RU2079380C1

RU2079380C1 - Cyclone

Info

Publication number: RU2079380C1
Authority: RU
Inventors: Юрий Вяйнович Гявгянен
Original assignee: Юрий Вяйнович Гявгянен
Priority date: 1991-11-13
Filing date: 1991-11-13
Publication date: 1997-05-20

Abstract

FIELD: gas and liquid scrubbing. SUBSTANCE: cyclone has a body with separation chamber, inlet and outlet, rotary member with blades installed coaxially to the body on the bearing unit, partition rigidly secured to the body to form annular gap about body wall. The rotary member is installed on the partition using axle. EFFECT: highly efficient scrubbing. 7 cl, 11 dwg

Description

Изобретение относится к очистке газов и жидкостей от загрязнений. Может быть применено в разных отраслях народного хозяйства. The invention relates to the purification of gases and liquids from contaminants. It can be applied in various sectors of the national economy.

Известен циклон для очистки газов и жидкостей от ферромагнитных частиц, который содержит корпус с разгрузочным отверстием, входной и выходной патрубки, бункер, магнитную систему, крыльчатку на полом валу, привод крыльчатки [1]
Известное устройство имеет недостатки, обусловленные тем, что внешний нисходящий вихрь, несущий в бункер уловленную в циклоне пыль, в разгрузочном отверстии конусной части циклона, сообщающем циклон с бункером, взаимодействует с восходящим внутренним потоком, который уносит пыль из бункера, увеличивая тем самым концентрацию пыли на выходе из циклона. Попытка устранить этот недостаток приводит к усложнению циклона (привод вала с крыльчаткой и магнитной системой), к дополнительным затратам энергии, к увеличению габарита и массы циклона.Known cyclone for cleaning gases and liquids from ferromagnetic particles, which contains a housing with a discharge opening, inlet and outlet pipes, hopper, magnetic system, impeller on a hollow shaft, impeller drive [1]
The known device has disadvantages due to the fact that the external downward vortex, carrying dust trapped in the cyclone into the hopper, in the discharge opening of the conical part of the cyclone communicating the cyclone with the hopper interacts with the upward internal flow that carries the dust from the hopper, thereby increasing the dust concentration at the exit of the cyclone. An attempt to eliminate this drawback leads to a complication of the cyclone (shaft drive with an impeller and a magnetic system), to additional energy costs, to an increase in the overall size and mass of the cyclone.

Наличие нисходящего и восходящего потоков в циклоне, их встречное движение, а также значительная площадь их взаимодействия определяют существенную величину гидравлического сопротивления циклона, которая ограничивает пропускную способность (производительность) циклона и степень очистки потока от загрязнений, т.к. она пропорциональна квадрату скорости потока, подаваемого в циклон. The presence of downward and upward flows in the cyclone, their oncoming movement, as well as a significant area of their interaction determine a significant value of the hydraulic resistance of the cyclone, which limits the throughput (productivity) of the cyclone and the degree of purification of the stream from pollution, because it is proportional to the square of the flow rate supplied to the cyclone.

Известен циклонный пылеулавитель, который содержит цилиндрический корпус, тангенциальный входной патрубок, осевой выходной патрубок, крыльчатку с механическим приводом, при этом крыльчатка соосно выходному патрубку и расположена под ним [2]
Известное устройство имеет недостатки, обусловленные тем, что внешний нисходящий вихрь, несущий в бункер уловленную в циклоне пыль, в разгрузочном отверстии конусной части циклона, сообщающем циклон с бункером, взаимодействует с восходящим внутренним вихрем, который, имея длинный путь и высокую осевую скорость, уносит пыль из бункера и увеличивает потери энергии. Попытка устранить этот недостаток путем установки крыльчатки с дополнительным приводом ее приводит к усложнению циклона, дополнительным затратам энергии, к увеличению габарита и массы циклона, а также к повышению гидравлического сопротивления и энергоемкости циклона. Удаление уловленных загрязнений в бункер осуществляет основной вихрь. Все это определяет невысокие эксплуатационные свойства, такие как габариты циклона, энергоемкость его и объем технического обслуживания.Known cyclone dust collector, which contains a cylindrical housing, a tangential inlet pipe, an axial outlet pipe, an impeller with a mechanical drive, while the impeller is coaxial with the outlet pipe and is located under it [2]
The known device has disadvantages due to the fact that an external downward vortex, carrying dust trapped in the cyclone into the bunker, in the discharge opening of the conical part of the cyclone communicating the cyclone with the bunker, interacts with an upward internal vortex, which, having a long path and high axial speed, carries away dust from the hopper and increases energy loss. An attempt to eliminate this drawback by installing the impeller with an additional drive leads to the complication of the cyclone, additional energy costs, to increase the size and mass of the cyclone, as well as to increase the hydraulic resistance and energy consumption of the cyclone. The removal of trapped contaminants into the hopper is carried out by the main vortex. All this determines low operational properties, such as the dimensions of the cyclone, its energy intensity and the amount of maintenance.

