PL171480B1 - Urzadzenie do oddzielania i oczyszczania gazów z zanieczyszczen mechanicznych w postaci czastek stalych jak pyl, dym, popiól i innych PL - Google Patents

Abstract

1 U RZADZENIE DO ODDZIELANIA I OCZYSZCZANIA GAZÓW Z ZANIECZYSZCZEN M ECHANICZNYCH W POSTACI CZASTEK STALYCH JAK PYL, DYM, POPIÓL I INNYCH ZAWIERAJACE STRUKTURE W KSZTALCIE STOZKA SCIETEGO Z OSIA ROZM IESZCZONA W KIERUNKU PRZEPLYWU STRUM IENIA GAZU I ODDZIELANYCH CZASTEK I POSIADAJACE STOZKOW A CZESC GLÓW NA WYZNACZONA PRZEZ LICZNE WSPÓLOSIOWO ULOZONE PIERS- CIENIE, ROZM IESZCZONE W KIERUNKU OSIOW YM W PEW NEJ ODLEGLOSCI OD SIEBIE I MAJACE, W KIERUNKU PRZEPLYWU STRUM IENIA GAZU I ODDZIELANYCH CZASTEK, STO- PNIOW O MALEJACE SREDNICE WEWNETRZNE, PRZY CZYM PIERSCIEN O NAJWIEKSZEJ SREDNICY WEWNETRZNEJ ZNAJDUJE SIE NA TYM KONCU STOZKOW EJ CZESCI GLÓWNEJ STRUKTURY STOZKOWEJ, W KTÓREJ STRUMIEN GAZU I CZASTEK WPLYWA DO STRUKTURY STOZKOWEJ, A PIERSCIEN O NAJMNIEJSZEJ SREDNICY W EWNETRZNEJ ZNAJDUJE SIE NA TYM KONCU STOZKOWEJ CZESCI GLÓWNEJ STRUKTURY STOZKOWEJ, Z KTÓREJ WYLATUJA ODDZIELONE CZASTKI STALE, ZNAM IENNE TYM , ZE KAZDY PIERSCIEN (3) M A OBSZAR NAJWYZSZY (13A), OBSZAR NAJNIZSZY (14A), POWIERZCHNIE WEW NETRZNA (13), KTÓRA W PROMIENIOWYM PRZEKROJU POPRZECZNYM W ZDLUZ OSI STRUKTURY STOZKO- WEJ (2 ) JEST ZAKRZYWIONA W SPOSÓB W YPUKLY I BIEGNIE OD NAJWYZSZEGO KONCA NAJWYZSZEGO OBSZARU (13A) DO NAJNIZSZEGO KONCA NAJNIZSZEGO OBSZARU (14A) PIERSCIENIA (3) I JE ST ZW RÓCONA CZESCIOWO PRZECIW NIE, A CZESCIOWO POPRZECZ- NIE, DO KIERUNKU PRZEPLYWU STRUM IENIAGAZU I CZASTEK PRZEZ STRUKTURE STOZKOWA (2), POWIERZCHNIE SPODNIA (14) I POW IERZCHNIE ZEWNETRZNA (15), GDZIE POW IE- RZCHNIA SPODNIA (14) BIEGNIE OD M IEJSCA SW OJEGO POLACZENIA Z NAJNIZSZYM KONCEM (14A) POWIERZCHNI W EWNETRZNEJ (13) DO ZEWNETRZNEJ POWIERZCHNI (15) PIERSCIENIA (3) I JEST ZW RÓCONA W PRZYBLIZENIU W KIERUNKU PRZEPLYWU STM M IENTA GAZU I CZASTEK PRZEZ STRUKTURE STOZKOW A (2), POLACZENIE POW IERZ- CHNI SPODNIEJ (14)Z POW IERZCHNIA W EW NETRZNA (13) M A POSTAC OSTREJ KRAWEDZI (14A), KTÓRA BIEGNIE NA OBW ODZIE PIERSCIENIA (3) I WYZNACZA WEWNETRZNA SREDNICE PIERSCIENIA ORAZ JEST USYTUOW ANA W STRUKTURZE STOZKOWEJ (2) TAK, ZE LINIA RÓWNOLEGLA DO OSI STRUKTURY STOZKOW EJ I PRZECINAJACA OSTRA KRAW EDZ (14A) DANEGO PIERSCIENIA (3) PRZECINA POW IERZCHNIE WEW NETRZNA (13) NASTE- PNEGO, SASIEDNIEGO, ZNAJDUJACEGO SIE PO STRONIE WYPLYWOWEJ PIERSCIENIA (3) NA ZEWNATRZ W KIERUNKU PROMIENIOWYM OD OSTREJ KRAWEDZI (14A) TEGO, ZNAJ- DUJACEGO SIE PO STRONIE WYPLYWOWEJ, PIERSCIENIA, PRZY CZYM POWIERZCHNIA SPODNIA (14) JEST ZORIENTOW ANA W TAKI SPOSÓB, ZE STYCZNA DO NIEJ W MIEJSCU JEJ POLACZENIA (14A) Z POW IERZCHNIA W EW NETRZNA (13) TWORZY KAT (A ) CO NAJWYZEJ 90 STOPNI Z OSIA STRUKTURY STOZKOWEJ (2), A ZEWNETRZNA POWIERZCHNIA (15) BIEGNIE OD POW IERZCHNI SPODNIEJ (14) DO NAJWYZSZEGO KONCA (13A) POWIERZCHNI W EWNETRZNEJ (13) FIG. 1 ( 5 4 ) URZADZENIE DO ODDZIELANIA I OCZYSZCZANIA GAZÓW Z ZANIECZYSZCZEN MECHANICZNYCH W POSTACI CZASTEK STALYCH JAK PYL, DYM, POPIÓL I INNYCH PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do oddzielania i oczyszczania gazów z zanieczyszczeń mechanicznych w postaci cząstek stałych takich jak pył, wyziewy, dym, popiół i innych.

Znane są ze stanu techniki różne urządzenia do oddzielania i oczyszczania strumieni gazu z cząstek stałych na przykład z pyłu, takie jak: osadniki, w których największe cząstki stałe, czyli drobne zanieczyszczenia mechaniczne, osadzają się na skutek siły ciężkości oraz cyklony i oddzielacze pyłu działające na zasadzie siły bezwładności, które wykorzystują zjawisko siły odśrodkowej i siły bezwładności powstających na skutek zmiany kierunku przepływu gazu, ponadto filtry przemysłowe, znane również jako filtry workowe, w których gaz obciążony pyłem przepływa przez materiał, warstwy papieru, wełnę szklaną, sita metalowe, itp., a także elektrostatyczne oddzielacze, elektrofiltry, w których cząstki są elektrycznie ładowane w polu elektrycznym o wysokim natężeniu a następnie przesuwają się do elektrody, na której osadzają się oraz inne urządzenia takie jak płuczki wodne, w których cząstki pyłu wchodzą w kontakt z cieczą i następnie są porywane.

W przypadku gdy nie można użyć żadnego szczególnego układu o wymaganym stopniu oczyszczania, można zastosować połączenie więcej niż jednego z powyższych przykładów np. oddzielacz cyklonowy może być połączony z filtrem tkaninowym.

Jedną z głównych cech charakterystycznych separatora pyłu jest jego grawimetryczna wydajność oczyszczania, η którą zwykle określa się jako stosunek ciężaru pyłu wychwyconego do ciężaru pyłu wpływającego, w tym samym okresie czasu. Wydajność oczyszczania można wyrazić albo jako wielkość η < 1 lub w procentach, po przemnożeniu przez ΐ0θ.

Bardziej szczegółową charakterystykę urządzenia oddzielającego pył dostarcza wydajność frakcyjna, która jest wskaźnikiem zmiany wydajności grawimetrycznej w funkcji wielkości cząstki d. Wydajność frakcyjna może być wyrażona wzorem lub krzywą η (d), która pokazuje wydajność grawimetryczną w ciągłych szeregach wąskich zakresów widma wielkości cząstek.

Ogólnie mówiąc mniejsze cząstki są trudniejsze do oddzielania. W związku z tym krzywe wydajności frakcyjnej η (d) nie są stałe w zakresie wielkości cząstki lecz mają tendencję do szybkiego spadku przy mniejszych wielkościach cząstek zbliżając się do wydajności zero dla cząstek, których wielkości zbliża się do zera. Zatem przy charakteryzowaniu różnych urządzeń oddzielających pył ważną sprawą jest stwierdzenie poniżej jakiej wielkości cząstki wydajność frakcyjna zaczyna znacznie spadać. Naprzykład, dla typowego grawitacyjnego osadnika, krzywa wydajności frakcyjnej zaczyna spadać przy wielkości cząstek 80 - 10θ gm, i może osiągnąć η = 0,8 (80%) wydajności dla cząstek o wielkości 50 μm.

171 480

Nawiasem mówiąc wydajność oczyszczania rzędu 80% stanowi rozsądne kryterium oddzielania bardziej użytecznych urządzeń dla których η> 80% od mniej użytecznych dla których η < 80%. Stwierdzono, że tylko elektrofiltry, filtry tkaninowe, pewne typy spłuczek i specjalne cyklony o małym promieniu mogą oddzielać cząstki mniejsze od 10 Urn przy η >80%.

Innym parametrem, który może oddziaływać na wydajność oczyszczania urządzenia jest koncentracja pyłu lub gęstość pyłu w gazie mierzona w g/m, na wlocie urządzenia.

Jeszcze innym ważnym parametrem związanym z pracą urządzenia oddzielającego pył i mającego wpływ na jego wydajność oczyszczania jest średnia prędkość gazu w urządzeniu. Znane urządzenia oddzielające pył działają przy różnych prędkościach gazu, zależnie od zasady ich działania. Na przykład, gdy elektrolity działają przy stosunkowo niskich prędkościach gazu rzadko przekraczających 2 m/sek to bezwładnościowe separatory pyłu pracują przy prędkościach pomiędzy 15 i 30 m/sek. Ogólnie mówiąc potrzebne są większe prędkości, ponieważ mają one wpływ na wyższą przelotowość urządzenia która jest wynikiem prędkości przepływu gazu i powierzchni przekroju poprzecznego przepływu gazu przez urządzenie. Przy danej wymagmnej przelotowości im wyższa jest dopuszczalna prędkość gazu, tym mniejsze może być urządzenie.

Jednakże, gdy prędkość gazu przewyższa pewną optymalną wartość zalezną od rodzaju stosowanego urządzenia, wydajność oczyszczania zaczyna spadać, czasami gwałtownie. Na przykład, w separatorach bezwładnościowych ten spadek wydajności oczyszczania zachodzi na skutek powstania silnej turbulencji w strumieniu gazu przy prędkościach przekraczających 30 m/sek. Jednocześnie, z powodu ich budowy separatory bezwładnościowe tracą również swoją wydajność oczyszczania przy małych prędkościach gazu. W stosowanych urządzeniach tego typu, skuteczny zakres prędkości gazu przeważnie jest raczej wąski, np. ±20% optymalnej wartości prędkości, przy której η wynosi maximum.

Gdy dwa lub więcej, ogólnie n urządzeń, które indywidualnie mają wydajność oczyszczania η i, η2...η_η, są polącno nz szeregowo tak, że oczyszcny ny g az z polonoge go wyżej urządzenia wchodzi do następnego połekonego nikyj urządzenia łatwo można wykazać, że całkowita wydajność oczyszczania n urządzeń połączonych szeregowo może być wyrażona jako

E = ηι + (1-ηι)η 2 + (1-ηι)(1-η 2), 3 + ...+(1-ηι(1-η 2)...

