RU213481U1

RU213481U1 - MULTIVORTEX DEVICE WITH SEPARATION SPIRAL

Info

Publication number: RU213481U1
Application number: RU2022113306U
Authority: RU
Inventors: Вадим Эдуардович Зинуров; Андрей Владимирович Дмитриев; Оксана Сергеевна Дмитриева; Ксения Сергеевна Моисеева
Filing date: 2022-05-18
Publication date: 2022-09-13

Abstract

Полезная модель предназначена для сухой очистки газовых потоков от мелкодисперсных частиц.The utility model is intended for dry cleaning of gas streams from fine particles.

Техническим результатом является увеличение сепарационной эффективности устройства, снижение уноса мелкодисперсных частиц восходящим потоком газа в кольцевом пространстве.The technical result is an increase in the separation efficiency of the device, a reduction in the entrainment of fine particles by an ascending gas flow in the annular space.

Технический результат достигается мультивихревым устройством с сепарационной спиралью, содержащим цилиндрический корпус, осевую трубу входа газопылевого потока с расположенными в нижней части прямоугольными прорезями, экран, выполненный в виде поперечной перегородки в кольцевом пространстве устройства между корпусом и осевой трубой с равноудаленными радиальными отверстиями, размещенными выше прямоугольных прорезей, приемный бункер. На внутренней стенке корпуса закреплена сепарационная спираль, образующая множество полостей между металлическими витками в кольцевом пространстве устройства между корпусом и осевой трубой, при этом верхний конец цилиндрического корпуса закрыт экраном с отверстиями, обеспечивая вывод очищенного газа.

The technical result is achieved by a multi-vortex device with a separation spiral, containing a cylindrical body, an axial pipe for the entry of a gas and dust flow with rectangular slots located in the lower part, a screen made in the form of a transverse partition in the annular space of the device between the body and the axial pipe with equidistant radial holes located above the rectangular slots, receiving hopper. A separation spiral is fixed on the inner wall of the housing, forming a plurality of cavities between the metal coils in the annular space of the device between the housing and the axial tube, while the upper end of the cylindrical housing is closed by a screen with holes, providing the output of the purified gas.

Description

Полезная модель предназначена для сухой очистки газовых потоков от твердых мелкодисперсных частиц и может найти применение в химической, нефтяной, строительной, газовой и других отраслях промышленности.The utility model is designed for dry cleaning of gas streams from solid fine particles and can be used in the chemical, oil, construction, gas and other industries.

Известен пылеуловитель-классификатор, состоящий из корпуса, в верхней части которого размещены спиральный входной патрубок и патрубок для ввода встречного воздушного потока, снабженный задвижкой для регулирования расхода воздуха [см. патент RU 153516, B01D 45/04, В04С 5/103, 2015]. В нижней части корпуса размещено наклонное днище, содержащее патрубок отвода крупной фракции пыли и патрубок отвода средней фракции пыли. По оси корпуса пылеуловителя-классификатора расположены: установленный на наклонном днище приемный цилиндр второй ступени очистки газа, навстречу которому закреплен экран цилиндрической формы; приемный цилиндр третьей ступени очистки газа, соединенный с коническим днищем, на котором установлен патрубок отвода мелкой фракции пыли; выходной патрубок, направленный вверх. В кольцевом пространстве между приемным цилиндром третьей ступени очистки газа и выходным патрубком установлены неподвижные лопасти.Known dust collector-classifier, consisting of a housing, in the upper part of which there is a spiral inlet pipe and a pipe for entering the oncoming air flow, equipped with a valve to control the air flow [see. patent RU 153516, B01D 45/04, B04C 5/103, 2015]. In the lower part of the housing there is an inclined bottom containing a branch pipe for removing a large fraction of dust and a branch pipe for removing a medium fraction of dust. Along the axis of the dust collector-classifier housing are located: a receiving cylinder of the second stage of gas purification installed on an inclined bottom, against which a cylindrical screen is fixed; the receiving cylinder of the third stage of gas purification, connected to the conical bottom, which has a branch pipe for removing fine dust; outlet pipe pointing upwards. In the annular space between the receiving cylinder of the third stage of gas purification and the outlet pipe, fixed blades are installed.

Недостатками устройства являются: низкая эффективность пылеулавливания, сложность конструкции и управления процессом пылеулавливания и, как следствие, невысокая степень надежности работы пылеуловителя-классификатора.The disadvantages of the device are: low efficiency of dust collection, the complexity of the design and control of the dust collection process and, as a result, the low degree of reliability of the dust collector-classifier.