Известен циклон, содержащий корпус с сепарационной камерой, входным тангенциальным патрубком, выходным осевым патрубком, вращающийся элемент с лопастями в сепарационной камере [3] Недостатки: большие габариты, высокое гидравлическое сопротивление. A known cyclone containing a housing with a separation chamber, an inlet tangential nozzle, an output axial nozzle, a rotating element with blades in the separation chamber [3] Disadvantages: large dimensions, high hydraulic resistance.

Цель изобретения устранение указанных недостатков, то есть повышение эксплуатационных свойств. The purpose of the invention is the elimination of these disadvantages, that is, improving operational properties.

Указанная цель достигается тем, что известный циклон снабжен перегородкой, жестко закрепленной на корпус с образованием кольцевого зазора относительно стенки корпуса, при этом вращающийся элемент установлен на перегородке посредством оси. This goal is achieved by the fact that the known cyclone is equipped with a partition rigidly fixed to the housing with the formation of an annular gap relative to the wall of the housing, while the rotating element is mounted on the partition through the axis.

На фиг. 1 изображен циклон (продольный разрез), на фиг. 2 разрез А-А фиг. 1, на фиг. 3 исполнение перегородки в виде диска малого диаметра, на фиг. 4 исполнение перегородки в виде усеченного конуса, на фиг. 5 - исполнение перегородки в виде цилиндрического стакана, на фиг. 6 исполнение барабана малого диаметра, на фиг. 7 исполнение с полой осью барабана, на фиг. 8 исполнение с полой осью барабана с перегородкой в виде конуса, на фиг. 9 исполнение с дополнительным барабаном и плоской перегородкой в виде диска, на фиг. 10 барабан с двумя дисками, на фиг. 11 - конически-цилиндрический корпус циклона. In FIG. 1 shows a cyclone (longitudinal section), in FIG. 2 a section A-A of FIG. 1, in FIG. 3 execution of the partition in the form of a disk of small diameter, in FIG. 4, the design of the partition in the form of a truncated cone, in FIG. 5 - execution of the partition in the form of a cylindrical glass, in FIG. 6 execution of a drum of small diameter, in FIG. 7 execution with a hollow axis of the drum, in FIG. 8 execution with a hollow axis of the drum with a partition in the form of a cone, in FIG. 9 execution with an additional drum and a flat partition in the form of a disk, in FIG. 10 a drum with two discs, in FIG. 11 - conical-cylindrical cyclone body.

Циклон содержит корпус 1, сепарационную камеру 2, входной патрубок 3, выходной патрубок 4, перегородку 5, вращающийся элемент 6, камеру сбора загрязнений 7 с разгрузочным отверстием 8. The cyclone contains a housing 1, a separation chamber 2, an inlet pipe 3, an outlet pipe 4, a baffle 5, a rotating element 6, a pollution collection chamber 7 with a discharge opening 8.

Корпус 1 может иметь цилиндрическую или расширяющуюся книзу форму, а также состоять из двух частей цилиндрической и конической. Камера 2 размещена в верхней части корпуса 1. Патрубок выполнен тангенциально к корпусу 1. Патрубок 4 соосен камере 2. Снизу камера 2 ограничена перегородкой, установленной с кольцевым зазором 9 внутри корпуса 1 и жестко закрепленной на корпусе 1, например, посредством укосин 10. The housing 1 may have a cylindrical or expanding downward shape, and also consist of two parts, cylindrical and conical. The chamber 2 is located in the upper part of the housing 1. The nozzle is tangential to the housing 1. The nozzle 4 is coaxial to the chamber 2. The bottom of the chamber 2 is limited by a partition installed with an annular gap 9 inside the housing 1 and rigidly fixed to the housing 1, for example, by means of jib 10.

