СЕПАРАЦИОННО-ФИЛЬТРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
SEPARATING-AND-FILTERING DEVICE

Изобретение относится к области устройств, предназначенных для отделения механических примесей и капельной жидкости (влаги, масла и т.п.) из газового потока, и может найти применение в энергетике, машиностроении, химии, фармацевтике, нефтегазовой промышленности и других отраслях народного хозяйства.
Известно фильтрующее устройство, содержащее цилиндрический вертикальный корпус с соосно установленными фильтрующими патронами [1].
Недостатком известного фильтрующего устройства является небольшой ресурс фильтрующих элементов до регенерации.
Известен также сепаратор, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, внутренний корпус и жалюзийный блок, установленный на входе газового потока во внутренний цилиндр, и перегородки, обеспечивающей вращательное движение очищаемого газа в пространстве между внутренним и наружным корпусом [2].
Недостатком известного сепаратора является недостаточно высокая степень очистки газового потока от жидких и твердых примесей.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению сепарационно-фильтрующему устройству является «слоевой циклон», содержащий наружный вертикальный цилиндрический корпус, с установленным на нем патрубком входа газа; внутренний цилиндрический корпус, соединенный с установленным на крышке выходным газовым патрубком; цилиндрические соосные оболочки, образующие в кольцевом пространстве между внутренним и наружным корпусами щелевые каналы и установленные на поперечной перегородке, выполненной в виде винтовой ленты [3].
Недостатком «слоевого циклона» является повышенная сложность и низкая технологичность конструкции, делающая аппарат дорогостоящим, значительные габариты, а также недостаточно высокая степень очистки.
Предлагаемое изобретение направлено на создание устройства, обеспечивающего высокую степень очистки газов, увеличение ресурсов фильтрующих элементов, уменьшение габаритов и повышение технологичности изготовления конструкции.
Это достигается тем, что в устройстве, содержащем наружный и внутренний корпусы, крышку и днище, входной патрубок, размещенный на наружном корпусе, выходной патрубок, размещенный в крышке, сливной патрубок, размещенный в днище, соосные цилиндрические оболочки, размещенные в кольцевом пространстве между наружным и внутренним корпусами, и образующие в этом пространстве щелевые каналы, поперечные перегородки, на которых установлены соосные цилиндрические оболочки, согласно изобретению оно снабжено установленным во внутреннем корпусе фильтрующим элементом, разделяющим его внутреннюю часть на предфильтрационное пространство и послефильтрационное пространств, соединенное с выходным патрубком, при этом поперечные перегородки выполнены в виде конусов, имеющих на своей конической поверхности, исключая нижний, вырезы для прохода газового потока, а соосные цилиндрические оболочки имеют продольные разрезы, придающие оболочкам сегментообразную форму, причем поперечные перегородки совместно с установленными на них цилиндрическими оболочками образуют сепарационные секции, последовательно соединенные между собой вырезами на поперечных перегородках;
во-вторых, в каждой сепарационной секции в зоне сегментообразующего разреза соосных оболочек установлены продольные направляющие перегородки, разделяющие зону этого разреза на полость входа в щелевые каналы и полость выхода из щелевых каналов;
в-третьих, внутренний корпус имеет в зоне выхода из щелевых каналов последней по ходу газа сепарационной секции продольный вырез, а противоположный торец внутреннего корпуса закрыт глухим днищем;
в-четвертых, поперечные перегородки имеют на своей конической поверхности расположенные по образующей радиальные каналы для отвода загрязнений к внутренней поверхности наружного корпуса;
и в-пятых, на наружной поверхности внутреннего корпуса в нижней секции между входом в щелевые каналы, образованные цилиндрическими оболочками, и продольной направляющей перегородкой установлена сегментообразная продольная ловушка.
В настоящее время в научно-технической и патентной литературе неизвестно сепарационно-фильтрующее устройство в заявляемой совокупности признаков.
Изобретение поясняется чертежами, где
фиг.1 - продольный разрез сепарационно-фильтрующего устройства;
фиг.2 - поперечный разрез в зоне присоединения входного патрубка к наружному корпусу;
фиг.3 - поперечный разрез устройства в зоне выхода газового потока из первой нижней секции во вторую вышележащую секцию;
фиг.4 - кольцевой продольный разрез в зоне выхода газа из входного патрубка и входа его в щелевые каналы;
фиг.5 - кольцевой продольный разрез в зоне выхода газа из щелевых каналов нижней секции и входа его в вышерасположенную секцию;
фиг.6 - продольный разрез в зоне выхода газа из последней сепарационной секции и входа этого газа в предфильтрационное пространство внутреннего корпуса;
фиг.7, 8 - соответственно продольный и поперечный разрезы в зоне установки цилиндрических обечаек на поперечную коническую перегородку.
Сепарационно-фильтрующее устройство (фиг.1) содержит наружный 1 и внутренний 2 цилиндрические корпусы, крышку 3 и днище 4, входной 5 и выходной 6 патрубки, сливной патрубок 7, цилиндрические оболочки 8 и 9, конусы 10 и 11, служащие поперечными перегородками, продольные направляющие перегородки 12 и 13 (фиг.1, 2, 3) фильтрующий элемент 14, выполненный, например, из пеноникеля или другого пористого материала, дно 15 и ловушку 16 (фиг.2, 4).