Известен воздушный центробежный классификатор [см. патент RU 100434, В07В 7/ 083, 2010], содержащий наружный цилиндроконический корпус с крышкой, выполненной воронкообразной с выходным отверстием, расположенным вверх, патрубком для вывода мелкой фракции вместе с воздушным потоком, расположенным на крышке, и патрубком для вывода крупной фракции, расположенным в нижней части корпуса, внутренний цилиндроконический корпус со слабоконической крышкой, установленной вершиной вверх с образованием с ним кольцевой щели, и патрубком для вывода крупной фракции, расположенным в нижней части корпуса, лопатки, расположенные равномерно между цилиндрическими участками наружного и внутреннего корпусов и снабженные механизмами фиксированного поворота вокруг горизонтальных осей, и трубу для подачи исходного материала вместе с воздушным потоком, расположенную в нижней части наружного корпуса.Known air centrifugal classifier [see. patent RU 100434, V07V 7/ 083, 2010], containing an outer cylindrical body with a lid made funnel-shaped with an outlet located upwards, a branch pipe for withdrawing a fine fraction along with an air flow located on the lid, and a branch pipe for withdrawing a large fraction located in the lower part of the body, an inner cylindrical-conical body with a slightly conical cover, installed with its apex up to form an annular gap with it, and a branch pipe for removing coarse fraction located in the lower part of the body, blades located evenly between the cylindrical sections of the outer and inner bodies and equipped with mechanisms for fixed rotation around horizontal axes, and a pipe for supplying the source material along with the air flow, located in the lower part of the outer casing.

Недостатком аналога является невысокая чистота осаждаемой фракции, использование разрежения для отвода очищенного газового потока и невысокое качество сепарации.The disadvantage of analog is the low purity of the precipitated fraction, the use of vacuum to remove the purified gas stream and the low quality of separation.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является пылеуловитель-классификатор с соосно расположенными трубами [см. патент RU 201604, B01D 45/04, В04С 5/103, 2020], содержащий корпус, осевую трубу входа газопылевого потока с его подачей сверху пылеуловителя, экран, приемный бункер для сбора пыли и патрубок вывода очищенного газа. На противоположном конце осевой трубы входа газопылевого потока установлено коническое днище для выгрузки сыпучего материала, при этом в нижней части цилиндрической трубы выполнены прорези прямоугольной формы, экран представляет собой поперечную перегородку, установленную в кольцевом пространстве пылеуловителя-классификатора между корпусом и осевой трубой, в поперечной перегородке выполнены равноудаленные радиальные отверстия в четном количестве, причем прорези прямоугольной формы выполнены напротив площадки, расположенной между соседними отверстиями поперечной перегородки, при этом перегородка расположена строго над прямоугольными прорезями, кроме того, патрубок вывода очищенного газа находится в верхней части корпуса. Сечение для прохода газа на всем пути преодоления сопротивлений остается неизменным, обеспечивая тем самым равнопроточность потоку газа.The closest in technical essence and the achieved result is a dust collector-classifier with coaxially arranged pipes [see. patent RU 201604, B01D 45/04, В04С 5/103, 2020], containing a body, an axial pipe for the inlet of the gas and dust flow with its supply from above the dust collector, a screen, a receiving hopper for dust collection and a pipe for the outlet of purified gas. At the opposite end of the axial pipe of the gas and dust flow inlet, a conical bottom is installed for unloading bulk material, while rectangular slots are made in the lower part of the cylindrical pipe, the screen is a transverse partition installed in the annular space of the dust collector-classifier between the housing and the axial pipe, in the transverse partition equidistant radial holes are made in an even number, and rectangular slots are made opposite the platform located between adjacent holes of the transverse partition, while the partition is located strictly above the rectangular slots, in addition, the purified gas outlet pipe is located in the upper part of the housing. The cross section for the passage of gas throughout the path to overcome the resistance remains unchanged, thereby ensuring equal flow of the gas flow.

Недостатком прототипа является невысокая степень сепарации мелкодисперсных частиц размером менее 30 мкм из запыленного газового потока вследствие их частичного уноса восходящим потоком в межтрубном пространстве.The disadvantage of the prototype is the low degree of separation of fine particles smaller than 30 μm from the dusty gas stream due to their partial entrainment by the upward flow in the annulus.