На перегородке 5 посредством подшипникового узла 11 установлен с возможностью вращения на оси 12 элемент 6. Он представляет собой диск 13 с лопастями 14, образующими сопла 15. Лопасти 14 расположены по периферии диска 13. Ниже перегородки 5 находится камера 7 сбора загрязнений с разгрузочным отверстием 8, которое при работе циклона закрыта при помощи клапана или вентиля (на чертеже не показаны). Высота патрубка 3 обычно несколько меньше высоты камеры 2 с тем, чтобы основная часть потока среды из патрубка 3 попадала в камеру 2. Основные элементы циклона имеют следующее условное обозначение:
D диаметр камеры 2,
d диаметр патрубка 3 ввода загрязненной среды,
d_бар диаметр элемента 6,
d_пер диаметр перегородки 5.An element 6 is mounted on the partition 5 by means of the bearing assembly 11 and rotatably mounted on the axis 12. It is a disk 13 with blades 14 forming nozzles 15. The blades 14 are located on the periphery of the disk 13. Below the partition 5 there is a pollution collection chamber 7 with a discharge hole 8 , which during operation of the cyclone is closed by a valve or valve (not shown in the drawing). The height of the nozzle 3 is usually somewhat less than the height of the chamber 2 so that the main part of the flow of medium from the nozzle 3 falls into the chamber 2. The main elements of the cyclone have the following legend:
D the diameter of the chamber 2,
d the diameter of the pipe 3 input polluted environment,
d _bar element diameter 6,
d _per diameter baffle 5.

Степень ускорения свободного вихря в камере 2, т.е. степень увеличения окружной скорости вихря, определяется отношением (D/d)ⁿ, где n - показатель степени, который меньше единицы.The degree of acceleration of the free vortex in chamber 2, i.e. the degree of increase in the peripheral vortex velocity is determined by the ratio (D / d) ⁿ , where n is an exponent that is less than unity.

Степень ускорения свободного вихря до истечения его в элемент 6 определяется отношением (D/d_бар)ⁿ¹ где n1 показатель степени, который меньше единицы.The degree of acceleration of a free vortex before it flows into element 6 is determined by the ratio (D / d _bar ) ⁿ¹ where n1 is an exponent that is less than unity.

Доля загрязненной среды, поступающей из камеры 2 в камеру 7, пропорциональна относительной величине зазора 9, то есть

где K - коэффициент пропорциональности.The proportion of contaminated medium coming from chamber 2 to chamber 7 is proportional to the relative value of the gap 9, i.e.

where K is the coefficient of proportionality.

Работает устройство следующим образом. The device operates as follows.

