PL176126B1 - Urządzenie do oddzielania cząstek ze strumienia gazu - Google Patents

Abstract

1. Urzadzenie do oddzielania czastek ze strumienia gazu, z wirnikiem dmuchawy i kolem lopatkowym, przy czym kolo lopat- kowe jest usytuowane przed wirnikiem dmu- chawy w kierunku przeplywu, znamienny tym, ze za kolem lopatkowym (9), w kierun- ku przeplywu, znajduje sie sito stozkowe (17). FIG. 2 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do oddzielania cząstek ze strumienia gazu.

Tego rodzaju urządzenie jest znane z niemieckiego opisu wyłożeniowego nr OS 2153 664. W opisie tym przedstawiony jest odkurzacz, w którym zanieczyszczone pyłem powietrze jest zasysane poprzez rurę ssącą za pomocą dmuchawy. Przed dmuchawą znajduje się koło łopatkowe, na którego oś skierowany jest otwór rury ssącej. Przed kołem łopatkowym znajduje się zbiornik pyłu, otaczający rurę ssącą. Zbiornik pyłu jest połączony z kołem łopatkowym za pomocą spiralnego kanału. Urządzenie to nie pozwala na dokładne oddzielenie cząstek ze strumienia gazu.

Zadaniem wynalazku jest opracowanie urządzenia, charakteryzującego się lepszym rozdzielaniem faz.

Urządzenie do oddzielania cząstek ze strumienia gazu, z wirnikiem dmuchawy i kołem łopatkowym, przy czym koło łopatkowe jest usytuowane przed wirnikiem dmuchawy w kierunku przepływu, według wynalazku charakteryzuje się tym, że za kołem łopatkowym, w kierunku przepływu, znajduje się sito stożkowe.

Korzystnie na bocznej powierzchni sita stożkowego umieszczone są odstające promieniowo łopatki, z których składa się koło łopatkowe.

Korzystnie koło łopatkowe jest dwuskrzydłowe.

Korzystnie koło łopatkowe, sito stożkowe i wirnik dmuchawy są połączone ze sobą w jednolitą materiałowo całość.

Korzystnie z rury ssącej, usytuowanej w odniesieniu do kierunku przepływu przed kołem łopatkowym, do zbiornika pyłu wystaje osłona, mająca w przybliżeniu lejowaty kształt.

Za pomocą urządzenia według wynalazku w obszarze ujścia rury ssącej wytwarza się wir powietrzny, który wynosi cząstki na zewnątrz. Stamtąd cząstki są transportowane dalej do zbiornika pyłu przez wzbudzany w nim wir wtórny. Istotne jest przy tym, że oddzielane cząstki stałe lub ciekłe są wynoszone ze strumienia gazu. Kołem łopatkowym może tu być wirnik dmuchawy. Z uwagi na skierowany w stronę koła łopatkowego, prostoliniowy otwór zbiornika pyłu, cząstki przyspieszane wskutek padania na koło łopatkowe są wychwytywane przez wir wtórny i wynoszone ze strumienia gazu, w związku z czym mogą

176 126 zbierać się w zbiorniku pyłu. Aby wzmocnić powstawanie wiórów wtórnych, stosunek średnicy zbiornika pyłu i średnicy koła łopatkowego jest korzystnie większy niż 2.

Dzięki temu, że koło łopatkowe jest umieszczone przed wirnikiem dmuchawy w kierunku przepływu, rozdzielanie faz zachodzi przed wirnikiem dmuchawy, w związku z czym nie podlega on naporowi cząstek. W rozwiązaniu tym korzystne jest, jeżeli strumień gazu przechodzi przez koło łopatkowe w kierunku osiowym. Cząstki, przyspieszane stycznie przy padaniu na powierzchnie łopatek, poruszają się wówczas w ramach, w przybliżeniu stacjonarnego, wiru wokół osi koła łopatkowego i dochodzą pod działaniem siły odśrodkowej do krawędzi komory koła łopatkowego, skąd pod działaniem siły ciężkości lub wzbudzonego wiru wtórnego są przenoszone do zbiornika pyłu. Komora koło łopatkowego ma korzystnie kształt leja, zwężającego się stożkowo w kierunku ssania. Łopatki są usytuowane korzystnie w obszarze wierzchołka sita stożkowego, rozszerzającego się w kierunku przepływu gazu. Liczba obrotów powinna wynosić co najmniej 10.000 obrotów na minutę, aby impulsy były efektywnie przenoszone z łopatek lub żeber sita na cząstki. Zwartą konstrukcję uzyskuje się wówczas, gdy koło łopatkowe, sito i wirnik dmuchawy stanowią jednolitą materiałowo całość. Sito stożkowe ma otwory, rozdzielone w kierunku obwodowym przez żebra. Szerokość otworów i wysokość żeber są tak dopasowane wzajemnie z punktu widzenia liczby obrotów i maksymalnej prędkości gazu, że cząstki, przechodzące przez otwory przy obracającym się sicie, zawsze trafiają na żebro, wskutek czego są wyrzucane z sita. Dla tego mechanizmu szczególnie korzystny jest stożkowy kształt sita.

