ФИЛЬТР ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА

Полезная модель относится к очистке сжатого воздуха, особенно от туманов в разных отраслях народного хозяйства, преимущественно на крупных компрессорных станциях со значительным суточным расходом сжатого воздуха.
Известен фильтр для очистки воздуха (см. патент РФ №2181616, МПК В01D 45/24, 2002), содержащий корпус с коническим днищем, выполненным с отверстием в нижней части, штуцер вывода очищаемого воздуха, обтянутый проволочной сеткой и имеющий коническую насадку с радиальными канавками на внешней поверхности, штуцера ввода очищаемого воздуха, выполненные в виде суживающихся дозвуковых сопел с криволинейными канавками на внутренней поверхности и имеющие со стороны входа металлические сетки, конденсатоотводчик, расположенный в отверстии днища, отражательную перегородку, подпружиненную со стороны штуцера вывода очищаемого воздуха установленными на направляющих стержнях пружинами, корпус дозвуковых сопел выполнен из биметалла и снабжен кольцевой канавкой, размещенной на внутренней поверхности со стороны металлических сеток и соединенной на внутренней поверхности со стороны металлических сеток с криволинейными канавками, а криволинейные канавки имеют профиль в виде ласточкина хвоста.
Недостатком является повышенная энергоемкость производства сжатого воздуха в условиях наличия значительных каплеобразных загрязнений в атмосферном воздухе, что приводит к длительности сброса конденсата через отверстие днища корпуса фильтра с прямоточным сливом жидкости и выходом значительного количества всасываемого воздуха через конденсатоотводчик.
Известен фильтр для очистки воздуха (см. патент РФ №2367503, МПК В01D 45/24, 2006), содержащий корпус с коническим днищем, выполненным с отверстием в нижней части, штуцер вывода очищенного воздуха, обтянутый проволочной сеткой и имеющий коническую насадку с канавками по внешней поверхности, штуцера ввода очищенного воздуха, выполненные в виде суживающихся дозвуковых сопел с криволинейными канавками на внутренней поверхности и имеющие со стороны входа металлические сетки, конденсатоотводчик, расположенный в отверстии днища, и отражательную перегородку, подпружиненную со стороны штуцера вывода очищенного воздуха установленными на направляющих стержнях пружинами, корпус дозвуковых сопел выполнен из биметалла и снабжен кольцевой канавкой, размещенной на внутренней поверхности со стороны металлических сеток и соединенной с криволинейными канавками, имеющими профиль в виде ласточкина хвоста, при этом канавки на внешней поверхности конической насадки штуцера вывода очищенного воздуха выполнены с кривизной направляющих, направленной по движению часовой стрелки, при этом на внутренней поверхности конического днища выполнены винтовые канавки, кривизна направляющих которых направлена против движения часовой стрелки, отличающаяся тем, что отражательная перегородка выполнена пористой со стороны ввода очищаемого воздуха в виде суживающихся сопел и сплошной со стороны вывода очищенного воздуха.
Недостатком является энергоемкость производства сжатого воздуха в изменяющихся погодно-климатических условиях, обусловленная повышением температуры атмосферного воздуха и, соответственно, уменьшением его плотности, что требует дополнительных энергозатрат на провод компрессора для обеспечения нормированной массовой производительности потребителям сжатого воздуха.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является снижение энергозатрат на привод компрессора путем уменьшения температуры всасываемого атмосферного воздуха за счет теплоты испарения капельной влаги на отражательной перегородке.
Технический результат по снижению энергоемкости производства сжатого воздуха в условиях значительного каплеобразного загрязнения атмосферного воздуха достигается тем, что фильтр для очистки воздуха содержит корпус с коническим днищем, выполненным с отверстием в нижней части, штуцер вывода очищенного воздуха, обтянутый проволочной сеткой и имеющий коническую насадку с канавками на внешней поверхности, штуцеры ввода очищаемого воздуха, выполненные в виде суживающихся дозвуковых сопел с криволинейными канавками на внутренней поверхности и имеющие со стороны входа металлической сетки, конденсатоотводчик, расположенный в отверстии днища, и отражательную перегородку, подпружиненную со стороны штуцера вывода очищенного воздуха, установленные на направляющих стержнях пружины, причем корпус дозвуковых сопел выполнен из биметалла и снабжен кольцевой канавкой, размещенной на внутренней поверхности со стороны металлических сеток и соединенной с криволинейными канавками, имеющими профиль в виде ласточкина хвоста, при этом канавки на внешней поверхности конической насадки штуцера вывода очищенного воздуха выполнены с кривизной направляющих, направленной по ходу часовой стрелки, причем на внутренней поверхности конического днища выполнены винтовые канавки, кривизна направляющей которых направлена против хода часовой стрелки, при этом отражательная перегородка выполнена пористой со стороны ввода очищаемого воздуха в виде суживающихся сопел и сплошной со стороны вывода очищенного воздуха.