(1-η_η-ι)ηη (1) gdzie η wyraża liczbę mniejszą od jedności, zamiast w procentach. Na przykład dla dwóch separatorów z indywidualną wydajnością ηι i η 2 połączonych szeregowo

E = ηι + (1-ηι)η 2 (2)

W świetle tego co powiedziano o frakcyjnej wydajności η (d) i gęstości pyłu, oczywiste jest, że wzory (1) i (2) powinny być stosowane ostrożnie. W rzeczywistości pierwsze urządzenie z szeregu ma tendencję do oddzielania głównie dużych cząstek i dostarczania ich do następnego położonego urządzenia wraz z częściowo oczyszczonym gazem, który ma zarówno mniejszą gęstość pyłu i rozkład wielkości cząstek przy ogólnej mniejszej średniej wielkości cząstki w porównaniu z rozkładem rozmiaru pyłu wchodzącego do pierwszego urządzenia. To przesunięcie w rozkładzie wielkości cząstki jest pośrednią konsekwencją występowania nieciągłej krzywej T(d) wydajności frakcyjnej. Stanowi to praktyczne ograniczenie stopnia oddzielania cząstek ze strumienia gazu, które można osiągnąć za pomocą wielu urządzeń oczyszczających połączonych szeregowo. Zatem, należy uważać, że wartości η we wzorze (1) i (2) odpowiadają charakterstykom strumienia gazu niosącego pył na wlotach każdego odpowiedniego urządzenia niosącego pył. W praktyce te wartości uzyskuje się doświadczalnie.

W zakresie wielkości cząstki, w których η (d) nie jest zbyt mała, łączenie wielu urządzeń szeregowo stanowi efektywny sposób wzrostu całkowitej wydajności oczyszczania układu. Na przykład we wzorze (2) biorąc ηι = 0,7 i η2 = 0,6, stwierdza się, że E = 0,88 (88%).

Jasne jest, że urządzenia ze stosunkowo płaską wartością η (d) az do małych wielkości cząstki mogą być skuteczne zwłaszcza przy dokładnym oczyszczaniu strumieni gazu poprzez łączenie ich szeregowo.

Można przyjąć, że urządzenia klasy wyżej opisanej znane są ze stanu techniki jako bezwładnościowe separatory, w których gaz jest oczyszczany z cząstek stałych poprzez stosowania nagłych zmian kierunku przepływu strumienia gazu i zmniejszenie jego prędkości. Na skutek ich bezwładności cząstki stałe kontynuują ruch w tym samym kierunku co początkowy strumień gazu i ewentualnie osadzają się w leju zbierającym. Cięższe, większe cząstki mają większą bezwładność, a zatem są łatwiejsze do oczyszczenia niż lżejsze, mniejsze, które mają tendencję do uciekania wraz z oczyszczanym strumieniem gazu

Niektóre z tych urządzeń są tak skonstruowane aby mieć pewną liczbę stałych, przeważnie metalowych powierzchni nachylonych pod kątem ostrym względem strumienia gazu. Powierzchnie te mają na celu odchylenia cząstek stałych od ich drogi, która na początku pokrywa się z kierunkiem głównego strumienia gazu. W ten sposób powierzchnie pomagają zagęścić cząstki stałe po jednej stronie wymienionych części odchylających, podczas gdy oczyszczany gaz ucieka przez przestrzenie pomiędzy odchylającymi częściami. Takie urządzenie będące kolektorem typu żaluzji, stosuje się czasem na etapie wstępnego oczyszczania przed cyklonami i filtrami workowymi.

Znane są również z publikacji W. Straussa Oczyszczanie gazu przemysłowego, Pergamon Press, 1960, oraz z publikacji K. Hansena - Piąta światowa konferencja d/s energii, Wiedeń, 16, 5829 (1956); oraz z następujących opisów: z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 2 034 467 i opisu patentowego Wielkiej Brytanii nr 388 637; z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 2 874 800 a także opisu patentowego Wielkiej Brytanii nr 766 279, z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 340 474, z opisów patentowych Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3 958 966, nr 4 198 220 i 4 123 241. Znane są stożkowe kolektory żaluzjowe i jego odmiany. Są one bardziej wydajne od cyklonów i kolektorów workowych. Znany z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 2 034 467 oraz opisu patentowego Wielkiej Brytanii nr 388 637 stożkowy kolektor żaluzjowy w wersji popularnej składa się z układu zamontowanych stożkowo stożkowych pierścieni o płaskiej powierzchni o zmniejszających się średnicach. Stożkowe pierścienie o płaskiej powierzchni są zamontowane w cylindrycznej lub stożkowej obudowie tak, aby pokrywały się wzajemnie w kierunku osiowym pozostawiając wąskie szczeliny pomiędzy sąsiednimi powierzchniami pierścieniowymi. Te kołowe szczeliny są ustawione pod kątem ostrym względem kierunku przepływu gazu. Strumień gazu doprowadza się i wprowadza do obudowy na jej końcu sąsiadującym z miejscem zamontowania pierścienia o największej średnicy i przesuwa poprzez stożek od góry w dół. Główna część gazu zawierająca cięższe cząstki gwałtownie zmienia kierunek ruchu i ucieka w kierunku do góry przez szczeliny pomiędzy pieścieniami w celu odprowadzenia do następnego miejsca przeznaczenia, podczas gdy cięższe cząstki kontynuują ruch w kierunku do dołu poprzez stożek Jednocześnie cząstki ciągle uderzają o powierzchnie pieścieni, są w ten sposób wyrzucane w kierunku wzdłuż osi stożka co prowadzi do znacznego zużycia się pierścienia po pewnym czasie, cząstki są w ten sposób zagęszczane i usuwane w ilości od 5 do 7% wraz z częścią gazu poprzez pierścień o najmniejszej średnicy.

Znany jest z opisów patentowych Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 2 874 800 i Wielkiej Brytanii nr 766, 279 wariant stożkowego kolektora żaluzjowego, w którym jednoelementowa konstrukcja stożkowa jest wykonana z drutu skręcanego w spiralę mającego prostokątny lub trapezowy przekrój poprzeczny z prostoliniową wewnętrzną powierzchnią drutu nachyloną ukośnie względem osi stożka i służącą temu samemu celowi co płaski stożkowy pierścień w uprzednio opisanym urządzeniu.

Korzyści wyżej opisanych znanych stożkowych bezwładnościowych kolektorów pyłu polegają na prostocie i zwartości ich konstrukcji, braku części ruchomych, odpowiednio małym oporze stawianym strumieniowi gazu i odpowiednio dużej prędkości przepływu przez urządzenie, to znaczy wysokiej przelotowości, jak również na tym, że ich wydajność nie zmienia się znacznie pod wpływem gęstości pyłu na wlocie.

Wadą tych urządzeń jest brak możliwości efektywnego usuwania cząstek mniejszych od 20-30 μm, i odpowiednio dużej ilości gazu, który nie daje się oddzielić od cząstek stałych i w związku z tym musi być oczyszczany w położonych niżej cyklonach. Dlatego też stożkowe bezwładnościowe chwytacze pyłu przeważnie są używane jako urządzenia wstępnego oczyszczania w celu usunięcia grubszych cząstek.

Inną wadą stożkowych bezwładnościowych kolektorów pyłu jest stałe bombardowanie stożkowych pierścieni przez cząstki stałe, co w pewnych przypadkach prowadzi do ich szybkiej erozji i zużycia, z czym wiąże się konieczność częstego przeglądu łącznie z wymianą pierścieni i w rezultacie stratą czasu.

Znane są również bezwładnościowe separatory pyłu z bardziej skomplikowanymi krzywoliniowymi elementami odchylającymi cząstki. Na przykład z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 340 474 znane jest urządzenie typu stożkowego z osiowo nienakładającymi się pierścieniami o bardziej skomplikowanym kształcie, zakrzywionym w kierunku do wewnątrz od strony wewnętrznej i mające prostoliniową część oraz występ w celu odchylania cząstek stałych w kierunku osi stożka. W urządzeniu tym całkowita wydajność oczyszczania dla cząstek o średniej wielkości pomiędzy 20 i 30 Lim wynosi blisko 80%. Jednakże nie podaje się żadnej szczegółowej wydajności frakcyjnej.

Z opisów patentowych Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3 958 966 i nr 4 198 220 znane są urządzenia w których strumień gazu jest skierowany w przeciwnym kierunku niż zakończenie, to znaczy od najwęższego do najszerszego końca, separatora o kształcie stożkowym, który przez to jest odwrócony w porównaniu z bezwładnościowym separatorem w kształcie stożka opisanym powyżej. Urządzenia te zawierają ponadto pojedyncze elementy oddzielające lub pierścienie nakładające się na siebie i mające w przekroju poprzecznym kształt trójkąta rozwartego. W tym przypadku chodzi o skonstruowanie powierzchni odchylających dla cząstek stałych tak jak przedtem, chociaż o geometrii odwróconej, gdzie zagęszczone cząstki przesuwają się na zewnątrz struktury stożkowej w kierunku szerszej podstawy stożka, podczas gdy oczyszczony gaz ucieka do wnętrza stożka.

Dzięki złożonemu kształtowi pierścienia, pomiędzy pierścieniami tworzą się zakrzywione kanały, przy czym kanały służą do stworzenia kanałów wylotowych dla częściowo oczyszczonego strumienia gazu. W ten sposób uformowane kanały są otwarte w kierunku wnętrza struktury stożkowej. Konstrukcja taka zapobiega zatykaniu się urządzenia. Jednakże nie podano żadnych danych doświadczalnych. Ponadto należy również zauważyć że urządzenie jest przeznaczone przede wszystkim do oddzielania cząstek stałych od pary, co może być powodem zwrócenia szczególnej uwagi na rozwiązanie problemu zatykania się.

Nieco podobne urządzenie jest opisane w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 123 241, w którym jeden lub dwa zespoły deflektorów cząstek lub łopatek umieszczone są w wydrążonym korpusie o prostokątnym, kołowym lub wydłużonym kształcie widocznym w przekroju poprzecznym, prostopadłym do kierunku strumienia. Podobnie jak w opisanych powyżej urządzeniach łopatki mają w przekroju poprzecznym złożony kształt zakrzywionego, wydłużonego trójkąta. Są one rozmieszczone w korpusie tak aby utworzyć powierzchnie odchylające dla napływających cząstek stałych, przy korzystnym kącie ustawienia przedniej powierzchni odchylającej cząstki względem osi urządzenia wynoszącym 34°, i również aby osłonić przeloty między nimi przed bezpośrednim uderzeniem przez napływającą cząstkę. Z uwagi na ich bezwładność cząstki stałe, co najmniej te większe, omijają przeloty pomiędzy łopatkami i kontynuują przesuwanie się ku dołowi zwężającego się urządzenia, podczas gdy oczyszczony gaz ucieka pomiędzy łopatkami, przez zakrzywione kanały utworzone w każdym przypadku przez nakładające się powierzchnie spływu położonej wyżej łopatki i długą biegnącą do tyłu powierzchnię następnej położonej niżej łopatki. Z uwagi na wklęsły kształt powierzchni spływu każdej łopatki, przeloty otwierają się w kierunku przestrzeni zewnętrznej pomiędzy układem łopatek a korpusem urządzenia. Ponadto, przeloty pomiędzy sąsiednimi łopatkami mogą mieć zmieniający się kształt, z krętymi przelotami zwiększającymi się w kierunku końca wylotowego urządzenia. Urządzenie to pozwala uzyskać wydajność oczyszczania aż 89,7% chociaż nie jest wyszczególnione w opisie patentowym, jakiego rodzaju pyl i jaką średnią

171 480 wielkość cząstki można stosować przy badaniu. Traci się około 10% gazu na wylocie urządzenia wraz z zagęszczanym gazem.

Głównym celem obecnego wynalazku jest urządzenie, które oddziela cząstki stałe zawierające cząstki mniejsze od 1 mikrona od wieloskładnikowych płynów o znacznie wyzszej wydajności oczyszczania niż w znanych urządzeniach tego rodzaju.

