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 ионизации газового потока в центробежном электрическом поле циклона.
Технический результат достигается тем, что циклон, состоящий из корпуса с крышкой с улиточным завихрителем, тангенциального входного и осевого выходного патрубка, усеченного конического бункера с патрубком выхода шлама, в корпус дополнительно введены коронирующая сетка с коронирующими иглами, осадительный электрод, анодная сетка, усеченный конус, отбойник и изолятор, осевой выходной патрубок выполнен по всей длине корпуса, коронирующая сетка в форме цилиндра с радиальными коронирующими иглами, установлена соосно и с зазором к осевому выходному патрубку по всей его длине, осадительный электрод в форме цилиндра установлен вдоль стенки корпуса, анодная сетка в форме цилиндра установлена соосно корпусу между осадительным электродом и коронирующей сеткой, причем осадительный электрод, анодная сетка и коронирующая сетка закреплены своими верхними концами через изолятор к крышке устройства, а нижним концом анодная сетка закреплена к усеченному конусу, который выполнен из изоляционного материала и меньшим основанием жестко закреплен к нижнему концу осевого выходного патрубка, с внутренней стороны усеченного конического бункера с выходным патрубком жестко установлен на ножках отбойник.
Постановка в циклон коронирующей сетки с коронирующими иглами и осадительного электрода позволяет повысить качество очистки газового потока, за счет наличия в циклоне электрического поля, ионизирующего газовый поток.
Постановка анодной сетки позволяет ускорять электроны, испускаемые коронирующими иглами.
Поскольку сетка расположена к катоду ближе, чем анод, ее потенциал влияет на анодный ток сильнее, чем напряжение на аноде. Отрицательный потенциал управляющей сетки понижает анодный ток относительно того значения, которое он имел бы в отсутствие сетки. Достаточно большой по абсолютной величине отрицательный потенциал управляющей сетки может вовсе прекратить анодный ток, свести его к нулю. Изменяя значение потенциала сетки, тем самым можно изменять величину анодного тока, что в конечном счете снижает энергозатраты на питание электродов.
Наличие анодной сетки позволяет формировать газовый поток, основная часть которого движется между анодной сеткой и осадительным электродом, тем самым увеличить свободную длину пробега части электронов, что непосредственно влияет на величину кинетической энергии электрона.
Кинетическая энергия электрона перед очередным столкновением с нейтральным атомом или молекулой пропорциональна напряженности электрического поля Е и длине свободного пробега электрона λ:
где m - масса электрона,
е - заряд электрона,
ν - скорость электрона.
На фиг.1 показан циклон,
на фиг.2 вид сверху фиг.1,
на фиг.3 разрез А-А фиг.1,
Циклон состоит из корпуса 1 выполненного из изоляционного материала, крышки 2 с тангенциальным входным патрубком 3, улиточным завихрителем 4 и осевым выходным патрубком 5, установленным соосно корпусу по всей его длине, бункера 6 с отбойником 7 и патрубком выхода шлама 8, коронирующей сетки 9 в форме цилиндра с радиальными коронирующими иглами 10, установленной соосно выходному патрубку и с зазором к нему, осадительного электрода 11 в форме цилиндра, установленного в корпусе, анодной сетки 12 в форме цилиндра, установленной соосно корпусу между осадительным электродом и коронирующей сеткой и закрепленной нижним концом к усеченному конусу 13, который выполнен из изоляционного материала и в меньшим основанием жестко закреплен к нижнему концу выходного патрубка, изоляционной пластины 14, к которой своими верхними концами закреплены коронирующая сетка, анодная сетка и осадительный электрод.
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 межэлектродное пространство, закручивается в спираль и движется далее по нисходящей винтовой линии вдоль стенок корпуса 1.
При прохождении газа со взвешенными дисперсными частицами в межэлектродном пространстве дисперсные частицы приобретают отрицательный заряд и под действием электрического поля перемещаются к положительно заряженному осадительному электроду 11. Дисперсные частицы приобретают отрицательный заряд при помощи коронирующих игл 10, с которых происходит сход электронов в сторону осадительного электрода.
В результате отрицательно заряженные дисперсные частицы под действием центробежной силы движутся к стенке корпуса в электрическом поле. Достигнув стенок корпуса, они теряют свою кинетическую энергию и падают в бункер 6, а очищенный от твердых частиц и аэрозолей воздух выводится из устройства через осевой выходной патрубок 5.
Для предотвращения вторичного пылеуноса на пути выхода шлама из бункера установлен отбойник 7, который выполнен конусообразным. Дисперсные частицы, ударившись о конусообразную поверхность отбойника, теряют свою скорость и скатываются по его поверхности вниз, откуда далее направляются к патрубку выхода шлама 8.
Для ускорения электронов, испускаемых коронирующими иглами, в устройство введена анодная сетка 12 в форме цилиндра, которая установлена между осадительным электродом и коронирующей сеткой 9 с коронирующими иглами, причем ближе к осадительному электроду.
Цилиндрическая анодная сетка и осадительный электрод создают канал, по которому движется очищаемый газовый поток. Наличие анодной сетки способствует формированию газового потока, основная часть которого движется между анодной сеткой и осадительным электродом.
Таким образом, создается разряжение воздуха между анодной и коронирующей сетками, в результате чего, увеличивается свободная длина пробега части электронов, испускаемых коронирующими иглами, что непосредственно влияет на величину кинетической энергии электрона. Чем больше величина кинетической энергии электрона, тем проще электрону ионизировать газ. Таким образом, постановка анодной сетки в устройство между коронирующей сеткой и осадительным электродом позволяет повысить качество очистки газового потока.
В случае проникновения дисперсных частиц в пространство между анодной сеткой и коронирующей сеткой, дисперсные частицы, ударившись об усеченный конус 13, скатятся по его покатой поверхности в бункер.
Предлагаемое устройство позволяет повысить качество очистки газа от мелкодисперсных компонентов в 1,5-2 раза.