HU213991B - Device for separating multiple-component fluids - Google Patents

Abstract

A találmány tárgya berendezés közegek szétválasztásárakülönösen gáz szilárd részecskéktől történő megtisztítására. Aberendezésnek gyűrűkből (3) álló, a szétválasztandó özeg haladásiirányában szűkülő csőnkakúp alakú főrésszel (2a) rendelkezőkúpszerkezete (2) van, ahől a kúpszerkezetet (2) alkőtó, akúpszerkezet tengelyvőnala irányában egymás űtán, kőncentrikű anelrendezett gyűrűk (3) között rések (16) vannak hagyva, amely főrész(2a) gyűrűi (3) a közeg haladási irányában elülső, legnagyőbb belsőátmérőjű (Dmax) gyűrűtől (3a) a közeg haladási irányában hátsó, főkéntszilárd részecskék átbőcsátására szőlgáló, legkisebb belső átmérőjű(Dmin) gyűrűig (3b) főlyamatősan csökkenő belső átmérőkkel vannakelrendezve, ahől mindegyik gyűrűnek (3) a közeg haladási irányábanelülső, felső felülete és az alsó felülete között íves belső felülete(13) van kialakítva, amely belső felület (13) a tengelyvőnallal és azáramlási iránnyal szemben álló, be ső gyűrűfelület, amely az alsófelülettel (14) lekerekítetlen élben (14a) találkőzik. A különbözőbelső átmérőjű gyűrűk (3) úgy vannak egymás fölött elrendezve, hőgy agyűrű élén (14a) át a tengelyvő allal párhűzamősan húzőtt vőnal azalatta lévő gyűrűt annak lekerekítetlen élén (14a) sűgárirányban kívülmetszi. ŕ

Description

A találmány tárgya berendezés többkomponensű közegek szétválasztására, különösen gáz szilárd részecskéktől - homoktól, szeméttől, párától, füsttől és más mechanikus szennyezőktől - történő megtisztítására.

Gáznak szilárd szennyezőktől történő megtisztítására számos, különböző berendezés ismeretes. Ilyenek: az ülepítő kamrák, amelyekben a nagyobb méretű szilárd szennyezők a gravitáció hatására leülepednek, a ciklonok és más, centrifugális erőt, tehetetlenségi nyomatékot alkalmazó szeparátorok, amelyek a gázáram hirtelen irányváltoztatásával érik el a komponensek szétválasztását, az ipari szűrők, szürőzsákok, amelyek papír, üveggyapot vagy fémszivacs anyagán a gáz áthalad, de a szilárd szennyezők zömmel bennmaradnak, az elektrosztatikus szűrők, amelyek nagyfeszültségű terében a részecskék elektrosztatikusán feltöltődnek és az elektródákon becsapódnak, más berendezések, mint a gázmosó berendezés, amelyben a szilárd részecskéket folyadék távolítja el.

Olyan esetekben, amikor egyik féle szétválasztó berendezéssel sem érhető el a kívánt tisztítóhatás, a különböző berendezések kombinációját is alkalmazzák, amely berendezéseket sorban egymás után kapcsolják: például gyakori egy ciklon szeparátor után szűrőzsák alkalmazása.

A szilárd részecskéket gázból leválasztó berendezésekre jellemző a η tisztítóhatás, amelyet általában a leválasztott szilárd részecskék tömegének a bemenő szilárd részecske tömegéhez viszonyított arányaként definiálnak (azonos időintervallumban mérve). A tisztítóhatás egynél kisebb szám, η < 1, amit abszolút értékben vagy százalékban szokás kifejezni.

A fenti jellemzőnél részletesebb információt ad a berendezés működéséről a q(d) frakció-tisztítóhatás, amely d szemcseméret-tartományonként adja meg a tisztítóhatás értékét és amely egy képlettel fejezhető ki. (lásd: W. Strauss, „Industrial Cleaning” Pergamon Press, 1966).

Minél kisebbek a szilárd szemcsék, annál nehezebb őket leválasztani. Következésképpen a η (d) frakció tisztítóhatás görbék nem egyformák a különböző szemcseméretekre, hanem a szemcsemérettel csökkenő értékeket mutatnak és nulla szemcseméretnél nullához közelítenek. Tipikusnak tekinthető, hogy a görbe 80-100 pm tartományban kezd csökkenni és 50 pm tartományban η = 0,8 (80%). (Strauss, supra).

Ez az a határ, amely fölött (η > 80%) a η tisztítóhatást jónak, és amely alatt (η < 80%) nem kielégítőnek tartják. A tapasztalat azt mutatj a, hogy 10 pm alatti szemesem éretü részecskék leválasztása tekintetében 80% vagy nagyobb tisztítóhatással csak az elektrosztatikus szűrők, szürőzsákok, bizonyos gámzosók és speciálisan kis rádiuszú ciklonok rendelkeznek (Strauss, supra: „High-Efficiency Air Filtration” P.A.F. White and S.E. Smith, Butterworths, London, v 1964)

Egy további figyelembeveendő paraméter a szilárdtest-koncentráció a tisztítandó gázban, amit g/m³ mértékegységben szokás kifejezni.

Egy további lényeges paraméter, amely a berendezés hatásosságára kihat, a gázáram sebessége, amellyel az a berendezésen áthalad. A különböző elven működő berendezések gázsebessége lényegesen különböző. Amíg például az elektrosztatikus tisztítóberendezésben kicsi a sebesség (ritkán haladja meg a 2 m/s értéket), addig a tehetetlenségi nyomatékot kihasználó berendezésekben a gázsebesség 15-30 m/s. Általában a nagyobb gázsebesség előnyösebb, mert nagyobb tömegű gázt képesek adott idő alatt megtisztítani (azonos keresztmetszetet feltételezve). Adott átbocsátóképesség esetén minél nagyobb a gázsebesség, annál kisebb méretű lehet a berendezés.

Ha a gázsebesség túllép egy berendezésfüggő optimumot, a tisztítóhatás általában rohamosan csökken. Ilyen hirtelen csökkenés áll elő turbulencia keletkezése miatt pl. a tehetetlenségi nyomatékot hasznosító szeparátorokban 30 m/s sebességnél. Az ilyen szeparátorok kis gázsebesség mellett is elvesztik hatásosságukat. A hatásos gázsebességtartomány a maximális η tisztítóhatáshoz tartozó sebesség körüli ± 20% gázsebesség.

Két vagy több (n-számú) berendezésegység sorba kapcsolása esetén (ahol a gáz egyik egység kimenetéről közvetlenül a másik egység bemenetére jut), amely egységek η,, η₂..., η_η tisztítóhatásúak, a teljes tisztítóhatás az alábbi összefüggés szerint alakul:

Ε = η,+(1-ηι)η2+(1-ηι)(1-η2)η3+...+(1-ηι)(1-η2)... ...(l-fin-lH (1)

Az esetben például, ha két szeparátor van sorba kötve, amelyek ηi ill. η? tisztítóhatásúak, az eredő tisztítóhatás az alábbi összefüggés szerint alakul:

Ε = η,+(1-η₁)η₂ (2)

A fenti összefüggések alkalmazásánál figyelemmel kell lenni arra is, amit a q(d) frakció tisztítóhatásról mondottunk. A sorba kötött egységek közül az elsőben leginkább a nagyobb szemcseméretű szilárd szennyezők válnak ki, így a második egységbe kisebb szennyezettségü és a kisebb szemcseméretek irányába eltolt szennyezettségű tisztítandó gáz jut. Az átlagos szemcseméretösszetétel ilyen eltolódása a kisebb méretek felé a p(d) frakció-tisztítóhatás szemcseméret-függőségéből adódik, ami gyakorlati határt szab a szilárd szennyezők sorbakapcsolt egységekkel történő leválaszthatóságának. Az (1) és (2) egyenletek szerinti eredő érték tehát függ az egyes egységekre kerülő, tisztítandó gáz szilárd szennyezőinek összetételétől. A gyakorlatban ezek az értékek tapasztalati úton határozhatók meg.