Загрязненная среда истекает из патрубка 3 в камеру 2 и образует в ней вихрь, который ускоряется по мере движения от периферии к центру циклона. Центробежная сила и кориолисово ускорение сепарирует загрязнения, которые в виде кольцевого пояса непрерывно циркулируют по периферии камеры 2. Одновременно свободный вихрь в камере 2 через кольцевой зазор 9 наводит вынужденный вихрь в камере 7, имеющий нисходящий и восходящий поток. Под действием нисходящего потока вынужденного вихря и сил гравитации загрязнения через зазор 9 поступают в камеру 7, где загрязнения осаждаются. Так как окружная и осевая скорости вынужденного вихря быстро уменьшаются в направлении от камеры 2 в камеру 7 и от периферии камеры 7 к центру ее, то захват и вынос загрязнений вынужденным вихрем из камеры 7 в камеру 2 восходящим потоком незначительный. Свободный вихрь в камере 2 при истечении в сопле 15 барабана 6 изменяет несколько направление осевого движения, а частицы продолжают движение по инерции, что обуславливает выпадение их из струй среды, направленной в сопла 15. Те мельчайшие частицы, которые попадают в сопла 15, догоняются вращающимся элементом 6 и лопасти 14 отбрасывают частицы на периферию камеры 2. Микровихри, образуемые лопастями 14 барабана 6, усиливают турбулентную коагуляцию загрязнений в кольцевом зазоре камеры 2 между корпусом 1 и барабаном 6. Уменьшение диаметра барабана 6 приводит к росту частоты вращения этого барабана 6 и к улавливанию частиц загрязнений меньшего размера. The contaminated medium flows from the pipe 3 into the chamber 2 and forms a vortex in it, which accelerates as it moves from the periphery to the center of the cyclone. Centrifugal force and Coriolis acceleration separates the contaminants, which in the form of an annular belt continuously circulate around the periphery of the chamber 2. At the same time, a free vortex in the chamber 2 through the annular gap 9 induces a forced vortex in the chamber 7 having a downward and upward flow. Under the action of a downward flow of a forced vortex and gravitational forces, the contaminants enter the chamber 7 through the gap 9, where the contaminants are deposited. Since the peripheral and axial velocities of the forced vortex rapidly decrease in the direction from chamber 2 to chamber 7 and from the periphery of chamber 7 to its center, the uptake of contaminants by the forced vortex from chamber 7 into chamber 2 is insignificant. A free vortex in the chamber 2, upon expiration in the nozzle 15 of the drum 6, changes several directions of axial motion, and the particles continue to move by inertia, which causes them to fall out of the jets of the medium directed into the nozzle 15. Those tiny particles that fall into the nozzle 15 are caught up in rotation element 6 and the blades 14 discard particles on the periphery of the chamber 2. Microvortexes formed by the blades 14 of the drum 6, enhance the turbulent coagulation of contaminants in the annular gap of the chamber 2 between the housing 1 and the drum 6. Reducing the diameter of the drum 6 rivodit to increase the speed of this drum 6, and to capture particles of smaller size contaminants.

Возможно исполнение, когда перегородка выполнена в виде диска 16 малого диаметра. Вследствие этого свободный вихрь в камере 2 неводит в камере 7 вынужденный вихрь большой интенсивности, обуславливая быстрое удаление загрязнений из камеры 2 в камеру 7. Execution is possible when the partition is made in the form of a disk 16 of small diameter. As a result, a free vortex in chamber 2 does not lead to a forced vortex of high intensity in chamber 7, causing the rapid removal of contaminants from chamber 2 into chamber 7.

Возможно исполнение перегородки в виде усеченного конуса 17, Вследствие этого глубина проникновения вынужденного вихря в камеру 7 уменьшается, так как кольцевой зазор 18 значительно удален от патрубка 3 и камеры 2. It is possible to design the partition in the form of a truncated cone 17. As a result, the penetration depth of the forced vortex into the chamber 7 decreases, since the annular gap 18 is significantly removed from the pipe 3 and the chamber 2.

Возможно исполнение, когда элемент 6 выполнен малого диаметра, лишь немногим большим диаметра патрубка 4. Вследствие этого частота вращения элемента 6 возрастает, обеспечивая улавливание частиц загрязнений меньшего размера. Possible execution when the element 6 is made of small diameter, only a little larger than the diameter of the pipe 4. As a result, the speed of the element 6 increases, providing for the capture of particles of smaller contaminants.

Возможно исполнение, когда перегородка в корпусе 1 выполнена в виде цилиндрического стакана 19, на котором установлен элемент 6. Наклонные стенки 20 совместно с корпусом 1 образуют бункера 21 для сбора загрязнений. Такая конструкция уменьшает объем вынужденного вихря в циклоне и потери энергии. Execution is possible when the partition in the housing 1 is made in the form of a cylindrical glass 19 on which the element 6 is mounted. The inclined walls 20 together with the housing 1 form a hopper 21 for collecting contaminants. This design reduces the volume of the forced vortex in the cyclone and energy loss.

Возможно исполнение, когда в оси 12 выполнен канал 22, соединяющий внутреннюю полость элемента 6 с камерой 7. Вследствие этого образуются два свободных вихря основной вихрь через элемент 6 и дополнительный вихрь через кольцевой зазор 9, камеру 7 и канал 22 в патрубок 4. Execution is possible when a channel 22 is made in the axis 12 connecting the internal cavity of the element 6 with the chamber 7. As a result, two free vortices are formed of the main vortex through the element 6 and an additional vortex through the annular gap 9, the chamber 7 and the channel 22 into the pipe 4.