Osłonięcie rury ssącej lejowatą osłoną, usytuowaną w zbiorniku pyłu, pozwala zminimalizować powstawanie wzbudzonego wiru wtórnego w obszarze dna zbiornika.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia odkurzacz, w którym zastosowane jest urządzenie według wynalazku, fig. 2 - urządzenie w przekroju, fig. 3 - urządzenie z fig. 2 w przekroju, obróconym o 90°, fig. 4 - urządzenie w drugim przykładzie wykonania, w przekroju, fig. 5 - urządzenie w trzecim przykładzie wykonania, w przekroju, fig. 6 - urządzenie w czwartym przykładzie wykonania w przekroju, fig. 7 - zespół oddzielający w trzecim, czwartym i piątym przykładzie wykonania urządzenia, fig. 8 - koło łopatkowe w piątym przykładzie wykonania urządzenia, w widoku z góry, fig. 9 - zespół oddzielający w piątym przykładzie wykonania urządzenia, w przekroju wzdłuż osi IX-IX, zaś fig. l0 - urządzenie w szóstym przykładzie wykonania.

Urządzenie do oddzielania cząstek, mianowicie cząstek stałych lub ciekłych, ze strumienia gazu, jest korzystnie zastosowane w odkurzaczu, przedstawionym przykładowo na fig. 1. Odkurzacz 1 zawiera korpus 6, w którym znajduje się silnik elektryczny, napędzający wirnik 8 dmuchawy, za pomocą którego powietrze jest zasysane przez dyszę ssącą 2 i połączoną z nią rurę ssącą 3. Koło łopatkowe 9, umieszczone w odkurzaczu 1, oddziela przy tym cząstki stałe lub ciekłe strumienia gazu. Oczyszczone wstępnie powietrze jest następnie transportowane przez wirnik 8 dmuchawy do worka, pełniącego rolę filtru dokładnego 5.

Oddzielanie stałych i ciekłych cząstek ze strumienia gazu zachodzi korzystnie przy prędkości obrotowej od 20.000 do 35.000 obrotów na minutę. Wielkość cząstek, które osadzają się w zbiorniku 4 pyłu można przy tym zmniejszyć do 10 μ m, zwłaszcza dzięki zastosowaniu sita stożkowego 17. Jest to o tyle korzystne, że nie ma praktycznie potrzeby opróżniania worka pyłowego 5 względnie może on mieć bardzo małe wymiary. Ponadto materiał filtracyjny worka można dostosować do frakcji cząstek o wielkości 10 μ m, co umożliwia zastosowanie układu filtracyjnego, korzystnego z energetycznego i ekonomicznego punktu widzenia. Urządzenie nadaje się do oddzielenia cząstek stałych, a także do odsysania cieczy. Kropelki cieczy, znajdujące się w strumieniu gazu są, podobnie jak cząstki pyłu, przyspieszane stycznie za pomocą koła łopatkowego i wynoszone ze strumienia powietrza.

W pierwszym przykładzie wykonania, przedstawionym na fig. 2 i 3, urządzenie według wynalazku zawiera zbiornik 4 pyłu, otaczający rurę ssącą 3. Otwór 3' rury ssącej 3 jest skierowany na oś koła łopatkowego 9. W tym przykładzie wykonania koło łopatkowe 9 stanowi zarazem wirnik 8 dmuchawy. Koło łopatkowe 9 jest tutaj otoczone płaszczem 12 w kształcie leja, którego wierzchołek jest ustawiony w kierunku przepływu gazu. Od strony otworu z powierzchnią płaszcza lejowego 12 połączony jest cylindryczny płaszcz 11. Cylindryczny płaszcz 11 zachodzi przy tym na obszar otworu rury ssącej 3. Wokół otworu 3' rury ssącej 3 znajduje się cylindryczna kryza 13, której średnica jest równa średnicy koła łopatkowego 9. Dzięki temu koło łopatkowe zasysa jedynie powietrze z rury ssącej 3.