Również ważnym celem wynalazku jest urządzenie, w którym wydajność oczyszczania frakcyjnego zasadniczo nie zalezy od rozmiarów ani rozkładu wielkości cząstek stałych zawartych w płynie.

Innym ważnym celem wynalazku jest urządzenie, które działa z dużymi wydajnościami oczyszczania w całym szerokim zakresie prędkości przepływu gazu przez urządzenie od około 10 m/sek do 100 m/sek, a nawet przy większych prędkościach.

Między innymi celem jest urządzenie mające przedłużoną trwałość jak również zmniejszony rozmiar i wagę, oraz mające możliwość zastosowania różnych materiałów konstrukcyjnych do jego wykonania, a ponadto obniżenie wymaganych kosztów konserwacji w czasie jego pracy.

Urządzenie do oddzielania i oczyszczania gazów z zanieczyszczeń mechanicznych w postaci cząstek stałych jak pył, dym, popiół i tym podobne według wynalazku charakteryzuje się tym, że każdy pierścień ma obszar najwyższy, obszar najniższy, powierzchnię wewnętrzną, która w promieniowym przekroju poprzecznym wzdłuż osi struktury stożkowej jest zakrzywiona w sposób wypukły i biegnie od najwyższego końca najwyższego obszaru do najniższego końca najniższego obszaru pierścienia i jest zwrócona częściowo przeciwnie, a częściowo poprzecznie, do kierunku przepływu strumienia gazu i cząstek przez strukturę stożkową, powierzchnię spodnią i powierzchnię zewnętrzną. Powierzchnia spodnia biegnie od miejsca swojego połączenia z najniższym końcem powierzchni wewnętrznej do zewnętrznej powierzchni pierścienia i jest zwrócona w przybliżeniu w kierunku przepływu strumienia gazu i cząstek przez strukturę stożkową, połączenie powierzchni spodniej z powierzchnią wewnętrzną ma postać ostrej krawędzi, która biegnie na obwodzie pierścienia i wyznacza wewnętrzną średnicę pierścienia oraz jest usytuowana w strukturze stożkowej tak, że linia równoległa do osi struktury stożkowej i przecinająca ostrą krawędź danego pierścienia przecina powierzchnię wewnętrzną następnego, sąsiedniego, znajdującego się po stronie wypływowej pierścienia na zewnątrz w kierunku promieniowym od ostrej krawędzi tego, znajdującego się po stronie wypływowej, pierścienia. Powierzchnia spodnia jest zorientowana w taki sposób, że styczna do niej w miejscu jej połączenia z powierzchnią wewnętrzną tworzy kąt co najwyżej 90 stopni z osią struktury stożkowej, a zewnętrzna powierzchnia biegnie od powierzchni spodniej do najwyższego końca powierzchni wewnętrznej.

Korzystnie wewnętrzna powierzchnia każdego z wymienionych pierścieni jest tak zakrzywiona, że styczna do tej wewnętrznej powierzchni na jej połączeniu z dolną powierzchnią tego samego pierścienia jest równoległa do osi struktury stożkowej.

Korzystnie każdy z wymienionych pierścieni ma szerokość w kierunku promieniowym zmierzoną prostopadle do osi struktury stożkowej pomiędzy położeniem ostrej krawędzi a miejscem złączenia dolnej powierzchni z zewnętrzną powierzchnią tego pierścienia, a grubość w kierunku osiowym mierzoną równolegle do osi struktury stożkowej pomiędzy płaszczyzną ostrej krawędzi a płaszczyzną najwyższego obszaru tego pierścienia.

Główna część stożkowa posiada wysokość w kierunku osiowym zmierzoną równolegle do osi struktury stożkowej od płaszczyzny ostrej krawędzi najmniejszego pierścienia głównej części stożkowej do płaszczyzny ostrej krawędzi największego pierścienia.

Pierścienie są umieszczone tak, aby określić pomiędzy każdym położonym wyżej pierścieniem i następnym sąsiednim położonym niżej pierścieniem głównej części stożkowej szczelinę mającą osiową wysokość zmierzoną równolegle do osi struktury stożkowej od płaszczyzny najwyższego obszaru tego położonego niżej pierścienia do płaszczyzny ostrej krawędzi tego położonego wyżej pierścienia.

171 480

Wymiary pierścieni, szczeliny i główna część stożkowa struktury stożkowej spełniają następujące zależności:

0,50 < w/t	<	2
0,70 < h/t	<	3
10,00 < Dmax/Dmin	<	100
5,00 < H/Dmax	<	20
0,02 < δ/w	<	0,8

gdzie w jest szerokością pierścienia w kierunku promieniowym, t jest grubością pierścienia w kierunku osiowym, h jest wysokością szczeliny w kierunku osiowym, H jest wysokością głównej części w kierunku osiowym, δ jest promieniowym odstępem pomiędzy ostrą krawędzią jednego z pierścieni i ostrą krawędzią następnego sąsiedniego pierścienia, D_max jest wewnętrzną średnicą największego pierścienia a Dmmjest wewnętrzną średnicą najmniejszego pierścienia.

Korzystnie osiowa wysokość szczeliny pomiędzy danym położonym wyżej pierścieniem, a następnym sąsiednim położonym niżej pierścieniem jest równa grubości tego położonego wyżej pierścienia.

Korzystnie wszystkie pierścienie mają jednakową grubość w kierunku osiowym.

Korzystnie wszystkie pierścienie mają jednakową szerokość w kierunku promieniowym.

Korzystnie wszystkie pierścienie mają jednakową grubość w kierunku osiowym i jednakową szerokość w kierunku promieniowym.

Korzystnie grubość w kierunku osiowym i szerokość w kierunku promieniowym wszystkich pierścieni i wysokość w kierunku osiowym wszystkich szczelin pomiędzy odpowiednimi sąsiednimi pierścieniami są sobie równe.

Korzystnie cylindryczna dodatkowa część utworzona przez co najmniej dwa dodatkowe pierścienie, których wewnętrzna średnica jest równa wewnętrznej średnicy najmniejszego pierścienia głównej części stożkowej, jest umieszczona na strukturze stożkowej położonego poniżej najmniejszego pierścienia.

Korzystnie dodatkowa część, w kształcie odwróconego stożka składająca się z co najmniej dwóch następnych pierścieni mających stopniowo wzrastające średnice wewnętrzne jest umieszczona na strukturze stożkowej poniżej ostatniego z wymienionych dodatkowych pierścieni o równych średnicach wymienionej dodatkowej części cylindrycznej.

Korzystnie dodatkowa część w kształcie odwróconego stożka składająca się z co najmniej dwóch dodatkowych pierścieni mających stopniowo wzrastającą średnicę wewnętrzną jest umieszczona na strukturze stożkowej położonej poniżej najmniejszego pierścienia głównej części stożkowej.

Korzystnie struktura stożkowa jest zespołem jednoelementowym w postaci taśmy ukształtowanej w spiralę tworzącą wiele zwojów o stopniowo zmniejszających się średnicach wewnętrznych, przy czym wymieniona taśma ukształtowana w spiralę stanowi odpowiedni pierścień struktury stożkowej i mający właściwą powierzchnię i charakterystyczny kształt w przekroju poprzecznym.

Korzystnie urządzenie zawiera ponadto obudowę mającą koniec wlotowy i koniec wylotowy, zaś struktura stożkowa osadzona jest w obudowie na największym pierścieniu głównej części stożkowej umieszczonym w pobliżu końca wlotowego i obwodowo uszczelniona wokół powierzchni wewnętrznej obudowy, przy czym koniec wlotowy obudowy jest połączony z wnętrzem głównej części stożkowej struktury stożkowej za pomocą największego pierścienia w celu umożliwienia oddzielanemu gazowi wejście do głównej części stożkowej, zaś koniec wylotowy obudowy wyposażony jest w kanał wypływu z części wewnętrznej przestrzeni wymienionej obudowy, otaczającej strukturę stożkową aby umożliwić oczyszczonej części gazu, która została odprowadzona ze struktury stożkowej przez szczeliny pomiędzy pierścieniami, opuszczenie otaczającej przestrzeni obudowy, ponadto zawierające lej zsypowy mający przewód wlotowy doprowadzany do obudowy i łączący się z wnętrzem struktury stożkowej za pomocą jej ostatniego pierścienia odległego od największego pierścienia, przy czym wymieniony przewód wlotowy służy do tego, aby umożliwić cząstkom, które zostały oddzielone od oczyszczonego gazu i zagęszczone w konstrukcji stożkowej, odprowadzenie ich wraz z pozostałym

171 480 nieoczyszczonym gazem z wymienionej struktury stożkowej do leja zsypowego w celu zgromadzenia w nim wymienionych cząstek.

Korzystnie każdy z wymienionych pierścieni ma szerokość w kierunku promieniowym zmierzoną prostopadle do osi struktury stożkowej pomiędzy położeniem ostrej krawędzi a miejscem połączenia dolnej powierzchni z zewnętrzną powierzchnią tego pierścienia oraz grubość w kierunku osiowym mierzoną równolegle do osi struktury stożkowej pomiędzy płaszczyzną ostrej krawędzi a płaszczyzną najwyzszego obszaru tego pierścienia, ponadto główna część stożkowa ma wysokość osiową zmierzoną równolegle do osi struktury stożkowej od płaszczyzny wymienionej ostrej krawędzi najmniejszego pierścienia głównej części stożkowej do płaszczyzny wymienionej ostrej krawędzi największego pierścienia, oraz pierścienie są umieszczone tak, aby utworzyć pomiędzy każdym położonym wyżej pierścieniem i następnym sąsiednim położonym niżej pierścieniem głównej części stożkowej szczelinę mającą wysokość w kierunku osiowym mierzoną równolegle do osi struktury stożkowej od płaszczyzny najwyższego obszaru położonego niżej pierścienia do płaszczyzny wymienionej ostrej krawędzi pierścienia położonego wyżej, a także wymiary pierścieni, wymienionych szczelin i głównej części stożkowej struktury stożkowej spełniają następujące zależności:

0,50 <	w/t	<	2
0,70 <	łl/t	<	3
10,00 <	Dmaa/Dmin	<	100
5,00 <	H/Dmax	ma	20
0,02 <	δ/w	<	0,8

gdzie w jest szerokością pierścienia w kierunku promieniowym, t jest grubością pierścienia w kierunku osiowym, h jest wysokością szczeliny w kierunku osiowym, H jest wysokością głównej części w kierunku osiowym, δ jest promieniowym odstępem pomiędzy ostrą krawędzią jednego z pierścieni i ostrą krawędzią następnego sąsiedniego pierścienia, Dma/ jest wewnętrzną średnicą największego pierścienia a Dmin jest wewnętrzną średnicą najmniejszego pierścienia.

Korzystnie najmniejszy pierścień głównej części stożkowej jest ostatnim pierścieniem struktury stożkowej, a lej zsypowy posiada ponadto zespół odpowietrzający wnętrze leja, do umożliwienia oczyszczonemu płynowi opuszczenie leja i uniemożliwienie powstania w nim przeciwciśnienia.

Korzystnie zespół odpowietrzający zawiera rurę wentylacyjną sięgającą wymienionej obudowy i łączącą się z przestrzenią otaczającą strukturę stożkową.

Korzystnie cylindryczna dodatkowa część utworzona co najmniej przez dwa dodatkowe pierścienie, których średnica wewnętrzna jest równa wewnętrznej średnicy najmniejszego pierścienia głównej części stożkowej, jest umieszczona na strukturze stożkowej poniżej najmniejszego pierścienia a przewód wlotowy leja łączy się z cylindryczną dodatkową częścią struktury stożkowej najej ostatnim pierścieniu, który jest oddalony od najmniejszego pierścienia głównej części stożkowej.

