PL230460B1 - Separator strumieniowy i układ odpylania strumieniowego - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest separator strumieniowy i układ odpylania strumieniowego wykorzystywane do oczyszczania gazów, zwłaszcza do usuwania z powietrza stałych zanieczyszczeń, mające zastosowanie w szczególności w szeregu aplikacji takich jak śrutowanie, szlifowanie i polerowanie, pakowanie herbaty lub detergentów, ważenie i mieszanie pigmentów farb, przetwarzanie żywności oraz wiele innych operacji, podczas których wytwarzany jest uciążliwy pył.

Odpylanie gazów stanowi niezwykle istotne zagadnienie, przede wszystkim ze względu na niebezpieczny wpływ nadmiarowej emisji pyłów do atmosfery. Oczyszczanie powietrza z pyłów jest kluczowe, gdyż zawarte w nim cząstki stałe mogą być szkodliwe dla ludzi i mogą wykazywać niekorzystne skutki środowiskowe. Stopień zagrożenia pyłów w powietrzu zależny jest przede wszystkim od jego stężenia oraz rozmiarów cząstek stałych pyłu. Generalnie najniebezpieczniejszy jest pył o wielkości ziaren poniżej 1 μm, ponieważ cząstki takie mogą przebywać w powietrzu przez bardzo długi czas i mogą wyrządzić szkody w układzie oddechowym organizmów żywych. Większe cząstki pyłu mogą natomiast wypaść z gazów pod wpływem siły grawitacji, w związku z czym mogą oddziaływać na organizmy zewnętrznie. Zróżnicowanie fizyczne i chemiczne zanieczyszczeń skłoniło do opracowania różnych metod odpylania gazów. Podstawowe typy urządzeń odpylających znane są już od ok. 80. lat, a obecnie urządzenia odpylające stanowią nieodłączny element większości procesów produkcyjnych. W ogólności separatory redukują zanieczyszczenia powietrza ze środowiska roboczego, dzięki czemu pomagają poprawić jakość powietrza dla pracowników oraz jakość samego produktu.

Z opisu polskiego patentu PL65695B1 znany jest separator wirnikowy do gazów zawierających drobne cząstki pyłu. Cytowany separator wirnikowy zawiera rurę wprowadzającą zapylony gaz, która połączona jest z wierzchołkiem stożkowej obudowy, w której umieszczony jest stożkowy wirnik. Pomiędzy obudową a wirnikiem utworzona jest szczelina. Wirnik jest przesuwny osiowo dzięki czemu zapewniono regulację szerokości szczeliny. Pod wirnikiem znajduje się komora na oczyszczony gaz, zaopatrzona w króciec odpływowy oraz zbiornik na wydzielony pył. Na skutek obrotowego ruchu wirnika i sił tarcia napływający zapylony gaz wprowadzany jest w intensywny ruch wirowy wokół osi równoległych do tworzących stożka. Wiry te przemieszczają się w szczelinie ruchem procesyjnym w kierunku zwiększającego się promienia wirnika, przy czym w wyniku wzrastającej prędkości obwodowej wirnika zwiększa się kręt wirów gazu. Różnica między prędkością obwodową wirnika a prędkością cząstek pyłu w zewnętrznych strefach wirów powoduje, że cząstki pyłu wpadają poprzez podłużne szczeliny do wnętrza wirnika, z którego następnie opadają do zbiornika. W przedstawionym rozwiązaniu wylot z separatora wirnikowego, z którego to pyły opadają do zbiornika, umiejscowiony jest na końcu płaskiej powierzchni stożka, przez co pył częściowo odbija się od ścianek separatora i wraca ponownie do głównej komory separatora. W związku z tym do zbiornika trafia tylko niewielka część pyłu.