Задачей полезной модели является разработка устройства для эффективной очистки запыленного газа от мелкодисперсных частиц с размером менее 30 мкм, в котором устранены недостатки аналогов и прототипа.The objective of the utility model is to develop a device for efficient cleaning of dusty gas from fine particles with a size of less than 30 microns, which eliminates the disadvantages of analogs and prototype.

Технический результат достигается мультивихревым устройством с сепарационной спиралью, содержащим цилиндрический корпус, осевую трубу входа газопылевого потока с расположенными в нижней части прямоугольными прорезями, экран, выполненный в виде поперечной перегородки в кольцевом пространстве устройства между корпусом и осевой трубой с равноудаленными радиальными отверстиями, размещенными выше прямоугольных прорезей, приемный бункер. На внутренней стенке корпуса закреплена сепарационная спираль, образующая множество полостей между металлическими витками в кольцевом пространстве устройства между корпусом и осевой трубой, при этом верхний конец цилиндрического корпуса закрыт экраном с отверстиями, обеспечивая вывод очищенного газа.The technical result is achieved by a multi-vortex device with a separation spiral, containing a cylindrical body, an axial pipe for the entry of a gas and dust flow with rectangular slots located in the lower part, a screen made in the form of a transverse partition in the annular space of the device between the body and the axial pipe with equidistant radial holes located above the rectangular slots, receiving hopper. A separation spiral is fixed on the inner wall of the housing, forming a plurality of cavities between the metal coils in the annular space of the device between the housing and the axial tube, while the upper end of the cylindrical housing is closed by a screen with holes, providing the output of the purified gas.

Сущность полезной модели поясняется фиг. 1, на которой изображен общий вид мультивихревого устройства с сепарационной спиралью в разрезе.The essence of the utility model is illustrated in Fig. 1, which shows a general view of a multi-vortex device with a separation spiral in section.

Цифрами на чертеже обозначены:The numbers in the drawing indicate:

1 - цилиндрический корпус;1 - cylindrical body;

2 - осевая труба входа газопылевого потока;2 - axial pipe of gas and dust flow inlet;

3 - экран;3 - screen;

4 - отверстия радиальные;4 - radial holes;

5 - прямоугольные прорези;5 - rectangular slots;

6 - приемный бункер;6 - receiving hopper;

7 - сепарационная спираль.7 - separation spiral.

Мультивихревое устройство с сепарационной спиралью содержит цилиндрический корпус 1, в который вставлена осевая труба входа газопылевого потока 2, соединенные между собой с помощью экрана 3, выполненного в виде поперечной перегородки в кольцевом пространстве устройства между корпусом 1 и осевой трубой 2 с равноудаленными радиальными отверстиями 4, размещенными выше прямоугольных прорезей 5, приемный бункер 6. На внутренней стенке корпуса 1 закреплена сепарационная спираль 7, образующая множество полостей между металлическими витками в кольцевом пространстве устройства между корпусом 1 и осевой трубой 2. При этом верхний конец цилиндрического корпуса 1 закрыт экраном 3 с отверстиями 4, которые за счет места своего расположения обеспечивают вывод очищенного газа из устройства. Верхний и нижний концы (отверстия) осевой трубы 2 открыты. Сепарационная спираль 7 выполнена по всей высоте внутренней цилиндрической стенки корпуса 1 с одинаковым шагом.The multi-vortex device with a separation spiral contains a cylindrical body 1, into which an axial pipe of the gas-dust flow inlet 2 is inserted, interconnected by means of a screen 3, made in the form of a transverse partition in the annular space of the device between the body 1 and the axial pipe 2 with equidistant radial holes 4, placed above the rectangular slots 5, the receiving hopper 6. On the inner wall of the housing 1, a separation spiral 7 is fixed, forming a plurality of cavities between the metal coils in the annular space of the device between the housing 1 and the axial tube 2. In this case, the upper end of the cylindrical housing 1 is closed by a screen 3 with holes 4, which, due to their location, ensure the removal of the purified gas from the device. The upper and lower ends (holes) of the axial tube 2 are open. The separation spiral 7 is made along the entire height of the inner cylindrical wall of the housing 1 with the same pitch.

Предлагаемое устройство с сепарационной спиралью для очистки газов работает следующим образом.The proposed device with a separation coil for gas cleaning works as follows.

