере 115, устроенной перед лопаточным колесом 105 первой ступени, а ось входного патрубка 102 расположена по касательной к внешней цилиндрической стенке предкамеры 115. Общий вал 104 вращается приводом 116, например электромотором. В кольцевой камере 110 последней ступени, за задней поперечной кольцевой перегородкой 111 введен отражатель 117, выполненный в виде плоского кольца. За лопаточным колесом 107 последней ступени установлен барабан 118, входящий в отверстие 112 с некоторым зазором с образованием кругового кольцевого канала 119, сообщающегося с улиткой 120 и выходным патрубком 103. Выходящий в предкамеру 115 передний диск 108 лопаточного колеса 105 способствует (совместно с тангенциальным расположением входного патрубка 102) вращению пылевоздушной смеси в предкамере 115 и создает условия для отделения и осаждения наиболее крупных пылевых фракций, то есть предкамера 115 служит, главным образом, для уменьшения абразивного износа лопаточных колес 105, 106, 107, а также несколько повышает общую эффективность пылеулавливания вентилятора-пылеуловителя).
Одно из воплощений сопряжения переднего диска лопаточного колеса и радиусной стенки кольцевой камеры представлено на фиг. 3, где вентилятор-пылеуловитель 200 содержит на всех передних кольцевых дисках 201 лопаточных колес 202 утолщение 203 с обработанной цилиндрической поверхностью. Эта поверхность входит в углубление, выполненное в расположенном на кромке поперечной кольцевой перегородки 204 утолщении 205, образуя лабиринтное уплотнение с рабочим зазором «е». Поперечная кольцевая перегородка 204 выполнена и установлена таким образом, что линия «а-б» одновременно является касательной и к внутренней поверхности переднего диска 201, и к самой поверхности поперечной кольцевой перегородки 204 в районе зазора «е».
Настоящий вентилятор-пылеуловитель по третьему воплощению изобретения (см. фиг. 4), также как и по второму воплощению, имеет три ступени, содержит корпус 301, входной тангенциальный патрубок 302, выходной тангенциальный патрубок 303, и горизонтальную ось вращения в виде общего вала 304, на котором установлены лопаточные колеса 105, 106 107. При этом все лопаточные колеса 305, 306, 307 имеют разный внешний диаметр, где лопаточное колесо 305 первой ступени имеет наименьший внешний диаметр, а лопаточное колесо 307 последней третьей ступени - наибольший. Данное решение позволяет понизить окружную скорость вращения пылевоздушного кольца и уменьшить абразивную нагрузку в кольцевой камере 110 первой ступени и увеличить указанную скорость в последней ступени, что необходимо для отделения более тонких фракций пыли. Также обеспечиваются более удобные монтаж и выемка ротора с лопаточными колесам 305, 306, 307 в перегородках корпуса 301). Каждое из лопаточных колес 305, 306, 307 содержит передний кольцевой диск 308 и задний сплошной диск 309. Вокруг лопаточных колес 305, 306, 307 выполнены кольцевые камеры 310, поперечные кольцевые перегородки 311 которых выполнены выпуклыми навстречу потоку газа, сопрягаясь вблизи центрального отверстия 312 по касательной с поверхностью переднего кольцевого диска 308. Выпуклая поверхность поперечной кольцевой перегородки 311 может быть образована вращением образующей в виде по меньшей мере части первой четверти эллипса или окружности. Между корпусом 301 и сходящимися к нему поперечными кольцевыми перегородками 311 кольцевых камер 310 образованы глухие круговые карманы 313, под которыми размещены пылесборные патрубки 314 с какими-либо затворами герметичного типа (не показаны). Входной тангенциальный патрубок 302 входит в предкамеру 315, расположенную перед лопаточным колесом 305, а ось входного патрубка 102 расположена по касательной к внешней круглой цилиндрической стенке предкамеры 315. Общий вал 104 вращается приводом 316, например электромотором. В кольцевой камере 310 последней ступени, за задней поперечной кольцевой перегородкой 311 введен отражатель 317, выполненный в виде плоского кольца. За лопаточным колесом 107 последней ступени установлен барабан 318.
