RU2186630C1

RU2186630C1 - Vortex tube

Info

Publication number: RU2186630C1
Application number: RU2000132343A
Authority: RU
Inventors: Г.В. Викторов
Original assignee: Курский государственный технический университет
Priority date: 2000-12-22
Filing date: 2000-12-22
Publication date: 2002-08-10

Abstract

FIELD: gas cleaning; blast furnace process. SUBSTANCE: vortex tube includes vortex chamber, cooled gas discharge branch pipe and gas inlet nozzle chamber whose walls are provided with slotted holes and dust collector; at least four helical guides mounted on inner surface of nozzle chamber are turned through 90 deg. Helical grooves are provided on inner surface of dust collector with dovetail traps inside them changing to circular groove; it is provided with hollow elastic ring at dust- laden gas inlet; connected to outer surface of said ring are narrowing attachments with internal spiral grooves; pulsers made from bimetallic plates freely fitted on axle are mounted opposite narrowing attachments; they are bent in shape and their opposite butts form angle of 90 deg. EFFECT: enhanced efficiency of gas cleaning; avoidance of abrasive wear of vortex tube components and technological equipment. 6 dwg

Description

Изобретение относится к газоочистным устройствам и может быть использовано для очистки технологических газов, например газов доменного производства с одновременной утилизацией части потенциальной энергии газов. The invention relates to gas purification devices and can be used for purification of process gases, for example, blast furnace gases with the simultaneous utilization of part of the potential energy of the gases.

Известна вихревая труба (см. а.с. 1268208, МКИ В 04 С 1/00, F 25 В 9/02, 1986), содержащая вихревую камеру, патрубок отвода охлажденного газа, дроссель-клапан на выходе подогретого газа и сопловую камеру ввода газа с щелевыми отверстиями, снабженную пылеприемником. A vortex tube is known (see AS 1268208, MKI B 04 C 1/00, F 25 V 9/02, 1986), containing a vortex chamber, a chilled gas outlet pipe, a throttle valve at the outlet of the heated gas and a nozzle inlet chamber gas with slotted holes equipped with a dust collector.

Недостатком данной вихревой трубы является незначительное повышение износостойкости из-за малой эффективности разделения твердых частиц, оказывающих абразивное воздействие на внутренние элементы устройства. The disadvantage of this vortex tube is a slight increase in wear resistance due to the low separation efficiency of solid particles that have an abrasive effect on the internal elements of the device.

Известна вихревая труба (см. патент РФ 2157280, МПК В 04 С 1/00, F 25 В 9/02, Бюл. 28, 2000), содержащая вихревую камеру, патрубок отвода охлажденного газа, дроссель-клапан на выходе подогретого газа и сопловую камеру ввода газа, в стенках которой выполнены щелевые отверстия, пылеприемник, на внутренней поверхности полости сопловой камеры установлены винтообразные направляющие, повернутые на 90^o, количеством не менее четырех, на внутренней поверхности пылеприемника предусмотрены винтообразные канавки, внутри которых установлены ловушки в виде ласточкина хвоста, переходящие в кольцевую канавку.A vortex tube is known (see RF patent 2157280, IPC B 04 C 1/00, F 25 B 9/02, Bull. 28, 2000), containing a vortex chamber, a chilled gas outlet pipe, a throttle valve at the outlet of the heated gas and a nozzle a gas inlet chamber, in the walls of which slit openings are made, a dust collector, screw-like guides are turned on the inner surface of the cavity of the nozzle chamber, rotated by 90 ^° , with a quantity of at least four, screw-like grooves are provided on the inner surface of the dust collector, inside of which dovetkin traps tail turning into an annular groove.

