Устройство центробежной очистки аэрогидропотока

Полезная модель относится к области очистки газа от примесей, в частности к устройствам очистки газа с применением центробежной силы, и может быть использована в газовой, газодобывающей, нефтяной, химической и других отраслях промышленности.
Известно устройство центробежной очистки аэродисперсного пылевого потока, содержащее корпус конусообразной формы, входной тангенциальный патрубок, связанный с корпусом, винтовую распределительную камеру с выходами на винтовые центробежные каналы конической винтовой вставки, радиально расположенные в индивидуальных корпусах, выхлопную трубу с конической формой, рециркуляционную трубу с выводным каналом, нижний конический корпус и герметичное выводное устройство, соотношение входного сечения винтового центробежного канала к выходному сечению меняется постепенным уменьшением ширины поверхности прямого винтового коноида и его шага (см. патент РФ № 2664985 по МПК B07B 7/08,опубл.24.08.2018.).
Недостатком данного устройства является сложность конструкции, недостаточная степень очистки проходящего через него аэрогидропотока с малой производительностью, что обусловлено более высоким сопротивлением аэрогидропотоку, как в винтовой распределительной камере, так и в радиально расположенных индивидуальных корпусах с винтовыми центробежными каналами.
Наиболее близким по технической сущности является устройство центробежной очистки аэрогидропотока, содержащее корпус конусообразной формы, входной тангенциальный патрубок, связанный с корпусом, коническую винтовую вставку, отводящие окна, выхлопную трубу, причем коническая винтовая вставка расположена на выхлопной трубе, коническая винтовая вставка состоит из винтовых секций, расположенных соосно одна в другой, образуя винтовые каналы, соотношение площади сечения входного канала винтовой вставки к площади сечения выходного канала неизменно и находится в пропорции 2:1, шаг спирали конической винтовой вставки имеет постоянное значение, выход из конической винтовой вставки соединён посредством воздуховода с входным тангенциальным патрубком, во входном тангенциальным патрубке конической винтовой вставки и на каждом витке конической винтовой вставки за 1/4 оборота до отводящего окна выполнены отражательные экраны в виде вертикальных пластин, расположенных под углом 1 - 1,5 градусов к вектору направления движения потока, винтовая секция конической винтовой вставки имеет четыре витка, выхлопная труба выполнена в виде конфузора, отводящие окна конической обечайки, охватывающей винтовую секцию, расположены на одной стороне конической обечайки в соответствии каждому витку винтовой секции, отводящие окна снаружи имеют отражательные козырьки (см. патент РФ на полезную модель № 196083 по МПК B01D 45/12, опубл. 14.02.2020.).
Недостатком известного устройства является сложность конструкции, пониженная эффективность очистки технологического газа, обусловленная резким переходом тонких частиц на восходящую траекторию и уносом в выхлопную трубу с очищенным воздушным потоком.
Техническим результатом является повышение качества очистки аэрогидропотока от примесей с повышенной производительностью за счет более полного рационального использования энергии потока газа, что достигается увеличением сопротивления конической винтовой вставки вследствие постоянного увеличения скорости, так как шаг спирали конической винтовой вставки имеет переменное значение.
Технический результат достигается тем, что в устройстве центробежной очистки аэрогидропотока, содержащем корпус конусообразной формы, входной тангенциальный патрубок, связанный с корпусом, выхлопную трубу, на которой расположена выполненная с конической обечайкой коническая винтовая вставка, состоящая из винтовых секций, расположенных соосно одна в другой, образуя винтовые каналы, отводящие окна, выполненные на конической обечайке, согласно полезной модели устройство содержит, по меньшей мере, один винтовой центробежный канал, выхлопная труба имеет цилиндрическую форму, соотношение площади сечения входного канала винтовой вставки к площади сечения выходного канала неизменно и находится в пропорции 3:1, причем спираль конической винтовой вставки имеет переменный шаг, уменьшающийся в сторону выхода винтового канала, а поперечное сечение выхлопной трубы по своей площади имеет отношение к площади поперечного сечения входного патрубка 1,5:1. Отводящие окна конической обечайки, охватывающей винтовую секцию, расположены через 60 градусов друг от друга конической обечайки в соответствии каждому витку винтовой секции. Корпус состоит из двух сопряжённых конусов. Винтовая секция конической винтовой вставки имеет шесть витков.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, в которых коническая винтовая вставка содержит одну винтовую секцию с двумя винтовыми каналами.
На фиг. 1 изображено устройство, общий вид; на фиг. 2 - коническая винтовая вставка с выхлопной трубой в аксонометрии; на фиг. 3 изображена выполненная с частичным разрезом коническая винтовая вставка с организацией движения аэрогидропотока по двум винтовым каналам; на фиг. 4 - винтовая секция с двумя винтовыми каналами с частичными разрезами; на фиг. 5 изображен вариант с одной винтовой секцией с одним винтовым каналом, сужающимся к выходу.