A szilárd szennyezők azon mérettartományában, amelyben a q(d) frakció-tisztítóhatás nem túl kicsi, hatásos a berendezések sorbakapcsolása. Két egység sorbakapcsolásával pl. (amelyek tisztítóhatása ηι= 0,7 és η₂ = 0,6) E = 0,88 (88 %) tisztítóhatást lehetett elérni.

A fentiekből következik, hogy olyan egységek sorbakapcsolásával lehetne nagyfokú tisztaságot elérni, amelyeknek a kis szemcseméretek tartományában is magas, lapos tisztítóhatás-görbéje van.

A szakterületen jártas szakemberek előtt ismeretes, hogy e feltételnek leginkább a tehetetlenségi nyomatékot hasznosító berendezések felelnek meg, amelyekben a gáz hirtelen irányváltoztatása és sebességének lecsökkenése okozza, hogy a gázénál nagyobb tehetetlenségi nyomatékú szilárd részecskék útjukat egyenes irányban folytatva kiválnak a gázból. A kivált szilárd részecskék gyűjtőedénybe kerülnek. A kis szemcseméretű szilárd

HU 213 991 Β részecskék e berendezésekben hajlamosabbak a gázzal továbbsodródni, mint a nagyobb részecskék.

A tehetetlenségi nyomatékot hasznosító berendezések között van olyan, amelyben több, folyamatos felületű, általában fémből készült felület van a gázfolyam útj ával szöget bezáróan elrendezve, amelyek eltérítik a szilárd részecskéket a gázéval azonos eredeti útirányukból és koncentrálják őket az eltérítő felülettek egyik oldalán, míg a gáz a felületek közötti réseken át folytatja útját.

Ilyen „shutter type” berendezés van ismertetve a Strauss, supra: C.J. Stairmand, Trans. Inst. Chem. Eng. (London), 29,356 (1956) irodalmi helyen, amely berendezést gyakran szűrőzsákkal sorba kapcsolva alkalmaznak. E készüléknél hatásosabbak a kúpos elrendezésű megoldások, amelyek az alábbi irodalmi helyeken vannak leírva: Strauss, supra; K. Hansen, Fifth World Power Conference, Vienna, 16,5829 (1956); E. Haber, US Pat. No. 2,0344,467 és UK. Pat. No. 388,637; H. Van Dér Kőik, US PS 2,874,800; UKPS 766,279; I.R.W. Jonston, US PS 4,340,474; H. Keller, US PS 3,958,996 és US PS 4,198,220; K.H. Mádén, US PS 4,123,241. A megoldáscsalád egy alkalmazott kiviteli alakjában sík felületű gyűrűk vannak egymás fölött, kúpot alkotóan elrendezve, ahol a gyűrűk belső átmérője fokozatosan kisebb és kisebb. A sík felületű gyűrűk egymást takaróan vannak elrendezve a gáz útjában, a gyűrűk szomszédos felületei között keskeny rések vannak hagyva, amely rések hegyesszögben állnak a gáz fő mozgásirányához képest. A tisztítandó közeg a legnagyobb átmérőjű gyűrűnél lép be a kúpba és felülről lefelé mozog. A gáz nagy része a rések felé hirtelen vált irányt és fölfelé távozik a réseken át, miközben a nagyobb szemcséjű szilárd részecskék tovább mozognak lefelé, többször felütközve a gyűrűk felületén (ami a gyűrűk gyors kopását eredményezi). A szemcsék nagyobb része 5-7% gázzal együtt a legkisebb gyűrűn át a kúp alján távozik.

Egy másik, némileg hasonló megoldásban (Van Dér Volk szabadalma) a kúp egyetlen huzalspirálból van kialakítva, amely vagy négyszögkeresztmetszetű, vagy trapéz keresztmetszetű szálból készül, ahol a trapéz kúphossztengely irányába néző, belső trapézoldal a kúphossztengellyel szöget zár be.

A fent ismertetett kúpos megoldások kedvező tulajdonsága, hogy egyszerű felépítésűek, mozgó részt nem tartalmaznak, a gáz útjában viszonylag kis ellenállást képviselnek és nagy gázsebességet engednek meg, továbbá, hogy a tisztítóhatásuk nem nagyon függ a tisztítandó gáz szennyezőkben dússágától (Strauss, supra; Hansen, supra). A fenti berendezések hiányossága viszont, hogy nem képesek hatékonyan leválasztani a 20-30 mm-nél kisebb részecskéket és a gáznak viszonylag nagy része tisztítatlanul távozik a berendezésből, további, ciklonban történő tisztítást igényel (Strauss, supra). E hiányosság miatt a kúpos leválasztó berendezéseket általában csak előtisztítóként, sorba kötött egységek első tagjaként alkalmazzák, a legnagyobb méretű szilárd részecskék leválasztására.

Az ismert, kúpos berendezések további hiányossága, hogy a szilárd szemcsék folyamatosan bombázzák a gyűrűk felületét, azok viszonylag gyors korrózióját és erózióját okozva. Emiatt a berendezések gyakori karbantartást, elemcserét igényelnek, ami a költségeken túlmenően jelentős állásidőt is igénybevesz.

Ismertek továbbá jobban kidolgozott berendezések is, mint például az említett Johnston-szabadalom leírásában ismertetett megoldás, ahol egymást nem takaró gyűrűk a fentieknél összetettebb keresztmetszettel vannak a kúpszerkezetben elrendezve, amely gyűrűk hossztengely felé eső, belső felületének alkotója részben íves, egyenes szakaszt és a szilárd szemcséket a hossztengely felé terelő ajakrészt is magában foglal. E berendezés átlagos tisztítóhatása a 20-30 pm közötti szemcsetartományban megközelíti a η = 80%-ot. Részletesebb adat a berendezés tulajdonságairól azonban nem áll rendelkezésre.

Egy másik megoldásban (Kellner szabadalmai) a gázáram a kúpszerkezet legkisebb gyűrűjén át lép be és a legnagyobb gyűrű felé halad, a kúpos szerkezet egymást fedő gyűrűi tompaszögű háromszög keresztmetszetűek. A háromszög keresztmetszetű gyűrűk között felfelé irányuló rések vannak kialakítva a nem szilárd közeg számára, amelynek hirtelen irányváltoztatásakor a szilárd szennyezők kiválnak. A berendezés működésének elve hasonló a már leírtakhoz. A kialakítás az eltömődés veszélyének kiküszöbölését célozza, ami érthető, mert a javasolt berendezés gőz tisztítására alkalmasan van kialakítva. A megoldás hatékonyságát bizonyító kísérleti adatok e megoldásról sem állnak rendelkezésre.

Ehhez hasonló berendezés van ismertetve a Maden-féle szabadalom leírásában. A megoldásban kettő vagy több készlet részecskeeltérítő szárny van egy négyszögletes, kör vagy hosszúkás üreges testben az áramlás irányára merőlegesen elrendezve. Hasonlóan a Keller-szabadalomhoz, a deflektor-számyak keresztmetszete összetett: görbével határolt, elnyújtott háromszög alakú. A szárnyak úgy vannak elrendezve az üregben, hogy a bemenő szilárd részecskéket mozgásukban eltérítsék (a deflektorfelület a hossztengelyhez képest mintegy 34°-ban áll) és hogy a réseket megvédjék a szilárd részecskék becsapódásától. A nagy tehetetlenségi nyomatékük következtében - főként a nagyobb-szemcsék elkerülik a szárnyak közötti réseket, és az elkeskenyedő eszközben lefelé mozognak, míg a tisztított gáz az íves réseken távozik. A szárnyak alakjából következően a rések kifelé bővülnek, hasonlóan a Keller-féle megoldáshoz. Ezt kiegészíti, hogy a rések egymástól különbözőek lehetnek és kifelé haladva egyre kanyargósabb csatornát alkotnak. A leírás szerint a berendezéssel η = 89,7% tisztítóhatás elérhető, bár arra nincs adat, hogy ez milyen összetételű (szennyezők jellege, szemcsemérete) közeg tisztításánál érhető el. Az átömlő gáznak mintegy 10%-a távozik a berendezésből a leválasztott szilárd szennyezőkkel.