Недостатком данной вихревой трубы является недостаточно высекая эффективность очистка технологических газов от твердых частиц, абразивно изнашивающих внутренние поверхности элементов вихревой трубы из-за слабого разделения твердой и газообразной фаз. The disadvantage of this vortex tube is not sufficiently carving the efficiency of cleaning technological gases from solid particles that abrasively wear the internal surfaces of the elements of the vortex tube due to the weak separation of solid and gaseous phases.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности очистки технологических газов и устранение абразивного износа элементов вихревой трубы и технологического оборудования путем установки на входе запыленного газа полого эластичного кольца, к внешней поверхности которого присоединены суживающиеся насадки с внутренними спиралевидными канавками, а внутри его полости напротив суживающихся насадок установлены пульсаторы из биметаллических пластин свободно насаженных на ось, имеющих изогнутую форму, противоположные торцы которых образуют угол 90^o.The technical problem to which the invention is directed is to increase the efficiency of purification of process gases and eliminate the abrasive wear of the elements of the vortex tube and technological equipment by installing a hollow elastic ring at the inlet of dusty gas, to the outer surface of which there are tapering nozzles with internal spiral grooves, and inside pulsators from bimetallic plates freely mounted on the axis are installed in its cavity opposite the tapering nozzles, Commercially curved shape, opposite ends of which form an angle of 90 ^o.

Технический результат достигается тем, что вихревая труба, содержащая вихревую камеру, патрубок отвода охлажденного газа, дроссель-клапан на выходе подогретого газа и сопловую камеру ввода газа, в стенках которой выполнены щелевые отверстия, патрубок входа запыленного газа, пылеприемник, на внутренней поверхности полости сопловой камеры установлены винтообразные направляющие, повернутые на 90^o, количеством не менее четырех, на внутренней поверхности пылеприемника предусмотрены винтообразные канавки, внутри которых установлены ловушки в виде ласточкина хвоста, переходящие в кольцевую канавку, имеет на патрубке ввода запыленного газа полое эластичное кольцо, к внешней поверхности которого присоединены суживающиеся насадки с внутренними спиралевидными канавками, а внутри его полости напротив суживающихся насадок установлены пульсаторы из биметаллических пластин свободно насаженных на ось, имеющих и зогнутую форму, противоположные торцы которых образуют угол 90^o.The technical result is achieved in that a vortex tube containing a vortex chamber, a chilled gas outlet pipe, a throttle valve at the outlet of the heated gas and a gas inlet nozzle chamber, in the walls of which are made slotted openings, a dusty gas inlet pipe, a dust collector, on the inner surface of the nozzle cavity camera mounted helical guide, rotated by 90 ^o, the amount of not less than four, on the inner surface of the dust receptacle are provided helical grooves, within which are set lovush and in the form of a dovetail, turning into an annular groove, has a hollow elastic ring on the dusty gas inlet pipe, tapering nozzles with internal spiral grooves are attached to its outer surface, and pulsators from bimetallic plates freely mounted on the axis are installed inside its cavity opposite the tapering nozzles, having a curved shape, the opposite ends of which form an angle of 90 ^o .

На фиг.1 изображена вихревая труба с кольцевыми щелевидными отверстиями, на фиг.2 - разрез А-А фиг.1, на фиг.3 - схема ловушки в виде ласточкина хвоста, на фиг.4 - схема полого эластичного кольца с насадками, на фиг.5 - схема пульсатора из биметаллических пластин, а на фиг.6 - развертка внутренней поверхности суживающихся насадок с внутренними спиралевидными канавками. In Fig.1 shows a vortex tube with annular slit-like openings, Fig.2 is a section aa A of Fig.1, Fig.3 is a diagram of a dovetail trap, Fig.4 is a diagram of a hollow elastic ring with nozzles, figure 5 is a diagram of a pulsator of bimetallic plates, and figure 6 is a scan of the inner surface of the tapering nozzles with internal spiral grooves.