Устройство центробежной очистки аэрогидропотока содержит корпус 1 конусообразной формы, входной тангенциальный патрубок 2, связанный с корпусом 1, выхлопную трубу 3, на которой расположена выполненная с конической обечайкой 4, коническая винтовая вставка 5, состоящая из винтовых секций 6, расположенных соосно одна в другой, образуя винтовые каналы 7, отводящие окна 8, выполненные на конической обечайке 4.
Корпус 1 состоит из двух сопряжённых конусов. Выхлопная труба 3 имеет цилиндрическую форму. Спираль конической винтовой вставки 5 имеет переменный шаг, уменьшающийся в сторону выхода винтовых каналов 7. Винтовые секции 6 конической винтовой вставки 5 имеет шесть витков. Отводящие окна 8 конической обечайки 4, охватывающей винтовые секции 6, расположены через 60 градусов друг от друга конической обечайки 4 в соответствии каждому витку винтовых секций 6.
Устройство центробежной очистки работает следующим образом.
Аэрогидропоток входит со скоростью 5-25 м/с во входной тангенциальный патрубок 2 конической винтовой вставки 5, в результате чего возникает центробежная сила, действующая на полидисперсные частицы и отбрасывающая их к внешней стенке конической винтовой вставки 5. Постоянно сужающийся винтовой канал 7 за счет верхней кольцевой поверхности задавливает и разгоняет газожидкостный поток в винтовой канал 7.
За счет переменного шага спирали конической винтовой вставки 5 осуществляется равномерная подача газожидкостного потока в винтовой канал 7. При входе и дальнейшем движении газожидкостного потока в винтовом канале 7 скорость движения потока увеличивается за счет уменьшения площади поперечного сечения винтового канала 7, вследствие чего увеличивается центробежная сила, действующая на полидисперсные частицы, которые отбрасываются к периферии винтового канала 7.
Отжатые к периферии полидисперсные частицы выводятся из газожидкостного потока через регулируемые степенью раскрытия отводящих окон 8, расположенных на наружной поверхности конической винтовой вставки 5. Скорость движения газожидкостного потока в плоскости поперечного сечения винтового канала 7 распределена неравномерно. Скорость потока в пристенных зонах от возникновения сил трения о стенки винтового канала 7 стремится к нулю, образуя зону вокруг выхлопной трубы 3, из которой мелкодисперсные частицы отбрасываются центробежной силой к наружной спиральной поверхности конической винтовой вставки 5 и выводятся через отводящие окна 8 во внутрь корпуса 1.
Коническая винтовая вставка 5 представляет собой пространство, образованное верхней кольцевой поверхностью, нижней кольцевой поверхностью, конической обечайкой 4 и участком выхлопной трубы 3. Равномерное распределение пылевого потока осуществляется переменным шагом винтовых каналов 7. При этом винтовой канал 7 конической винтовой вставки 5 представляет собой межвитковое пространство, образованное поверхностью прямого винтового коноида переменной ширины, ограниченного с внутренней стороны цилиндрической поверхностью выхлопной трубы 3 и конической поверхностью конической обечайки 4 с наружной стороны. Соотношение входного сечения винтового канала 7 к выходному сечению винтового канала 7 конической винтовой вставки 5 меняется постепенным уменьшением ширины поверхности прямого винтового коноида.
Для достижения максимальной эффективности работы винтового канала 7 и увеличения скорости движения газожидкостного потока и, как следствие, увеличения центробежной силы, действующей на полидисперсные частицы, отношение входного сечения винтового канала 7 к выходному сечению не меняется, сужение происходит за счёт постепенного уменьшения ширины поверхности прямого винтового коноида.
Количество винтовых каналов в устройстве не зависит от объема воздуха, проходящего через устройство.
В предлагаемом устройстве шесть витков каждой винтовой секции конической винтовой вставки с отводящими окнами, расположенными равномерно по кругу через 60 градусов, позволяют более длительно и полно воздействовать центробежной силе на мелкодисперсную фракцию пыли и с большей эффективностью производить очистку аэрогидропотока от примесей. Возможность устанавливать несколько винтовых секций на выхлопной трубе позволяет увеличить производительность без увеличения габаритных размеров устройства.
Использование предлагаемого устройства позволяет очищать газожидкостную смесь с практически любым содержанием примесей в газожидкостном потоке, исключать засорение устройства, особенно при срыве смеси и падении давления, что значительно увеличивает межремонтный период устройства и качество очистки аэрогидропотока.
Предлагаемое устройство по сравнению с известными аналогами имеет более простую конструкцию, обеспечивает повышенную технологическую эффективность очистки воздушного потока, повышение качества очистки с повышенной производительностью, эффективно и удобно в эксплуатации, а также позволяет расширить арсенал устройств центробежной очистки.