Устройство работает следующим образом. Исходный газовый поток, содержащий загрязнения (капли воды, масел, твердые частицы), поступает через патрубок 5 в кольцевой зазор нижней (первой) секции аппарата, образованный наружным 1 и внутренним цилиндрическими корпусами, и, благодаря направляющей перегородке 12 (фиг.1, 2), установленной вертикально в этой секции, подается в щелевые каналы, образованные установленными в кольцевом зазоре цилиндрическими оболочками 8 и 9 (фиг.1, 2, 3). При этом под действием инерционных и центробежных сил наиболее крупные капли жидкости и твердые частицы попадают в пространство, образованное сегментообразной, и на внутреннюю поверхность направляющей перегородки 12 (фиг.2), и под действием гравитационной силы перемещаются к нижней конической поперечной перегородке 11 (фиг.11).
Предварительно очищенный от крупных капель и частиц газ направляется в щелевые каналы, образованные сегментообразными цилиндрическими оболочками 9 и поверхностями наружного 1 и внутреннего 2 корпусов (фиг.2, 3). Под действием центробежных сил более мелкие частицы и капли осаждаются на внутренних поверхностях сегментообразных цилиндрических оболочек 9 и внутренней поверхности наружного корпуса 1, а затем под действием гравитационной силы перемещаются в нижнюю часть секции к поперечной перегородке 11 (фиг.1) и далее по радиальным каналам этой перегородки (фиг.1, 7, 8), стекают к внутренней поверхности наружного цилиндрического корпуса 1 (к наружному краю поперечной перегородки 11) и удаляются по этой поверхности во внутреннюю полость днища 4 (фиг.1).
Прошедший очередную стадию очистки газовый поток выводится из щелевых каналов этой секции (фиг.1), движется вдоль наружной стенки направляющей перегородки 12 (фиг.5) и через отверстие поперечной перегородки 10 (фиг.1, 5) поступает в следующую по ходу очистки газа секцию аппарата. В этой секции происходит дальнейшая очистка газа аналогично процессам, протекающим в нижней секции. Газовый поток, поступающий через отверстие в конической перегородке 10 (фиг.5) с помощью продольной перегородки 13 (фиг.3, 5), поступает в щелевые каналы, образованные сегментообразными цилиндрическими оболочками 8 (фиг.1, 3) в следующую по ходу газа сепарационную секцию. Процесс отделения и выведения твердых частиц и жидких капель в этой (второй по ходу движения газа) секции аналогичен описанному ранее.
Процесс очистки газа продолжается описанным образом посекционно. Из щелевых каналов последней секции (фиг.3) газовый поток из кольцевого пространства, образованного наружным 1 и внутренним 2 корпусами, через продольный вырез в верхней части внутреннего корпуса 2 (фиг.6) поступает в предфильтрационное кольцевое пространство, образованное внутренним корпусом 2 и вставленным в него фильтрующим элементом 14 (фиг.3, 6); распределяется вдоль фильтрующей поверхности элемента и, проходя через него, окончательно очищается (фиг.1). Очищенный газовый поток из внутреннего пространства фильтрующего элемента 14 через патрубок 6 выводится из аппарата (фиг.1).
Капли жидкости, твердые частицы, отведенные по радиальным каналам поперечных перегородок в секциях (фиг.1, 7, 8), стекают по внутренней поверхности корпуса 1, накапливаются во внутреннем пространстве днища 4 и отводятся из аппарата в виде суспензии через сливной патрубок 7.
Основные размеры сепарационно-фильтрующего устройства выбираются в зависимости от расхода загрязненного газа, поступающего на очистку, дисперсности и количества содержащихся частиц загрязнений, но при этом должны быть выдержаны следующие соотношения. Ширина щелей, образованных соосными цилиндрическими оболочками, должна быть в пределах от 0,5 мм до 15 мм. При этом меньший размер щелей обеспечивает более высокую степень очистки, но приводит к большим потерям давления газового потока. Высота щелей выбирается из условия, чтобы суммарная площадь проходного сечения щелевых каналов в каждой секции составляла 0,8-1,5 площади сечения входного патрубка. Размеры вырезов в конусах поперечных перегородок в зоне выхода газового потока из предыдущей секции и входа газового потока в последующую секцию принимаются таким образом, чтобы площадь каждого из этих сечений составляла 1,0-2,5 площади сечения входного патрубка.
Использование предлагаемого устройства обеспечивает по сравнению с существенными устройствами следующие преимущества:
1) достижение более высокой степени очистки загрязненного газового потока за счет последовательного применения инерционного отделения частиц (с помощью ловушки 16), затем эффективного центробежного отделения частиц в щелевых каналах секций (образованных конусами - поперечными перегородками и сегментообразными цилиндрическими оболочками), а также на заключительной стадии фильтрационного отделения частиц (с помощью фильтрующих элементов, размещенных во внутреннем корпусе);
2) увеличение ресурса фильтрующих элементов за счет эффективного предварительного отделения крупных, средних и других частиц размером более 1-10 мкм в сепарационных секциях;
3) снижение габаритов и обеспечение необходимой технологичности изготовления устройства благодаря выполнению поперечных перегородок в виде отдельных конусов, разделяющих аппарат на отдельные секции.