Célunk a találmánnyal a fenti, ismert megoldások hiányosságainak kiküszöbölése, olyan berendezés kialakítása, amely az 1 pm körüli szemcseméretű szilárd részecskék leválasztására is viszonylag nagy tisztítóhatással alkalmas. További célunk olyan berendezés megalkotása, amelynek tisztítóhatása széles szemcseméret-tartományban megfelelő és lényegében független a szemcsemérettől. További célunk olyan berendezés megalkotása, amelynek tisztítóhatása a gázsebesség széles tarto3

HU213 991 Β mányában - pl. 10 m/s és 100 m/s között, sőt e fölött is

- magas. További célunk a berendezés olyan kialakítása, amely a berendezést viszonylag kis méretekkel és az igénybevételeknek ellenállóan megvalósíthatóvá teszi, és amely berendezés nem szervizigényes.

A feladat találmány szerinti megoldásában a közegek szétválasztására, különösen gáz szilárd részecskétől történő megtisztítására alkalmas berendezésnek gyűrűkből álló, a szétválasztandó közeg haladási irányában szűkülő csonkakúp alakú főrésszel rendelkező kúpszerkezete van, ahol a kúp szerkezetet alkotó - a kúpszerkezet tengelyvonala irányában egymás után, koncentrikusan elrendezett

- gyűrűk között rések vannak hagyva; amely főrész gyűrűi a közeg haladási irányában elülső, legnagyobb belső átmérőjű gyűrűtől a közeg haladási irányában hátsó, főként szilárd részecskék átbocsátására szolgáló legkisebb belső átmérőjű gyűrűig folyamatosan csökkenő belső átmérőkkel vannak elrendezve, ahol mindegyik gyűrűnek a közeg haladási irányában elülső, felső felülete és az alsó felülete között íves belső felülete van kialakítva, amely belső felület a gyűrű sugárirányú, a kúpszerkezet tengelyvonalába eső keresztmetszetében fekvő, a gyűrű felső felületét és alsó felületét összekötő konvex ívvel alkotott, a tengelyvonallal és az áramlási iránnyal szemben álló, belső gyűrűfelület, amely az alsó felülettel lekerekítetlen élben találkozik - amely él átmérője a gyűrű belső átmérője -, ahol a különböző belső átmérőjű gyűrűk úgy vannak egymás fölött elrendezve, hogy a gyűrű élén át a tengelyvonallal párhuzamosan húzott vonal az alatta lévő gyűrűt annak lekerekítetlen élén sugárirányban kívül metszi, és a gyűrűk alsó felülete a lekerekítetlen éltől a gyűrű külső felületéig terjedő felület, a külső felület az alsó felülettől a felső felületig terjedő felület, amely alsó felület lekerekítetlen élnél vett érintője a kúpszerkezet tengelyvonalával közelítőleg 90°-ot zár be.

Előnyösen a gyűrűk íves belső felületének kialakítása olyan, hogy az alsó élnél lévő részéhez húzott érintő párhuzamos a kúpszerkezet tengelyvonalával.

Célszerűen a kúpszerkezet főrészében a gyűrűk és a közöttük lévő rések méretviszonyai az alábbiak:

0,5	<	w/t	<	2
0,7	<	h/t	<	3
10	<	Dmax/Dmjn	<	100
5	<	H/Dmax	<	20
0,02	<	δ/w	<	0,8 ahol

w a gyűrű keresztmetszetének sugárirányban, a kúpszerkezet hossztengelyére merőlegesen, az éles éltől a külső felületig mért vastagsága, t a gyűrű keresztmetszetének magassága a hossztengellyel párhuzamos irányban, az éles él és a tetőszint között mérve, h a gyűrűk közötti résmagasság a hossztengellyel párhuzamos irányban mérve,

H a kúpszerkezet főrészének magassága a hossztengellyel párhuzamos irányban, az első és utolsó gyűrű élének síkjai között mérve, δ két egymással szomszédos gyűrű élei között sugárirányban mért távolság

D_max a legnagyobb gyűrű belső átmérője ,

D_mi_n a legkisebb gyűrű belső átmérője.

Előnyösen a két szomszédos gyűrű közötti résmagasság egyenlő a nagyobb gyűrű magasságával.

Célszerűen a gyűrűk egyforma magasságúak.

Előnyösen a gyűrűk egyforma vastagságúak.

Célszerűen a gyűrűk egyforma magasságúak és egyforma vastagságúak.

Előnyösen a gyűrűk egyforma magasságúak és egyforma vastagságúak, a közöttük lévő résmagasságok is egyformák.

Célszerűen a közeg áramlásának irányában a legkisebb gyűrű után legalább két további, a legkisebb gyűrűvel azonos belső átmérőjű gyűrű van elrendezve a kúpszerkezetben.

Előnyösen a közeg áramlásának irányában a legkisebb gyűrűk után legalább további két gyűrűből álló, az áramlás irányában bővülő kúpos szakasz van kialakítva a kúpszerkezetben.

Célszerűen a közeg áramlásának irányában a legkisebb gyűrű után legalább további két gyűrűből álló, az áramlás irányában bővülő kúpos szakasz van kialakítva a kúpszerkezetben.

Előnyösen a kúpszerkezet gyűrűi egyetlen szálból, többmenetes, a hossza mentén változó átmérőjű spirálként vannak megvalósítva, ahol az egyes menetek egyegy gyűrűnek felelnek meg.

Célszerűen a kúpszerkezet házban van elrendezve, amelynek a kúpszerkezet belső terével a legnagyobb gyűrűn át összenyitott bemenő nyílása és a kúpszerkezetet körülvevő térrel összenyitott kimenő nyílása van, míg a kúpszerkezetet körülvevő tér a bemenő nyílástól a legnagyobb gyűrű pereménél el van zárva, a kúpszerkezet kimenő végére kiömlőcső van csatlakoztatva, amely szilárdrészecske-gyüjtő tölcsérbe torkollik.

Előnyösen a kúpszerkezet főrészében a gyűrűk és a közöttük lévő rések méretviszonyai az alábbiak:

0,5	<	w/t	<	2
0,7	<	h/t	<	3
10	<	Dmax/Dmjn	<	100
5	<	H/Dmax	<	20
0,02	<	δ/w	<	0,8, ahol
w	a gyűrű keresztmetszetének sugárirányban,

szerkezet hossztengelyére merőlegesen, az éles éltől a külső felületig mért vastagsága, t a gyűrű keresztmetszetének magassága a hossztengellyel párhuzamos irányban, az éles él és a tetőszint között mérve h a gyűrűk közötti résmagasság a hossztengellyel párhuzamos irányban mérve,

H a kúpszerkezet főrészének magassága a hossztengellyel párhuzamos irányban az első és utolsó gyűrű élének síkjai között mérve, δ két egymással szomszédos gyűrű élei között sugárirányban mért távolság,

D_max ^a legnagyobb gyűrű belső átmérője,

D_min ^a legkisebb gyűrű belső átmérője.

Célszerűen a kúpszerkezet kimenő végét a főrészének legkisebb gyűrűje alkotja, a szilárdrészecske-gyüjtő tölcsér gázelvezető eszközzel van ellátva.

Előnyösen a gázelvezető eszköz egy a ház terébe nyitott gázvisszavezető cső.

HU 213 991 Β

Célszerűen a kúpszerkezet a kúpos főrészből és egy az áramlás irányában ez után elrendezett, hengeres segédrészből áll, amely segédrész legalább két, a főrész legkisebb gyűrűjével azonos belső átmérőjű gyűrűből áll, ahol a szilárdrészecske-gyüjtő tölcsérbe torkolló kiömlőcső másik végének pereme a főrésztől legtávolabbi gyűrűre van csatlakoztatva.

Előnyösen a kúpszerkezet továbbá a segédrészt követő bővülő kúpos szakaszból áll, amely a közeg áramlásának irányában utolsó legkisebb gyűrű után legalább további két gyűrűt tartalmaz az áramlás irányában növekvő belső átmérőkkel, és a szilárdrészecske-gyüjtő tölcsérbe torkolló kiömlőcső az utolsó, nagyobb belső átmérőjű gyűrűre van csatlakoztatva.

