ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫЙ ЦИКЛОН ПО УЛАВЛИВАНИЮ МЕЛКОДИСПЕРСНЫХ ЖИДКИХ И ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ
HIGH PERFORMANCE CYCLONE FOR TRAPPING OF FINE LIQUID AND SOLID PARTICLES

Изобретение предназначено для отделения из газовой смеси твердых и жидких частиц в поле центробежных сил с одинаковой степенью сепарации как при высоком, так и при низком газовом (воздушном) факторе.
В предлагаемом инженерном решении происходит перераспределение векторов скоростей транспортируемых потоков: снижение скорости газового потока в щелевых каналах сепарационного пакета за счет направления части потока в накопительную емкость, в которой предлагаемые инженерные решения способствуют увеличению составляющей гравитационных сил при прохождении осадительной области.
Известен сепаратор (патент RU 2244584), содержащий вертикальный цилиндрический корпус, горизонтальную перегородку, входной, выходной, сливной патрубки, дефлектор, вертикальный сепарационный пакет, состоящий из вертикальных плоских изогнутых сепарационных пластин. Для улучшения эффективности аппарата и увеличения его производительности по жидкой и газовой фазам изогнутые концы пластин направлены в разные стороны касательно к наружному и внутреннему диаметрам сепарационного пакета, осевая линия входного патрубка по горизонтали смещена относительно осевой линии корпуса аппарата на 1/2 диаметра входного патрубка, при этом диаметр входного патрубка не превышает 1/4 диаметра корпуса, дефлектор, установленный по ходу вращения газожидкостного потока, имеет максимально допустимое сечение, причем по ходу потока он сужается по горизонтали и возрастает по высоте, сохраняя при этом площадь поперечного сечения, в конце верхней суженной части дефлектора установлена дугообразная пластина, нисходящая по ходу газожидкостного потока и направленная по отношению к горизонтали под углом 15°-30°, по ходу вращения газожидкостного потока с зазором к внутренней стороне корпуса установлена изогнутая пластина, которая своим нижним концом заходит под нижнюю крышку дефлектора.
Недостаток известного устройства заключается в том, что исходя из оптимальных геометрических размеров (отношение диаметра корпуса аппарата к высоте корпуса, диаметру сепарационного пакета, его высоте, ширине дефлектора и других размеров) отработанных и определенных гидродинамическими испытаниями, расстояние между поверхностью дефлектора и наружной поверхностью пакета оказалось недостаточное, при транспортировке газожидкостного потока через сепаратор в нижней части накопительной емкости образуется застойная зона, что при отрицательном значении температуры окружающей среды может привести к загидрачиванию.
Более близким к предлагаемому инженерному решению является сепаратор (заявка RU №2006105839), содержащий вертикальный цилиндрический корпус, горизонтальную крышку, входной, выходной, сливной патрубки, дефлектор, установленный по ходу вращения газожидкостного потока, вертикальный сепарационный пакет с плоским днищем, состоящий из плоских изогнутых сепарационных пластин, образующих щелевые каналы в зоне нахлестки и своими вертикальными изогнутыми концами, направленных в разные стороны касательно относительно наружного и внутреннего диаметров сепарационного пакета, ложное днище. В центре плоского днища сепарационного пакета и ложного днища выполнены сквозные отверстия, в которые вмонтирован пустотелый цилиндр, основание которого установлено на ложном днище, а верхняя кромка цилиндра приподнята относительно поверхности плоского днища. По наружному диаметру нижней поверхности ложного днища смонтирован цилиндрический вертикальный рассеиватель с просечками, а непосредственно под пустотелым цилиндром прикреплен диск.
Недостаток этой конструкции заключается в том, что исполнение сепарационного пакета из пластин с изогнутыми концами усложняет процесс изготовление пакета, исключается процесс удаления твердых частиц из накопительной емкости при непрерывном режиме работы, гидродинамический процесс удаления пленочной жидкой фазы из ловушки, образованной внутренней стороной корпуса, изогнутой пластиной и дефлектором, оставляет желание быть лучше. Попадая в ловушку жидкая фаза теряет кинетическую энергию и под действием гравитационных силы стекает вниз в зону движения вращающегося потока. Встреча вертикально удаляемого потока и вращающегося приводит к ломке структуры вращающегося потока, возникают завихрения, что в итоге, приводит к потере напора и неэффективной сепарации.