Z kolei z opisu patentowego PL37756B2 znany jest separator cyklonowy do odpylania powietrza i gazów. Separator cyklonowy według posiada przestrzeń zawirowania wyposażoną w łopatki kierujące, które są usytuowane pod narastającym kątem nachylenia do wzdłużnej osi symetrii przestrzeni zawirowania. Dolna część przestrzeni zawirowania połączona jest z komorą pyłową poprzez górną komorę separacji mającą kształt stożka. Przewód odlotowy gazów oczyszczonych usytuowany jest w komorze pyłowej, przy czym jego wlot umieszczony jest na wysokości połączenia górnej komory separacji z komorą pyłową a wylot w bocznej ściance komory pyłowej. Podczas pracy zapylony gaz doprowadzony do przestrzeni zawirowania trafia na łopatki kierujące o narastającym kącie nachylenia i ulega działaniu narastających sił odśrodkowych przez co nie następuje uderzenie sił odśrodkowych lecz stałe działanie wymuszające stałe przyśpieszenie odśrodkowe. Pozwoliło to na uzyskanie większej skuteczności działania, szczególnie przy małych wymiarach ziaren pyłu, przy jednocześnie bardzo niskich stratach energetycznych. W przypadku drobnych pyłów sprawność przedstawionego urządzenia jest wciąż niewystarczająca. Dodatkowo przy dużych wymiarach ziaren pyłu nie uzyskano poprawy odpylania.

W opisie amerykańskiego patentu US3713280A ujawniono oddzielacz odśrodkowy do separacji pyłów rozproszonych w gazie. Cylindryczna obudowa oddzielacza wyposażona jest wewnątrz element odchylający zawierający łopatki do zawirowania przepływającego przez nią gazu, w celu wywołania odśrodkowego oddzielania cząstek stałych. Zamontowany wewnątrz obudowy element odchylający wyposażony jest w szereg rozciągających się promieniowo łopatek, zakończony zwężającą częścią środkową. Zapylone powietrze przepływające cylindryczną obudowę wprowadzane jest w ruch wirujący, w którym pod wpływem siły odśrodkowej cząstki pyłu wyrzucane są na wewnętrzną ścianę cylindrycznej obudowy, z której odprowadzane są na zewnątrz oddzielacza. Rozwiązanie to wprowadza powietrze

PL 230 460 Β1 w aerodynamiczny ruch wirowy przez co powietrze przepływa najkrótszą z możliwych dróg i wykonuje jedynie jeden obrót wewnątrz obudowy, co bezpośrednio wpływa na niewielką sprawność urządzenia.

Problemem technicznym stawianym przed niniejszym wynalazkiem jest zaproponowanie takiego separatora oraz układu odpylania, w szczególności strumieniowego, pozwalającego na uzyskanie lepiej oczyszczonego powietrza w krótszym czasie, poprawiającego sprawność systemu filtrującego, jednocześnie zwiększającego powierzchnię magazynową odpadu. Pożądane dodatkowo jest by układ odpylania strumieniowego stanowił konstrukcję mobilną, łatwą do przemieszczenia. Co więcej, istotne jest również zapewnienie wysokiej sprawności odpylania dla szerokiego zakresu rozmiarów ziaren pyłu, jak również dla dużego zakresu masy zanieczyszczeń w odpylanym gazie. Nieoczekiwanie, wspomniane problemy techniczne rozwiązał prezentowany wynalazek.

Pierwszym przedmiotem wynalazku jest separator strumieniowy zawierający cylindryczny króciec wlotowy połączony z stożkowo ukształtowaną komorą wlotową, w której rozciąga się rdzeń zawirowujący, wyposażony w szereg rozciągających się promieniowo skrzydeł, zawierających skrzydła wstępne, skrzydła zawirowujące oraz skrzydła stabilizujące, przy czym dystalny koniec komory wlotowej połączony jest szczelnie z komorą separacji, która posiada co najmniej króciec wylotowy umieszczony współosiowo z rdzeniem zawirowującym oraz kanał zrzutowy materiału do odprowadzania cząstek stałych pyłu oddzielonych w komorze separacji, charakteryzujący się tym, że rdzeń zawirowujący posiada na dystalnym zakończeniu stożek stabilizujący strumień umieszczony w komorze separacji. W korzystnej realizacji wynalazku pomiędzy komorą wlotową i komorą separacji umieszczona jest ściana filtra. W kolejnej korzystnej realizacji wynalazku w komorze separacji umieszczona jest ślimacznica wywołująca dodatkowy ruch obrotowy odpylanego gazu. W następnej korzystnej realizacji wynalazku króciec wylotowy połączony jest z strumienia. Korzystnie króciec wylotowy posiada pierścień redukcyjny.

