ЦИКЛОН
CYCLONE

Изобретение относится к аппаратам центробежного типа и может быть использовано для очистки газов от пыли в системах газоочистки в химической, пищевой, строительной, фармацевтической и других отраслях промышленности.
Известен циклон (патент РФ №2006291, опубл. 30.01.1994), содержащий цилиндроконический или конический корпус, тангенциальный входной патрубок, осевые входной и пылевыгрузочный патрубки, соосно установленную внутри корпуса перфорированную камеру - организатор потока.
Недостатками данного циклона являются:
- трудоемкость изготовления перфорированной камеры;
- сложность в настройке и подборе перфорации организатора потока для агрессивной или ядовитой пыли;
- одностадийность очистки приводит к частичному радиальному уносу мелкодисперсной пыли в выхлопной патрубок.
Известен двухступенчатый циклон (патент РФ №2019306, опубл. 15.09.1994) (прототип), содержащий наружную и внутреннюю циклонные камеры, установленные концентрично и разделенные перфорированной перегородкой. Циклонные камеры снабжены крышкой, в которой выполнены внешний и внутренний кольцевые щелеобразные каналы. В стенке внутренней циклонной камеры выполнены окна, вертикальные кромки которых снабжены изогнутыми пластинами, конец которых укреплен на выходном патрубке. Между стенкой внутренней циклонной камеры и выхлопной трубой концентрично им у внешнего диаметра внутреннего кольцевого щелеобразного канала смонтирована еще одна перфорированная перегородка.
Недостатками данного циклона являются:
- сложность и металлоемкость конструкции;
- движение загрязненного и очищенного потоков во встречных направлениях возле наружной стенки внутренней циклонной камеры, разделенной перегородкой;
- частичный унос загрязненного воздуха через выхлопной патрубок;
- высокое гидравлическое сопротивление циклона из-за наличия большого количества щелей, перегородок и встречных потоков;
- высокая вероятность сводообразования из частиц пыли на крышке между внутренней стенкой наружной циклонной камеры и наружным кольцевым каналом.
Задача, решаемая изобретением, - повышение эффективности очистки газов от пыли, снижение гидравлического сопротивления циклона, исключение образования пылевых сводов в тупиковых пространствах циклона, снижение степени влажности очищаемого воздуха.
Поставленная задача решается тем, что в циклоне, содержащем концентрично установленные снабженные крышкой внутреннюю и наружную циклонные камеры, входной тангенциальный патрубок, выхлопную трубу, к нижним частям выхлопной трубы и внутренней циклонной камеры присоединен конфузор, а от места подсоединения входного патрубка на внутренней поверхности наружной циклонной камеры и внешней поверхности внутренней циклонной камеры равномерно по винтовой линии угловой протяженностью 360 градусов размещены лопасти, образующие по ходу движения пылегазовой смеси конструкцию, исключающую унос оседающих частиц пыли во внутреннюю циклонную камеру. Каждая лопасть выполнена в форме участка цилиндрической поверхности, ось которой лежит на стенке внутренней или наружной циклонной камер соответственно, а направляющей является окружность с радиусом, равным радиусу наружной циклонной камеры. Высота лопасти равна высоте сечения входного тангенциального патрубка. Угол наклона винтовой линии, ширина лопасти и расстояние между лопастями выбраны таким образом, что площадь проходного сечения указанной конструкции равна площади проходного сечения входного патрубка.
На фиг.1 показан общий вид циклона; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - сечение В-В на фиг.1.
Циклон содержит концентрично установленные цилиндроконическую наружную циклонную камеру 1 (см. фиг.1) со стенкой 2 и цилиндрическую внутреннюю циклонную камеру 3 со стенкой 4, снабженные крышкой 5, входной тангенциальный патрубок 6, присоединенный к наружной циклонной камере 1, осевую выхлопную трубу 7 и выгрузной патрубок 8. К нижним частям выхлопной трубы 7 и стенки 4 внутренней циклонной камеры 3 коаксиально присоединен конфузор 9, снабженный завихрителями 10 и 11. От места подсоединения тангенциального патрубка 6 к циклону на внутренней стороне стенки 2 и наружной стороне стенки 4 по винтовой линии угловой протяженностью 360 градусов размещены лопасти 12, образующие конструкцию 13, исключающую унос оседающих частиц пыли во внутреннюю циклонную камеру 3 (см. фиг.4). Площадь проходного сечения конструкции 13 равна площади проходного сечения входного патрубка 6. Каждая лопасть 12 выполнена в форме участка цилиндрической поверхности, ось которой лежит на стенке внутренней 3 или наружной 1 циклонных камер соответственно, а направляющей является окружность с радиусом, равным радиусу наружной циклонной камеры 1. Высота лопастей 12 равна высоте сечения входного тангенциального патрубка 6.
