Циклон

Полезная модель относится к устройствам механической очистки воздуха и может быть использована в промышленности и на транспорте.
Из патента РФ №2179072 (опубликован 10.02.2002; МПК В04C 3/00, В04С 3/04) известен прямоточный циклон, содержащий цилиндрический корпус и патрубок для отвода очищенного воздуха, выполненный в виде усеченного конуса и установленный коаксиально внутри цилиндрического корпуса с зазором, причем большим своим основанием он закреплен на основании корпуса. В боковой стенке цилиндрического корпуса, над его основанием равномерно по окружности выполнены по меньшей мере четыре сквозных окна. На другом конце цилиндрического корпуса установлен съемный соединительный фланец с жестко закрепленными на нем одним своим концом лопатками завихрителя, выполненного в форме усеченного конуса. Другим своим концом лопатки в количестве от трех до восьми штук жестко закреплены на шайбе.
Данный прямоточный циклон выбран в качестве ближайшего аналога настоящей полезной модели.
Недостатком ближайшего аналога является повышенное сопротивление потоку загрязненного воздуха, например, потоку воздуха с частицами пыли, что связано с особенностями конструкции задней части известного прямоточного циклона, отвечающей за отвод потока воздуха, содержащего мелкие частицы.
Задачей полезной модели является устранение недостатка ближайшего аналога и повышение эффективности очистки воздуха.
Технический результат, достигаемый полезной моделью, заключается в повышении скорости движения загрязненного воздуха через циклон и, как следствие, увеличении производительности циклона и повышении степени очистки воздуха от частиц.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается в циклоне, содержащем корпус по существу цилиндрической формы со сквозными окнами, выполненными в выходной части корпуса, завихритель, установленный во входной части корпуса, и патрубок для вывода потока очищенного воздуха, имеющий форму усеченного конуса и установленный внутри выходной части корпуса коаксиально ей с образованием каналов вывода потока загрязненного воздуха, при этом патрубок имеет основание, сопряженное с внешней конической поверхностью патрубка через скругленный участок с образованием поворота задней поверхности каналов вывода потока загрязненного воздуха в наружном направлении.
Указанный технический результат также достигается в частных вариантах реализации полезной модели за счет того, что:
- скругленный участок имеет радиус (R1), составляющий от 2b до 5b, где b-толщина стенки корпуса;
- задние кромки сквозных окон выполнены со скруглением внутрь;
- скругление кромок сквозных окон выполнено с радиусом (R2), равным толщине перемычек корпуса в зоне окон;
- циклон снабжен установочным фланцем, размещенным на выходной части корпуса;
- установочный фланец выполнен съемным;
- установочный фланец является частью корпуса;
- завихритель имеет лопатки, выполненные изогнутой по длине формы;
- лопатки установлены выпуклой стороной наружу;
- лопатки выполнены скругленными;
- в корпусе выполнено две перемычки сквозных окон;
- в корпусе выполнено три перемычки сквозных окон.
При использовании технического решения согласно известному аналогу, в котором нижняя поверхность канала отвода выполнена ровной и по существу перпендикулярна патрубку, в нижней части патрубка, а также по прямоугольным боковым кромкам выходных окон для загрязненного воздуха возникают нежелательные завихрения потока, снижающие его скорость. Это особенно актуально при высокой скорости потока, необходимой для обеспечения требуемой производительности циклона, поскольку ширина канала отвода достаточно узкая, и любые возмущения, вносимые в поток, существенно снижают его скорость.
Для устранения описанного недостатка в заявляемой полезной модели предложено выполнять нижнюю поверхность канала отвода с плавным скруглением наружу, что позволяет повысить скорость потока за счет устранения указанных нежелательных завихрений.
Далее полезная модель более подробно объясняется со ссылкой на прилагаемые фигуры.
На фиг. 1 показан циклон частично в разрезе.
На фиг. 2 показан общий вид циклона в варианте со скругленными лопатками.
На фиг. 3 показан вид сверху на циклон.
На фиг. 4 показан вид циклона сверху в разрезе (сечение А-А, фиг. 1).
Заявленный циклон включает корпус (1), завихритель (2) и патрубок (3). Корпус выполнен по существу цилиндрической формы и имеет входную (на фиг. 1, 2 - верхняя) часть (1а), в которую подается исходный поток воздуха, и выходную (на фиг. 1, 2 - нижняя) часть (1b), через которую выходят потоки очищенного и загрязненного воздуха. В выходной части (1b) корпуса выполнены сквозные окна (4), количество которых, предпочтительно, составляет два или три.