Drugim przedmiotem wynalazku jest układ odpylania strumieniowego, zawierający komorę rozprężną, w której umieszczony jest szereg worków filtracyjnych oraz kubełki zbiorcze na oddzielone cząstki pyłu, przy czym do komory rozprężnej wprowadzany jest zapylony gaz poprzez separator strumieniowy zawierający cylindryczny króciec wlotowy połączony ze stożkowo ukształtowaną komorą wlotową, w której rozciąga się rdzeń zawirowujący, wyposażony w szereg rozciągających się promieniowo skrzydeł, zawierających skrzydła wstępne, skrzydła zawirowujące oraz skrzydła stabilizujące, przy czym dystalny koniec komory wlotowej połączony jest szczelnie z komorą separacji, która posiada co najmniej króciec wylotowy umieszczony współosiowo z rdzeniem zawirowującym oraz kanał zrzutowy materiału do odprowadzania cząstek stałych pyłu oddzielonych w komorze separacji, charakteryzujący się tym, że rdzeń zawirowujący posiada na dystalnym zakończeniu stożek stabilizujący strumień umieszczony w komorze separacji. W korzystnej realizacji wynalazku pomiędzy komorą wlotową i komorą separacji umieszczona jest ściana filtra. W kolejnej korzystnej realizacji wynalazku w komorze separacji umieszczona jest ślimacznica wywołująca dodatkowy ruch obrotowy odpylanego gazu. Korzystnie króciec wylotowy połączony jest z kierownicą strumienia. W korzystnej realizacji wynalazku króciec wylotowy posiada na wejściu pierścień redukcyjny. W kolejnej korzystnej realizacji wynalazku w komorze rozprężnej, naprzeciw kierownicy strumienia, umieszczony jest rozbijacz strugi powietrza, który powoduje rozbicie napływającej strugi wstępnie oczyszczonego gazu na dwie frakcje. W następnej korzystnej realizacji wynalazku w komorze rozprężnej, na jej brzegowych końcach, rozmieszczonych jest szereg płyt odbijających strugę powietrza w taki sposób, że zapobiegają cofaniu się oddzielonych pyłów z dna komory rozprężnej. Korzystnie w komorze rozprężnej rozmieszczonych jest szereg płyt odbijających strugę powietrza. W korzystnej realizacji wynalazku układ odpylania strumieniowego zawiera dodatkowo układ przedmuchiwania worków filtracyjnych.

W separatorze strumieniowym według niniejszego wynalazku oraz w układzie odpylania wyposażonym w taki separator strumieniowy uzyskano lepiej oczyszczone powietrze w krótszym czasie, poprawiając tym samym sprawność systemu filtrującego, jednocześnie zwiększając powierzchnię magazynową odpadu. Zastosowanie ślimacznicy, która wymusza dodatkowy ruch obrotowy odpylanego gazu, pozwoliło na zwiększenie skuteczności odpylania bez wprowadzania dodatkowych znaczących oporów powietrza. Specjalnie opracowana kierownica wraz z pierścieniem redukcyjnym powoduje, że w zależności od wielkości odpylanej frakcji oraz prędkości przepływu odpylanego gazu, możliwe jest uzyskanie wysokiej sprawności separacji. Co więcej, stożek stabilizujący strumień znacząco poprawia rozdzielenie cząstek stałych z przepływającego gazu, gdyż dzięki swej konstrukcji zapobiega niekorzystnym zawirowaniom odpylanego gazu, zmniejszając starty sprawności odpylania. Układ odpylania strumieniowego, wyposażony w separator strumieniowy, dzięki zastosowaniu dwustopniowego oddzie

PL 230 460 Β1 lania pyłów zapewnia większą redukcję zanieczyszczeń, poprawiając właściwości filtracyjne. Zastosowanie rozbijacza strugi naprzeciw kanału wlotowego do komory rozprężającej układu, wraz z zastosowanymi płytkami kierującymi strugę powietrza, pozwoliło na ukierunkowanie zanieczyszczeń w dół filtra oraz zabezpieczenie przed cofnięciem się ich z powrotem w kierunku worków filtracyjnych. Dodatkowo płytki odbijające strugę powietrza zabezpieczają przed nawrotem zanieczyszczeń do worków filtracyjnych. Należy podkreślić, że układ odpylania według niniejszego wynalazku charakteryzuje się wysoką sprawnością, sięgającą 94%, przy bardzo niskich stratach energetycznych. Co więcej, sprawność tą uzyskano dla szerokiego zakresu rozmiarów odpylanych ziaren, jak również dla szerokiego zakresu masy zanieczyszczeń na 1 m³ odpylanego gazu. Dodatkowo załadunek zbiornika występuje przy nadciśnieniu, tak że możliwe jest zbijanie materiału odpadowego w kierunku zbiorników, zwiększając ich pojemność.