Вихревая труба содержит сопловую камеру 1 с щелевидными отверстиями 2, патрубок 3 отвода охлажденного газа, вихревую камеру 4, дроссель-клапан 5 на выходе подогретого газа, пылеприемник 6 с устройством 7 для выгрузки пыли. На внутренней поверхности полости сопловой камеры 1 установлены винтообразные направляющие 8, повернутые на 90^o, количеством не менее четырех. На внутренней поверхности пылеприемника 6 предусмотрены винтообразные канавки 9, внутри которых установлены ловушки 10 в виде ласточкина хвоста, переходящие в кольцевую канавку 11, которая соединена при помощи патрубка 12 с задвижкой 13 для продувки пыли и твердых отложений. На патрубке 14 входа запыленного газа предусмотрено эластичное кольцо 15, к внешней поверхности которого присоединены суживающиеся насадки 16 с внутренними спиралевидными канавками 17, причем они расположены по длине криволинейно от входа газа до его выхода. Внутри полости полого эластичного кольца 15 напротив суживающихся насадок 16 установлены пульсаторы 18 из биметаллических пластин 19, 20, 21 и 22, свободно насаженных на ось 23, имеющих изогнутую форму, противоположные торцы которых образуют угол 90^o, то есть пластины изогнуты относительно оси 23 так, что их торцы образуют прямой угол относительно друг друга.The vortex tube contains a nozzle chamber 1 with slit-like openings 2, a chilled gas outlet pipe 3, a vortex chamber 4, a throttle valve 5 at the outlet of the heated gas, a dust collector 6 with a dust discharge device 7. On the inner surface of the cavity of the nozzle chamber 1, helical guides 8 are installed, rotated 90 ^° , with an amount of at least four. On the inner surface of the dust receptacle 6, helical grooves 9 are provided, inside of which dovetail traps 10 are installed, turning into an annular groove 11, which is connected by a nozzle 12 to a valve 13 for blowing dust and solid deposits. An elastic ring 15 is provided on the nozzle 14 of the inlet of the dusty gas, to the outer surface of which are connected the tapering nozzles 16 with the internal spiral grooves 17, and they are curved along the length from the gas inlet to its outlet. Inside the cavity of the hollow elastic ring 15, opposite the tapering nozzles 16, pulsators 18 are installed from bimetallic plates 19, 20, 21 and 22, freely mounted on the axis 23, having a curved shape, the opposite ends of which form an angle of 90 ^o , that is, the plates are bent relative to the axis 23 so that their ends form a right angle relative to each other.

Вихревая труба работает следующим образом. Vortex tube works as follows.