Célszerűen a kúpszerkezet továbbá bővülő kúpos szakaszból áll, amely a közeg áramlásának irányában utolsó legkisebb gyűrű után legalább további két gyűrűt tartalmaz az áramlás irányában növekvő belső átmérőkkel, és a szilárdrészecske-gyüjtő tölcsérbe torkolló kiömlőcső az utolsó, nagyobb belső átmérőjű gyűrűre van csatlakoztatva.

Előnyösen a kúpszerkezet gyűrűi egyetlen szálból, többmenetes, a hossza mentén változó átmérőjű spirálként vannak megvalósítva, ahol az egyes menetek egyegy gyűrűnek felelnek meg, és a szilárdrészecske-gyüjtő tölcsérbe torkolló kiömlőcső az utolsó menet által alkotott nyílásra van csatlakoztatva.

A találmány szerinti berendezés előnye, hogy a gáznemű közegek nagyfokú megtisztítását a szilárd szemcsés összetevőktől az átáramló gáz nagy sebességénél, széles szemcseméret-tartományban (az 1 pm alatti szemcseméreteknél is) gyakorlatilag a szemcseméret-eloszlástól függetlenül lehetővé teszi, tehát viszonylag nagy az átbocsátó képessége is, továbbá magas és szemcsemérettől nagymértékben független a η tisztítóhatása, ami azt eredményezi, hogy sorba kapcsolt kettő vagy több berendezés esetén a második és további egységbe az elsőhöz hasonló szemcseméret-eloszlású (de kisebb koncentrációjú) szennyezést tartalmazó közeg jut, így egyforma berendezések kapcsolhatók sorba a tisztítóhatás fokozása céljából, ami viszont azzal az előnnyel jár, hogy a sorba kapcsolt berendezések átbocsátóképessége nem korlátozódik egy berendezés átbocsátóképességéhez képest.

A találmány szerinti berendezés egyaránt alkalmazható ipari és háztartási gázok tisztítására, így kohógázok, vegyi üzemek és hőerőművek gázainak tisztítására vagy félvezetőgyártó, finommechanikai és elektronikus üzemek, középületek levegőjének pormentesítésére. De ugyanígy alkalmazható a berendezés szénpor, fémpor vagy más, gáznemü anyagban elosztott porok kinyerésére is. Az esetben, ha értékes szilárd anyagok kinyerése a cél, a kúpszerkezet ház nélkül, önmagában is alkalmazható. Alkalmazható a berendezés csővezetékbe beépített szűrőként is.

Az alábbiakban kiviteli példákra vonatkozó rajz alapján részletesen ismertetjük a találmány lényegét. A rajzon az

1. ábra gáz szilárd szennyezőktől való megtisztítására alkalmas berendezés, részben hosszmetszetben, az

IA. ábra az 1. ábra szerinti berendezés kúpszerkezetének részlete metszetben, az

IB. ábra az 1. ábra szerinti 1B-1B metszet, az

IC. ábra a kúpszerkezet egy további kiviteli alakjának 1 A. ábrához hasonló metszete, az

ID. ábra egy gyűrű keresztmetszeti profilja

IE. ábra egy gyűrű keresztmetszeti profiljának további kiviteli alakja, az

IF. ábra kúpszerkezet metszete a főbb méret dőlésekkel, a

2. ábra a berendezés további kiviteli alakja, részben hosszmetszetben, a

2A. ábra a 2. ábra szerinti berendezés kúpszerkezetének részlete,a

3. ábra a berendezés további kiviteli alakja, részben hosszmetszetben, a

A. ábra a 3. ábra szerinti berendezés kúpszerkezetének részlete,a

4. ábra a berendezés további kiviteli alakja, részben hosszmetszetben, a

4A. ábra a 4. ábra szerinti berendezés kúpszerkezetének részlete, az

5. ábra a berendezés további kiviteli alakja, részben hosszmetszetben, az

5A. ábra az 5. ábra szerinti berendezés kúpszerkezetének részlete, a

6. ábra az 1 D. ábra szerinti gyürűprofilhoz simuló légáramvonal, a

7. ábra az 1 E. ábra szerinti gyürűprofilhoz simuló légáramvonal.

Az 1., 1 A. és 1 B. ábrákon vázolt első példa szerinti berendezés leginkább gáznemü anyagoknak - például levegőnek - a benne lebegő szilárd szennyezőktől például párától, koromtól, portól - történő megtisztítására alkalmas. A berendezés álló, hengeres 1 házában csonkakúp alakú 2 kúpszerkezet van elrendezve és felül az 1 házhoz zárva úgy, hogy a 2 kúpszerkezetet az 1 házban la tér veszi körül. A ház természetesen másképpen is kialakítható, a 2 kúpszerkezet a példában egy lefelé szűkülő kúpos 2a főrészből áll, amely számos, egy méretsorba tartozó különböző belső átmérőjű 3 gyűrűből van összeállítva. A 3 gyűrűk fémből, fémötvözetből, pl. rozsdamentes acélból készültek, de készíthetők arra alkalmas tetszőleges más kopásálló anyagból, például erősített termoplasztikus műanyagból is.

A legnagyobb átmérőjű 3a gyűrű külső kerülete mentén légzáróan van az 1 házban elrendezve és csővezeték 5 szájrésze 4 peremével a házban rögzítve. Üzemszerűen az 5 szájrészen át 6 nyíl irányában Vj, gázsebességgel ömlik be a berendezésbe a tisztítandó gáznemü közeg. A 2 kúpszerkezet másik, alsó végét egy legkisebb belső átmérőjű 3b gyűrű alkotja, amelyhez alulról 7 kiömlöcső 7a pereme van csatlakoztatva, amely 7 kiömlőcső alsó vége egy szilárdszemcse-gyűjtő, felül zárt 8 tölcsérbe torkollik. Amint azt később még részletesen ismertetjük, ezen a 7 kiömlőcsövön hagyja el a 2 kúpszerkezetet a leválasztott szilárd szemcsés anyag, míg a gáz a gyűrűk közötti réseken át távozik belőle a ház 2 kúpszerkezetet körülvevő la terébe.

A 8 tölcsér, amely az ábrákon nincs részleteiben ábrázolva, 8a kiömlőcsővel van ellátva, amelybe 9 elzáró5

HU 213 991 Β szerkezet van építve, amely elzárószerkezet nyitásával a 8 tölcsérben összegyűlt szilárd anyag leüríthető. Az 1. ábra szerinti példában a 8 tölcsért gázvisszavezető 12 cső köti össze az 1 ház külső la terével, ami a kivált szilárd részecskékkel együttsodródó gázmennyiség legalább egy részét visszavezeti a kimenő gázáramba. A gáznak a 8 tölcsérben leülepedő szilárd részecskéktől és a tölcsérből történő elvonására más eszközök is alkalmazhatók, mint pl. gázszivattyú. A tisztított gáz az 1 ház 11 házkönyökén át 10 nyíl irányában V₂ gázsebességgel távozik a berendezésből.

Az 1 A. és 1 B. ábrákon a 2 kúpszerkezet metszetei vannak feltüntetve. Az ábrákból kitűnik, hogy a 2 kúpszerkezet 3 gyűrűkből van összeállítva, amelyek 3c keretoszlopok közé vannak befoglalva. A legfelső 3a gyűrű a legnagyobb, a legalsó 3b gyűrű a legkisebb belső átmérőjű a különböző méretű 3 gyűrűk sorában. A 3 gyűrűk a 3c keretoszlopokhoz hegesztéssel, ragasztással vagy más, alkalmas módon rögzítve vannak. Elegendően nagy méreteknél a rögzítés történhet csavarkötéssel, szegecseléssel is. Az első példa szerinti kiviteli alakban a 3 gyűrűk négy 3 c keretoszlop között vannak elrendezve, de alkalmazható három, öt vagy nagy méretek esetén még több 3c keretoszlop is, a korlátozó feltétel csupán az, hogy a keretoszlopok ne csökkentsék számottevően a gyűrűk között körbefutó 16 rések keresztmetszetét. Kisméretű 2 kúpszerkezet két 3c keretoszloppal is megvalósítható. A 3c keretoszlopok a belső felületükön lépcsős kialakításúak, amely lépcsők a 3 gyűrűk pontos helyezésére szolgálnak.

