ПЫЛЕУЛОВИТЕЛЬ

Изобретение относится к устройствам для отделения дисперсных частиц от газов или паров с использованием гравитационных инерционных или центробежных сил изменением направления потока.
Известны устройства для очистки газов от пыли. Распространены конструкции, в которых очистка происходит за счет использования инерционных сил. Привлекательность таких устройств заключается в том, что они конструктивно просты, однако эффективность очистки потока от пыли в этих устройствах не всегда достаточна.
Наиболее часто пылеуловители с использованием инерционных сил выполняются с использованием циклона. В качестве примера можно привести изобретения по патентам РФ №№2137528, 2116842, заявке Великобритании №2284165. В циклонных пылеуловителях дисперсные частицы летят под действием сил инерции и встречая препятствия, например, стенки циклонов, теряют энергию и под действием сил гравитации собираются в пылесборники. Такие пылеуловители неплохо улавливают крупные дисперсные частицы, но мелкая пыль, имеющая небольшую массу, как правило, увлекается выходящим потоком газа.
Известны конструкции пылеуловителей: патент на изобретение РФ №2174452 «Пылеуловитель», приоритет 10.10.2000, патент на полезную модель РФ №33879 «Пылеуловитель», приоритет 10.11.2002, в которых описывается конструкция пылеуловителя, содержащая цилиндрический корпус, в верхней части которого тангенциально к внутренней образующей корпуса установлено щелевое сопло для ввода загрязненного газа. По образующей корпуса выполнены карманы, ближайшая, в направлении потока, стенка каждого из карманов выполнена в виде уступа. Пространство в центре корпуса посредством вертикальной трубы сообщено с выходным патрубком, а к нижней части корпуса присоединен бункер для сбора пыли.
Данные конструкции достаточно эффективны, особенно по улавливанию крупнодисперсной пыли, но всегда остается проблема эффективного улавливания также и мелкодисперсной пыли. Создание конструкции, в которой эффективно улавливалась крупнодисперсная и мелкодисперсная фракции пыли является непростой и актуальной задачей.
В предлагаемом изобретении решается задача повышения эффективности улавливания мелкодисперсной фракции пыли.
Заявляемый пылеуловитель содержит корпус, в верхней цилиндрической части которого тангенциально к внутренней поверхности корпуса установлено щелевое сопло для ввода загрязненного газа. Сопло направлено под углом к плоскости горизонтального сечения корпуса с ориентацией в сторону нижней части корпуса. На внутренней поверхности цилиндрической части корпуса выполнены карманы. Ближайшая стенка каждого из карманов, в направлении входящего потока газа, выполнена в виде уступа. Нижняя часть корпуса выполнена в виде усеченного конуса, обращенного вершиной вниз. К нижней части корпуса присоединен бункер для сбора пыли. Выходной воздуховод очищенного газа расположен внутри корпуса соосно его вертикальной оси. Вход воздуховода размещен в объеме нижней части корпуса, при этом, выходной воздуховод внутри объема корпуса выполнен расширяющимся от входа воздуховода. По длине расширяющейся части воздуховода выполнено, по меньшей мере два дополнительных кольцевых входа, сообщающих объем корпуса и внутренний объем воздуховода.
Входной поток загрязненного газа поступает через щелевое сопло, направленное тангенциально, по касательной к внутренней стенке корпуса. На пути плоского вертикального потока газа выполнены уступы. За каждым уступом возникает зона пониженного давления, поэтому плоский основной вертикальный поток, согласно эффекту Коанда, отклоняется к стенке корпуса, как бы "прилипает" к нему. За каждым уступом, в зоне пониженного давления, возникает вихревой циркуляционный поток. Благодаря такой конструкции, поток запыленного газа все время располагается у внутренней стенки корпуса, совершая спиралевидное движение, опускаясь вниз корпуса. Формированию потока, опускающегося вниз корпуса, способствует расположение под углом L к плоскости горизонтального сечения корпуса щелевого сопла, с ориентацией в сторону нижней части корпуса.
Во время движения загрязненного потока газа крупно и среднедисперсные частицы загрязнений трутся о стенки корпуса, теряют механическую энергию и оседают вниз, собираясь в бункере для сбора пыли.
Мелкодисперсные частицы пыли увлекаются в циркуляционное движение в зонах разряжения за уступами, и постепенно также опускаются по образующим корпуса за уступами и, скользя по образующим нижней части корпуса, попадают в бункер.
Таким образом, в пылеуловителе, для очистки пыли используются два процесса, один, как и в циклонах, к которых потеря энергии движения крупно- и средне-дисперсных частиц пыли за счет трения о стенки, а другой для мелкодисперсной пыли - осаждение в зонах циркуляции за уступами.
Данное изобретение от известных конструкций отличается следующими признаками.