Przykładowe realizacje wynalazku zaprezentowano na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia widok z boku separatora strumieniowego według jednego przykładu realizacji niniejszego wynalazku, natomiast fig. 2 przedstawia widok z boku układu odpylania strumieniowego według niniejszego wynalazku.

Przykład 1

Separator strumieniowy według jednego przykładu realizacji niniejszego wynalazku został przedstawiony schematycznie w widoku z boku na fig. 1. Separator strumieniowy posiada konstrukcję poziomą i służy do wymuszenia zawirowania strugi zanieczyszczonego pyłem gazu poddawanego odpylaniu. Separator strumieniowy zawiera króciec wlotowy 1 o kształcie cylindrycznym, połączony z komorą wlotową 2. Komora wlotowa 2 przyjmuje w pierwszym obszarze kształt stożkowy, a dalej kształt cylindryczny, którym to łączy się z komorą separacji 4. Wewnątrz komory wlotowej 2 u mieszczony jest rdzeń zawirowujący 3, służący do rozbicia strugi napływającego gazu na strugę wewnętrzną i strugę zewnętrzną. Rdzeń zawirowujący 3 zawiera szereg rozchodzących się promieniowo z rdzenia centralnego skrzydeł wstępnych 3a, dalej w kierunku wyjścia połączonych ze skrzydłami zawirowującymi 3b i skrzydłami stabilizującymi 3c. Specjalista w dziedzinie będzie zdawał sobie sprawę, że długość, wysokość oraz kształt każdej z części skrzydeł 3a, 3b, 3c, jak również ich kąt nachylenia oraz chropowatość powierzchni, mają wpływ na sprawność urządzenia. Zgodnie z tym, każde ze skrzydeł 3a, 3b i 3c ma tak dobrany swój kształt i długość, aby wprowadzić odpylany gaz w jak najintensywniejszy ruch wirowy. Skrzydło wstępne 3a wprowadza powietrze na rdzeń zawirowujący 3 w taki sposób, że nie powoduje powstawania żadnych zakłóceń oraz nie wprowadza dodatkowych oporów. Zadaniem skrzydła wstępnego 3a jest również równe rozbicie strug powietrza i ich „uspokojenie”. Następnie skrzydła zawirowujące 3b nadają powietrzu ruch wirowy, a skrzydła stabilizujące 3c rozprowadzają równe strugi na zewnętrze części separatora. Rdzeń zawirowujący 3 zakończony jest od strony dystalnej stożkiem stabilizującym 3d strumień przepływającego gazu. Stożek stabilizujący 3d strumień przepływającego gazu rozmieszczony jest w komorze separacji 4 za ścianą filtra 10, która oddziela od siebie komorę wlotową 2 oraz komorę separacji 4. Po przeciwległej względem stożka stabilizującego 3d stronie komory separacji 4 zamocowany jest króciec wylotowy 5, połączony z kierownicą strumienia 6. Proksymalny koniec cylindrycznego króćca wylotowego 5 połączony jest ze specjalnym pierścieniem redukcyjnym 7. Wnętrze cylindryczne komory separacji 4 wypełnia ślimacznica 8. Ślimacznica 8 mocowana jest do wewnętrznej powierzchni komory separacji 4. Jej zadaniem jest utrzymywanie w ryzach strumienia powietrza i nadawanie mu odpowiedniego kierunku poruszania się. Dzięki temu możliwe jest takie ukierunkowanie ruchu powietrza, aby wykonało ono większa liczbę obrotów, przez co oddzielało większą frakcję pyłu. Wykorzystanie ślimacznicy 8 przekłada się bezpośrednio na zwiększenie sprawności urządzenia. Do komory separacji 4 przymocowana jest skrzynia zrzutowa 9 odprowadzająca oddzielony w komorze separacji 4 pył do zbiornika na zanieczyszczenia.

