ПРЯМОТОЧНЫЙ ЦИКЛОН
DIRECT-FLOW CYCLONE

Изобретение относится к устройствам для пылеулавливания и может найти применение в устройствах очистки воздуха газотурбинных установок наземного применения и ряде других производств.
6
Известен прямоточный циклон (см. авт.св. СССР №1472136, МПК В04С 3/06), содержащий цилиндрический корпус, завихритель в виде усеченного конуса с плоскими тангенциальными лопатками и обтекателем, расположенным на меньшем основании конуса, причем обтекатель выполнен в виде усеченного конуса. Кроме того, указанный циклон снабжен сепарационной обечайкой и отбойником, установленным над пылесборником.
Недостатком данного циклона является потеря работоспособности при попадании на вход постороннего предмета или в условиях обледенения завихрителя.
6
Известен прямоточный циклон (см. патент РФ №2099149, МПК В04С 3/06, B01D 45/12), содержащий цилиндрический корпус с завихрителем на входе и жалюзийный раскручиватель в виде тела вращения с основаниями и раскручивающими лопатками, имеющими переменный профиль.
Недостатком указанного циклона также является потеря работоспособности при попадании на вход постороннего предмета или в условиях обледенения завихрителя.
7
Наиболее близким к заявленному является прямоточный циклон (см. патент РФ №2240868, МПК В04С 3/06, B01D 45/12), содержащий цилиндрический корпус с завихрителем на входе, отверстие для отделенной фазы, жалюзийный раскручиватель в виде тела вращения с раскручивающими лопатками и клапан, установленный в окне цилиндрического корпуса, с возможностью отгибаться внутрь корпуса по тангенциальному в плоскости перпендикулярной оси циклона и совпадающему с ходом закрутки завихрителя направлению, выполненный в виде упругой, плотно перекрывающей окно пластины.
Недостатками данного циклона являются достаточно высокое аэродинамическое сопротивление, обусловленное ступенчатой конструкцией жалюзийного раскручивателя и относительно низкая надежность срабатывания клапана в зимних условиях при обмерзании с образованием натечного льда, а также возможность отложения снега и льда на лопатках завихрителя.
Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение эффективности, надежности и работоспособности циклона в условиях зимней эксплуатации в регионах, расположенных в северных широтах.
Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемом устройстве, содержащем цилиндрический корпус, неразъемно установленный на обтекателе завихритель, расположенный на входе, отверстие для отделенной фазы, жалюзийный раскручиватель в виде тела вращения с раскручивающими лопатками и клапан, выполненный в виде упругой пластины, установленной в окне цилиндрического корпуса с обеспечением возможности плотного перекрытия окна и отгибания внутрь корпуса в тангенциальном направлении в плоскости, перпендикулярной оси циклона, которое совпадает с ходом закрутки завихрителя, он (цилиндрический корпус) снабжен конусно-цилиндрическим переходником, обтекатель завихрителя выполнен коническим, жалюзийный раскручиватель выполнен в виде усеченного конуса с конусностью 1:10-1:11, при этом конический обтекатель завихрителя, конус жалюзийного раскручивателя с выполненными на его конической поверхности вдоль образующих жалюзийными раскручивающими лопатками и конусно- цилиндрический переходник последовательно соединены посредством неразъемных соединений встык, причем переходник выполнен с возможностью его неразъемного сопряжения по цилиндрической поверхности с внутренней поверхностью цилиндрического корпуса циклона за отверстием для отделенной фазы относительно входа в циклон в осевом направлении, при этом большее основание конического обтекателя сопряжено с меньшим основанием конуса жалюзийного раскручивателя, большее основание которого сопряжено с меньшим основанием конуса конусно-цилиндрического переходника, а на поверхностях завихрителя, контактирующих с очищаемой средой, и на поверхности клапана, сопрягаемой с окном цилиндрического корпуса, выполнено гидрофобное покрытие.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в том, что конструкция циклона позволяет снизить его аэродинамическое сопротивление на 31% за счет выполнения раскручивателя в виде составной усеченно-конической оболочки с конусностью 1:10-1:11. Если указанная конусность меньше чем 1:10, это приводит к уменьшению площади кольцевого канала в циклоне, что в свою очередь ведет к росту скорости потока и соответственно увеличивает аэродинамические потери. Если указанная конусность больше чем 1:11, то это приводит к нерациональному увеличению длины циклона, а значит к увеличению веса и металлоемкости. Величина снижения аэродинамического сопротивления установлена проведением сравнительных испытаний на аэродинамическом стенде. При расходе воздуха 0,5 кг/с сопротивление циклона со ступенчатым цилиндрическим раскручивателем составило 550 Па, а сопротивление циклона с усеченно-коническим раскручивателем составило 380 Па. Одновременно со снижением аэродинамического сопротивления циклона возрастает степень очистки воздуха за счет плавного изменения поля скоростей по тракту циклона, улучшение данного свойства обеспечивается также за счет выполнения раскручивателя в виде усеченно-конической оболочки. Выполнение неразъемных соединений (например, с помощью сварки) между обтекателем и завихрителем, между обтекателем и жалюзийным раскручивателем, а также между указанным раскручивателем и конусно-цилиндрическим переходником и неразъемным сопряжением последнего с цилиндрическим корпусом обеспечивает невозможность проникновения неочищенного воздуха в тракт «чистого» воздуха.