На фиг.1 изображена принципиальная схема фильтра для очистки воздуха, на фиг.2 - профиль криволинейных канавок в виде ласточкина хвоста, на фиг.3 - внешняя поверхность конической насадки с радиальными канавками, кривизна направляющей которых направлена по ходу часовой стрелки, на фиг.4 - внутренняя поверхность конического днища с винтовыми канавками, кривизна направляющей которых направлена против хода часовой стрелки, на фиг.5 - разрез отражательной перегородки пористой с одной стороны и сплошной с другой.
Фильтр для очистки воздуха состоит из корпуса 1 с коническим днищем 2, выполненным с отверстием в нижней части, штуцера вывода очищенного воздуха 3, обтянутого проволочной сеткой 4 и имеющего коническую насадку 15 радиальными канавками на внешней поверхности, штуцеров ввода очищаемого воздуха в виде суживающихся дозвуковых сопел 5 с криволинейными канавками 6 на внутренней поверхности и имеющих со стороны входа атмосферного воздуха металлические сетки 7, расположенного в отверстии днища корпуса 1 конденсатоотводчика 8, отражательной перегородки 9, свободно установленной на направляющих стержнях 10 и фиксируемой пружинами 11, полости 12, заключенной между выходным сечением суживающегося дозвукового сопла 5 и отражательной перегородкой 9, при этом на внутренней поверхности суживающихся дозвуковых сопел 5 выполнена кольцевая канавка 13 для удаления загрязнений 14, расположенная за металлической сеткой 7 и соединенная с криволинейными канавками 6. На внешней поверхности конической насадки 15 штуцера вывода очищенного воздуха 3 выполнены радиальные канавки 16, кривизна направляющей которых направлена по ходу часовой стрелки, и на внутренней поверхности 17 конического днища 2 выполнены винтовые канавки 18, кривизна направляющей которых направлена против хода часовой стрелки, отражательная перегородка 9 со стороны поверхности 19 имеет поры 20, а со стороны поверхности 21 выполнена сплошной.
Фильтр работает следующим образом.
По мере поступления атмосферного воздуха в полость 12 корпуса 1 фильтра капельная влага, находящаяся в потоке, ударяется об отражательную перегородку 9 и заполняет поры 20, накапливаясь в них т.к. поверхность 21 выполнена сплошной. Кинетическая энергия удара потока воздуха и каплеобразной влаги приводит к выделению теплоты, обеспечивающей постепенное (растянутое во времени) испарение влаги, что способствует снижению температуры атмосферного воздуха, контактирующего с отражательной перегородкой 9 (см. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. М.: Высш. школа, 1980. 469 с). Температура атмосферного воздуха снижается на 3-5°С, что приводит к увеличению плотности воздуха и обеспечивает подачу нормированного массового количества атмосферного воздуха в компрессор без дополнительных энергозатрат на привод компрессора в связи с возрастанием температуры окружающей среды (особенно в летний период).
По мере накопления в коническом днище 2 каплеобразной жидкости поверхность ее зеркала увеличивается с образованием выталкивающей силы на конденсатоотводчик 8. Очищаемый атмосферный всасываемый воздух, огибая отражательную перегородку 9, проходит над поверхностью конденсата, накапливаемого в коническом днище 2, далее перемещается по радиальным канавкам 16, находящимся на внешней поверхности штуцера вывода очищаемого воздуха 3, и, проходя через проволочную сетку 4, поступает очищенным в компрессор (не показано).