Выполнением выходного воздуховода. Выходной воздуховод очищенного газа расположен внутри корпуса соосно его вертикальной оси. Вход выходного воздуховода размещен в объеме нижней части корпуса, при этом, выходной воздуховод внутри объема корпуса выполнен расширяющимся от входа воздуховода. У выходного воздуховода один вход внизу и также несколько дополнительных кольцевых входа по его образующей. Такое конструктивное выполнение воздуховода решает одновременно две задачи.
В первых, обеспечивается необходимое увеличение объема внутри корпуса по мере снижения спиралевидного потока, так как объем, занимаемый в объеме корпуса выходным воздуховодом, уменьшается, при его сужении к входу воздуховода. Это способствует снижению скорости потока очищаемого газа и, как следствие, меньшей скорости потока и улучшению условий осаждения мелкодисперсной пыли.
Во вторых, улучшается эффективность отсоса очищенного воздуха, за счет того, что диаметр выходного воздуховода от его входа по потоку очищенного газа увеличивается, и имеются дополнительные входы по длине воздуховода. Выходной воздуховод работает как с эффектом эжектирования, втягивая очищенный воздух через нижний кольцевой вход и подсасывая воздух по длине расширяющейся кверху части воздуховода через дополнительные кольцевые входы. Пылевые частички практически не всасываются в воздуховод, потому, что, скорость вихревого потока меньше скорости всасывания через кольцевые входы.
Эффективность конструкции пылеуловителя обеспечивается также расположением щелевого сопла, направленного под углом к плоскости горизонтального сечения корпуса с ориентацией в сторону нижней части корпуса.
Такое расположение сопла способствует тому, что входной поток направляется по спирали вниз и не возникает дополнительных возмущений, пульсаций давления, в процессе его движения, что увеличивает эффективность очистки мелкодисперсной пыли.
Расширяющая часть воздуховода может быть выполнена из цилиндрических колец, при этом диаметр каждого кольца, расположенного ниже по объему корпуса, меньше, чем верхнего, а зазор между каждой парой колец является дополнительным кольцевым входом в воздуховод.
Дополнительные кольцевые входы могут быть также выполнены в виде ряда отверстий по диаметру расширяющейся части воздуховода.
Щелевое сопло целесообразно ориентировать под углом к плоскости горизонтального сечения корпуса в диапазоне углов 10°-20°.
Соосно вертикальной оси корпуса, в нижней его части, между корпусом и воздуховодом, может быть дополнительно установлена коническая обечайка, при этом ее меньшее основание обращено вниз. Большее основание упомянутой конической обечайки прикреплено к уступу упомянутого кармана внизу цилиндрической части корпуса. Меньшее основание упомянутой обечайки размешено в плоскости, проходящей у входа упомянутого воздуховода. Зазор между конической стенкой корпуса и конической наружной стенкой обечайки выполнен сужающимся от большего основания к меньшему основанию обечайки.
Циркуляционное движение пылевого потока ускоряется в зазоре между обечайкой и корпусом благодаря тому, что зазор между ними выполнен сужающимся. Эта область работает как диффузор, в котором пылевые частички более интенсивно трутся о образующую корпуса, так как ускоренный вихревой поток лучше прижимается к стенке.
Наличие обечайки играет и иную роль. Она разделяет пространство внутри корпуса на центральную часть и пространство у стенок корпуса. У стенок корпуса оседает пыль, а из центральной части организуется отсос очищенного газа. При этом скорость движения газового потока в этой зоне невелика, так как воздух поднимаясь вверх, попадает в пространство между внутренней поверхностью обечайки и выходным воздуховодом, которое шире. Кроме того, этой области сталкиваются два потока: крайняя часть нисходящего циркуляционного потока и упомянутая часть восходящего потока. Восходящий поток играет роль своеобразной преграды, воздушного фильтра, замедляющего скорость мелкодисперсных частиц, что способствует их осаждению.
Для повышения эффективности очистки от мелкодисперсной пыли внутри упомянутого выходного воздуховода может быть дополнительно установлена труба дополнительного подвода воздуха, а у выхода трубы с зазором расположено устройство формирования потока воздушного фильтра в виде конусного дефлектора.
Изобретение поясняется чертежами. На Фиг.1 приведен разрез пылеуловителя, на Фиг.2 - сечение А-А верхней части корпуса, На Фиг.3 показан вариант выполнения пылеуловителя с обечайкой. На Фиг.4 - Фиг.6 показаны варианты выполнения выходного воздуховода, с дополнительными кольцевыми выходами - Фиг.4, выполненная из колец - Фиг.6ис дополнительными кольцевыми входами в виде ряда отверстий - Фиг.6. На Фиг.7 обечайка на виде сбоку, а на Фиг.8 на виде сверху. На фиг 9 приведен общий вид пылеуловителя. На Фиг.10 показана схема воздушных потоков выходного воздуховода.