Zbiornik 4 pyłu jest poza tym zamknięty ze wszystkich stron. Jedynie w obszarze jego pokrywy 15 znajduje się otwór 16, w który wchodzi wspomniany płaszcz cylindryczny 11. Płaszcz lejowy 12 obejmuje w przybliżeniu cały obszar łopatek. Po stronie mniejszej średnicy płaszcz lejowy 12 ma okrągłą szczelinę, która uchodzi do kanału 7 powietrza odlotowego. Kanał 7 kieruje powietrze odlotowe wzdłuż silnika do worka 5.

Wskutek ruchu obrotowego koła łopatkowego 9 wokół jego osi powietrze jest przyspieszane w kierunku promieniowym. Z uwagi na zamknięcie zbiornika 4 pyłu ze wszystkich stron, powietrze zassane za pomocą wirnika 8 dmuchawy może uchodzić do kanału 7 powietrza odlotowego jedynie przez szczeliny, położone od strony otworu leja. Wokół koła łopatkowego 9 powstaje wir powietrzny, który wskutek pochyłości ścianki płaszcza lejowego 12 wchodzi do obszaru płaszcza cylindrycznego 11. W tym wirze cząstki stałe lub ciekłe są oddzielane w kierunku promieniowym, a zatem do obszaru kryzy 13. Za pomocą prostoliniowego otworu 10 zbiornika 4 pyłu od strony koła łopatkowego 9, co najmniej w górnej części zbiornika 4 pyłu wzbudzany jest wir wtórny, który przenosi cząstki pyłu do zbiornika 4. Kryza 13 sprawia, że koło łopatkowe 9 nie zakłóca wzbudzonego wiru wtórnego.

Drugi przykład wykonania urządzenia według wynalazku, przedstawiony na fig. 4, różni się od pierwszego w zasadzie tym, że obrzeże prostoliniowego otworu 10 zbiornika 4 pyłu jest objęte lejowym płaszczem 14. Lejowy płaszcz 14 graniczy swą największą średnicą z największą średnicą lejowego płaszcza 10. Również tutaj powietrze przepływa do kanału 7 powietrza odlotowego.

W pozostałych przykładach wykonania urządzenia wirnik 8 dmuchawy nie stanowi zarazem koła łopatkowego 9. Wirnik 8 dmuchawy jest tutaj umieszczony w kierunku przepływu za kołem łopatkowym 9. Ponadto koło łopatkowe 9 jest tak ukształtowane, że strumień powietrza może przechodzić przez łopatki w zasadzie w kierunku osiowym. W tym celu służą otwory sitowe 23, rozmieszczone na sicie stożkowym 17. Kąt wierzchołkowy sita stożkowego wynosi korzystnie od 40 do 140°, co zapewnia szczególnie dobre działanie rozdzielające. Wierzchołek 17' sita stożkowego 17 jest przy tym ustawiony w kierunku otworu 3' rury ssącej 3. Na bocznej powierzchni stożka uformowane są dwie przeciwległe łopatki 24, które tworzą koło łopatkowe 9. Na bocznej powierzchni sita stożkowego 17 znajdują się trzy rzędy otworów 23, rozdzielonych żebrami 27. Szerokość otworów 23 jest zależna od promieniowego położenia każdego otworu. Zależy ona również od efektywnej wysokości żebra w kierunku przepływu gazu. Szerokość otworów i wysokość żeber są dobrane zależnie od maksymalnej prędkości przepływu powietrza przez otwór i od prędkości obrotowej sita tak, że cząstki pyłu padają przy przechodzeniu przez otwór na żebro 27, co zapewnia optymalny rozdział faz. Wszystkie cząstki, które ominęły łopatki 24 koła łopatkowego 9, są następnie przyspieszane stycznie na wejściu do sita, wskutek czego są odrzucane w kierunku poprzecznym z osiowego strumienia ssącego, a następnie gromadzą się w zbiorniku 4 pyłu. Promień łopatek 24 jest przy tym co najmniej równy, korzystnie nieco większy niż promień okrągłego otworu 3' rury ssącej 3. Również największa średnica sita stożkowego 17 jest nieco większa niż średnica otworu 3'.