Az 1A. ábrán az 1. ábra szerinti 2 kúpszerkezet radiális hosszmetszetének részlete van ábrázolva. A gyűrűk keresztmetszetét három fő felületrész határolja: 13 belső felület, 14 alsó felület és 15 külső felület. A 3 gyűrűk legfelsőbb vonalát adó 13a tetőszint a 13 belső felület része. A 14 alsó felület a gyűrűnek a gáz haladási irányában hátulsó felülete, amely a 13 belső felülettel éles (lekerekítetlen) 14a élben találkozik. A 3 gyűrűk belső átmérőjét ezen 14a él két szemközti pontja között mérjük. A 13 belső felület alkotója egy konvex görbe, amelynek alakját és szögállását a későbbiekben részletesen ismertetjük. A 14 alsó felület vízszintes, sík felület (14A. ábra), de lehet több, másféle kialakítású is, mint például az ID. ábrán folyamatos vonallal ábrázolt 14’ vonalú, vagy szaggatott vonallal ábrázolt görbe 14 vagy 14' vonalú alkotókkal határolt konkáv vagy konvex felület is. A felületek kialakításával kapcsolatos alábbi feltételnek azonban teljesülnie kell: a 2 kúpszerkezet bemenő gázáram fő irányába eső - tengelyvonala és az alsó 14 felület 14a élnél vett érintője közötti a érintőszög nem lehet nagyobb 90°-nál. Sík alsó felületek esetében, mint a 14, 14' vonalú alkotókkal maghatározott 14 alsó felület, az érintő egybeesik magával a felülettel, így az a érintőszög a 2 kúpszerkezet hossztengelye és a 14 alsó felület közötti szög. A 15 külső felület előnyösen egyenes alkotóval határolt, függőleges, hengeres felület (1 A. ábra), de lehet görbe vonalú alkotóval határolt 15a átmeneti felület (1E. ábra) is, amely alul az alsó 14 felületben, felül a 13a tetőszintben végződik.

A 3 gyűrűk 13 belső felülete és keresztmetszete aszimmetrikusan áramvonalas profilnak felel meg, mint amilyen pl. egy repülőszámy elülső élének környezete. Ilyen P profilok vannak feltüntetve a 6. és 7. ábrán. A P profilok F szélirány felőli végét az elülső P-l élrész alkotja, amely felső P-2 hasprofilban ill. alsó P-3 hátprofilban folytatódik, amelyek konvex felületeket határoznak meg. A 6. ábra szerinti profilban definiálható egy P' terület, amelyet egyik oldalán a P-1 élrész P-4 csúcsélétöl P-l élrész és a P-2 hasprofilnak P-5 pontjáig terjedő szakasza határol, amely P-5 pont a hasprofil legmagasabb pontja. A P' területet másik két oldalról egymásra merőleges egyenes S-l, S-2 vonalak határolják, amelyek a P-4 pontból az F szélirányban ill. a P-5 pontból arra merőlegesen húzódnak. A 6. ábrán láthatóan a P-5 pontban húzott T-l érintő párhuzamos az F szélirányra. A 6. ábrán folyamatos vonallal ábrázolt S-2 vonal helyett a P' terület határolható a szélirányra nem merőleges 14' egyenessel vagy az ábrán szaggatott vonallal rajzolt konvex vagy konkáv 14, 14’ egyenessel is, amelyek mindegyike a P-5 pontból indul és a T-1 érintővel legfeljebb 90° a érintőszöget zár be.

Az 1A. és ID. ábra szerinti 3 gyűrűk profilja és keresztmetszete a 6. ábra szerinti P' területnek megfelelő, ahol a gyűrű 13 belső felületének a 6. ábra szerinti P-l élrésznek és P-2 hasprofilnak P-4 csúcséitól a P-5 pontig terjedő része felel meg, míg a 14 ill. 14', 14, 14' alsó felületnek a 6. ábra szerinti S-2, ill. S-2’, S-2 S-2' vonal felel meg, a 3 gyűrűk 15 külső felületének pedig a 6. ábra szerinti S-l vonal felel meg. Meg kell jegyeznünk azonban, hogy az áramvonalas felület a gyakorlatban egy nagyon összetett felület, amelyet gyártástechnológiai okokból nem feltétlenül előnyös követni, és bár ez lenne ideális a gyűrű 13 belső felülete számára, bizonyos egyszerűsítések - például a különböző méretű gyűrűk azonos görbületüre készítése, parabolikus, hiperbolikus vagy elliptikus görbe választása - a profil alakjában megengedhetők, feltéve, hogy teljesül az a < 90° feltétel. Előnyös továbbá, ha a 13 belső felületek alsó éles 14a élét képező T-2 érintő gyakorlatilag párhuzamos az áramlási iránnyal, azaz a 2 kúpszerkezet hossztengelyével.

Egy további profilalakítási lehetőség a 7. ábrán van szemléltetve. A bevonalkázott P területet a 6. ábra szerinti bevonalkázott P' területhez hasonlóan egyik oldalán a P-l élrész P-4 csúcsélétől P-l élrész és a P-2 hasprofilnak P-5 pontjáig terjedő szakasza határolja, amely P-5 pont a hasprofil legmagasabb pontja. A P területet másik oldalról a P-3 hátprofil egy szakasza határolja, amely a P-4 pontnál a P-l élrész ívének folytatását képezi, alulról (a gáz áramlási irányában hátulról) pedig S-3, S-3', S-3, S-3' vonalak valamelyike szerinti, a P-5 pontból a hossztengellyel a < 90°-ot bezáró irányban kiinduló profilvonal határolja. Az S-3 vonal a 13a él T-l érintőjére merőleges egyenes, amely a P-3 hátprofilhoz záródik, az S-3' ennél kisebb a érintőszögű egyenes, az S-3 vonal konkáv, az S-3' vonal konvex görbe, amelyek kezdő és végpontja az S-3' vonaléval megegyezik. Az ennek megfelelő gyűrüprofil az 1E. ábrán van feltüntetve, amelyből kiderül, hogy a 15 külső felületet képező 15a átmeneti felület a 13a tetőszintnél egyesül a 13 belső felülettel.

HU 213 991 Β

Az 1F. ábrán egy 2 kúpszerkezet kúpos 2a főrésze van hosszmetszetben feltüntetve, amely ábrán be vannak jelölve a 2a főrész és az azt alkotó gyűrűk jellemző méretei. A gyűrűk jellemző méretei azok belső átmérője, továbbá keresztmetszetük t magassága és w vastagsága (belső és külső átmérője közötti különbség fele), továbbá a két egymás fölötti gyűrű éles éleinek a kúp hossztengelyétől mért távolsága közötti különbségeknek megfelelő radiális δ éltávolság; a kúpszerkezetjellemző méretei a gyűrűk közötti rés h résmagassága, a legnagyobb gyűrű D_max belső átmérője, a legkisebb gyűrűjének D_mj_n belső átmérője és a 2a főrész alsó gyűrű alsó éle, valamint a felső gyűrű alsó éle között mért H kúpmagasság. A fenti méretek között előnyösen az alábbi összefüggések érvényesülnek:

0,5	<	w/t	<	2
0,7	<	h/t	<	3
10	<	Umílx/Dmm	<	100
5	<	H/Dmax	<	20
0,02 s	<	δ/w	<	0,8

A gyűrűk és a belőlük összeállított kúpszerkezet méretei esetről esetre változhatnak függően a berendezés megkívánt kapacitásától, méreteitől, a tervezett alkalmazás módjától (közeg jellege, szilárd összetevők szemcse-eloszlása, töménysége, stb.) - a fenti összefüggések keretein belül. A gyűrűk méreteinek megválasztását korlátozhatják gyártástechnológiai nehézségek, különösen nagyon nagy és nagyon kis méretek megvalósításánál. A gyakorlatban jelenleg az alábbi mérettartományokban valósítható meg a berendezés különösebb korlátok nélkül:

10 mm	<	Dmax	<	2000 mm
1 mm	<	Dmin	<	200 mm
50 mm	<	H	<	20 000 mm
1 mm	<	t	<	100 mm
1 mm	<	w	<	100 mm
0,7 mm <	h	<	300 mm