Запыленный газовый поток с различной дисперсностью поступает сверху устройства во внутреннюю часть осевой трубы 2 и движется вниз. Достигая прорезей прямоугольной формы 5, выполненных в нижней части трубы 2, газопылевой поток резко меняет свое направление на 180°. При этом за счет сил инерции, возникающих при изменении направления движения запыленного потока газа на противоположное, частицы пыли крупной фракции осаждаются и поступают в приемный бункер для сбора пыли 6 через нижний конец осевой трубы 2. При выходе газопылевого потока из каждой прямоугольной прорези 5, он разбивается на две одинаковых составляющих этого потока, которые начинают вращаться в кольцевом зазоре между корпусом 1 и трубой 2, в направлении противоположном друг другу. Таким образом, каждая прорезь прямоугольной формы 5, выполненная в трубе 2, формирует два равномерных вихревых потока, вращающихся в небольшом кольцевом зазоре с малыми радиусами вихрей. Это позволяет создавать высокие значения центробежных сил в устройстве при относительно невысоких скоростях газопылевого потока.The dusty gas flow with different dispersity enters from the top of the device into the inner part of the axial tube 2 and moves down. Reaching the rectangular slots 5, made in the lower part of the pipe 2, the gas and dust flow abruptly changes its direction by 180°. At the same time, due to the forces of inertia that arise when the direction of movement of the dusty gas flow is reversed, dust particles of a large fraction are deposited and enter the receiving hopper for collecting dust 6 through the lower end of the axial pipe 2. When the gas and dust flow exits from each rectangular slot 5, it is divided into two identical components of this flow, which begin to rotate in the annular gap between the housing 1 and the pipe 2, in the direction opposite to each other. Thus, each rectangular slot 5 made in the pipe 2 forms two uniform vortex flows rotating in a small annular gap with small vortex radii. This allows you to create high values of centrifugal forces in the device at relatively low speeds of gas and dust flow.

Далее мелкодисперсные, средние и оставшиеся крупные частицы пыли за счет сил, возникающих во вращающемся газопылевом потоке, смещаются от центра к периферии вихревых структур и опускаются вниз к приемному бункеру для сбора пыли 6. Сепарационная спираль 7 на внутренней цилиндрической стенке корпуса 1 позволяет снизить унос мелко- и среднедисперсных частиц восходящим потоком газа в периферийной области кольцевого пространства, в которую сепарируются частицы пыли из газа при вращательном движении вихревой структуры. Множество витков спирали 7 образуют многоступенчатую систему сепарационных элементов по всей высоте внутреннего пространства корпуса 1. Между витками сепарационной спирали 7 образуются застойные зоны, по которым мелкодисперсные и средние частицы постепенно седиментируют в приемный бункер для сбора пыли 6.Further, fine, medium and remaining large dust particles, due to the forces arising in the rotating gas and dust flow, are displaced from the center to the periphery of the vortex structures and fall down to the receiving bin for collecting dust 6. The separation spiral 7 on the inner cylindrical wall of the housing 1 makes it possible to reduce fine - and medium-dispersed particles by an ascending gas flow in the peripheral region of the annular space, into which dust particles are separated from the gas during the rotational movement of the vortex structure. Many turns of the spiral 7 form a multi-stage system of separation elements along the entire height of the internal space of the housing 1. Between the turns of the separation spiral 7 stagnant zones are formed, along which fine and medium particles gradually sediment into the receiving bin for collecting dust 6.

Очищенный газовый поток движется преимущественно в центральной зоне вихревых структур снизу-вверх и, достигая экрана 3, происходит дополнительное разделение и очистка газового потока за счет того, что диаметр отверстий 4 меньше ширины межтрубного пространства между корпусом 1 и осевой трубой 2. Таким образом, очищенный от крупных, средних и мелких частиц газ проходит в центральную часть радиальных отверстий 4, а запыленный газовый поток, ударяясь о внутреннюю поверхность экрана 3, выбивает оставшиеся твердые частицы, направляя их в бункер 6.The purified gas flow moves mainly in the central zone of the vortex structures from the bottom up and, reaching the screen 3, there is an additional separation and purification of the gas flow due to the fact that the diameter of the holes 4 is less than the width of the annular space between the body 1 and the axial pipe 2. Thus, the purified from large, medium and small particles, the gas passes into the central part of the radial holes 4, and the dusty gas flow, hitting the inner surface of the screen 3, knocks out the remaining solid particles, directing them to the hopper 6.

