"Пылеуловитель-классификатор"

Полезная модель относится к области очистки и классификации газопылевых потоков от пыли. Предлагаемый пылеуловитель может быть использован в горной, горноперерабатывающей, химической, фармацевтической, пищевой, строительной и других отраслях промышленности.
Из уровня техники известен пылеуловитель, включающий корпус, входной патрубок, завихрительное устройство, экран в виде цилиндра, расположенный под завихрительным устройством, патрубок очищенного газа, приемный бункер для сбора пыли. Подача газопылевого потока производится сверху пылеуловителя через завихритель с неподвижно закрепленными лопатками, при этом обеспечивается постоянное соотношение между скоростями вращательного и поступательного движений (См. Муратова К.М. и др., «Пылеулавливание и классификация в центробежно-инерционных аппаратах», Известия ТулГУ, Науки о Земле, 2014, вып.4, с.47-57, /1/ Чистяков Я.В. и др., «Повышение эффективности отделения мелкодисперсной пыли в центробежно-инерционных аппаратах пылеулавливания», Известия ТулГУ, Науки о Земле, 2015, вып.3, с.42-51, /2/ или Чистяков Я.В. и др., «Основы сепарации мелкодисперсной пыли в центробежно-инерционном пылеуловителе», Экология и промышленность России, 2016, Т. 20, № 8, с.20-27, /3/).
Указанные аппараты обладают рядом недостатков: высокие энергозатраты на преодоление гидравлического сопротивления, сложность конструкции и управления процессом пылеулавливания и, как следствие, невысокая степень надежности работы аппарата, особенно для улавливания мелкодисперсной пыли.
Наиболее близким к заявленному изобретению является патент на полезную модель № 176513 «Пылеуловитель-классификатор» (Муратова К.М., Чистяков Я.В., Махнин А.А., Дубов Г.А.), включающий корпус с размещенным в нем осевым патрубком ввода газопылевого потока сверху пылеуловителя, на конце которого установлено неподвижное завихрительное устройство оригинальной конструкции, выполненное в виде полого диска с закрепленными в нем подвижными профилированными лопатками, осевой патрубок вывода очищенного газа, при этом пылеуловитель снабжен экраном в виде цилиндра, расположенным под завихрителем и верхним основанием, укрепленным по наружному нижнему краю диска; наиболее крупные частицы газопылевого потока после выхода из завихрителя за счет центробежных сил со скоростью 15-20 м/с прижимаются к корпусу пылеуловителя и за счет линейных и центробежных сил, а также сил тяжести опускаются в один из приемных бункеров.
Недостатком известного пылеуловителя-классификатора является то, что для обеспечения общей высокой эффективности сепарации пыли из-за отсутствия адекватной программы расчета сепарации и возможности визуализации процесса сепарации мелкодисперсной пыли в центробежно-инерционных пылеуловителях не было возможности прогнозировать поведение не только очищаемых нисходящих газопылевых потоков, но и предсказывать влияние технологических параметров очистки на производительность и эффективность пылеуловителя при постоянной технологической нагрузке. Частично эти недостатки были устранены разработкой математического комплекса «Gas2-Separator» (Свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ № 2017663432) и в патенте на полезную модель «Пылеуловитель-классификатор» № 176513 (Муратова К.М., Чистяков Я.В., Махнин А.А., Дубов Г.А.). Однако сравнительно малая линейная скорость инерционной составляющей сепарации в месте разворота газопылевого потока на 180° и наличие внутренних турбулентных циркуляционных потоков в основном объеме пылеуловителя после разворота газопылевого потока на 180° и вовлечение в эти вихри мелкодисперсной пыли, приводит к снижению общей эффективности сепарации и классификации пыли, особенно при постоянных технологических нагрузках.