A berendezés működése az alábbi: két egymás alatti gyűrűt vizsgálva megállapítható, hogy a 2a főrész 6 nyíl (1. ábra) irányában első (felső) 3 gyűrű 2δ éltávolsággal nagyobb belső átmérőjű, mint a 6 nyíl irányában következő, alatta elrendezett 3 gyűrű. Ha egy a kúp hossztengelyével párhuzamos vonalat húzunk a felsőbb gyűrű 14a élétől, az az alatta elrendezett, következő 3 gyűrű 13 belső felületét fogja metszeni, az alsó gyűrű belső átmérőjénél nagyobb átmérőn. Ez azt mutatja, hogy a gyűrűk átlapolással vannak elrendezve, a közeg tehát nem tud akadálytalanul, egyenes vonalban, a hossztengellyel párhuzamosan átáramlani a kúpszerkezeten. A gázáramnak a külső kerületi része, amely a felső gyűrűn még átjutott, ütközik a következő gyűrű 13 belső felületén, amely jelenség a gázáram külső részét arra kényszeríti, hogy az alsóbb gyűrű fölötti 16 résen át távozzék a kúpszerkezet belső teréből, enélkül ellennyomás keletkezne a kúpszerkezet belsejében. A gázáramból tehát minden következő gyűrűn leválik egy hengeres réteg, ami az adott gyűrű fölötti résen távozik a kúpszerkezet belső teréből az 1 ház azon kívüli la terébe.

A 16 réseken kijutott gáz lényegében ugyancsak a kúpszerkezet hossztengelye irányában folytatja útját a kúpszerkezeten kívül, az 1 házban és a 11 házkönyök nyílásán át távozik a berendezésből. A gyűrűk közötti 16 rések összkeresztmetszete jelentősen nagyobb, mint a ház kiömlőnyílása, ennek ellenére létrejön egy kis nyomáskülönbség a 2 kúpszerkezet belső tere és a kúpszerkezetet körülvevő la tér között annak az ellenállásnak a következtében, amit az irányeltérítés okoz a gáz útjában. Ez a nyomáskülönbség szükséges ahhoz, hogy a gáz a réseken át távozzon, de kicsi ahhoz, hogy a gáz útjában lényeges ellenállást fejtsen ki.

Anélkül, hogy részletesen elméletileg elemeznénk, mi játszódik le a 2 kúpszerkezetben miközben a gázáram áthalad rajta, megállapítottuk, hogy a gáz külső hengeres rétege a gyűrűk közötti 16 résen át távozik - szorosan követve a lekerekítetlen 14a élet alkotó falak irányát. Amíg a gázfolyam a gyűrű 13 belső felületét követve nem szenvedett hirtelen irányváltást, de radiálisán befelé, a középvonal felé fordult, a 14a él mentén a helyi jellegű nyomáskülönbség és erő hatására a 14 felület alá fordulva hirtelen vált irányt, amit a szemcsés összetevők nagyobb tehetetlenségi nyomatékük miatt nem képesek követni, így kiválnak aló résen át radiálisán kifelé tartó gázáramból, folytatva útjukat a középvonal (a kúp hossztengelye) mentén lefelé.

A 14a élen történő hirtelen irányváltás következményeit más módon szemlélve feltételezzük, hogy ez a mozgás örvénylést okoz a gázáramban a 16 rések belső pereménél, és az örvénylő gázáram a 13 belső felületen a felület gyűrű alakú imaginárius folytatását is képező, pámaszerű réteget alkot, ami távoltartja a gyűrűtől és a középvonal felé löki a szilárd részecskéket. Ez a pámaszerű képződmény megvédi a gyűrűk belső felületét a kopástól. A szilárd részecskék a középvonal környeztében sűrűsödnek össze és így jutnak a 7 kiömlőcsövön át a 8 tölcsérbe - egy kevés gázzal együtt.

A berendezés meglepően hatásos, h = 95% tisztítóhatás is elérhető, viszonylag széles gázsebesség-tartományban és viszonylag nagy gázsebességeknél (100 m/sec gázsebességig), ami nagy átbocsátóképességet ill. kis méreteket eredményez, alacsony áramlási ellenállás mellett és nagymértékben függetlenül a szennyezettség összetételétől és mértékétől. A berendezés jó tisztítóhatása érvényesül a szemcseméretek 1 pm-1000 pm közötti tartományában. A berendezés mozgó alkatrészt nem tartalmaz, alig kopik, kevés karbantartást igényel és más, hasonló átbocsátóképességű berendezésekkel összehasonlítva viszonylag kisméretű, kompakt készülékként kivitelezhető.

A konstrukció sajátosságaiból eredően a berendezésbe belépő V) gázsebesség egyenlő lehet a kilépő V₂ gázsebességgel (1. ábra), míg a szilárd szennyezéssel dús közeg V₃ sebessége a 2 kúpszerkezet alján a V), V₂ gázsebességeknél lényegesen kisebb is lehet. Ez az utóbbi V₃ sebesség függ többek között a 8 tölcsér méreteitől és kialakításától is. A 8 tölcsérbe a berendezésbe belépő gázáramnak kevesebb, mint 1 %-a kerül, ez is elválik a szilárd részecskéktől, amikor azok leülnek a tölcsér alján, és a gázvisszavezető 12 csövön át vagy légszivattyú közbeiktatásával visszavezethető a tisztított gázáramba. A leülepedett szilárd szennyezők a 9 elzárószerkezet nyitásával leüríthetők a 8 tölcsérből.

HU 213 991 Β

A 8 tölcsérbe a 7 kiömlőcsövön át jutó gázmennyiség tovább csökkenthető, amire a második példában megoldást mutatunk be (2., 2A. ábra), ahol a 2 kúpszerkezet 2a főrészének legkisebb 2b gyűrűje után egy hengeres 2b segédrész is be van iktatva, amely a főrész legkisebb 2b gyűrűjével egyező belső átmérőjű és profilú 17 gyűrűkből van összeállítva, amelyek 3e keretoszlopok közé vannak befogva úgy, hogy a 17 gyűrűk között 16 rések vannak hagyva. A 3e keretoszlopok az 1 ház la terében, a 2a főrész 3c keretoszlopaihoz vannak csatlakoztatva. A 2b segédrész 17 gyűrűinek funkciója a 7 kiömlőcsőbe jutó közeg sebességének lecsökkentése, a gáz kiválásának és 16 réseken történő távozásának elősegítése. A 2b segédrész alsó végéhez illesztett 7 kiömlőcsövön át a 8 tölcsérbe így még töményebben koncentrált szilárd részecskék jutnak.

Már említettük, hogy a 2 kúpszerkezet belső tere és az ezt körülvevő la tér között nyomáskülönbség lép fel. Ez a nyomáskülönbség a 2b segédrész mentén is érvényesül, így a gáz a 17 gyűrűk közötti 16 réseken át szökik az 1 a térbe. Minthogy azonban e szakaszon a 17 gyűrűk belső átmérője egyforma, a 2b segédrész belső keresztmetszete nem csökken a gáz útja mentén, ebből következik, hogy az oldalt elszökő gázzal csökkenő mennyiségű gáz sebessége lecsökken a 2b segédrészen történő áthaladása során. A 17 gyűrűk számát úgy célszerű megválasztani, hogy a 2b segédrész magassága kisebb legyen, mint a 2a főrész H magassága, a 2b segédrészből kilépő közeg V₄ sebessége sokkal kisebb legyen, mint a 2b segédrészbe belépő közeg V₃ sebessége (közel nulla legyen), ugyanakkor a η tisztítóhatás elfogadhatóan magas maradjon. Ez a megoldás szükségtelenné teszi gázvisszavezető eszköz alkalmazását a 8 tölcsér és az 1 ház 1 a tere között, továbbá lehetővé teszi a 8 tölcsér méreteinek csökkentését. A η tisztítóhatás e megoldásban a 2b segédrész alkalmazása miatt 1-3%-al kisebb, mint az első példa szerinti kiviteli alaknál, amely érték függ a 2b segédrész hosszától. A tisztítóhatás-csökkenés amiatt lép fel, hogy a közeg sebességének lecsökkenésével a szeparáló hatás erősen lecsökken, így szilárd részecskék is átjutnak a gázban lebegve a 2b segédrész 17 gyűrűi közötti réseken. Ezt a hátrányt ellensúlyozza az az előny, hogy jelentősen kisebb tölcsér alkalmazható és nincs szükség gázvisszavezető eszközre.