Korzystnie dodatkowa część w kształcie odwróconego stożka utworzona z co najmniej dwóch dalszych pierścieni mających stopniowo wzrastającą średnicę wewnętrzną jest umieszczona na strukturze stożkowej poniżej ostatniego z wymienionych dodatkowych pierścieni o równych średnicach dodatkowej cylindrycznej części, a przewód wlotowy leja zsypowego łączy się z dodatkową częścią w kształcie odwróconego stożka wymienionej struktury stożkowej na pierścieniu o największej średnicy wewnętrznej wymienionej części dodatkowej w kształcie odwróconego stożka.

Korzystnie dodatkowa część w kształcie odwróconego stożka utworzona z co najmniej dwóch dodatkowych pierścieni mających stopniowo wzrastającą średnicę wewnętrzną jest umieszczona na strukturze stożkowej poniżej najmniejszego pierścienia głównej części stożkowej, a przewód wlotowy leja zsypowego łączy się z dodatkową częścią w kształcie odwróconego stożka struktury stożkowej na pierścieniu o największej średnicy wewnętrznej wymienionej części dodatkowej mającej kształt odwróconego stożka.

Korzystnie struktura stożkowajest zespołem jednoelementowym w postaci taśmy uformowanej w spiralę tworzącą wiele zwojów o stopniowo zmniejszających się średnicach, przy czym

171 480 każdy zwój wymienionej taśmy uformowanej w spiralę stanowi odpowiedni pierścień wymienionej struktury stożkowej i posiada określoną powierzchnię oraz charakterystyki dotyczące kształtu w przekroju poprzecznym, a przewód wlotowy leja zsypowego łączy się ze strukturą stożkową na ostatnim zwoju taśmy uformowanej w spiralę i znajduje się w pewnej odległości od największego jej zwoju.

Konstrukcja urządzenia zgodnie z wynalazkiem umożliwia oczyszczanie lub oddzielanie strumieni gazowych z zanieczyszczeń mechanicznych w szerokim zakresie ich wielkości, włącznie z cząstkami mniejszymi niż 1 mikron, przy zachowaniu dużej prędkości gazu przepływającego przez urządzenie, czyli wysokiej przepustowości urządzenia i przy niskim oporze przepływu gazu, z zachowaniem jednoczesnej wysokiej wydajności procesu oczyszczania, która zasadniczo nie zależy od wielkości ani rozkładu wielkości cząstek obecnych w strumieniu gazu ani od zagęszczenia pyłu na wlotowym końcu urządzenia. Ponadto skład frakcyjny cząstek nie ulega zmianie podczas procesu oczyszczania tak, że gdy oczyszczany gaz jest dostarczany do drugiego zespołu modułowego połączonego szeregowo z pierwszym, skład frakcyjny cząstek stałych w tym gazie będzie zasadniczo taki sam jak w strumieniu początkowym. Również zostaje zmniejszona wielkość i waga urządzenia oraz zapewnia się uzyskanie stałej pracy urządzenia prawie nie wymagającej przerw konserwacyjnych nawet przy zmianach koncentracji pyłu oraz przy wprowadzaniu do urządzenia zróżnicowanego składu frakcyjnego cząstek stałych.

Wynalazek może być stosowany do oczyszczania przemysłowych i domowych strumieni gazu, np. instalacji metalurgicznych, chemicznych, ciepłowniczych i innych oraz do oczyszczania powietrza do użytku przemysłowego lub domowego, np. w przemyśle elektronicznym i precyzyjnym, w budynkach użyteczności publicznej i budynkach mieszkalnych, itp. Może być również używany do oddzielania i gromadzenia wartościowego materiału rozproszonego w postaci cząstek w powietrzu lub gazie, lub podobnym płynie, np. do oddzielania i gromadzenia pyłu węglowego w czasie urobku węgla lub do gromadzenia proszku metalowego w procesie metalurgicznym, itp.

Jest oczywiste, że każde z takich urządzeń może być zespołem zmontowanym na wlocie zawierającym zarówno opisaną wielopierścieniową strukturę stożkową oraz towarzyszącą obudowę przeznaczoną do połączenia z końcówką wylotową głównego przewodu lub rury, jak i może posiadać towarzyszący im lej. Jednakże w przypadku gdy urządzenie ma być stosowane zwłaszcza do zbierania cząstek wartościowego materiału lecz również w pozostałych przypadkach, w którym me jest możliwe dodanie zespołu struktury stożkowej i jednostki obudowy do istniejącej rury lub przewodu, urządzenie to może zawierać tylko oddzielną strukturę stożkową. Taka struktura stożkowa może być zainstalowana na końcu przewodu lub rury bez jakiejkolwiek otaczającej obudowy tak, że tylko cząstki oddzielone ze strumienia gazu mogłyby być zbierane w leju, podczas gdy oczyszczony lecz niepotrzebny gaz lub płyn, przypuszczalnie akceptowalny w środowisku i niezanieczyszczony, mógłby uciekać przez przestrzenie międzypierścieniowe do otaczającej atmosfery. Alternatywnie oczywiście, struktura stożkowa pozbawiona obudowy może być zainstalowana we wstępnym przewodzie lub odcinku rurowym, przez który cząstki będą odprowadzane z głównej operacji, oddzielania, przy czym przewód lub odcinek rurowy tworzą i służą jako obudowa dla struktury stożkowej, a również będą posiadać zbiornik gromadzący odpowiednio przymocowany do nich, na przykład, z boku i bezpośrednio połączony z końcem wylotowym struktury stożkowej.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematyczną ilustrację, częściowo w przekroju, a częściowo w widoku, urządzenia do oddzielania i oczyszczania gazu, zgodnie z pierwszym przykładem wykonania obecnego wynalazku, w którym struktura stożkowa zawierająca główną część w kształcie stożka ściętego składająca się z wielu pierścieni o nieprzerwanie zmniejszających się średnicach jest umieszczona w rurowej obudowie, fig. 1A przedstawia powiększony, pokazany w przekroju szczegół kołowej części struktury stożkowej przedstawionej na fig. 1 i schematyczny kształt wewnętrznej powierzchni pierścieni tworzących stożek jak również sposób podtrzymywania pierścieni o różnej średnicy w stałym położeniu względem siebie, fig. 1B - przekrój wzdłuż linii 1B-1B z fig. 1, fig. 1C - widok zmodyfikowanego stożkowego ustawienia pierścieni, fig. ID przekrój promieniowy przez pojedynczy pierścień i modyfikację kształtu pierścienia na jego

171 480 powierzchni spływu lub dolnej, fig. 1E - modyfikację kształtu pierścienia na jego wierzchołku w obszarze połączenia pomiędzy wewnętrzną i zewnętrzną powierzchnią, fig 1F - schemat struktury stożkowej według wynalazku oraz jej podstawowe fizyczne parametry, fig. 2 - widok urządzenia, zgodnie z drugim przykładem wykonania, w którym struktura stożkowa położona pod mniejszym końcem głównej części stożkowej jest również wyposażona w cylindryczną dodatkową część złozoną z szeregu dodatkowych pierścieni o takiej samej wewnętrznej średnicy jak pierścień o najmniejszej średnicy z głównej części stożkowej, fig. 2A - widok kołowej części struktury stoikewyj pokazanej na fig. 2 oraz sposób podtrzymywania pierścieni dodatkowej cylindrycznej części w stałym położeniu względem siebie, fig. 3 - przedstawia urządzenie według trzeciego przykładu wykonania wynalazku, w którym struktura stożkowa poniżej mniejszego końca głównej stożkowej części jest równiyi zaopatrzona w dodatkową część w kształcie odwróconego stożka złożoną z szeregu dodatkowych pierścieni o nieprzerwanie zwiększających się średnicach.

Figura 3A jest widokiem kołowej części struktury stożkowej pokazanej na fig. 3 i schematycznie przedstawia sposób podtrzymywania pierścieni z dodatkowej części w kształcie odwróconego stoika, w stałym położeniu względem siebie, fig. 4 - przedstawia urządzenie zgedzly czwartym przykładem wykonania wynalazku, w którym struktura stożkowa poniżej mniejszego końca głównej części stożkowej jest również wyposażona w zarówno cylindryczną dodatkową część jak i dodatkową część w kształcie odwróconego stożka, odpowiednio utworzone z szeregu dodatkowych pierścieni o równych śiodmcach i szeregu dodatkowych pierścieni o nieprzerwanie wzrastających średnicach, fig. 4A jest widokiem okrągłej części struktury stokkegej pokazanej na fig. 4 i przedstawia sposób podtrzymywania pierścieni z trzech części struktury stożkowej w stałym położeniu względem siebie, fig. 5 przedstawia urządzenie zgodnie z piątym przykładem wykonania wynalazku, w którym struktura stożkowa, przedstawiona na fragmentarycznym uproszczeniu głównej części stoikogej ma kształt ciągłej spirali z wieloma zwojami o zmniejszających się średnicach naśladującymi pełne pierścienie z innych przykładów wykonania, fig. 5Ajest widokiem okrągłej części struktury stożkowej pokazanej na fig. 5, fig. 6 - przedstawia schemat asymetrycznego profilu płata i genezę powstawania profili pierścieni pokazanych na fig. 1A i 1D, fig. 7 - przedstawia genezę tworzenia profilu pierścienia pokazanego na fig. 1E.

Na figurze 1, 1A i 1B pokazano urządzenie według wynalazku zgodnie z pierwszym przykładem wykonania służące do oddzielania i oczyszczania strumienia gazu z cząstek stałych, na przykład z pyłu, popiołu lub tym podobnych. Urządzenie posiada obudowę rurową lub cylindryczną 1 zaopatrzoną w wydrążoną strukturę w kształcie stożka ściętego 2 wokół której utworzona jest otaczająca przestrzeń 1a. Jednakże obudowa moky mieć inny kształt. Struktura stożkowa 2 zawiera główną stożkową część 2a utworzoną i określoną przez wioIs współosiowych, umieszczonych w pewnej odległości od siebie pierścieni 3 o stopniowo zmniejszających się średnicach, których kształt zostanie dokładniej opisany.

Pierścienie wykonano są z metalu lub stopu metalowego, na przykład ze stali nierdzewnej chociaż mogą być wykonano z dowolnego odpowiednio twardego materiału zawierającego wzmocnione tworzywo sztuczne lub tym podobno.

Pierścień 3a o największej średnicy należący do głównej stożkowej części 2a struktury stożkowej 2 i otaczającego wlotowy koniec obudowy 1 są szczelnie połączone za pomocą obwodowych uszczelnień, przykładowo spoin lub podobnych z kołnierzem 4 części łączącej 5 nio pokazanego na rysunku przewodu dostarczającego strumień gazu do obudowy zgodnie z kierunkiem strzałki 6. Pierścień 3b głównej stożkowej części 2a struktury stożkowej mający najmniejszą średnicę jest podobnie przymocowany do kołnierza 7a rury wylotowej lub przylotowego kanału 7 prowadzącego do zbiornika gromadzącego lub leja 8. Jak zostanie to dokładniej opisane penliyj, cząsteczki oddzielone od strumienia gazu opuszczają część stożkową 2 i wchodzą do rury 7 przez pierścień 3b aby przejść do leja 8, podczas gdy oczyszczony gaz opuszcza strukturę stożkową i wchodzi do otaczającej przestrzeni 1a przez szczeliny pomiędzy pierścieniami.