Podczas działania zapylony gaz wpływa osiowo do separatora strumieniowego przez króciec wlotowy 1. W trakcie przepływu przez komorę wlotową 2 z umieszczonym wewnątrz rdzeniem zawirowującym 3 wywoływany jest spiralny ruch gazu, przez co ziarna pyłu przemieszczają się pod wpływem siły bezwładności ku ściankom zewnętrznym komory separacji 4, gdzie po wyhamowaniu odprowadzane są przez kanał zrzutowy materiału 9 do kubełka zbiorczego. Wstępnie oczyszczony gaz wypływa króćcem wylotowym 5 i jest kierowany dalej za pośrednictwem kierownicy strumienia 6.

Przykład 2

Na fig. 2 przedstawiono schematycznie w widoku z boku mobilny układ odpylania strumieniowego, w którym zastosowano separator strumieniowy przedstawiony w pierwszym przykładzie realizacji, przedstawiony na fig. 1. Jedną z najistotniejszych części mobilnego układu odpylania jest komora

PL 230 460 Β1 filtracyjna, w której następuje wytrącanie zanieczyszczeń wewnątrz mobilnego układu odpylania strumieniowego. Komora filtracyjna zawiera komorę rozprężną 12 połączoną z przedstawionym w pierwszym przykładzie realizacji separatorem strumieniowym. Do separatora strumieniowego, poprzez króciec wlotowy 1, dołączona jest instalacja odpylania 11, przymocowana za pomocą pierścienia. Zanieczyszczone powietrze, po wstępnym odpyleniu w separatorze strumieniowym, kierowane jest komory rozprężnej 12. W komorze rozprężnej 12, naprzeciw wlotu powietrza z kierownicy strumienia 6 separatora strumieniowego, umieszczono rozbijacz strugi powietrza 15, który powoduje rozbicie napływającej strugi wstępnie oczyszczonego gazu na dwie frakcje - górną i dolną. Rozbite frakcje wstępnie oczyszczonego powietrza trafiają następnie na odpowiednio rozmieszczone płyty kierujące strugę powietrza 13 w stronę worków filtracyjnych 20 w postaci filtrów tkaninowych. Zastosowanie płyt kierujących strugę powietrza 13 pozwala na wytrącenie resztkowych pyłów z odpylanego gazu, dzięki czemu uzyskuje się powietrze oczyszczone w 99%. Po oddzieleniu zanieczyszczeń z gazu wszystkie cząstki stałe pyłu wpadają do kubełków zbiorczych 14 na oddzielone cząstki pyłu i aby nie zostały wdmuchnięte powtórnie do komory rozprężnej 12 zastosowano płyty odbijające strugę powietrza 16. Lekko zanieczyszczone powietrze trafia na worki filtracyjne 20 w komorze rozprężnej 12. Po przejściu przez worki filtracyjne 20 czyste powietrze, poprzez komorę czystego powietrza 19 przechodzi przez komorę wentylatorową 18 i jest wyprowadzane na zewnątrz lub wraca na halę produkcyjną króćcem wylotowym 21.

Przedstawiony układ odpylania charakteryzuje się wysoką sprawnością, sięgającą 94%, przy bardzo niskich stratach energetycznych. Co więcej, sprawność taką uzyskano dla szerokiego zakresu rozmiarów odpylanych ziaren, jak również dla szerokiego zakresu masy zanieczyszczeń na 1 m³ odpylanego gazu.