Выполнение гидрофобного покрытия, препятствующего образованию льда на рабочих поверхностях завихрителя, контактирующих с очищаемой средой, и на поверхности клапана, сопрягаемой с окном в цилиндрическом корпусе, необходимо для повышения работоспособности циклона в условиях эксплуатации в северных широтах. Образование льда на завихрителе снижает пропускную способность циклона, а примерзание клапана к цилиндрическому корпусу циклона делает невозможной работу указанного клапана. Выполнение указанного гидрофобного покрытия устраняет недостатки конструкции, перечисленные выше. В качестве указанного покрытия может быть использована, например, композиция гидрофобная антиобледенительная «Прол» ТУ 2257-007-18274330-02.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 представлена конструкция предлагаемого циклона, на фиг.2 представлено сечение А-А на фиг.1.
Представленный на фиг.1 прямоточный циклон состоит из цилиндрического корпуса 1, завихрителя 2, раскручивателя жалюзийного 3, окна 4, клапана 5, отверстия 6 подачи отделенной фазы в канал 7, обтекателя 8 и конусно-цилиндрического переходника 9.
Прямоточный циклон работает следующим образом.
При нормальном режиме клапан 5 за счет упругости плотно закрывает окно 4, как это показано на фиг.2 (положение «закрыто»). Воздух под действием разряжения, создаваемого потребителем чистого воздуха, поступает на вход в циклон и закручивается завихрителем 2. Воздушный поток после завихрителя 2 закручивается и в закрученном состоянии движется вдоль оси циклона по каналу, образованному цилиндрическим корпусом 1 и соединенными между собой обтекателем 8, раскручивателем жалюзийным 3 и конусно-цилиндрическим переходником 9. Отсепарированная пыль движется вдоль стенок цилиндрического корпуса 1 и поступает под действием разряжения, создаваемого отсасывающим вентилятором, в отверстие 6 и канал 7. Чистый воздух раскручивается жалюзийным раскручивателем 3 и поступает к потребителю.
В случае попадания на вход постороннего предмета, под действием разряжения клапан 5 отгибается во внутрь корпуса 1, открывая при этом окно 4, как это показано на фиг.2 (положение «открыто»). Очищаемый воздух проходит внутрь циклона, получает тангенциальное ускорение за счет криволинейной поверхности клапана 5 и далее очищается в описанной выше последовательности.
Условия возникновения обледенения могут быть, как при работающем циклоне, так при состоянии «холодного» резерва. При возникновении условий обледенения при работающем циклоне капли воды (частицы снега) проходят сквозь завихритель, и за счет гидрофобных свойств покрытия не задерживаются на лопастях завихрителя, закручиваются воздушным потоком, и отбрасываются под действием центробежных сил на периферию к стенкам цилиндрического корпуса 1, и далее поступают в канал 7 через отверстие 6. При возникновении условий обледенения при состоянии «холодного» резерва капли воды (частицы снега) под действием ветра могут попасть на лопатки завихрителя и, за счет гидрофобных свойств покрытия, под действием силы тяжести будут удалены с указанных поверхностей.
Заявленная выше конструкция циклона позволяет повысить его надежность, эффективность и работоспособность и, кроме того, при объединении циклонов в батарею устройства воздухоочистки исключает необходимость выполнения байпасных клапанов в последнем.