Lej 8 przedstawiony w innych niz w rzeczywistości proporcjach w stosunku do pozostałych części składowych urządzenia na każdej z fig. 1 -5, jest wyposażony w skierowaną do dołu rurę 8a,

171 480 która zawiera zawór odcinający 9, umożliwiający gromadzenie cząstek odprowadzanych z leja. Chociaż nie jest to zawsze sprawą zasadniczą, jak to stanie się oczywiste w trakcie opisu, w niniejszym przykładzie wykonania wynalazku lej 8 jest również wyposażony w skierowaną do góry rurę wentylacyjną 12 doprowadzoną do obudowy 1, aby umożliwić zawrócenie co najmniej części gazu zawierającego cząstki, wchodzącego do leja przez rurę 7, i po osadzeniu w leju części cząstek, skierowaniu go do oczyszczonego strumienia gazu w przestrzeni la obudowy 1. Alternatywnie takie odprowadzenie gazu z leja może być przeprowadzone za pomocą innych środków niż rura wentylacyjna, przykładowo za pomocą pompy. Oczyszczony gaz może wypływać z obudowy w jakikolwiek odpowiedni sposób, na przykład w kierunku strzałki 10 poprzez zagiętą pod kątem lub zagiętą poprzecznie część 11 obudowy.

Jak pokazano na fig. 1A i IB, zespolone pierścienie 3 struktury stożkowej 2 są utrzymywane w ich odpowiednich położeniach i kierunkach za pomocą wielu członów ramowych w postaci podłużnie lub słupów 3c sięgających od pierścienia 3a o największej średnicy do pierścienia 3b o najmniejszej średnicy, przy czym pierścienie zostały przymocowane na stałe na ich zewnętrznych krawędziach do członów ramowych w jakikolwiek odpowiedni sposób, na przykład za pomocą spawania, przyklejania lub tym podobnych lub jeśli wielkości pierścieni pozwalają na to, za pomocą śrub, sworzni lub tym podobnych. W przedstawionym na rysunku przykładzie, pokazano cztery podłużnice lub słupy 3c, chociaż może być ich trzy, a w przypadku bardzo dużej struktury stożkowej, nawet większa ich ilość mogłaby być potrzebna, jednakże me może być ich zbyt wiele aby zbyt gęste ich rozmieszczenie me zmniejszało nadmiernie odstępów pomiędzy szczelinami. W przypadku bardzo małej struktury stożkowej nawet dwie podłużnice lub słupy byłyby wystarczające.

Jak pokazano każdy człon ramowy jest wyposażony na swej stronie skierowanej do wewnątrz w podobne do stopni układy 3d w celu przymocowania we właściwym miejscu poszczególnych pierścieni.

Nawiązując w szczególności do fig. 1A będzie pokazane, jak to widać w promieniowym osiowym przekroju poprzecznym struktury stożkowej 2, że każdy pierścień 3 rzeczywiście ma trzy powierzchnie, mianowicie wewnętrzną powierzchnię 13, która ciągnie się od górnego obszaru lub góry 13a pierścienia do jego dna, a która jest wystawiona, co najmniej na swej najbardziej do wewnątrz wystawionej części, na napływający strumień gazu, dolną powierzchnię 14, która patrząc w kierunku przepływu strumienia gazu, jest również powierzchnią spływu pierścienia, a która przecina wewnętrzną powierzchnię 13 na ostrej obwodowej krawędzi Ma tworzącej wewnętrzną średnicę pierścienia, raz zewnętrzną lub obwodową powierzchnię obwodową powierzchnię 15. Wewnętrzna powierzchnia 13 jest zakrzywiona w sposób wypukły, o profilu i stopniu krzywizny, który zostanie opisany dokładniej. Powierzchnia spływu 14 jest korzystnie płaska w kierunku poziomym, jak pokazano na fig. 1A, lecz może mieć jakikolwiek wymagany układ lub kształt, na przykład, może być płaska, skierowana ukośnie jak pokazano ciągłymi liniami 14' na fig. 1D lub może być wklęsła lub wypukła, jak to pokazano przerywanymi liniami 14 i 14' na fig. 1D, chodzi tylko o konieczny warunek, że kąt a pomiędzy osią struktury stożkowej, która jest również kierunkiem 6 przepływu gazu, a styczną do powierzchni spływu na powierzchni 14a nie przekracza 90°. Należy rozumieć oczywiście, że w przypadku płaskiej powierzchni spływu tak jak 14 lub 14' styczna ta pokrywa się z tą powierzchnią tak, że kąt a jest kątem pomiędzy osią stożka i płaszczyzną powierzchni. Kształt zewnętrznej powierzchni 15 korzystnie jest płaski w kierunku pionowym, jak pokazano na fig. 1A, lecz może także bez względu na kształt powierzchni spływu łączyć się krzywoliniowo z wierzchołkiem 13a pierścienia, jak pokazano jako 15anafig. 1E.

Jak poprzednio wzmiankowano profil lub kształt w przekroju poprzecznym, a zwłaszcza krzywizna wewnętrznej powierzchni 13 pierścienia 3, takiej jak pokazano na fig. 1A odpowiada ogólnie profilowi przedniej lub prowadzącej krawędzi obszaru asymetrycznego płata lub skrzydła samolotu. Taki profil płata, oznaczony P na fig. 6 i 7 w przekroju poprzecznym charakteryzuje się obszarem P1 przedniej tępej krawędzi, która normalnie skierowana jest w kierunku F strumienia powietrza napływającego z przeciwnego kierunku; wypukłego obszaru P-2 górnej krawędzi i obszaru P-3 płaskiej dolnej krawędzi. Przy tym profilu musi być określona, jak pokazano na fig. 6, część oznaczona P' o zakreskowanym przekroju poprzecznym, która jest

171 480 ograniczona z jednej strony przez ciągłe odcinki zakrzywionych linii P-1 i P-2 biegnące od najdalszego punktu P-4 linii P-1 do najwyższego punktu P-5 linii P-2, to znaczy gdzie grubość płata jest największa, a z drugiej strony - przez dwie wzajemnie prostopadłe i przecinające się linie S-1 i S-2, z których linia S-1 biegnie wzdłuż profilu P począwszy od punktu P-4, podczas gdy linia S-2 biegnie poprzecznie względem profilu P począwszy od punktu P-5, gdzie styczna T-1 do linii P-2 jest równoległa do kierunku F napływającego strumienia powietrza. Alternatywnie poprzeczna graniczna linia zakreskowanego przekroju obszaru P' może mieć trochę inny kształt i/lub kierunek ustawienia niż linia S-2; na przykład, chociaż we wszystkich przypadkach rozpoczynając od punktu P-5, to może być ukośna lub wklęsła lub wypukła, jak pokazano odpowiednimi przerywanymi liniami S-2', S-2i S-2'jak na fig. 6, tak długo aż kąt powstały pomiędzy styczną do jakiejkolwiek linii w punkcie P-5 ze styczną T-1 nie przekracza 90°.

Zatem będzie w sposób oczywisty wynikać, ze pokazane profile pierścieni 3 przedstawione na fig. 1A i 1D są zasadniczo takie same jak profil zakreskowanego obszaru P' graniczonego linią ciągłą i przerywaną linią przedstawionymi na fig. 6, przy czym wewnętrzna powierzchnia 13 każdego pierścienia odpowiadająca części obszaru powierzchni płata przedstawiona linią P-1/P-2 pomiędzy punktami P-4 i P-5, a dolna i zewnętrzna powierzchnia 14, lub 14714/714/ i 15 każdego pierścienia odpowiada obszarom pokazanym przez graniczne linie S-2, lub S-27S-2/S-2' i S-1, odpowiednio. Należy jednakże zrozumieć, biorąc to pod uwagę, że kształt obszaru przedniej powierzchni płata jest raczej złożony to może być idealna konfiguracja dla powierzchni pierścieniowej 13, trudności technologiczne związane z wykonaniem lub wytłaczaniem pierścieni mogą wykluczyć jego kopiowanie i mogą wymagać pewnych uproszczeń kształtu. Jedynie, jako przykład, stosownie do takiego uproszczenia wewnętrzna powierzchnia pierścieniowa 13 może mieć kształt eliptyczny, hiperboliczny lub paraboliczny, przy stycznej do dolnej powierzchni 14 lub 14714/14' na krawędzi 14a skierowanej tak, aby utworzyć kąt a ze styczną T-2 do części powierzchni 13 na krawędzi 14a i w związku z tym do osi pierścienia, który nie jest większy niż 90° i przy prostej płaskiej zewnętrznej powierzchni 15 stykająca się z wewnętrzną powierzchnią 13 na ostrej górnej krawędzi 13a. Ponadto korzystne jest, aby krzywizna powierzchni 13 każdego pierścienia była taka, że styczna T-2 jest równoległa do kierunku przepływu gazu i osi stożka, ponieważ taki kierunek powierzchni ma za zadanie stanowić jak najmniejszą przeszkodę dla napływającego strumienia gazu na ostrej krawędzi 14a.

W innym wykonaniu, na przednim obszarze profilu P, jak pokazano na fig. 7, może być określona część oznaczona P o zakreskowanym przekroju poprzecznym, która jest ograniczona z jednej strony najbardziej do przodu wysuniętą zakrzywioną linią P-1 i odpowiednimi częściami ciągłej górnej i dolnej linii P-2 i P-3, a z drugiej strony poprzeczną linią S-3 poczynając od punktu P-5 na linii P-2 i biegnąc pod kątem 90° do stycznej T-1 do linii P-3. Oczywiście, jak poprzednio, i podlegając temu samemu ograniczeniu kątowemu, granica poprzecznicy może być zukosowana, wklęsłą lub wypukłą, jak pokazano przerywanymi liniami S-3', S-3 i S-3'. Odpowiednie profile pierścieniowe są pokazane na fig 1E i można zobaczyć, że zewnętrzna powierzchnia 15 łączy się z wewnętrznąpowierzchnią 13 na wierzchołku 13apierścieniapoprzez zakrzywioną powierzchnią odcinka 15a.

Nawiązując teraz do fig. 1F, każdy z pierścieni głównej stożkowej części struktury stożkowej może być scharakteryzowany przez parametry takie jak grubość lub osiowa wysokość t i promieniowa szerokość w (która stanowi różnicę pomiędzy jej wewnętrzną i zewnętrzną średnicą), a różne pierścienie są tak umieszczone, że płaszczyzna ostrej krawędzi jakiegokolwiek danego położonego wyżej pierścienia jest oddzielona wzdłuż osi struktury stożkowej od płaszczyzny najwyższego obszaru lub góry następnego, sąsiedniego, położonego niżej pierścienia, szczeliną mającą osiową wysokość lub szerokość h. Aby urządzenie pracowało efektywnie, zależności pomiędzy jego fizycznymi parametrami, mianowicie, w, t, h, wewnętrznymi średnicami największego i najmniejszego pierścienia głównej stożkowej części 2a, mierzonymi na odpowiednich ostrych krawędziach 14a tych pierścieni oznaczone jako D_ma_X i D_mni oraz osiowa wysokość lub długość H głównej stożkowej części, mierzona od płaszczyzny krawędzi 14a, dna największego pierścienia do płaszczyzny krawędzi 14a, dna najmniejszego pierścienia i promie16

171 480 niowa odległość lub przesunięcie δ pomięzzy ostrą krawędzią jeneego pierścieni a a ostrą krawędzią następnego sąsieeniegp pierrclema powinny być następujące:

0,50 <	w/t	<	2	(1)
0,70 <	h/t	<	3	(2)
10,00 < Dmax/Dmin	<	100	(3)
5,00 <	H/Dmax	<	20	(4)
0,02 <	δ/w	<	0,8	(5)

Średnice pierrcleei i zespolonej struktury stożkowej będą, oczywiście, zróżnicowane w zależności od wymaganej wielkości urządzenia i zamierzonego stosowania, rodzaju płynu i cząstek, wydajności, wielkości cząstek, gęstości masy cząstek w płynie, etc, któremu ma być poddany, uwzględniając wyżej wymienione zależności. Jednakże, jest zrozumiałe, że wybór średnic pierścieni może być ograniczony trudnościami technologicznymi, przy produkcji bardzo dużych i bardzo małych pierścieni. Praktycznie stosowane zakresy takich średnic (w milimetrach) są obecnie następujące:

10	mm	<	Dmax	<	2,000	mm
1	mm	<	Dmin	<	200	mm
50	mm	<	H	<	20,000	mm
1	mm	<	t	<	100	mm
1	mm	<	w	<	100	mm
0	,7 m	<	h	<	300	mm

Urządzenie działa w następujący sposób. Uwzględniając dowolne dwa sąsiednie pierścienie 3 w stożkowej głównej części struktury stożkowej 2, jak pokazano, w kierunku 6 przepływu gazu, oczywiste jest, że wewnętrzna średnica umieszczonego niżej dolnego pierścienia pary jest mniejsza o 2 δ, gdzie δ jest prpmieelpwzm przesunięciem opisanym powyżej, od wewnętrznej średnicy wyższego pierścienia o taki odcinek, że linia która jest równoległa do osi struktury stożkowej i przechodzi przez ostrą krawędź 14a położonego wyżej pierrcleeia, przecina wewnętrzną powierzchnię 13a położonego niżej pierścienia w punkcie umieszczonym promien^wo na zewnątrz względem ostrej krawędzi 14a tego położonego niżej pierścienia. Warunek ten zapewnia to, że powstaje nałożenie się tych dwóch pierścieni, a zatem nie ma prostoliniowej drogi pomiędzy nimi biegnącej równolegle do osi struktury stożkowej, gotowej do przepuszczenia płynu w tym kierunku. Konstrukcja taka spowoduje, że cylindryczna zewnętrzna warstwa strumienia gazu, który swobodnie przepłynął przez górny pierścień oprze się i zostanie przerwana przez dolny pierścień. Taka zatrzymana ilość gazu musi wydostać się przez szczelinę lub kanał 16 pomiędzy dwoma pierścieniami, ponieważ w przeciwnym wypadku wewnątrz struktury stożkowej zaczęłoby wzrastać ciśnienie, przy ruchu strumienia gazu w dół. Zatem, gdy struktura stożkowa zwęża się w dół, to zewnętrzne części strumienia gazu uciekają na każdym poziomie przez szczeliny 16 pomiędzy sąsiednimi pierrcleeiaml od wnętrza struktury stożkowej do przestrzeni 1 a leżącej na zewnątrz w obudowie 1.

Gaz uciekający do zewnętrznej przestrzeni 1a, stale przesuwa się w tym samym kierunku co gaz wewnątrz struktury stożkowej 2, to znaczy w kierunku wylotowej części 11 obudowy i jest ewentualnie odprowadzany przez otwór wylotowy obudowy. Na pewnym odcinku, na którym układ pierścieni w kształcie stożka stanowi pewną dodatkową przeszkodę dla strumienia gazu wewnątrz obudowy w porównaniu z przeszkodą, która mogłaby powstać na drodze strumienia gazu w pustej obudowie, istnieje różnica ciśnień pomiędzy przestrzenią wewnątrz struktury stożkowej, mającej nieco wyższe ciśnienie i otaczającą przestrzenią 1a na zewnątrz struktury stożkowej mającej nieco niższe ciśnienie. Z uwagi na wielkość szczelin 16 pomiędzy pierścieniami, ponieważ całkowita powierzchnia otwartych odstępów pomiędzy pierścieniami struktury stożkowej jest znacznie większa od powierzchni obudowy w przekroju poprzecznym, różnica ciśnień jest odpowiednio nieznaczna niemniej jest to istotny powód ucieczki gazu przez szczeliny 16 pomiędzy pierścieniami 3.

171 480

Można przypuszczać, że podczas przepływu strumienia gazu zawierającego cząstki zanieczyszczeń, przez strukturę stożkową 2, strumień gazu uderza o zakrzywioną zewnętrzną powierzchnię 13 pierścienia 3, a cylindryczna zewnętrzna warstwa strumienia przesuwa się po krzywiźnie tej powierzchni i dochodzi do towarzyszącej jej ostrej krawędzi 14a. Jak to stwierdzono poprzednio zewnętrzna warstwa strumienia gazu musi uciec przez sąsiednią szczelinę 16. Aby to zrobić musi przepłynąć wokół ostrej krawędzi 14a, w ten sposób nagle przerywając swój strumień wzdłuż zakrzywionej powierzchni 13. Zatem kierunek ruchu gazu w cylindrycznej zewnętrznej warstwie zmienia się od skierowanego w dół kierunku 6 strumienia na strumień skierowany promieniowo przez szczelinę 16. Ten nieliniowy ruch gazu wokół krawędzi 14a wytwarza siły miejscowe lub miejscową różnicę ciśnień działającą na cząstki stałe poruszające się ze strumieniem gazu. Na każdym poziomie pierścienia siły te są skierowane w kierunku osi stożka, raczej kierując w ten sposób cząstki z powrotem do głównego strumienia gazu niz pozwalając im uciec wraz z gazem uchodzącym przez szczelinę 16.

Przypuszczalnie innym wyjaśnieniem gwałtownego przerwania strumienia gazu na ostrej krawędzi Ma jest zjawisko powstawania zawirowań w strumieniu gazu. W wyniku tych wirujących strumieni na skierowanych promieniowo wewnętrznych krawędziach szczelin 16, powstaje ciągła elastyczna warstwa gazu skierowana wzdłuz wyimaginowanej stożkowej, stycznej do zakrzywionych powierzchni 13 pierścieni tak, że cząstki stałe w obszarze tej warstwy, wewnątrz struktury stożkowej, zostają zahamowane na powierzchniach pierścieniowych i tym samym zostają zmuszone do wejścia w obszar centralnej części strumienia gazu. Zatem, podczas gdy strumienie gazu tak uformowane na wewnętrznych powierzchniach pierścienia chronią pierścień przed zniszczeniem, to cząstki stałe zostają centralnie skupione, gdy przepływają przez strukturę stożkową co prowadzi do ich wypływu przez rurę 7 do leja 8. W tym samym czasie część strumienia gazu, oczyszczonego ze stałych cząstek skierowanych do środka stożka, zostaje wprowadzona w szczeliny lub obszary pomiędzy pierścieniami, następnie wypływa ze struktury stożkowej do otaczającej przestrzeni la obudowy i wychodzi z niej przez końcową część 11 obudowy do miejsca odbioru.

Urządzenie umożliwia uzyskanie wysokiej wydajności, do co najmniej 95%, oczyszczania wieloskładnikowego strumienia gazu w szerokim zakresie prędkości strumienia gazu łącznie z prędkością gazu aż do 100 m/s., który umożliwia uzyskanie dużej przepustowości i przy małym oporze strumienia gazu, który przy obecnym użytkowaniu me zależy od składu wielkościowego cząstek stałych w strumieniu gazu w całym zakresie rozmiarów cząstek począwszy od mniejszych niż 1 mikron aż do 1000 mikronów. Ponadto urządzenie nie posiada żadnych części ruchomych, wskazuje niewielki stopień zużycia, a jeśli wystąpią takie oznaki po dłuższym używaniu, wymaga minimalnych nakładów do utrzymania gotowości pracy, jest odpowiednio lekkie i zwarte, w porównaniu z obecnymi urządzeniami zbierającymi pył o podobnej przepustowości gazu.

Zgodnie z konstrukcją urządzenia, według wynalazku, prędkości V1i V2 strumienia gazu na końcu wlotowym i wylotowym (fig. 1) obudowy 1 są zasadniczo identyczne, podczas gdy prędkość V₃ przepływu s/rumienia nagromadzonych cząstek stałych niesionych w gazie na wylotowym końcu struktury stożkowej 2 może zmieniać się od zasadniczo identycznej jak Vu V2 do znacznie niższych wartości niż Vt i V2. Zalżżyto dd scczcg-ółów knntrrkkcynyych urąądennaa, włącznie z wielkością i układem leja 8. Zasadniczo mniejsza niz 1 % część pierwotnego gazu płynącego do obudowy, wchodzi do leja 8 wraz z zagęszczonym strumieniem cząstek, lecz ta część gazu po oddzieleniu od cząstek osadzających się na dnie leja jest usuwana z leja 8 rurą wentylacyjną 12 lub odpowiednią pompą wylotową lub podobną.

W drugim przykładzie wykonania wynalazku, aby zmniejszyć dalsze tarcie gazu dostającego się do leja 8 przez rurę 7, wprowadzono zamontowaną od dołu pierścienia 3b o najmniejszej średnicy głównej stożkowej części 2a strukturę stożkową 2 (fig. 2) cylindrycznej dodatkowej części 2b u/wkusknej przez wiele dodatkowych pierścieni 17, z których wszystkie mają tą samą wewnętrzną średnicę i powierzchnię oraz kształt w przekroju poprzecznym odpowiadający pierścieniowi 3b i są zamocowane za pomocą członów ramowych, na przykład słupów lub wzdłużnych belek 3e (fig. 2A), które ulokowane są pod kątem do członów ramowych 3c połączonych z główną stożkową częścią struktury stożkowej.

171 480

Celem tych dodatkowych pierścieni 17 jest spowolnienie ruchu części gazu zawierającego zagęszczone cząstki stałe, ponieważ cylindryczny obszar dodatkowej części struktury stożkowej 2 nie zwęża się ku dołowi zatem następuje wzrost zagęszczenia stałych cząstek w części strumienia poruszającego się w kierunku leja 8.

Podobnie jak poprzednio stwierdzono, że powstaje różnica ciśnień pomiędzy wnętrzem struktury w kształcie stożka i zewnętrzną objętością 1a. Ta różnica ciśnień powstaje również pomiędzy dodatkową częścią 2b w obszarze pierścieni 17 o jednakowej średnicy i zewnętrzną objętością 1 a. Zatem, gaz z wnętrza części 2b będzie uciekał do otaczającej przestrzeni wewnątrz obudowy 1 otworami pomiędzy pierścieniami o równej średnicy, w ten sam sposób jak zostało to opisane poprzednio w przypadku pierścieni głównej części stożkowej 2a. Jednakże na skutek obecności pierścieni o równej średnicy objętość strumienia gazu nie zmniejsza się, podczas przepływu gazu przez część 2b, ponieważ powierzchnia dostępna strumieniowi gazu nie ulega zmianie, inaczej niz w przypadku głównej części stożkowej 2a. To powoduje, że prędkość strumienia gazu musi zmniejszać się, gdy strumień gazu przepływ a przez część 2b. Zatem liczba pierścieni 17 powinna być dobrana w taki sposób, aby wysokość osiowa cylindrycznej dodatkowej części stożkowej 2a i aby prędkość V.i strumienia na dolnym końcu obszaru pierścienia 17 o równej średnicy była zasadniczo mniejsza od prędkości V₃ strumienia na końcu stożkowej głównej części 2a lub była bliska zeru, przy czym wydajność oczyszczania pozostaje nadal dostatecznie wysoka. Umożliwia to usunięcie gazu z leja 8 przez rurę wentylacyjną 12 służącą do tego celu jak i umożliwia zmniejszenie wymiaru leja 8. Oczywiście wydajność oczyszczania zostanie obniżona o pewną wartość, być może 1 do 3%, w zależności od długości cylindrycznej dodatkowej części struktury stożkowej. Niewielkie obniżenie wydajności oczyszczania musi nastąpić w związku z tym, że przy bardzo małych prędkościach spada wychwytywanie cząstek przez pierścienie, a to pozwala małym frakcjom zagęszczonych cząstek stałych uciekać wraz z gazem przepływającym przez szczeliny 16 pomiędzy pierścieniami 17. Jednakże ze względów handlowych bierze się pod uwagę zastosowanie mniejszego leja 8 bez rury wentylacyjnej.