Пылеуловитель (Фиг.1 - Фиг.2) содержит корпус 1, в верхней цилиндрической части 2 которого тангенциально к внутренней поверхности корпуса 1 установлено щелевое сопло 4 для ввода загрязненного газа. На внутренней поверхности цилиндрической части корпуса выполнены карманы 5, ближайшая, в направлении входящего потока газа, стенка каждого из карманов выполнена в виде уступа 6. Нижняя часть 3 корпуса 1 выполнена в виде усеченного конуса, обращенного вершиной вниз. К нижней части 3 корпуса 1 присоединен бункер 7 для сбора пыли. Выходной воздуховод 8 очищенного газа расположен внутри корпуса 1 соосно его вертикальной оси. Вход 9 воздуховода 8 размещен в объеме нижней части 3 корпуса 1. В показанном на рисунке варианте выполнения воздуховода 8 его сужающаяся часть 14 выполнена из колец 10. Дополнительные входы 11 образованы зазорами между кольцами 10. Щелевое сопло 4 для ввода загрязненного газа направлено под углом L (Фиг.9) к плоскости горизонтального сечения корпуса 1. Внутри выходного воздуховода 8 (Фиг.1) установлена труба 15 дополнительного подвода воздуха. У выхода трубы 15 с зазором расположено устройство формирования потока воздушного фильтра 16 в виде конусного дефлектора.
Загрязненный газ подается через щелевое сопло 4 внутрь корпуса 1 с помощью нагнетающего вентилятора. Поток газа закручивается внутри верхней части 2 корпуса 1 в снижающуюся спираль, при этом в зоне уступов 6 создается разряжение. Вихревые потоки в карманах 5 способствуют снижению скорости пылевых частичек, которые по образующим карманов 5, а затем по стенке нижней части 3 корпуса 1 падают в бункер 7. За счет расширения объема в нижней части 3 корпуса 1 поток газа снижает свою скорость, и мелкодисперсная пыль также осаждается в бункер 7.
Очищенный от пыли газ выводится через отверстие 9 выходного воздуховода 8, а также через дополнительные кольцевые выходы 11. Благодаря расширяющей кверху форме воздуховода 8 он работает как многоступенчатый эжектор. Через трубу 15 дополнительного подвода окружающего воздуха, за счет тяги по рабочему тракту, к нижнему срезу трубы 15 выхода очищенного воздуха подсасывается воздух из окружающей среды для формирования воздушной завесы. В зоне выхода очищенного потока газа создается вращающаяся воздушная завеса. Разность скоростей подсасываемого воздуха и очищенного потока на выходе пылеуловителя создает эффект воздушного фильтра, оставшаяся мелкодисперсная пыль при пересечении потоков выносится к стенкам конуса и осаждается вниз - в бункер 7. Таким образом, на выходе пылеуловителя осуществляется тонкая дополнительная очистка запыленного воздуха. Труба 15 дополнительного подвода воздуха установлена с возможностью перемещения по вертикали и фиксации в определенном положении.
При выполнении дополнительных кольцевых выходов в виде щелей 12 (Фиг.4) или ряда отверстий 13 (Фиг.6) работа выходного воздуховода осуществляется аналогично.
За счет подсоса воздуха через трубу 15 происходит разбавление выбросов очищенного от пыли газа атмосферным воздухом и соответственно дополнительное снижение остаточной концентрации вредных веществ в очищенном газовом потоке.
Внутри корпуса может быть установлена обечайка (Фиг.3, Фиг.7, Фиг.8).
Коническая обечайка 17 установлена соосно вертикальной оси корпуса 1, в нижней его части. Меньшее основание18 обечайки 17 обращено вниз. Зазор 20 между конической стенкой корпуса 1 и конической наружной стенкой обечайки 17 выполнен сужающимся от большего основания 19 к меньшему основанию 18.
Циркуляционное движение пылевого потока ускоряется в зазоре 20 между корпусом 1 и обечайкой 17. Благодаря трению частичек пыли потока они снижают свою скорость и падают вниз. Затем, за счет расширения объема в нижней части 3 корпуса 1 поток газа снижает свою скорость, и мелкодисперсная пыль также осаждается в бункер 7. Обечайка 17 также способствует лучшему разделению пыли в зонах отсоса через дополнительные входы 11 выходного воздуховода 8.
Очищенный газ 101 поступает через вход 9 воздуховода 8 и также поступает 102 в воздуховод 8 через дополнительные кольцевые входы 11 (Фиг.10). Очищенный от пыли газ поднимается по воздуховоду 8. Через трубу 15 дополнительного подвода воздуха подается атмосферный воздух 105, который выходя у дефлектора 16 создает воздушную завесу 103, которая препятствует проникновению мелкодисперсных пылевых частиц. Очищенный воздух 104 выходит в атмосферу. На Фиг 9 показан общий вид пылеуловителя, в котором загрязненный газ 100 подается в щелевое сопло 4, расположенное под углом L к корпусу 1 пылеуловителя.
Пылеуловитель может использоваться в различных областях техники, где необходимо очищать достаточно большие объемы запыленного газа.
Заявленная конструкция пылеуловителя позволяет улавливать, как крупные и средние фракции пыли, так и мелкодисперсную пыль. Конструкция эффективна, проста в изготовлении и технологична.