Работает исполнение аналогично описанному за исключением того, что свободный вихрь в камере 2 и вращающийся элемент 6 создают центробежную силу, образующую разрежение, максимальная величина которого достигается в приосевой зоне вихря. Перепад давления между периферией и приосевой зоной камеры 2 обуславливает образование дополнительного свободного вихря под перегородкой 5. Центральная сила дополнительного вихря сепарирует частицы загрязнений, отбрасывая их на периферию камеры 7. Одновременно дополнительный свободный вихрь транспортирует загрязнения из камеры 2 в камеру 7, где они осаждаются. The execution works similarly to that described except that the free vortex in the chamber 2 and the rotating element 6 create a centrifugal force forming a vacuum, the maximum value of which is achieved in the axial zone of the vortex. The pressure difference between the periphery and the near-axis zone of chamber 2 causes the formation of an additional free vortex under the partition 5. The central force of the additional vortex separates the particles of contaminants, dropping them to the periphery of chamber 7. At the same time, an additional free vortex transfers the contaminants from chamber 2 to chamber 7, where they are deposited.

Возможно исполнение, когда в камере 7 жестко закреплена на корпусе 1 дополнительная дискообразная перегородка (на чертеже не показана), соосная камера 7 и установленная параллельно перегородке 5 с зазором. Дополнительная перегородка исключает осевую скорость свободного вихря на всей протяженности дополнительной перегородки и отсос загрязнений из камеры 7 в канал 22. Possible execution when in the chamber 7 is rigidly fixed to the housing 1 an additional disk-shaped partition (not shown), a coaxial chamber 7 and mounted parallel to the partition 5 with a gap. An additional partition excludes the axial velocity of the free vortex over the entire length of the additional partition and the extraction of contaminants from chamber 7 into channel 22.

Возможно исполнение, когда дополнительная перегородка выполнена в виде конуса 23 вершиной, обращенной к каналу 22. Конус 23 соосен камере 7 и жестко закреплен на корпусе 1 с кольцевым зазором 24. Конус 23 изолирует камеру 7 (камеру сбора загрязнений) от дополнительного свободного вихря. Execution is possible when the additional partition is made in the form of a cone 23 with its vertex facing the channel 22. The cone 23 is coaxial to the chamber 7 and is rigidly fixed to the housing 1 with an annular gap 24. The cone 23 isolates the chamber 7 (pollution collection chamber) from the additional free vortex.

Работает исполнение аналогично описанному за исключением того, что загрязнения, сепарирующие дополнительным свободным вихрем, по поверхности конуса 23 и через зазор 24 поступают в камеру 7. The design works similarly to that described except that the contaminants separating with an additional free vortex, along the surface of the cone 23 and through the gap 24, enter the chamber 7.

Возможно исполнение, когда на дополнительной дискообразной перегородке 25 установлен с возможностью вращения дополнительный элемент 26 с лопастями. Перегородка 25 и элемент 26 соосны каналу 22. Execution is possible when an additional element 26 with blades is mounted for rotation on an additional disk-shaped partition 25. The partition 25 and the element 26 are aligned with the channel 22.

Работает исполнение аналогично описанному за исключением того, что дополнительный свободный вихрь вращает элемент 26, который отбрасывает частицы загрязнений на периферию, очищая среду, засасываемую через канал 22. The execution works similarly to that described except that the additional free vortex rotates the element 26, which throws away the particles of contaminants to the periphery, cleaning the medium sucked through the channel 22.

Возможно исполнение, когда лопасти 14 элемента 6 закреплены не только на диске 13, но и на кольце 27 с осевым отверстием 28. Вследствие этого основной поток вихря взаимодействует с лопастями 14, но и с поверхностью диска 13 и кольца 27. Вследствие этого потери энергии на трение вихря об элемент 6 используются для полезной работы вращения элемента 6 с повышенной скоростью. Повышенная скорость вращения элемента 6 способствует сепарации мельчайших частиц загрязнений, отбрасывая их лопастями 14 на периферию камеры 2. Possible execution, when the blades 14 of the element 6 are mounted not only on the disk 13, but also on the ring 27 with the axial hole 28. As a result, the main flow of the vortex interacts with the blades 14, but also with the surface of the disk 13 and the ring 27. As a result of this energy loss on friction of the vortex against the element 6 are used for the useful work of rotating the element 6 with increased speed. The increased speed of rotation of the element 6 contributes to the separation of the smallest particles of contaminants, discarding them with blades 14 to the periphery of the chamber 2.