Ten sam wynik uzyskuje się w urządzeniu, według trzeciego przykładu wykonania wynalazku, w którym od dołu pierścienia 3b głównej stożkowej części 2a montuje się pewną liczbę dodatkowych pierścieni 18 o nieprzerwanie zwiększających się wewnętrznych średnicach i tworzących dodatkową odwróconą część stożkową 2c (fig. 3), przy czym pierścienie 18 są przymocowane na miejscu za pomocą członów ramowych 3f (fig. 3A) podobnych do członów ramowych 3c lecz ustawionych pod kątem względem osi struktury stożkowej. Optymalne warunki usuwania pyłu do leja 8 uzyskuje się w tym przykładzie wykonania urządzenia gdy główna stożkowa część 2 i dodatkowa część 2c mają tę samą zbieżność, przy czym wysokość dodatkowej części nie jest większa niż wysokość głównej części.

W czwartym przykładzie wykonania wynalazku przedstawiono urządzenie, w którym pewna liczba pierścieni 18 o nieprzerwanie zwiększających się wewnętrznych średnicach i tworzących dodatkową odwróconą część stożkową 2c jak w trzecim przykładzie wykonania, jest połączona ze strukturą stożkową mającą cylindryczną dodatkową część 2b wyposażoną podobnie jak w drugim przykładzie wykonania, w pierścienie 18 o zwiększających się wewnętrznych średnicach umieszczone u dołu cylindrycznej dodatkowej części 2b utworzonej przez wiele pierścieni 17 o równej średnicy mających średnicę wewnętrzną równą wewnętrznej średnicy pierścienia 3b mającego najmniejszą średnicę z głównej stożkowej części 2a (fig. 4), przy czym trzy zespoły pierścieni 3, 17 i 18 zostały przymocowane za pomocą odpowiednich zespołów członów ramowych 3c, 3e i 3f (fig. 4A) a wysokość dwóch dodatkowych części nie jest większa od wysokości głównej części stożkowej. Taki układ umożliwia najlepsze wykorzystanie własności wielopierścieniowej części cylindrycznej i wielopierścieniowej dodatkowej części w kształcie odwróconego stożka.

W piątym przykładzie wykonania wynalazku uwzględniono fakt, ze urządzenie według któregokolwiek z przykładów wykonania opisanych powyżej może posiadać strukturę stożkową 2 w postaci tylko głównej części 2a lub części głównej połączonej z dodatkowymi częściami 2b lub 2c, lub z obydwoma, jednakże wykonaną w postaci spirali (fig. 5). W takiej strukturze stożkowej, skok spirali mógłby być odpowiednio mały a spiralna taśma mogłaby mieć krzywiznę na wewnętrznej powierzchni 13 jak również na każdym zwoju oraz wierzchołek 13a, powierzchni

171 480 spływu lub dolną powierzchnię 14, ostrą krawędź 14a na połączeniu wewnętrznej powierzchni i dolnej powierzchni i zewnętrzną powierzchnię 15. Każdy pojedynczy zwój 19 spiralnej struktury stożkowej stanowi jakoby jeden z pierścieni 3 głównej stożkowej części 2a z wcześniejszych przykładów wykonania, a również może być i taki przypadek, że jednego z pierścieni 17 i/lub 18. Ułatwia to wykonania struktury stożkowej i umożliwia jej automatyczną produkcję. Jak pokazano na fig. 5A, zasadniczojednoelementowa konstrukcja spiralnej struktury stożkowej nie wymaga użycia członów ramowych chociaż mogą być stosowane ze spiralną strukturą stożkową jeśli jest to potrzebne lub nieodzowne, na przykład w celu zahamowania zginania lub skręcania spiralnej struktury stożkowej. Jednakże ponieważ na fig. 5 pokazano strukturę stożkową mającą tylko główną stożkową część 2a, rozważa się zamontowanie leja 8 z rurą wentylacyjną 12 lub z odpowiednią pompą wylotową lub tym podobną, z powodów analogicznych jak w opisie przykładu wykonania na fig. 4.

Aby zwiększyć przepustowość urządzenia według wynalazku można połączyć w sposób modularny, równolegle jeden lub więcej urządzeń według wynalazku. Odpowiednio aby zwiększyć wydajność oczyszczania można połączyć w sposób modularny, szeregowo dwa lub więcej takich urządzeń.

Jak wynika z fig. 1 i la główna część stożkowa 2a struktury stożkowej 2 przedstawiona jest schematycznie jako prostoliniowy stożek utworzony w rzeczywistości przez powierzchnię obrotu linii prostej łączącej ostre krawędzie 14a, różnych pierścieni 3. Ta powierzchnia obrotu przebiega ukośnie względem osi struktury stożkowej 2.

Rozważając obecny wynalazek stwierdza się jednakże, że geometryczne miejsce połączenia krawędzi 14a może być także zakrzywioną linią, tworzącą odpowiednią powierzchnię przy obrocie (fig. 1C) wokół osi stożka. Określenie struktura stożkowa stosowane tutaj ma za zadanie zatem określać zarówno stożek prostoliniowy jak i stożek krzywoliniowy.

Należy rozumieć, że bardzo ważną cechą wynalazku jest to, ze oddzielenie cząstek od gazu ma zasadniczo charakter aerodynamiczny, to znaczy różnica ciśnień płynu lub gazu działająca na cząsteczki zanieczyszczeń, powoduje nieznaczny albo nie powoduje niszczącego efektu na powierzchniach pierścieni i minimalizuje jakiekolwiek mechaniczne działania takie jak uderzenie cząstek o powierzchnie pierścieni i odchylenie ich za pomocą powierzchni pierścieni, które mogłyby uszkodzić powierzchnie pierścieni.

Wynalazek, jego istota oraz korzyści staną się bardziej zrozumiałe i dostrzezone na podstawie przykładów zastosowań przedstawionych w tekście opisu.

W urządzeniu według wynalazku największy pierścień struktury stożkowej jak pokazano na fig. 1 ma wewnętrzną średnicę D_max 200 mm, a wewnętrzna średnica najmniejszego pierścienia D_mm wynosi 20 mm. Wszystkie pierścienie mają jedną i taką samą grubość t 5 mm, promieniową szerokość w 5 mm. Powierzchnia dolna lub spływu każdego dolnego pierścienia jest płaska w kierunku poziomym i odległa od wierzchołka następnego sąsiedniego dolnego pierścienia o odległość 5 mm. Wysokość osiowa struktury stożkowej H wynosi 2000 mm. Prędkość Vi strumienia gazu zawierającego pył, dostarczanego do urządzenia zmieniała się od 15 m/s do 90 m/s w poszczególnych prowadzonych testach a stężenie pyłu zmieniało się od 1 do 10g/m³. Pył miał następujący skład frakcji od 1000 do 5 μm 50% od 50dolgm 45% mniejszy niż lum 5%

Statystyczna grawimetryczna wydajność oczyszczania oparta na wynikach dziesięciu pomiarów sprawdzających, wynosiła 95% przy szacunkowym łącznym błędzie ze wszystkich źródeł ±1%. Wydajność oczyszczania zasadniczo nie uległa zmianie w całym wskazanym zakresie prędkości strumienia i gęstości pyłu. Ponadto skład frakcji pyłu zebranego w leju został przeanalizowany, a wyniki tych pomiarów przy zachowaniu odpowiedniej dokładności analizy, wskazują na to, że skład frakcyjny pyłu w leju był zasadniczo taki sam jak pyłu wprowadzonego na wejściu. To również nasuwa wniosek, że urządzenie również zasadniczo nie wpływa na frakcyjny skład pyłu w oczyszczonej części gazu zawierającej pył

W innym przykładzie wykonania urządzenia według wynalazku połączone zostały szeregowo dwa urządzenia opisane powyżej.

171 480

Początkowe prędkości strumieni gazu niosącego pyłu, początkowe stężenia pyłu i skład frakcji pyłu w różnych przeprowadzonych testach były takie same jak w przykładzie opisanym powyżej.

Statystyczna wydajność oczyszczana oparta na wynikach dziesięciu pomiarów sprawdzających wynosiła 99%±1%. Jak w poprzednim przykładzie stwierdzono, że skład frakcji zebranego pyłu jest zasadniczo taki sam jak pyłu na końcu wlotowym pierwszego z dwóch modułów połączonych szeregowo.

Wynalazek może być więc z powodzeniem stosowany do oczyszczania powietrza i gazów zarówno w kompleksach przemysłowych jak i mieszkalnych, wszędzie tam, gdzie wymagane jest usuwanie zanieczyszczeń w postaci cząstek stałych, z użytkowych gazów lub płynów zawierających te zanieczyszczenia.

171 480

FIG. 5

J— 8a

171 480

I

171 480

FIG. 2A

8a

FIG. 2

171 480

FIG. 1F

Μ

FIG. 6

FIG. 1E

k6 ψ 3 /	13a
/ T-2 < 14a	13 — ///	0011
	\ '-14» 14

FIG. 7

FIG.3

FIG. 3A

I

171 480

FIG. 1C

FIG. 1A

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 4,00 zł

Claims (20)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie do oddzielania i oczyszczania gazów z zanieczyszczeń mechanicznych w postaci cząstek stałych jak pył, dym, popiół i innych zawierające strukturę w kształcie stożka ściętego z osią rozmieszczoną w kierunku przepływu strumienia gazu i oddzielanych cząstek i posiadające stożkową część główną wyznaczoną przez liczne współosiowo ułożone pierścienie, rozmieszczone w kierunku osiowym w pewnej odległości od siebie i mające, w kierunku przepływu strumienia gazu i oddzielanych cząstek, stopniowo malejące średnice wewnętrzne, przy czym pierścień o największej średnicy wewnętrznej znajduje się na tym końcu stożkowej części głównej struktury stożkowej, w której strumień gazu i cząstek wpływa do struktury stożkowej, a pierścień o najmniejszej średnicy wewnętrznej znajduje się na tym końcu stożkowej części głównej struktury stożkowej, z której wylatują oddzielone cząstki stałe; znamienne tym, że: każdy pierścień (3) ma obszar najwyższy (13a), obszar najniższy (14a), powierzchnię wewnętrzną (13), która w promieniowym przekroju poprzecznym wzdłuż osi struktury stożkowej (2) jest zakrzywiona w sposób wypukły i biegnie od najwyższego końca najwyższego obszaru (13a) do najniższego końca najniższego obszaru (14a) pierścienia (3) i jest zwrócona częściowo przeciwnie, a częściowo poprzecznie, do kierunku przepływu strumienia gazu i cząstek przez strukturę stożkową (2), powierzchnię spodnią (14) i powierzchnię zewnętrzną (15), gdzie powierzchnia spodnia (14) biegnie od miejsca swojego połączenia z najniższym końcem (14a) powierzchni wewnętrznej (13) do zewnętrznej powierzchni (15) pierścienia (3) i jest zwrócona w przybliżeniu w kierunku przepływu strumienia gazu i cząstek przez strukturę stożkową (2), połączenie powierzchni spodniej (14) z powierzchnią wewnętrzną (13) ma postać ostrej krawędzi (14a), która biegnie na obwodzie pierścienia (3) i wyznacza wewnętrzną średnicę pierścienia oraz jest usytuowana w strukturze stożkowej (2) tak, że linia równoległa do osi struktury stożkowej i przecinająca ostrą krawędź (14a) danego pierścienia (3) przecina powierzchnię wewnętrzną (13) następnego, sąsiedniego, znajdującego się po stronie wypływowej pierścienia (3) na zewnątrz w kierunku promieniowym od ostrej krawędzi (14a) tego, znajdującego się po stronie wypływowej, pierścienia, przy czym powierzchnia spodnia (14) jest zorientowana w taki sposób, że styczna do niej w miejscu jej połączenia (14a) z powierzchnią wewnętrzną (13) tworzy kąt (a) co najwyżej 90 stopni z osią struktury stożkowej (2), a zewnętrzna powierzchnia (15) biegnie od powierzchni spodniej (14) do najwyższego końca (13a) powierzchni wewnętrznej (13).
2. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że wewnętrzna powierzchnia (13) każdego z wymienionych pierścieni jest tak zakrzywiona, że styczna do tej wewnętrznej powierzchni na jej połączeniu z dolną powierzchnią (14) tego samego pierścienia jest równoległa do osi struktury stożkowej (2).
3. 3. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że każdy z pierścieni (3) ma szerokość (w) w kierunku promieniowym zmierzoną prostopadle do osi struktury stożkowej (2) pomiędzy położeniem ostrej krawędzi a miejscem złączenia dolnej powierzchni z zewnętrzną powierzchnią tego pierścienia, a grubość (t) w kierunku osiowym mierzoną równolegle do osi struktury stożkowej (2) pomiędzy płaszczyzną ostrej krawędzi (14) a płaszczyzną najwyższego obszaru tego pierścienia (13a), promieniowe przesunięcie (8) pomiędzy ostrą krawędziąjednego pierścienia a ostrą krawędzią następnego sąsiedniego leżącego pod nim pierścienia, natomiast główna część stożkowa posiada wysokość (H) w kierunku osiowym zmierzoną równolegle do osi struktury stożkowej od płaszczyzny ostrej krawędzi (14) najmniejszego pierścienia głównej części stożkowej do płaszczyzny ostrej krawędzi (14) największego pierścienia, a pierścienie są umieszczone tak, aby określić pomiędzy każdym położonym wyżej pierścieniem i następnym