Циклон работает следующим образом.
Пылегазовая смесь по входному патрубку 6 поступает тангенциально (по касательной) в наружную циклонную камеру 1. Частицы пыли, проходя через конструкцию 13, отбрасываются лопастями 12 к внутренней поверхности стенки 2.
Лопасти 12 конструкции 13, выполненные в форме участка цилиндрической поверхности, направляющая которой является окружностью с радиусом, равным радиусу наружной циклонной камеры 1, позволяют при тангенциальной подаче запыленного воздуха в наружную циклонную камеру 1 отбрасывать наибольшую часть частиц пыли от стенки 4 к стенке 2 и исключают унос оседающих частиц пыли во внутреннюю циклонную камеру 3.
Угол присоединения лопасти 12 к внутренней поверхности стенки 2 или внешней поверхности стенки 4, обеспеченный тем, что ось цилиндрической поверхности, в виде участка которой выполнена каждая лопасть 12, лежит на боковой поверхности наружной 1 или внутренней 3 циклонных камер соответственно, предотвращает завихрение пылегазовой смеси в пространстве за лопастью 12.
Так как площадь проходного сечения конструкции 13 равна площади проходного сечения входного патрубка 6, конструкция 13 не создает дополнительного сопротивления, и удельная проводимость циклона не уменьшается.
Пропускание запыленного газового потока через конструкцию 13 сопровождается вибрацией и небольшим прогревом газового потока, уменьшающим влажность поступающей пылегазовой смеси, исключающим образование конденсата и предотвращающим сводообразование из частиц пыли на внутренней поверхности крышки 5.
Закрученный поток газовой смеси с частицами пыли, проходя конструкцию 13, теряет скорость и опускается вниз по спирали к выгрузному патрубку 8. При переходе от цилиндрической к конической части наружной циклонной камеры 1 газовый поток меняет направление на противоположное и поднимается в виде внутреннего закрученного потока между внутренней поверхностью стенки 4 и внешней стенкой конфузора 9. При этом внутренний поток захватывает более мелкие, не успевшие дойти до стенки 2 частицы пыли из внешнего потока. Завихритель 10 способствует раскручиванию очищенного от крупных частиц пыли внутреннего потока, направляя поток к внутренней поверхности стенки 4. Стенка 4 разделяет внешний и внутренний потоки, не позволяя им смешиваться друг с другом. При этом частицы пыли, увлекаемые внешним потоком к стенке 2, не захватываются внутренним очищенным потоком, содержащим лишь мелкие частицы пыли. Конфузор 9, плавно уменьшая проходное сечение внутренней циклонной камеры 3, увеличивает (повышает) скорость внутреннего закрученного потока. Данный поток, дойдя по внутренней циклонной камере 3 до крышки 5, изменяет направление и в виде закрученного потока устремляется в пространство, заключенное между выхлопной трубой 7 и внутренней поверхностью конфузора 9. Мелкие частицы пыли, проходя через завихритель 11, закручиваются и отбрасываются, отделяясь от потока, к внутренней стенке конфузора 9 (с нулевой скоростью потока) и ссыпаются к выгрузному патрубку 8. Очищенный воздушный поток, попав в область пониженного давления, изменяет направление и устремляется к выхлопной трубе 7.
В результате того, что в данной конструкции циклона реализована трехступенчатая очистка газов от пыли, применение предлагаемого изобретения позволяет на той же производственной площади, что и в прототипе, повысить эффективность улавливания мелких частиц.
Уменьшение количества перегородок и щелей обеспечивает при упрощении конструкции ликвидацию встречных потоков и снижение гидравлического сопротивления циклона.
Использование лопастей предложенной конфигурации, их расположение предотвращает образование пылевых сводов в тупиковых пространствах циклона, снижает влажность удаляемого воздуха.