Техническим решением задачи является устранение этих недостатков. Создание в накопительной емкости такого гидродинамического режима, при котором гравитационные силы газового потока будут превосходящими по сравнению с центробежными.
Задача решается тем, что внутри накопительной емкости находится перфорированный цилиндр, к верхней части которого прикреплен перфорированный диск, по центру перфорированного диска закреплен передвижной по вертикальной оси шток, на верхнем конце которого установлена глухая шайба.
Ниже перфорированного цилиндра в верхней части накопительной емкости расположены вращающиеся на одной оси полукруглые плоские шибера, которые позволяют удалять скопившиеся твердые частицы, не прерывая работу циклона.
Между внутренней поверхностью корпуса циклона и началом вертикальной пластины дефлектора около входного патрубка образован вертикальный щелевой канал, который улучшает гидродинамический процесс удаления частиц из ловушки, образованной внутренней поверхностью корпуса, вертикальной пластиной дефлектора и изогнутой пластиной.
Изготовление сепарационного пакета из плоских пластин способствует упрощению технологии его изготовления.
По данным патентной и научно-технической литературы не обнаружена заявляемость совокупности признаков, что позволяет судить об изобретательском уровне предложения.
На фиг.1 показан циклон в поперечном сечении.
На фиг.2 - разрез А-А фиг.1.
На фиг.3 - разрез В-В фиг.2.
1
1
1
Циклон состоит из вертикального цилиндрического корпуса 1 с осью О, горизонтальной крышки 2 с цилиндрическим отверстием 3, над которым расположен переходник 4 с выходным патрубком 5, входного патрубка 6, соединенного с корпусом 1 в верхней его части, дефлектора 7, установленного по ходу вращения газового потока и формирующего вращательное движение потока внутри циклона, причем по ходу потока поперечное сечение дефлектора уменьшается по горизонтали и возрастает по высоте, сохраняя при этом постоянную площадь, изогнутой пластины 8. Внутренняя поверхность корпуса 1, вертикальная пластина дефлектора 7 и изогнутая пластина 8 образуют ловушку. Между внутренней поверхностью корпуса циклона 1 и началом вертикальной пластины дефлектора 7 около входного патрубка образован вертикальный щелевой канал 9. Ось O вертикального сепарационного пакета 10 сдвинута относительно оси корпуса О таким образом, что зазор между дефлектором 7 и наружной поверхностью сепарационного пакета был приближенно равен зазору с противоположной стороны, т.е. расстоянию между наружной поверхностью сепарационного пакета и внутренней поверхностью корпуса циклона 1. Сепарационный пакет 10 состоит из плоских вертикальных пластин 11, образующих между собой в зоне нахлестки щелевые каналы 12. Внутри в нижней части сепарационного пакета 10 расположено плоское днище 13, приподнятое относительно нижней кромки пластин 11 и имеющее относительно их кольцевой радиальный зазор 14 и соединенное посредством радиальных косынок 15 с ложным днищем 16. В центре плоского днища 13 и ложного 16 имеются сквозные отверстия, в которые вмонтирована цилиндрическая трубка 17. К ложному днищу 16 прикреплен конус 18, к которому снизу прикреплен перфорированный цилиндр 21, к верхней части которого прикреплен перфорированный диск 19. По оси сепарационного пакета O в перфорированном диске 19 установлен передвижной по вертикальной оси O шток 20 с глухой шайбой на конце. Ниже перфорированного цилиндра 21 на оси 24, закрепленной на корпусе накопительной емкости 22, расположены вращающиеся плоские шибера 25. По высоте накопительной емкости 22 расположены смотровые лючки 23. Накопившаяся отсепарированная масса удаляется через разгрузочные отверстия 26 в передвижную тележку 27.