На внешней поверхности конической насадки 15 штуцера вывода очищенного воздуха 3 выполнены радиальные канавки 16, кривизна направляющей которых направлена по ходу часовой стрелки, а на внутренней поверхности 17 конического днища 2 выполнены винтовые канавки 18, кривизна направляющих которых направлена против хода часовой стрелки. В этом случае при накоплении конденсата в коническом днище 2 до уровня открытия конденсатоотводчиком 8 отверстия в нижней части наблюдается перемещение жидкости, контактирующей с внешней поверхностью конической насадки 15 штуцера вывода очищенного воздуха 3, и она, перемещаясь по винтовым канавкам, закручивается, образуя уже на выходе из кольцевой щели и далее, выходя из отверстия, открытого конденсатоотводчиком 8 в коническом днище 2, воронку с повышенной скоростью истечения, что ускоряет время полного открытия отверстия в коническом днище 2. Выполнение радиальных канавок 16 на внешней поверхности конической насадки 15 штуцера вывода очищаемого воздуха 3 конического днища 2 приводит к вращению потока жидкости в процессе истечения по ходу часовой стрелки. Кроме того, очищаемый атмосферный всасываемый воздух, перемещаясь по ходу часовой стрелки, образует на поверхности зеркала конденсата конического днища 2 микроворонку, вращающуюся в том же направлении. В результате на поверхности жидкости образуются встречно движущиеся микрозавихрения, которые, сталкиваясь, приводят к микровзрывам, воздействующим на поверхность сконденсировавшейся жидкости в коническом днище 2. Дополнительное воздействие на поверхность сконденсировавшейся жидкости практически устраняет инерционность конденсатоотводчика 8 в процессе закрытия отверстия в коническом днище 2 при окончании сброса конденсата в окружающую среду из корпуса 1 фильтра (см., например, Меркулов П.И. Вихревой эффект и его применение в промышленности. Куйбышев, 1996. 363 с).
В результате удаления избытка сконденсировавшейся жидкости из конического днища 2 через отверстие в нижней части осуществляется без дополнительного расхода атмосферного воздуха, который после соответствующей обработки в качестве всасываемого в полном объеме в режиме резонансного наддува поступает через штуцер вывода очищенного воздуха 3 в компрессор.
Атмосферный воздух определенной плотности с загрязнениями в виде твердых частиц пыли и каплеобразной влаги, концентрация которых зависит как от климатических, так и технологических условий эксплуатации компрессорной установки (т.е. нахождением в промышленной зоне), поступает в качестве многокомпонентной смеси в суживающиеся дозвуковые сопла 5. По мере возрастания скорости всасываемого потока загрязнения оттесняются к стенке и попадают в полости криволинейных канавок 6, где, сталкиваясь с другими частицами, укрупняются и становятся «ядрами» конденсации водяного пара. Закручивание в криволинейных канавках более плотного потока пограничного слоя приводит к вращательному движению всего потока всасываемого воздуха перед выходным отверстием суживающегося дозвукового сопла 5, что приводит к более интенсивной коагуляции легких мелких частиц и, в конечном счете, улучшает работу фильтра. Это вызывает дополнительную коагуляцию мельчайших частиц влаги, которые с твердыми частицами пыли, а при отрицательных температурах и с твердой фазой жидкости, поступают в полость 12 и ударяются об отражательную перегородку 9 и падают на коническое днище 2, где скапливается конденсат. В результате этого осуществляется смачивание упавших частиц. Тем самым предотвращается их унос к проволочной сетке 4.
Полость 12 представляет собой объем, заключенный между выходным сечением суживающегося дозвукового сопла 5 и отражательной перегородкой 9. При этом размер выбран так, что он соответствует объему резонатора. В связи с тем, что плотность воздуха, поступающего в полость 12, изменяется в зависимости от погодно-климатических и технологических условий эксплуатации компрессорной станции, резонатор должен иметь переменный объем. За начальное положение объема резонатора принимаются размеры полости 12 воздушного фильтра компрессора, образованного выходным сечением суживающегося дозвукового сопла 5 и отражательной перегородки 9, которая фиксируется пружинами 11 в свободном состоянии на направляющих стержнях 10. В этом случае воздействие, оказываемое атмосферным всасываемым воздухом, определяется наименьшей плотностью, соответствующей максимальной температуре окружающей среды (известно, что чем выше температура воздуха, тем ниже его плотность) и минимальному количеству загрязнений, поступающих в воздушный фильтр компрессора. Все это определяется экспериментальным путем согласно условиям эксплуатации компрессорной станции.