Задача предлагаемой полезной модели - создание пылеуловителя-классификатора, позволяющего проводить процесс сепарации и классификации пыли из газопылевого потока за счет прогнозируемого перераспределения соотношения между линейной и угловой вращательной скоростями и возможности снижения внутренних циркуляционных турбулентных потоков в зоне действия инерционных сил после разворота газопылевого потока на 180°, изменяя некоторые внутренние конструктивные элементы аппарата, что в целом должно привести к повышению общей эффективности сепарации газопылевого потока за счет снижения вторичного уноса мелкодисперсной пыли.
Поставленная задача решается тем, что в пылеуловителе, включающем корпус, осевой патрубок входа газопылевого потока в завихрительное устройство, патрубок выхода очищенного газа, экран в виде цилиндра, расположенный под завихрительным устройством, приемные бункеры для сбора пыли, подача газопылевого потока производится сверху пылеуловителя через завихрительное устройство, в котором расположены регулируемые закручивающие лопатки, способствующие закручиванию газопылевого потока и позволяющие обеспечить предсказуемое расчетом влияние на соотношение между линейной и угловой вращательной скоростями газопылевого потока. Закрепленные на верхнем и нижнем диске завихрительного устройства вогнутые закручивающие лопатки выполнены подвижными с возможностью поворота вокруг неподвижно установленной оси и имеющие возможность фиксировано поворачиваться на необходимый угол ϕ, не превышающий 45°,а в пространстве между корпусом и экраном после выхода газопылевой смеси из завихрительного устройства и перед патрубком вывода первой мелкодисперсной фракции пыли на входе в приёмный бункер выполнено кольцевое расширение корпуса; при этом происходит дополнительное перераспределение между нисходящими газопылевыми потоками за счет увеличения  диаметра корпуса перед патрубком вывода фракции мелкодисперсной пыли.
Эффективность работы подтверждается расчетами на программном продукте «Gas2-Separator» и опытными экспериментами на центробежно-инерционном пылеуловителе.
Фиг. 1 - Прототип
На фиг. 2 изображено устройство пылеуловителя-классификатора. Пылеуловитель-классификатор состоит из корпуса 1, входного патрубка 2, завихрительного устройства 3 с кольцевым расширением корпуса 8, экрана 4, патрубка вывода очищенного газа 5, бункеров для сбора пыли 6,7. Конструктивно уменьшение линейной скорости, направленной между корпусом и экраном сверху вниз, и скорости углового вращательного движения газопылевого потока между корпусом и экраном в районе патрубка вывода первой фракции пыли, обеспечиваемой закручивающим устройством и дополнительно расширением корпуса, позволит изменить дисперсность выводимой газопылевой фазы в сторону мелкодисперсной составляющей пыли.
Предлагаемый пылеуловитель-классификатор работает следующим образом.
Газопылевой поток вводится в верхнюю часть аппарата через входной патрубок 2 и завихрительное устройство 3 с вогнутыми подвижными лопатками. Газопылевой поток, опускаясь по спирали вниз, после выхода из пространства между корпусом и экраном поворачивается на 180° и по внутренней спирали меньшего радиуса (между экраном и верхней частью патрубка вывода газа) попадает под завихрительное устройство, а затем, снова изменив свое направление на 180°, уже очищенный газ поступает в патрубок вывода очищенного газа 5. Первая фракция выводимой мелкодисперсной пыли попадает в бункер 6, а другая часть под действием сил тяжести попадает в приемный бункер 7. Таким образом для увеличения доли мелкодисперсной пыли в первом бункере 6 перед ним выполнено кольцевое расширения корпуса (фиг. 2).
В случае технологической необходимости для оперативной корректировки соотношения в размерах выводимых уловленных частиц газопылевых фракциях (бункер 6 и 7) могут быть использованы подвижные лопатки, позволяющие перераспределять соотношение между линейной и угловой вращательной скоростями соответственно и изменить дисперсность улавливаемых продуктов в бункерах.
Возможность увеличения общей эффективности процесса сепарации  и классификации пыли за счет предлагаемых мероприятий подтверждена как на математической модели, так и экспериментами на опытной установке.