   171 480 sąsiednim położonym niżej pierścieniem głównej części stożkowej szczelinę mającą osiową wysokość (h) zmierzoną równolegle do osi struktury stożkowej (2) od płaszczyzny najwyższego obszaru (13a) tego położonego niżej pierścienia do płaszczyzny ostrej krawędzi (14) tego położonego wyżej pierścienia, przy czym wymiary pierścieni, szczeliny i główna część stożkowa struktury stożkowej (2) spełniają następujące zależności:

   0,50 < w/t < 2 0,70 < h/t < 3 10,00 < Dnrnx/Dn^m < 100 5,00 < H/Dmax < 20 0,02 < δ//ν < 0,8

   gdzie: (w) jest szerokością pierścienia w kierunku promieniowym, (t) jest grubością pierścienia w kierunku osiowym, (h) jest wysokością szczeliny w kierunku osiowym, (H) jest wysokością głównej części w kierunku osiowym, (δ) jest promieniowym odstępem pomiędzy ostrą krawędzią jednego z pierścieni i ostrą krawędzią następnego sąsiedniego pierścienia, (Dmax) jest wewnętrzną średnicą największego pierścienia a (D_min) jest wewnętrzną średnicą najmniejszego pierścienia.
4. 4. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że osiowa wysokość (h) szczeliny pomiędzy danym położonym wyżej pierścieniem, a następnym sąsiednim położonym niżej pierścieniem jest równa grubości tego położonego wyżej pierścienia.
5. 5. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że wszystkie pierścienie mająjednakową grubość (t) w kierunku osiowym.
6. 6. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że wszystkie pierścienie mająjednakową szerokość (w) w kierunku promieniowym.
7. 7. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że wszystkie pierścienie mająjednakową grubość (t) w kierunku osiowym i jednakową szerokość (w) w kierunku promieniowym.
8. 8. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że grubość (t) w kierunku osiowym i szerokość (w) w kierunku promieniowym wszystkich pierścieni i wysokość (h) w kierunku osiowym wszystkich szczelin pomiędzy odpowiednimi sąsiednimi pierścieniami są sobie równe.
9. 9. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że zawiera cylindryczną dodatkową cześć utworzoną przez co najmniej dwa dodatkowe pierścienie, których wewnętrzna średnica jest równa wewnętrznej średnicy wymienionego najmniejszego pierścienia głównej części stożkowej, która ponadto jest umieszczona na strukturze stożkowej położonego poniżej najmniejszego pierścienia.
10. 10. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, ze dodatkowa część, w kształcie odwróconego stożka składająca się z co najmniej dwóch następnych pierścieni mających stopniowo wzrastającą średnicę wewnętrzną jest umieszczona na strukturze stożkowej poniżej ostatniego z dodatkowych pierścieni o równych średnicach wymienionej dodatkowej części cylindrycznej.
11. 11. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że dodatkowa część w kształcie odwróconego stożka składająca się z co najmniej dwóch dodatkowych pierścieni mających stopniowo wzrastającą średnicę wewnętrzną jest umieszczona na strukturze stożkowej położonej poniżej najmniejszego pierścienia głównej części stożkowej.
12. 12. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że struktura stożkowa (2) jest zespołem jednoelementowym w postaci taśmy ukształtowanej w spiralę tworzącą wiele zwojów o stopniowo zmniejszających się średnicach wewnętrznych, przy czym każdy ze zwojów spirali tworzy odpowiedni pierścień wymienionej struktury stożkowej charakteryzującej się odpowiednimi parametrami powierzchni i kształtu, w przekroju poprzecznym.
13. 13. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że struktura stożkowa (2) osadzona jest w obudowie (1) zawierającej końce wlotowy i wylotowy, na największym pierścieniu głównej części stożkowej umieszczonym w pobliżu końca wlotowego i obwodowo uszczelniona wokół powierzchni wewnętrznej obudowy, przy czym koniec wlotowy obudowy jest połączony z wnętrzem głównej części stożkowej struktury stożkowej za pomocą największe4

    171 480 go pierścienia w celu umożliwienia oddzielanemu gazowi wejście do głównej części stożkowej, zaś koniec wylotowy obudowy wyposażony jest w kanał wypływu (7) z części wewnętrznej przestrzeni obudowy, otaczającej strukturę stożkową aby umożliwić oczyszczonej części gazu, która została odprowadzona ze struktury stożkowej przez szczeliny pomiędzy pierścieniami, opuszczenie otaczającej przestrzeni (la) obudowy, a ponadto zawierające lej zsypowy (8) mający przewód wlotowy prowadzący do wymienionej obudowy i łączący się z wnętrzem struktury stożkowej za pomocą jej ostatniego wymienionego pierścienia odległego od największego pierścienia, przy czym wymieniony przewód wlotowy (7) służy do tego, aby umożliwić cząstkom, które zostały oddzielone od oczyszczonego gazu i zagęszczone w konstrukcji stożkowej, odprowadzenie ich wraz z pozostałym nieoczyszczonym gazem z wymienionej struktury stożkowej (2) do leja zsypowego (8) w celu zgromadzenia w nim wymienionych cząstek.
14. 14. Urządzenie według zastrz. 13, znamienne tym, że każdy z wymienionych pierścieni ma szerokość (w) w kierunku promieniowym zmierzoną prostopadle do osi struktury stożkowej pomiędzy położeniem ostrej krawędzi a miejscem połączenia dolnej powierzchni z zewnętrzną powierzchnią tego pierścienia oraz grubość (t) w kierunku osiowym mierzoną równolegle do osi struktury stożkowej pomiędzy płaszczyzną ostrej krawędzi a płaszczyzną najwyzszego obszaru tego pierścienia, a główna część stożkowa ma wysokość (H) osiową zmierzoną równolegle do wymienionej osi wymienionej struktury stożkowej od płaszczyzny wymienionej ostrej krawędzi wymienionego najmniejszego pierścienia wymienionej głównej części stożkowej do płaszczyzny wymienionej ostrej krawędzi wymienionego największego pierścienia, a ponadto pierścienie są umieszczone tak, aby utworzyć pomiędzy każdym położonym wyżej pierścieniem i następnym sąsiednim położonym niżej pierścieniem głównej części stożkowej szczelinę mającą wysokość (h) w kierunku osiowym mierzoną równolegle do osi struktury stożkowej od płaszczyzny najwyższego obszaru (13a) tego położonego niżej pierścienia do płaszczyzny ostrej krawędzi (14) tego położonego wyżej pierścienia, przy czym wymiary pierścieni, szczelin i głównej części stożkowej struktury stożkowej spełniają następujące zależności:

    0,50 < w/t < 2 0,70 < h/t < 3 10,00 < Dmax/Dmin < 100 5,00 < H/Dmax < 20 0,02 < 5/w < 0,8

    gdzie: (w) jest szerokością pierścienia w kierunku promieniowym, (t) jest grubością pierścienia w kierunku osiowym, (h) jest wysokością szczeliny w kierunku osiowym, (H) jest wysokością głównej części w kierunku osiowym, (δ) jest promieniowym odstępem pomiędzy ostrą krawędzią jednego z pierścieni i ostrą krawędzią następnego sąsiedniego pierścienia, (Dmax)jest wewnętrzną średnicą największego pierścienia a (Dmin) jest wewnętrzną średnicą najmniejszego pierścienia.
15. 15. Urządzenie według zastrz. 13, znamienne tym. że najmniejszy pierścień głównej części stożkowej jest ostatnim pierścieniem struktury stożkowej (2), a lej zsypowy (8) posiada ponadto zespół odpowietrzający (12) wnętrze leja (8) do umożliwienia oczyszczonemu płynowi opuszczenie leja (8) i uniemożliwienie powstania w nim przeciwciśnienia.
16. 16. Urządzenie według zastrz. 15, znamienne tym, że zespół odpowietrzający (12) stanowi rura wentylacyjna sięgająca do obudowy (1) i łącząca się z przestrzenią otaczającą (la) struktury stożkowej (2).
17. 17. Urządzenie według zastrz. 13, znamienne tym, że zawiera cylindryczną dodatkową część (2b) utworzoną co najmniej przez dwa dodatkowe pierścienie, których średnica wewnętrzna jest równa wewnętrznej średnicy najmniejszego pierścienia głównej części stożkowej, umieszczoną na strukturze stożkowej poniżej najmniejszego pierścienia a przewód wlotowy (7) leja (8) łączy się z cylindryczną dodatkową częścią (2b) struktury stożkowej (2) na jej ostatnim pierścieniu, który jest oddalony od najmniejszego pierścienia głównej części stożkowej (2).
18. 18. Urządzenie według zastrz. 17, znamienne tym, że zawiera dodatkową część w kształcie odwróconego stożka (2c) utworzoną z co najmniej dwóch dalszych pierścieni mających

    171 480 stopniowo wzrastającą średnicę wewnętrzną, umieszczoną na strukturze stożkowej (2b) poniżej ostatniego dodatkowego pierścienia o równych średnicach dodatkowej cylindrycznej części (2b), a przewód wlotowy (7) leja (8) łączy się z dodatkową częścią (2c) w kształcie odwróconego stożka struktury stożkowej na pierścieniu o największej wewnętrznej średnicy dodatkowej części w kształcie odwróconego stożka (2c).
19. 19. Urządzenie według zastrz. 13, znamienne tym, że zawiera dodatkową część (2c) w kształcie odwróconego stożka utworzoną z co najmniej dwóch dodatkowych pierścieni mających stopniowaną wzrastającą średnicę wewnętrzną, umieszczoną na strukturze stożkowej (2) poniżej najmniejszego pierścienia głównej części stożkowej (2) a przewód wlotowy (7) leja (8) łączy się z dodatkową częścią w kształcie odwróconego stożka struktury stożkowej (2) na pierścieniu o największej średnicy wewnętrznej dodatkowej części w kształcie odwróconego stożka (2c).
20. 20. Urządzenie według zastrz. 13, znamienne tym, że struktura stożkowa (2) jest zespołem jednoelementowym w postaci taśmy uformowanej w spiralę tworzącą wiele zwojów (19) o stopniowo zmniejszających się średnicach, przy czym każdy zwój (19) taśmy uformowanej w spiralę stanowi odpowiedni pierścień wymienionej struktury stożkowej (2) i posiada określoną powierzchnię oraz charakterystyki dotyczące kształtu w przekroju poprzecznym, a przewód wlotowy (7) leja (8) łączy się ze strukturą stożkową (2) na ostatnim zwoju wymienionej taśmy uformowanej w spiralę i znajduje się w pewnej odległości od największego jej zwoju.