Jak widać zwłaszcza na fig. 7, koło łopatkowe 9 stanowi wraz z sitem stożkowym 17 i wirnikiem 8 dmuchawy jednolitą materiałowo całość, mianowicie zespół oddzielający 28. Ten zespół oddzielający 28 ma sprzęgło napędowe 26 dla wału silnika elektrycznego oraz jest zaopatrzony w dużą liczbę łopatek 25.

W przykładzie wykonania urządzenia, przedstawionym na fig. 5 do 10, uwidoczniony jest cylindryczny odcinek 18, położony w obszarze pośrednim leżącego z tyłu wirnika 8 dmuchawy i sita stożkowego 17, należących do zespołu oddzielającego 28. Odcinek ten mieści się w najwęższym obszarze lejowego otworu 10 zbiornika pyłu. Ściankę otworu 10 stanowi tutaj płaszcz 12. Dzięki takiemu rozwiązaniu całe powietrze jest zasysane przez wirnik 8 dmuchawy poprzez sito stożkowe 17. Oznacza to, że wskutek uderzania cząstek

176 126 pyłu w kierunku obwodowym przez żebra 27 lub przez łopatki 24, cząstki te są wynoszone poprzecznie ze strumienia gazu do obrotowego wiru gazowego, skąd spadają do zbiornika 4 pyłu.

W przykładzie wykonania urządzenia, przedstawionym na fig. 6, płaszcz 22 w kształcie ściętego stożka, otaczającego sito stożkowe 17, wchodzi przez otwór w pokrywie 15 zbiornika 4 pyłu aż do jego wnętrza. Dodatkowy płaszcz cylindryczny 11, otaczający płaszcz 22, jest połączony pomocniczym kanałem powietrznym 21 z komorą dmuchawy, mającą ściankę 12 w kształcie leja. Pomiędzy płaszczyzną otworu płaszcza 22 i otworem 3' rury ssącej istnieje niewielki odstęp. Wierzchołek 17' sita stożkowego 17 leży w płaszczyźnie otworu płaszcza 22, zatem jest oddalony o taką samą odległość od otworu ssącego 3'.

, Zespół oddzielający 28, jak widać na fig. 7, ma dwie przeciwległe łopatki 24, których dolne krawędzie zbiegają się w wierzchołku 17' sita stożkowego 17. Naroża łopatek 24 są zaokrąglone i mają łukowe zwężenie 32. Łopatki 24 przechodzą płynnie w mającą największą średnicę podstawę sita stożkowego 17, w związku z czym są one w zasadzie równoległe do stożkowej powierzchni bocznej sita stożkowego 17. Dzięki temu otwory 23 względnie żebra 27 leżą na tej samej wysokości, co łopatki 24.

W przykładach wykonania, ukazanych na fig. 5 i 6, urządzenie zawiera ponadto osłonę 20 w kształcie leja, otaczającą rurę ssącą 3. Mająca największą średnicę część osłony 20 znajduje się przy tym od strony dna zbiornika 4 pyłu.

W tego typu odkurzaczu powietrze pada osiowo na wirnik odśrodkowy, przez które jest ono prowadzone promieniowo na zewnątrz, wskutek czego większe cząstki pyłu padają na wewnętrzną stronę powierzchni kierującej, otaczającej wirnik odśrodkowy, natomiast powietrze, zanieczyszczone już tylko drobnymi cząstkami pyłu, jest kierowane promieniowo do wewnątrz, do usytuowanego za wirnikiem odśrodkowym i obracającego się wraz z nim, zaopatrzonego w otwory, cylindrycznego bębna o mniejszej średnicy. Ponieważ bęben ten ma stosunkowo dużą liczbę otworów, które tworzą małe skrzydełka, to dzięki lepszemu przenoszeniu ruchu obrotowego na powietrze również drobne cząstki pyłu mogą być wyrzucane na zewnątrz, na wewnętrzną stronę powierzchni kierującej, otaczającej cylindryczny bęben. Po przejściu przez bęben powietrze jest znowu prowadzone w kierunku osiowym i wydmuchiwane przez silnik do otoczenia.