Рассмотрим работу вентилятора-пылеуловителя на примере трехступенчатой машины (см. на фиг. 5, фиг. 6) в предположении, что он используется для очистки воздуха от пыли, включающей крупные и мелкие фракции (ход воздуха показан тонкими стрелками). Настоящий вентилятор-пылеуловитель содержит общий вал 401 с лопаточными колесами 402, кольцевую камеру 403 первой ступени, кольцевую камеру 404 второй ступени, кольцевую камеру 405 третьей ступени, сообщающуюся через кольцевой круговой канал 406 с выпускным патрубком 407 (см. фиг. 6). Перед лопаточным колесом 402 первой ступени расположена предкамера 408 для предварительной очистки с установленным тангенциально входным патрубком 409 (см. фиг. 6), расположенным таким образом, что направление движения потока совпадает с направлением вращения лопаточных колес 402. Под всеми кольцевыми камерами 403, 404, 405 и предкамерой 408, расположены пылесборные патрубки 410 и герметичные роторные затворы 411, действующие от общего привода. Вентилятор-пылеуловитель содержит также глухие круговые карманы 412, круглый цилиндрический барабан 413, отражатель 414 в виде плоского кольца, выходную улитку 415.
При вращении лопаточных колес 402 в их межлопаточных каналах создается динамический напор, вызывающий движение находящегося в указанных каналах воздуха, что инициирует подсос воздуха во входной патрубок 409 и выталкивание воздуха в выпускной патрубок 407 (предполагается, что создаваемый вентилятором-пылеуловителем напор позволяет преодолевать сопротивление подключенных к нему сетей). Тангенциальное направление скорости втекающего потока, а также вращение открытого переднего диска лопаточного колеса 402 первой ступени создают условия для образования в предкамере 408 вращающегося воздушно-пылевого кольца. При этом в его объеме создается поле центробежных и кориолисовых сил, под действием которых находящиеся в воздухе частицы пыли стремятся к внешнему радиусу вращения и, затормаживаясь в пристеночном слое, задерживаются в пылесборном патрубке 410 для последующего удаления через затвор 411. В предкамере 408 создается относительно умеренная скорость вращения воздушного потока, что позволяет отделять наиболее крупные фракции пыли и, тем самым, снизить абразивный износ лопаточного колеса 402 первой ступени. Из предкамеры 408 воздушный поток попадает на вход лопаточного колеса 402 и выбрасывается в кольцевую камеру 403 первой ступени, где также образуется воздушно-пылевое кольцо, но - с более интенсивным вращением. При вращении воздушного кольца силовое поле центробежных сил выталкивает частицы пыли к внешнему радиусу вращения, где образуется пристеночный кольцевой слой воздуха с повышенной концентрацией пыли. Вращаясь, этот слой двигается в сторону глухого кругового кармана 412, где в зоне сходящихся поверхностей передний фронт этого слоя затормаживается, благодаря чему часть пыли задерживается в пылесборном патрубке 410 и удаляется через затвор 411. Таким образом, в ступени идет непрерывный процесс образования более насыщенного пылью кругового пристеночного слоя, движущегося с некоторой осевой скоростью в глухой круговой карман 412, где часть пыли отводится, а на вход лопаточного колеса 402 второй ступени подается воздух уже с меньшим содержанием пыли. Заметим, хотя плотность пыли на порядки выше плотности воздуха, на процесс центробежно-силового перехода частиц пыли к внешнему радиусу вращающего воздушного кольца значительное сопротивление оказывает вязкость воздуха и, чем меньше частицы пыли, тем большее вязкостное сопротивление они испытывают. Кроме того, существенную проблему создают внутри объемные вихри, создающие хаотичное перемешивание пылевых частиц и еще более снижающие эффективность отвода пыли. В этой связи, выполненная в настоящем вентиляторе-пылеуловителе выпуклая форма поверхности кольцевых перегородок кольцевых камер 403, 404, 405, образованная вращением образующей в виде по меньшей мере части первой четверти эллипса или окружности, бесступенчатое сопряжение поверхностей лопаточных колес 402 и камер 403, 404, 405 способствуют безударному и плавному выходу потока из