Claims (14)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Separator strumieniowy zawierający cylindryczny króciec wlotowy (1) połączony z stożkowo ukształtowaną komorą wlotową (2), w której rozciąga się rdzeń zawirowujący (3), wyposażony w szereg rozciągających się promieniowo skrzydeł, zawierających skrzydła wstępne (3a), skrzydła zawirowujące (3b) oraz skrzydła stabilizujące (3c), przy czym dystalny koniec komory wlotowej (2) połączony jest szczelnie z komorą separacji (4), która posiada co najmniej króciec wylotowy (5) umieszczony współosiowo z rdzeniem zawirowującym (2) oraz kanał zrzutowy materiału (9) do odprowadzania cząstek stałych pyłu oddzielonych w komorze separacji (4), znamienny tym, że rdzeń zawirowujący (2) posiada na dystalnym zakończeniu stożek stabilizujący strumień (3d) umieszczony w komorze separacji (4).
2. 2. Separator strumieniowy według zastrz. 1, znamienny tym, że pomiędzy komorą wlotową (2) i komorą separacji (4) umieszczona jest ściana filtra (10).
3. 3. Separator strumieniowy według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że w komorze separacji (4) umieszczona jest ślimacznica (8) wywołująca dodatkowy ruch obrotowy odpylanego gazu.
4. 4. Separator strumieniowy według któregokolwiek z zastrz. od 1 do 3, znamienny tym, że króciec wylotowy (5) połączony jest z kierownicą strumienia (6).
5. 5. Separator strumieniowy według któregokolwiek z zastrz. od 1 do 4, znamienny tym, że króciec wylotowy (5) posiada na wejściu pierścień redukcyjny (7).
6. 6. Układ odpylania strumieniowego, zawierający komorę rozprężną (12), w której umieszczony jest szereg worków filtracyjnych (20) oraz kubełki zbiorcze (14) na oddzielone cząstki pyłu, przy czym do komory rozprężnej (12) wprowadzany jest zapylony gaz poprzez separator strumieniowy zawierający cylindryczny króciec wlotowy (1) połączony ze stożkowo ukształtowaną komorą wlotową (2), w której rozciąga się rdzeń zawirowujący (3), wyposażony w szereg rozciągających się promieniowo skrzydeł, zawierających skrzydła wstępne (3a), skrzydła zawirowujące (3b) oraz skrzydła stabilizujące (3c), przy czym dystalny koniec komory wlotowej (2) połączony jest szczelnie z komorą separacji (4), która posiada co najmniej króciec wylotowy (5) umieszczony współosiowo z rdzeniem zawirowującym (2) oraz kanał zrzutowy materiału (9) do odprowadzania cząstek stałych pyłu oddzielonych w komorze separacji (4), znamienny tym, że rdzeń zawirowujący (2) posiada na dystalnym zakończeniu stożek stabilizujący strumień (3d) umieszczony w komorze separacji (4).
7. 7. Układ odpylania według zastrz. 6, znamienny tym, że pomiędzy komorą wlotową (2) i komorą separacji (4) umieszczona jest ściana filtra (10).

   PL 230 460 Β1
8. 8. Układ odpylania według zastrz. 6 albo 7, znamienny tym, że w komorze separacji (4), na jej wewnętrznej powierzchni, umieszczona jest ślimacznica (8) wywołująca dodatkowy ruch obrotowy odpylanego gazu.
9. 9. Układ odpylania według któregokolwiek z zastrz. od 6 do 8, znamienny tym, że króciec wylotowy (5) połączony jest z kierownicą strumienia (6).
10. 10. Układ odpylania według któregokolwiek z zastrz. od 6 do 9, znamienny tym, że króciec wylotowy (5) posiada na wejściu pierścień redukcyjny (7).
11. 11. Układ odpylania według któregokolwiek z zastrz. od 6 do 10, znamienny tym, że w komorze rozprężnej (12), naprzeciw kierownicy strumienia (6) umieszczony jest rozbijacz strugi powietrza (15), który powoduje rozbicie napływającej strugi wstępnie oczyszczonego gazu na dwie frakcje.
12. 12. Układ odpylania według któregokolwiek z zastrz. od 6 do 11, znamienny tym, że w komorze rozprężnej (12) rozmieszczonych jest szereg płyt kierujących strugę powietrza (13).
13. 13. Układ odpylania według któregokolwiek z zastrz. od 6 do 12, znamienny tym, że w komorze rozprężnej (12), na jej brzegowych końcach, rozmieszczonych jest szereg płyt odbijających strugę powietrza (16) w taki sposób, że zapobiegają cofaniu się oddzielonych pyłów z dna komory rozprężnej (12).
14. 14. Układ odpylania według któregokolwiek z zastrz. od 6 do 13, znamienny tym, że zawiera dodatkowo układ przedmuchiwania (17) worków filtracyjnych (20).