Возможно исполнение, когда элемент 6 с диском 13 и кольцом 27 имеет уплотнение, например лабиринтное (на чертеже не показано). Относительно корпуса 1 и перегородки 5, что существенным образом уменьшает переток среды мимо лопастной решетки элемента 6. Possible execution when the element 6 with the disk 13 and the ring 27 has a seal, for example a labyrinth (not shown in the drawing). Regarding the housing 1 and the partition 5, which significantly reduces the flow of medium past the blade of the element 6.

Возможно исполнение, когда корпус 1 имеет коническую 29 и цилиндрическую 30 части. Тем самым обеспечивается транспортирование загрязнений из камеры 2 в камеру 7 не только под действием сил гравитации, вспомогательного вихря, но и вертикальной составляющей центробежной силы, воздействующей на частицы загрязнений при контакте их с поверхностью конической части 30. Possible execution when the housing 1 has a conical 29 and a cylindrical 30 parts. This ensures the transport of contaminants from chamber 2 to chamber 7 not only under the action of gravity, auxiliary vortex, but also the vertical component of the centrifugal force acting on the particles of contaminants in contact with the surface of the conical part 30.

Работает исполнение аналогично описанному за исключением того, что загрязнения тормозятся о поверхности конической части 30, и опускаются вниз под действием сил гравитации, вертикальной составляющей центробежной силы, прижимающей загрязнения к поверхности конической части 30, а также вспомогательного вихря. The design works similarly to that described except that the contaminants decelerate on the surface of the conical part 30 and fall down under the action of gravitational forces, the vertical component of the centrifugal force, pressing the contaminants to the surface of the conical part 30, as well as the auxiliary vortex.

Ускорение вихря в плоской камере, удаление улавливаемых загрязнений, вспомогательным вихрем, сепарация загрязнений вращающейся лопастной решеткой, повышенная турбулентная коагуляция загрязнений вследствие образования лопастями элемента микровихрей это обуславливает достижение положительного результата уменьшение габаритов, объема технического обслуживания, повышение эффективности очистки и снижение энергоемкости циклона, то есть повышение эксплуатационных свойств. Acceleration of the vortex in a flat chamber, removal of trapped contaminants, auxiliary vortex, separation of contaminants by a rotating blade grid, increased turbulent coagulation of contaminants due to the formation of microvortices by the blades of the element leads to a positive result, reduction in size, volume of maintenance, increased cleaning efficiency and reduced energy consumption of the cyclone, i.e. increase in operational properties.

Claims

1. A cyclone comprising a housing with a separation chamber, an inlet tangential nozzle, an output axial nozzle, a rotating element with blades, placed by means of a bearing assembly coaxially to the housing in the separation chamber, characterized in that it is provided with a partition wall rigidly fixed to the housing to form an annular gap with respect to the walls of the housing, while the rotating element is mounted on the partition by means of an axis.

2. The cyclone according to claim 1, characterized in that the height of the inlet pipe is slightly less than the height of the separation chamber formed by the specified partition and located above it.

3. The cyclone according to claims 1 and 2, characterized in that the axis of the rotating element is hollow, communicating with each other the cavity of the cyclone located on both sides of the partition.

4. The cyclone according to claim 3, characterized in that it is equipped with an additional partition installed under the first in a similar way.

5. The cyclone according to claim 4, characterized in that it is equipped with an additional rotating element mounted by means of an axis on an additional partition in the gap between the partitions.

6. The cyclone according to claims 1 to 5, characterized in that the blades of the rotating element are mounted on the disk.

7. The cyclone according to claims 1 to 6, characterized in that the blades of the rotating element are fixed by means of two disks, moreover, an axial channel is made in the disk facing the output axial nozzle.