Завихритель (2) установлен на входной части (1а) корпуса (1) и предназначен для закручивания потока исходного воздуха. Завихритель (2) имеет лопатки (2а), которые могут иметь трапециевидную форму (фиг. 1) или скругленную форму (фиг. 2), позволяющую повысить жесткость. Кроме того, предпочтительно, чтобы лопатки (8) были выполнены изогнутыми по длине, как показано на фиг. 3. При этом целесообразно располагать изогнутые лопатки (2а) их выпуклой стороной наружу. Указанные варианты конструкции лопаток (2а) способствуют повышению их жесткости, что позволяет снизить их вибрацию при прохождении потока воздуха, следовательно, сохранить скорость проходящего потока.
Патрубок (3) предназначен для вывода потока очищенного воздуха и выполнен по существу в форме усеченного конуса. Патрубок (3) установлен в выходной части (1b) корпуса (1) коаксиально ей. Зазор между внешней поверхностью патрубка (3) и внутренней поверхность корпуса (1) с кромками сквозных окон (4) образует каналы (5) для вывода потока загрязненного воздуха.
При этом патрубок (3) имеет широкое основание (3а), сопряженное с конической поверхностью (3b) через скругленный участок (3c), чем формируется плавный поворот каналов (5) в наружном направлении. Такая форма поверхности позволяет устранить или по крайней мере снизить завихрения потока загрязненного воздуха, который проходит по каналу (5). Возникновение завихрений приводит к снижению скорости указанного потока, что негативно влияет также на скорость потока очищенного воздуха, но еще важнее - на эффективность очистки воздуха циклоном, снижая ее. Повышение же скорости потока через циклон, которое могло бы компенсировать снижение эффективности, лишь увеличивает нежелательные завихрения. С другой стороны, выполнение плавного скругления (3c) наружу позволяет не только сохранить скорость потока, содержащего частицы, но и использовать более высокие скорости потока, таким образом повышая эффективность очистки воздуха.
Наиболее предпочтительным радиусом скругления (R1) участка (3с) являются значения от 2b до 5b, где b - толщина стенки корпуса.
Для повышения скорости потока и, следовательно, эффективности очистки задние (по направлению движения потока) кромки (4а) сквозных окон, находящиеся дальше от выходной части корпуса (1), выполнены со скруглениями радиусом (R2), предпочтительно равным толщине перемычек корпуса в зоне окон.
На выходной части корпуса (1) может быть дополнительно размещен установочный фланец (6), являющийся либо самостоятельной деталью, либо частью корпуса (1). В любом из вариантов исполнения фланца (6) его наличие позволяет обеспечить наиболее оптимальное размещение циклона в отверстиях различных диаметров и форм, например отверстиях мультициклонного устройства очистки воздушного потока (вариант такого устройства описан в патенте РФ №2179072) без существенного снижения скорости потока очищенного воздуха.
Заявленный циклон работает следующим образом.
Поток исходного воздуха поступает в циклон через завихритель (2), лопатки (2а) которого закручивают воздух, придавая ему спиральное направление движения. Под действием центробежных сил находящиеся в воздухе частицы, особенно легкие, при прохождении внутри корпуса (1) циклона перемещаются к его внутренним стенкам. Чем выше скорость прохождения потока воздуха, тем большее количество тяжелых частиц перемещается к внутренним стенкам корпуса (1), поэтому важно создать такие условия движения потока по всему пути следования его в циклоне, которые не приводили бы к снижению его скорости либо это снижение было минимальным.
В выходной (нижней) части патрубка (3) поток воздуха физически разделяется на два потока. Первый поток, поток очищенного воздуха, проходит прямо через патрубок (3) выходя наружу из корпуса (1) или через фланец (6), если он предусмотрен.
Второй поток, поток загрязненного воздуха (содержащий частицы), проходит между верхней частью патрубка (3) и кромками сквозных окон (4) корпуса (1), т.е. движется по каналам (5) отвода, а далее выходит из корпуса (1) через указанные сквозные окна (4). Поскольку скорость потока, содержащего частицы, высока, он в своем движении по крайней мере частично достигает заднюю поверхность канала отвода, образованной наружной поверхностью патрубка (3). Поскольку указанная поверхность выполнена скругленной наружу, а задние кромки (4а) окон (4) скруглены внутрь, расстояние между боковыми кромками сквозных окон (4) может быть расширено за счет выполнения двух или трех перемычек корпуса. Взаимодействие с ними потока, содержащего частицы, практически не вызывает возмущений указанного потока, а значит, не оказывает влияния на его скорость, что наблюдалось при определенных режимах работы циклона-прототипа согласно патенту РФ №2179072.
Таким образом, циклон согласно настоящей полезной модели позволяет повысить скорость прохождения потока воздуха через него, что повышает производительность циклона и степень очистки воздуха от частиц.