Hasonló eredmény érhető el a 3., 3A. ábra szerinti megoldással is, ahol a 2 kúpszerkezet a 2a főrész alsó, legkisebb 3b gyűrűjéhez kapcsolt, lefelé bővülő kúpos 2c szakaszból áll. Az alsó kúpos 2c szakasz a 3b gyűrűtől lefelé fokozatosan növekvő belső átmérőjű 18 gyűrűkből van összeállítva, amelyek 3f keretoszlopok között vannak rögzítve, amely 3f keretoszlopok a 2a főrész 3c keretoszlopaihoz vannak csatlakoztatva. Optimális tisztítóhatás olyan kúpos 2c szakasszal érhető el, amelynek kúpszöge a 2a főrész kúpszögével egyezik és amelynek magassága nem nagyobb a főrész H magasságánál.

A negyedik kiviteli alakban (4., 4A. ábrák) a 2 kúpszerkezet 2a főrészből, a közeg haladási irányában ezt követő hengeres 2b segédrészből és ennek kimenő végére csatlakoztatott fordított kúpos 2c részből áll, ahol a 2b segédrész már ismertetett módon egyforma, a 2a főrész legkisebb 3b gyűrűjével egyező méretű és profilú 17 gyűrűkből, a kúpos 2c rész az elrendezésben lefelé, az alsó 17 gyűrűtől kiindulva növekvő átmérőjű 18 gyűrűkből van felépítve. A 2b segédrész és a kúpos 2c rész magassága nem nagyobb, mint a 2a főrész magassága. A bemutatott kiviteli példák közül ez a leghatásosabb. A 2b segédrész és fordított kúpos 2c rész alkalmazásának mindegyik variációja eredménnyel alkalmazható.

Az ötödik példa szerinti kiviteli alakban (5., 5 A. ábrák) a 2 kúpszerkezet 2a főrészének (és a 2b segédrész, kúpos 2c rész) gyűrűi egyetlen profilos szálból készült, kis menetemelkedésű spirálként vannak kialakítva. A spirált alkotó szál profilja olyan, hogy mindegyik 19 menet keresztmetszetének az előző példák kapcsán már ismertetett alakja van felfelé néző íves 13 belső felülettel, 13a tetőszinttel, 14 alsó felülettel és 15 külső felülettel, továbbá lekerekítetlen, éles 14a éllel az alsó felület és az íves belső felület találkozásánál. A spirál 19 menetei egy-egy 3,17,18 gyűrűnek felelnek meg - kiviteli alaktól függően. Ez a kialakítás könnyű gyárthatóságot és a gyártás automatizálását teszi lehetővé. A megoldás szerint elhagyhatók a gyűrűket tartó keretoszlopok (lásd 5A. ábrát), de ha merevítési szempontok indokolják, alkalmazhatunk keretoszlopokat. Egyebekben az 5. ábra szerinti kiviteli alak az 1. ábra szerintihez hasonló, ugyanolyan elrendezésben van a 7 kiömlőcső a 2 kúpszerkezet alsó kimenetére csatlakoztatva és a 8 tölcsérből a gázt az la térbe visszavezető 12 cső alkalmazva.

Az átbocsátóképesség kettő vagy több egyforma berendezés párhuzamos kapcsolásával növelhető. Az eredő tisztítóképesség több, találmány szerinti berendezés sorba kapcsolásával növelhető.

Az 1., 1A. ábrák szerinti példában a 2a főrész 3 gyűrűinek 14a élei egyenes alkotójú kúpot alkotnak. A 2 kúpszerkezet kialakítható olyan 2a főrésszel is, amely főrész 3 gyűrűinek körbefutó 14a élei íves alkotójú kúpot alkotnak a kúpszerkezet középvonala körül (IC. ábra).

A találmányt megalapozó fontos megállapítás, hogy a szilárd részecskék kiválása a gáznemű közegből lényegében aerodinamikai törvényeknek megfelelően történik, a gyűrűk belső (és felső) felületének áramvonalas kialakítása jelentősen lecsökkenti a szilárd részecskék ütközését a gyűrűk felületével, a 16 rések menti nyomáskülönbség pedig hirtelen irányváltoztatásra kényszeríti a gázt egy él mentén.

Az alábbiakban a találmány szerinti berendezés gyakorlati alkalmazásával kapcsolatos példákat ismertetünk.

1. példa

Az 1. ábra szerinti berendezés legnagyobb gyűrűje 200 mm belső átmérőjű, a legkisebb gyűrű belső átmérője 20 mm. A gyűrűk magassága és vastagsága is 5 mm. A gyűrűk alsó felülete sík felület, a gyűrűk közötti résmagasság 5 mm. A kúpszerkezet magassága 2000 mm. A tisztítandó gáz berendezésbe belépő Vi gázsebessége a vizsgálatok során különböző, 15 m/s és 90 m/s közötti értékű volt, a közeg szennyezőinek koncentrációja 1-10 g/m³. A tisztítandó közeg szilárd szennyezőinek összetétele az alábbi:

1000-50 pm 50%

50-1 pm 45 % <1pm 5 %

HU 213 991 Β

Az eredő gravimetrikus tisztítóhatás tíz mérés statisztikus kiértékeléséből 95%-ra adódott, ±1% becsült pontossággal. Ez az érték lényegében egyformának adódott minden szemcseméretfrakcióra és minden gázsebességnél. További érdekes eredmény, amit a kicsapott szilárd szennyezők összetételének vizsgálatából nyertünk az elemzés által meghatározott pontossággal, hogy a tölcsérben leülepedett szilárd anyag szemcseméret-összetétele megegyezett a betáplált közeg szennyezőinek összetételével, ami azt jelenti, hogy a tisztított közegben maradó szilárd szennyezők szemcseméret szerinti összetétele megegyezik a betáplált közegével, töménysége viszont sokkal kisebb.

2. példa

Két egyforma, az 1. példa szerinti berendezést sorba kapcsoltunk. A sorban első berendezésbe betáplált közeg összetétele és gázsebessége az 1. példa szerinti. A frakció-tisztítóhatás is az 1. példa szerint alakult. Az eredő tisztítóhatás 99% ±1% értékűre adódott a vizsgálatsorozat kiértékelésével. A végtermék szennyezőinek szemcseméret szerinti megoszlása itt is hasonló volt a betáplált, tisztítandó közegéhez.

Claims (20)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Berendezés közegek szétválasztására, különösen gáz szilárd részecskéktől történő megtisztítására, azzal jellemezve, hogy gyűrűkből (3) álló, a szétválasztandó közeg haladási irányában szűkülő csonkakúp alakú főrésszel (2a) rendelkező kúpszerkezete (2) van, ahol a kúpszerkezetet (2) alkotó, a kúpszerkezet tengelyvonala irányában egymás után, koncentrikusan elrendezett gyűrűk (3) között rések (16) vannak hagyva, amely főrész (2a) gyűrűi (3) a közeg haladási irányában elülső, legnagyobb belső átmérőjű (D_max) gyűrűtől (3a) a közeg haladási irányában hátsó, főként szilárd részecskék átbocsátására szolgáló, legkisebb belső átmérőjű (D_min) gyűrűig (3b) folyamatosan csökkenő belső átmérőkkel vannak elrendezve, ahol mindegyik gyűrűnek (3) a közeg haladási irányában elülső, felső felülete és az alsó felülete között íves belső felülete (13) van kialakítva, amely belső felület (13) a gyűrű sugárirányú, a kúpszerkezet (2) tengelyvonalába eső síkú keresztmetszetében fekvő, a gyűrű (3) felső felületét (13a) és alsó felületét (14) összekötő konvex ívvel alkotott, a tengelyvonallal és az áramlási iránnyal szemben álló, belső gyűrűfelület, amely az alsó felülettel (14) lekerekítetlen élben (14a) találkozik - amely él (14a) átmérőj e a gyűrű belső átmérője (D_min, D_max) -, ahol a különböző belső átmérőjű gyűrűk (3) úgy vannak egymás fölött elrendezve, hogy a gyűrű élén (14a) át a tengelyvonallal párhuzamosan húzott vonal az alatta lévő gyűrűt annak lekerekítetlen élén (14a) sugárirányban kívül metszi, és a gyűrűk (3) alsó felülete (14) a lekerekítetlen éltől (14a) a gyűrű külső felületéig (15) terjedő felület, a külső felület (15) az alsó felülettől (14) a felső felületig (13a) terjedő felület, amely alsó felület (14) lekerekítetlen élnél (14a) vett érintője a kúpszerkezet (2) tengelyvonalával közelítőleg 90°-ot zár be.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti berendezés, azzaljellemezve, hogy a gyűrűk (3) íves belső felületének (13) kialakítása olyan, hogy az alsó élnél (14a) lévő részéhez húzott érintő párhuzamos a kúpszerkezet (2) tengelyvonalával.
3. 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a kúpszerkezet (2) főrészében (2a) a gyűrűk (3) és a közöttük lévő rések (16) méretviszonyai az alábbiak:

   0,5 < w/t < 2

   0,7 < h/t <3

   10 < D_max/D_min < 100

   5 < H/D_max < 20

   0,02 < δ/w < 0,8 ahol w a gyűrű (3) keresztmetszetének sugárirányban, a kúpszerkezet hossztengelyére merőlegesen, az éles éltől (14a) a külső felületig (15) mért vastagsága, t a gyűrű keresztmetszetének magassága a hossztengellyel párhuzamos irányban, az éles él (14a) és a tetőszint (13a) között mérve, h a gyűrűk közötti résmagasság a hossztengellyel párhuzamos irányban mérve,

   H a kúpszerkezet főrészének (2a) magassága a hossztengellyel párhuzamos irányban, az első és utolsó gyűrűk (3a, 3b) élének (14a) síkjai között mérve, δ két egymással szomszédos gyűrű (3) élei (14a) között, sugárirányban mért távolság,

   D_max a legnagyobb gyűrű (3a) belső átmérője,

   D_min a legkisebb gyűrű (3b) belső átmérője.
4. 4. A 3. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a két szomszédos gyűrű (3) közötti résmagasság (h) egyenlő a nagyobb gyűrű (3) magasságával (t).
5. 5. A 3 . igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a gyűrűk (3) egyforma magasságúak (t).
6. 6. A 3. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a gyűrűk (3) egyforma vastagságúak (w).
7. 7. A 3. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a gyűrűk (3) egyforma magasságúak (t) és egyforma vastagságúak (w).
8. 8. A 3. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a gyűrűk (3) egyforma magasságúak (t) és egyforma vastagságúak (w), a közöttük lévő résmagasságok (h) is egyformák.
9. 9. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a közeg áramlásának irányában a legkisebb gyűrű (3b) után legalább két további, a legkisebb gyűrűvel (3b) azonos belső átmérőjű (D_mj_n) gyűrű van elrendezve a kúpszerkezetben (2).
10. 10. A 9. igénypont szerinti berendezés, azzaljellemezve, hogy a közeg áramlásának irányában a legkisebb gyűrűk (3b) után legalább további két gyűrűből álló, az áramlás irányában bővülő kúpos szakasz (2c) van kialakítva a kúpszerkezetben (2).
11. 11. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a közeg áramlásának irányában a legkisebb gyűrű (3b) után legalább további két gyűrűből álló, az áramlás irányában bővülő kúpos szakasz (2c) van kialakítva a kúpszerkezetben (2).
12. 12. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a kúpszerkezet gyűrűi egyetlen szálból,

    HU 213 991 Β többmenetes, a hossza mentén változó átmérőjű spirálként vannak megvalósítva, ahol az egyes menetek egyegy gyűrűnek felelnek meg.
13. 13. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a kúpszerkezet (2) házban (1) van elrendezve, amelynek a kúpszerkezet (2) belső terével a legnagyobb gyűrűn (3 a) át összenyitott bemenő nyílása és a kúpszerkezetet (2) körülvevő térrel ( 1 a) összenyitott kimenő nyílása van, míg a kúpszerkezetet körülvevő tér (la) a bemenő nyílástól a legnagyobb gyűrű (3 a) pereménél el van zárva, a kúpszerkezet (2) kimenő végére kiömlőcső (7) van csatlakoztatva, amely szilárdrészecske-gyűjtő tölcsérbe (8) torkollik.
14. 14. A 13. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a kúpszerkezet (2) főrészében (2a) a gyűrűk

    (3) és a közöttük lévő rések (16) méretviszonyai az alábbiak: 0,5 < w/t < 2 0,7 < h/t < 3 10 < Dmax/^min — 100 5 < H/D_max < 20 0,02 < δ/w < 0,8 ahol

    w a gyűrű (3) keresztmetszetének sugárirányban, a kúpszerkezet hossztengelyére merőlegesen, az éles éltől (14a) a külső felületig ( 15) mért vastagsága, t a gyűrű keresztmetszetének magassága a hossztengellyel párhuzamos irányban, az éles él (14a) és a tetőszint (13a) között mérve, h a gyűrűk közötti résmagasság a hossztengellyel párhuzamos irányban mérve,

    H a kúpszerkezet főrészének (2a) magassága a hossztengellyel párhuzamos irányban az első és utolsó gyűrű (3a,3b) élének (14a) síkjai között mérve , δ két egymással szomszédos gyűrű (3) élei (14a) között sugárirányban mért távolság,

    D_max a legnagyobb gyűrű (3a) belső átmérője ,

    D_min a legkisebb gyűrű (3b) belső átmérője.
15. 15. A 13. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a kúpszerkezet (2) kimenő végét a főrészének (2a) legkisebb gyűrűje (3b) alkotja, a szilárdrészecske-gyűjtő tölcsér (8) gázelvezető eszközzel van ellátva.
16. 16. A 15. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a gázelvezető eszköz egy a ház (1) terébe (la) nyitott gázvisszavezető cső (12).
17. 17. A 13. igénypont szerinti berendezés, azzaljellemezve, hogy a kúpszerkezet (2) a kúpos főrészből (2a) és egy az áramlás irányában ez után elrendezett, hengeres segédrészből (2b) áll, amely segédrész (2b) legalább két, a főrész legkisebb gyűrűjével (3b) azonos belső átmérőjű (D_mj_n) gyűrűből (17) áll, ahol a szilárdrészecske-gyüjtő tölcsérbe (8) torkolló kiömlőcső (7) másik végének pereme (7a) a főrésztől (2a) legtávolabbi gyűrűre (17) van csatlakoztatva.
18. 18. A 17. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a kúpszerkezet (2) továbbá a segédrészt (2b) követő bővülő kúpos szakaszból (2c) áll, amely a közeg áramlásának irányában utolsó legkisebb gyűrű (3b) után legalább további két gyűrűt tartalmaz az áramlás irányában növekvő belső átmérőkkel, és a szilárdrészecske-gyűjtő tölcsérbe (8) torkolló kiömlőcső (7) az utolsó, nagyobb belső átmérőjű gyűrűre van csatlakoztatva.
19. 19. A 13. igénypont szerinti berendezés, azzaljellemezve, hogy a kúpszerkezet (2) továbbá bővülő kúpos szakaszból (2c) áll, amely a közeg áramlásának irányában utolsó legkisebb gyűrű (3b) után legalább további két gyűrűt tartalmaz az áramlás irányában növekvő belső átmérőkkel, és a szilárdrészecske-gyűjtő tölcsérbe (8) torkolló kiömlőcső (7) az utolsó, nagyobb belső átmérőjű gyűrűre van csatlakoztatva.
20. 20. A 13. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a kúpszerkezet gyűrűi egyetlen szálból, többmenetes, a hossza mentén változó átmérőjű spirálként vannak megvalósítva, ahol az egyes menetek egyegy gyűrűnek felelnek meg, és a szilárdrészecske-gyüjtő tölcsérbe (8) torkolló kiömlőcső (7) az utolsó menet által alkotott nyílásra van csatlakoztatva.