Циклон работает следующим образом: сепарируемая газовая смесь подводится в аппарат через входной патрубок 6. Установка входного патрубка, смещенного по горизонтали относительно осевой линии корпуса, позволяет создать скользящий удар о поверхность дефлектора 7, установленного по ходу вращения потока. Предельная величина смещения определяется параметрами, при которых не следует применять дополнительно усиливающих прочность шва детали. Дефлектор 7 препятствует поступлению неразделенной газовой смеси в осевую зону сепарационного пакета, отдаляет неразделенный поток на выходе из дефлектора от щелевых каналов сепарационного пакета 10, равномерно рассредоточивает поток по высоте. Минимальный зазор на выходе из дефлектора за счет поверхностного натяжения позволяет «придавить» подлежащую сепарации фазу к внутренней поверхности корпуса циклона, что, в конечном счете, улучшает процесс разделения. Использование дефлектора с постоянной площадью поперечного сечения позволяет до минимума снизить потери напора. В пространстве, образованном стенкой корпуса 1 и пластинами 11, из газового потока выделяется основная масса сепарируемой фракции. Их частицы отбрасываются центробежной силой на внутреннюю поверхность корпуса 1 циклона и под действием гравитационных сил по ходу вращения газового потока постепенно по нисходящей спирали транспортируются в накопительную емкость 22. Твердые и жидкие частицы через зазор попадают в ловушку, образованную внутренней стороной корпуса 1, изогнутой пластиной 8 и дефлектором 7, где, продолжая движение под действием центробежных сил, через вертикальный щелевой канал 9 снова попадает внутрь дефлектора 7 и, подхватываемые общим потоком, транспортируется к выходу из дефлектора. Очищенный от твердых или жидких частиц газовый поток, проходя щелевые каналы 12, транспортируется вверх к выходному отверстию 5. При очистке запыленной газовой смеси возникают трудности в отделении мелкозернистой пылевой фракции ввиду малой разницы в плотности чистой и запыленной газовой смеси. Если при сепарации жидкой фазы в газожидкостном потоке жидкая фаза транспортировалась в направлении к накопительной емкости за счет сил тяжести, то движение мелких твердых частиц к накопительной емкости осуществляется за счет подсоса через цилиндрическую трубку, создаваемого вращающимся газовым потоком внутри сепарационного пакета. Крупные частицы обладают достаточными гравитационными силами и под их действием транспортируются между перфорированным цилиндром 21 и корпусом в накопительную емкость 22. Для обеспечения непрерывного режима сепарации во время удаления пыли из накопительной емкости 22 через разгрузочные отверстия 26 в подвижное транспортирующее устройство 27, шибера 25 занимают горизонтальное положение, изолируя на время разгрузки накопительную емкость. Мелкодисперсная, аэрозольная пылевая масса за счет разряжения (вакуума) в центре сепарационного пакета 10 транспортируется (засасывается) в зону перфорированного цилиндра 21. Скорость поступления запыленного потока контролируется открытием и закрытием отверстия трубки 17 передвижным штоком 20. Проходя через перфорированный цилиндр 21, перфорированный диск 19 и конус 18, прежде чем попасть в трубку 17, поток снижает скорость за счет рассредоточения потока по всей поверхности перфорированного цилиндра 21. Скорость частиц пыли уменьшается и газопылевая масса внутри перфорированного цилиндра 21 и конуса 18 становится практически неподвижной. Этот ламинарный режим способствует выпадению мелкодисперсной пыли в осадок.
Таким образом, внедрение предлагаемого инженерного решения позволяет:
1. Увеличить производительность по газовой фазе за счет разряжения и подсоса через трубку в нижней части сепарационного пакета, создаваемого вращающимся вихревым потоком.
2. Снизить потери напора за счет энергии, ранее идущей на образование режима «смерча».
3. Увеличить эффективность работы циклона за счет улучшения качества сепарации.