В предлагаемом мультивихревом устройстве с сепарационной спиралью для очистки газов по сравнению с прототипом достигается более высокая эффективность сепарации мелкодисперсных твердых частиц из запыленного потока размером менее 30 мкм. Это обеспечивается за счет использования сепарационной спирали, которая закреплена на внутренней цилиндрической стенке осевой трубы устройства, позволяющая снизить унос мелко- и среднедисперсных частиц восходящим потоком газа в периферийной области межтрубного пространства, в которую сепарируются частицы пыли из газа при вращательном движении вихревой структуры в межтрубном пространстве. Кроме того, множество витков спирали образуют многоступенчатую систему сепарационных элементов по высоте межтрубного пространства. Между витками сепарационной спирали образуются застойные зоны, по которым мелко- и средние частицы постепенно седиментируют в приемный бункер для сбора пыли. Открытый нижний конец осевой трубы способствует интенсификации эффективности сепарации средне- и крупнодисперсных частиц из запыленного газа в виду увеличения объемов запыленного газа, проходящих через данное отверстие, следовательно, временная длительность протекания сепарационного процесса в проточной области устройства увеличивается. Экран, закрывающий с верхней части корпуса кольцевое пространство между корпусом и осевой трубой, за счет имеющихся в нем радиальных отверстий используется для вывода очищенного газа, улучшает упорядоченность вихревой структуры по высоте устройства относительно прототипа, что поддерживает высокие центробежные силы, которые создаются при вращении газа в кольцевом пространстве между корпусом и осевой трубой. Проведенные численные исследования, показывают, что эффективность сепарации твердых частиц размером более 5 мкм из запыленного воздушного потока составляет в среднем 89,2%.In the proposed multi-vortex device with a separation coil for gas purification, in comparison with the prototype, a higher separation efficiency of fine solid particles from a dusty stream with a size of less than 30 μm is achieved. This is achieved through the use of a separation spiral, which is fixed on the inner cylindrical wall of the axial tube of the device, which makes it possible to reduce the entrainment of fine and medium-dispersed particles by the ascending gas flow in the peripheral region of the annulus, into which dust particles are separated from the gas during the rotational movement of the vortex structure in the annulus . In addition, many turns of the spiral form a multi-stage system of separation elements along the height of the annular space. Stagnant zones are formed between the turns of the separating spiral, along which fine and medium particles gradually sediment into a dust collection bin. The open lower end of the axial tube contributes to the intensification of the separation efficiency of medium and coarse particles from dusty gas due to the increase in the volume of dusty gas passing through this hole, therefore, the time duration of the separation process in the flow area of the device increases. The shield covering the annular space between the housing and the axial tube from the upper part of the housing is used to remove the purified gas due to the radial holes in it, improves the ordering of the vortex structure along the height of the device relative to the prototype, which maintains high centrifugal forces that are created when the gas rotates in annulus between the housing and the axial tube. The conducted numerical studies show that the efficiency of separation of solid particles larger than 5 microns from a dusty air flow is 89.2% on average.

Таким образом, в предлагаемом мультивихревом устройстве с сепарационной спиралью создаются высокие значения центробежных сил за счет использования множества равномерных вихревых структур с малыми радиусами вихрей в поперечном сечении аппарата, которые позволяют снизить окружную скорость газопылевого потока с сохранением высокой эффективности сепарации твердых частиц. При этом наличие сепарационной спирали, закрепленной на внутренней цилиндрической стенке внешней трубы устройства, позволяет снизить унос мелко- и среднедисперсных твердых частиц восходящим потоком, следовательно, повысить эффективность сепарации гранулометрических фракций различной дисперсности.Thus, in the proposed multi-vortex device with a separation spiral, high values of centrifugal forces are created due to the use of a plurality of uniform vortex structures with small vortex radii in the cross section of the apparatus, which make it possible to reduce the circumferential velocity of the gas and dust flow while maintaining a high separation efficiency of solid particles. At the same time, the presence of a separation spiral fixed on the inner cylindrical wall of the outer tube of the device makes it possible to reduce the entrainment of fine and medium-dispersed solid particles by the upward flow, therefore, to increase the separation efficiency of granulometric fractions of various dispersions.

Claims

SUBSTANCE: multi-vortex device for gas cleaning, containing a cylindrical body, an axial gas-dust flow inlet pipe with rectangular slots located in the lower part, a screen made in the form of a transverse partition in the annular space of the device between the body and the axial pipe with equidistant radial holes located above the rectangular slots, a receiving a hopper, characterized in that a separation spiral is fixed on the inner wall of the housing, forming a plurality of cavities between the metal coils in the annular space of the device between the housing and the axial tube, while the screen with holes closes the upper end of the cylindrical housing, providing the output of the purified gas.