межлопаточных каналов, что уменьшает дальнейшее хаотичное перемешивание слоев внутри вращающегося воздушного кольца и повышает эффективность пылеотделения. Другой особенностью настоящего вентилятора-пылеуловителя является наличие открытого переднего диска лопаточного колеса 402 следующей ступени, вращающегося в объеме кольцевой камер предыдущей ступени. Данное решение уменьшает подхват пыли на вход лопаточного колеса 402 из низкоскоростного концентрированного пылевоздушного слоя, стекающего по задней стенке в пылесборный патрубок 410. То есть, указанный диск создает преграду для концентрированной аэрозоли, и в следующую ступень воздух поступает из межколесного пространства - в этой зоне кольцевой камеры воздух имеет наименьшую концентрацию пыли. Отличия в работе второй и третьей ступеней заключаются в том, что поступающий на очистку воздух имеет все более и более низкую концентрацию пыли, включающей все более тонкие фракции. Поэтому проходные сечения пылесборных патрубков 410 и затворов 411 в последующих ступенях целесообразно уменьшать. Также все большее значение приобретают указанные выше конструктивные меры для организации плавного кругового течения в кольцевых камерах 403, 404, 405, с минимизацией завихрений и перемешиваний аэрозольной среды, так как в последующих ступенях существенно возрастает негативное влияние вязкости воздуха на процессы центробежной сепарации. Выход очищенного воздуха из третьей ступени производится через кольцевой круговой канал 406, при этом цилиндрическая поверхность барабана 413 обеспечивает поддержание некоторой окружной скорости выходящего через кольцевой круговой канал 406 потока, что ограничивает подхват пыли выходящим потоком очищенного воздуха. Этому также способствует отражатель 414. Из последней ступени очищенный воздух отводится через выходную улитку 415, которая служит как для выравнивания поля скоростей, так и для снижения конечной скорости в выпускном патрубке машины.
Отличие в работе вентилятора-пылеуловителя, у которого диаметр лопаточных колес увеличивается от первой ступени к последующей (см. фиг. 3), заключается: во-первых, в снижении абразивной нагрузки на проточные поверхности первой ступени; во-вторых, вращающийся в кольцевой камере первой ступени пылегазовый поток имеет более плавное течение, с меньшей склонностью к вихреобразованию. Это очень важно для поддержания эффективности очистки, так как вихреобразование в первой ступени (где поток имеет наибольшую концентрацию пыли) приводит к дополнительному перемолу частиц крупных фракций и росту концентрации трудно улавливаемых тонких фракций. В настоящем вентиляторе-пылеуловителе интенсивность кругового вращения воздушных колец в кольцевых камерах последующих ступеней возрастает, соответственно возрастают и центробежные силы, что позволяет эффективнее отделять более тонкие фракции пыли в конечных ступенях.
По сравнению с прототипом, достоинством настоящего вентилятора-пылеуловителя является удобный монтаж-демонтаж выполненного заодно с лопаточными колесами ротора, вставляемого в последовательно уменьшающиеся расточки в стенках кольцевых камер. Данное упрощение конструкции позволяет увеличить количество ступеней без существенного роста производственных и эксплуатационных затрат. При этом зазор в сопряжениях колесных дисков и стенок может быть несколько увеличен без опасения, что возникнут существенные обратные перетекания из последующей ступени, чему способствую два фактора. С одной стороны, выходящий из лопаточного колеса скоростной поток создает разряжение в зазоре, работающее на встречный присос воздуха из предыдущей ступени, что нейтрализует обратные токи из-за разности статического давления между кольцевыми камерами смежных ступеней. С другой стороны, в многоступенчатом вентиляторе-пылеуловителе перепад давлений между самими ступенями составляет, по сути, малую величину, которая снижается по мере роста количества ступеней. То есть, усложнение производства и монтажа при увеличении количества ступеней компенсируется увеличением монтажного зазора в сопряжениях колесных дисков и стенок кольцевых камер.