По мере снижения температуры атмосферного воздуха или увеличения количества загрязнений в нем плотность всасываемого воздуха увеличивается, в результате энергия удара потока смеси (атмосферного воздуха и загрязнений в нем) об отражательную перегородку 9 увеличивается и последняя перемещается по направляющим стержням 10, сжимая пружину 11. При перемещении отражательной перегородки 9 объем воздушного столба в полости 12 увеличивается. В результате сохраняется постоянство резонатора при изменяющихся погодно-климатических и технологических загрязнениях в нормированных пределах. В случае последующего уменьшения плотности потока всасываемого воздуха (увеличилась температура атмосферного - воздуха или уменьшилось количество загрязнений в нем) отражательная перегородка 9 под действием разжимающего усилия пружины 11 перемещается в сторону выходного сечения суживающегося дозвукового сопла 5, что уменьшает объем воздушного столба в полости 12. В результате наблюдается пульсирующее перемещение отражательной перегородки 9 на направляющих стержнях 10 под действием пружины 11, что обеспечивает изменение резонансного объема и, соответственно, влияет на оптимальное воздействие резонансного наддува на величину наполнения цилиндра компрессора.
Выполнение же криволинейных канавок 6 с полостью в виде ласточкина хвоста практически устраняет вероятность выпадения твердых и сконденсировавшихся каплеобразных частиц, и они, перемещаясь к концевой канавке 13, удаляются откуда по мере накопления вручную или автоматически через устройство удаления 14. В этом случае в движущемся по суживающимся дозвуковым соплам 5 потоке всасываемого атмосферного воздуха находится то нормированное количество загрязнений, в допустимых пределах которого построен резонатор, включающий полость 12 и подпружиненную отражательную перегородку 9. В результате осуществляется эффективная работа фильтра со снижением энергоемкости производства сжатого воздуха.
Температура периферийных «горячих» слоев закрученного движущегося потока всасываемого атмосферного воздуха внутри суживающегося дозвукового сопла 5 превышает температуру воздуха среды., окружающей компрессорную установку. Поэтому корпус суживающегося дозвукового сопла 5, выполненный из биметалла, постоянно в процессе производства сжатого воздуха находится под действием температурного напора, приводящего к возникновению в биметаллической конструкции корпусов суживающихся дозвуковых сопел 5 термовибраций.
В результате наблюдается разрушение образующихся «пробок» (сталкивающиеся твердые и каплеобразные частицы иногда слипаются в частицы, соизмеримые с размерами полости винтообразных канавок, что может приводить к закупориванию полости, т.е. образованию «пробок» в криволинейных канавках с профилем в виде ласточкина хвоста) и осуществляется бесперебойное поступление отделенных от движущегося всасываемого атмосферного воздуха загрязнений в концевую канавку 13, находящуюся у металлической сетки 7 суживающихся дозвуковых сопел 5.
Под совместным действием гравитационных сил и термовибрации корпуса суживающихся дозвуковых сопел 5 загрязнения поступают в устройство для удаления загрязнений 14, из которого удаляется вручную или автоматически.
Оригинальность предлагаемого технического решения состоит в том, что обеспечивается снижение энергоемкости производства сжатого воздуха, особенно в условиях эксплуатации, когда наблюдается повышение температуры всасываемого атмосферного воздуха выше нормированной (например 20°С), приводящее к снижению его плотности и, соответственно, уменьшению массового расхода сжатого воздуха для потребителя, что приводит к дополнительным энергозатратам на привод компрессора. Выполнение отражательной перегородки с пористой поверхностью со стороны поступления всасываемого атмосферного воздуха, насыщенного каплеобразной влагой, приводит к накоплению в порах жидкости с последующим ее испарением под действием энергии удара воздушного потока об отражательную перегородку. Процесс испарения влаги сопутствует снижению температуры атмосферного воздуха, контактирующего с отражательной перегородкой и поступающего в компрессор, что приводит к снижению дополнительных энергозатрат для поддержания нормированных параметров сжатого воздуха, направляемого потребителям.