Pył, przechodzący do umieszczonych dalej torebek filtracyjnych, może przy rosnącym stopniu napełnienia filtru osłabiać ssące działanie urządzenia. Aby osiągnąć rozdzielanie faz w jak najmniejszej przestrzeni, przy jak najkrótszej drodze przepływu, w miarę możliwości bez zmiany kierunku i przy większej wydajności, według wynalazku w odkurzaczu znajduje się zbiornik pyłu, miejsce na wirnik 8 dmuchawy oraz miejsce na wylot 7 powietrza. Rura ssąca 3 jest połączona jednym końcem z dyszą oczyszczającą 2, drugim zaś ze zbiornikiem 4 pyłu. Zanieczyszczone powietrze jest przy tym doprowadzane przez rurę ssącą 3 tak, że pada centralnie na zespół oddzielający 28, usytuowany w komorze oddzielającej. Zespół oddzielający 28 składa się z koła łopatkowego 9 oraz stożkowego sita 17 w postaci pustego elementu, zaopatrzonego w otwory 23, skierowane w stronę przepływu powietrza. Na stożkowym sicie 17 umieszczona jest pewna liczba prostych promieniowych łopatek 24. Zespół oddzielający jest albo zamontowany na stałe na wirniku 8 dmuchawy, napędzanym przez wał 26 silnika, albo połączony z wirnikiem dmuchawy przez drugą rurę ssącą 31 (fig. 10) i napędzany przez oddzielny silnik M2. Cząstki zanieczyszczeń, oddzielane przez zespół oddzielający 28, są kierowane do zbiornika 4 pyłu przez wewnętrzną powierzchnię ścianki 12 komory oddzielającej, połączonej z tym zbiornikiem 4. Oczyszczone w ten sposób powietrze przepływa następnie do wirnika 8 dmuchawy, a stamtąd do wylotu 7 powietrza.

W urządzeniu według wynalazku zanieczyszczone powietrze pada osiowo przez rurę ssącą 3 na zespół oddzielający, złożony z koła łopatkowego 9 i sita stożkowego 17, a następnie wychodzi przezeń również osiowo, natomiast zanieczyszczenia są wyrzucane promieniowo na zewnątrz na wewnętrzną powierzchnię komory oddzielającej, przy czym większe zanieczyszczenia są wyrzucane przez proste łopatki 24, zaś drobne zanieczyszczenia przez małe koło łopatkowe, utworzone przez otwory 23 w stożkowym sicie 17. Dzięki tym

17(5126 licznym małym otworom 23 przenoszenie ruchu obrotowego na zanieczyszczone powietrze jest tutaj lepsze niż w przypadku prostych skrzydeł, co pozwala na oddzielenie od powietrza nawet bardzo małych cząstek. Oddzielone cząstki zanieczyszczeń są kierowane przez odpowiednio ukształtowaną powierzchnię wewnętrzną komory oddzielającej do zbiornika 4 pyłu. Pozbawione zanieczyszczeń powietrze przepływa dalej wzdłuż osi do wirnika 8 dmuchawy. Pojęcie zanieczyszczonego powietrza może także dotyczyć mieszanki wodno-powietrznej, przy czym wówczas kropelki wody są oddzielane od powietrza.

W przykładzie wykonania, przedstawionym na fig. 10, poza silnikiem M2, napędzającym zespół oddzielający, złożony z koła łopatkowego 9 i sita stożkowego 17, zastosowany jest dodatkowy silnik M1, który napędza wirnik 8 dmuchawy. Wirnik 8 dmuchawy i zespół oddzielający, złożony z koła łopatkowego 9 sita stożkowego 17, są połączone ze sobą kanałem przepływowym 31.

176 126

176 126

176 126

I

176 126

Ο σ

17'

176 126

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 4,00 zł.

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie do oddzielania cząstek ze strumienia gazu, z wirnikiem dmuchawy i kołem łopatkowym, przy czym koło łopatkowe jest usytuowane przed wirnikiem dmuchawy w kierunku przepływu, znamienne tym, że za kołem łopatkowym (9), w kierunku przepływu, znajduje się sito stożkowe (17).
2. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że na bocznej powierzchni sita stożkowego (17) umieszczone są odstające promieniowo łopatki (24), z których składa się koło łopatkowe (9).
3. 3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że koło łopatkowe (9) jest dwuskrzydłowe.
4. 4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że koto łopatkowe (9), sito stożkowe (17) i wirnik (8) dmuchawy są połączone ze sobą w jednolitą materiałowo całość.
5. 5. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że z rury ssącej (3), usytuowanej w odniesieniu do kierunku przepływu przed kołem łopatkowym (9), do zbiornika (4) pyłu wystaje osłona (20), mająca w przybliżeniu lejowaty kształt.