3
Эффективность настоящего изобретения была подтверждена испытаниями опытного двухступенчатого вентилятора-пылеуловителя, который был выполнен следующим образом. На удлиненный вал электродвигателя (мощность 7,5 кВт, 1500 об/мин.) были посажены два радиальных лопаточных колеса с наружными диаметрами 440 мм, внутренний диаметр входа 150 мм, ширина прямых лопаток (12 шт. ) 40 мм. Кольцевые камеры включали три кольцевые перегородки, которые были изготовлены путем выколотки из алюминиевых листов, стенки и цилиндрические обечайки были собраны на сварке (на прихватках) и покрыты герметиком на стыках. Сопряжения передних дисков колес и кольцевых перегородок (зазор по диаметру около 2 мм) были выполнены путем приклейки к кольцевым перегородкам проточенных стальных колец с центровкой на цилиндрическом кондукторе. Машина включалась через инвертор и испытания были проведены на трех значениях: 500 об/мин, 750 об/мин, 1000 об/мин. При испытаниях мерное количество смеси цементной и меловой пыли равномерно подавалось на вход вентилятора-пылеуловителя, затем его аккуратно разбирали, вычищали и взвешивали пыль, осевшую в кольцевых камерах. Пыль подавалась непосредственно на вход предкамеры. Напор и расход измеряли отдельно после присоединения мерной трубы. Наибольшая эффективность пылеулавливания наблюдалась на частоте около 1000 об/мин, при этом на вход подавали смесь цементной и меловой пыли концентрацией около 10 г/м. После серии замеров средняя эффективность пылеулавливания по ступеням составила следующие величины: предкамера - 39%; первая ступень - 66%, вторая ступень - около 45%. То есть, общий проскок пыли после предкамеры составил 61%, после первой ступени - около 21%, после второй - 12% от общей массы пыли. Общая эффективность пылеулавливания, соответственно, составила 88%. При наличии пылесборных патрубков в кольцевых камерах и предкамере эффективность пылеулавливания могла быть выше, так как при замерах после каждой разборки камер в них находилось много пыли, которая, по-видимому, подхватывалась и уносилась дальше, ухудшая показатели очистки.
Испытания опытного образца настоящего вентилятора-пылеуловителя, изготовленного в самом упрощенном варианте, показали, действенность заявляемых решений, которые позволяют создавать многоступенчатые вентиляторы-пылеуловители с высокой эффективностью пылеудаления в сочетании с низким износом проточных частей. Достоинства настоящего многоступенчатого вентилятора-пылеуловителя демонстрируются следующими расчетами на базе данных, полученных на опытном образце, выполненном в упрощенном варианте. Условно, расчетным путем, расширим данную машину до пяти ступеней очистки и предположим, что эффективность очистки воздуха от пыли в третьей ступени составит 40%, в четвертой - 30% и в пятой - 25%. В этом случае общая эффективность пылеулавливания машины составит уже 96%, что является очень хорошим показателем для динамического аппарата. При изготовлении настоящего вентилятора-пылеуловителя с тщательной проработкой всех элементов, что вполне может быть увеличить эффективность каждой ступени и предкамеры, например, на 20%, то ее общая эффективность пылеулавливания достигнет величины более 99,5%. При этом настоящий вентилятор-пылеуловитель, кроме очистки воздуха, будет создавать также и дополнительный напор, тогда как циклоны и фильтры, напротив, нуждаются в установке тяговых вентиляторов.