В сопловую камеру 1 поступает запыленный газ по патрубку 14 в полое эластичное кольцо 15, а из него выходит через суживающиеся насадки 16, закручиваясь во внутренних спиралевидных канавках 17, расположенных криволинейно, причем закрутка потока газа усиливается за счет тангенциального расположения суживающихся насадок 16 и за счет действия пульсатора 18 из биметаллических пластин 19, 20, 21, 22, свободно насаженных на ось 23, имеющих изогнутую форму, противоположные торцы которых образуют угол 90^o, пульсация которых осуществляется при наличии разницы температуры заниженного газа, выходящего из доменной печи, имеющего высокую температуру, и охлажденного газа. Кроме того, за счет эластичных свойств полого эластичного кольца 15 оно начинает вибрировать. Таким образом, эффект закрутки потока запыленного газа и пульсации создает центробежные и вибрационные силы, которые отбрасывают твердые частицы, содержащиеся в запыленном газе, к периферийной части устройства и интенсивно способствуют разделению его на твердую и газообразную фазы, то есть осуществляется извлечение твердых частиц, абразивно действующих на внутренние элементы вихревой трубы, а в дальнейшем на элементы технологического оборудования. Эффект закрутки запыленного газа многократно усиливается в винтообразных направляющих 8, выполненных из пружинистой пластины, установленных на внутренней поверхности полости сопловой камеры 1. Далее запыленный газ поступает в пылеприемник 6, имея центробежные и вибрационные силы в закрученном состоянии в значительно расслоенном состоянии на твердую и газообразную фазу, при этом твердые частицы находятся в периферийной части пылеприемника 6 и попадают в винтообразные канавки 9, внутри которых установлены ловушки 10 в виде ласточкина хвоста. Из ловушек 10 твердые частицы под действием аэродинамических сил не смогут выйти за счет их оригинальной формы и в них они закручиваются, сталкиваются, укрупняются и сползают в кольцевую канавку 11, соединенную при помощи патрубка 12 с задвижкой 13, служащей для выпуска твердых частиц. Твердые частицы, которые по своим аэродинамическим параметрам не смогли попасть в винтообразные канавки 9, будут удаляться из пылеприемника 6 через устройство 7 для выгрузки пыли. Двойственному характеру выпуска твердых частиц способствует расположение отверстий по их селективности и их ориентация по отношению к оси сопловой камеры 1, что позволяет твердым частицам выбирать направление перемещения в зависимости от оказываемых на них центробежных и вибрационных сил, зависящих также от свойств материала, из которого вихревая труба изготовлена. В вихревой камере 4 происходит также энергетическое разделение газа на два вида потока, параметры и состояние которых неодинаковы за счет реологических, режимных и температурных характеристик и распределения давления сопровождается эффектом Ранка. Приосевые слои газа охлаждают и отводят к потребителю по патрубку 3 отвода охлажденного газа. Подогретый газ направляют к периферии вихревой камеры 4 и отводят к потребителю. Тепловой режим вихревой камеры 4 регулирует дроссель-клапан 5. Так как в сопловой камере 1 имеет место срезающее действие дисперсной фазы, находящейся в потоке, а также удары твердых частиц, которые сопровождаются всплеском энергии, выделением дополнительного тепла, звука и света, поэтому на ее стенках выполнены щелевые отверстия 2, которые сообщают полость вихревой камеры 4 с внутренними винтообразными канавками 9. Кроме того, эффект закрутки и пульсации, направляя поток газов по круговому движению, снижает срезывающее действие дисперсной фазы потока газа и силы ударов твердых частиц на элементы вихревой трубы.Dusty gas enters the nozzle chamber 1 through a nozzle 14 into a hollow elastic ring 15, and leaves it through a tapering nozzle 16, twisting in an internal spiral grooves 17 located curvilinearly, and the swirl of the gas flow is enhanced due to the tangential arrangement of the tapering nozzles 16 and due to the action of the pulsator 18 of the bimetallic plates 19, 20, 21, 22, freely mounted on the axis 23, having a curved shape, the opposite ends of which form an angle of 90 ^o , pulsation of which is carried out if there is a difference the temperature of the understated gas leaving the blast furnace having a high temperature, and the cooled gas. In addition, due to the elastic properties of the hollow elastic ring 15, it begins to vibrate. Thus, the effect of swirling the flow of dusty gas and pulsation creates centrifugal and vibrational forces that reject the solid particles contained in the dusty gas to the peripheral part of the device and intensively contribute to its separation into solid and gaseous phases, i.e., the extraction of solid particles abrasively acting on the internal elements of the vortex tube, and later on the elements of technological equipment. The effect of swirling dusty gas is repeatedly enhanced in helical guides 8 made of a spring plate mounted on the inner surface of the cavity of the nozzle chamber 1. Next, the dusty gas enters the dust receptacle 6, having centrifugal and vibrational forces in a swirling state in a significantly stratified state into a solid and gaseous phase while solid particles are located in the peripheral part of the dust collector 6 and fall into the helical grooves 9, inside which traps 10 are installed in the form of dovetail ta. Under the action of aerodynamic forces, solid particles cannot escape from the traps 10 due to their original shape and they twist, collide, enlarge and slide into an annular groove 11 connected by a nozzle 12 to a valve 13, which serves to release solid particles. Solid particles, which due to their aerodynamic parameters could not get into the helical grooves 9, will be removed from the dust collector 6 through the device 7 for unloading dust. The dual nature of the release of solid particles is facilitated by the location of the holes according to their selectivity and their orientation with respect to the axis of the nozzle chamber 1, which allows solid particles to choose the direction of movement depending on the centrifugal and vibration forces exerted on them, which also depend on the properties of the material from which the vortex tube made. In the vortex chamber 4 there is also an energy separation of the gas into two types of flow, the parameters and state of which are not the same due to the rheological, regime and temperature characteristics and pressure distribution is accompanied by the Rank effect. The axial gas layers are cooled and discharged to the consumer through the pipe 3 of the outlet of the cooled gas. The heated gas is directed to the periphery of the vortex chamber 4 and is taken to the consumer. The thermal regime of the vortex chamber 4 is regulated by the throttle valve 5. Since in the nozzle chamber 1 there is a shearing action of the dispersed phase in the stream, as well as impacts of solid particles, which are accompanied by a surge of energy, the release of additional heat, sound and light, therefore slotted holes 2 are made on the walls, which communicate with the cavity of the vortex chamber 4 with internal helical grooves 9. In addition, the effect of swirling and pulsation, directing the gas flow in a circular motion, reduces the shear effect of the dispersed phase of gas flow and the force of impacts of solid particles on the elements of the vortex tube.

Таким образом, благодаря наличию в сопловой камере щелевых отверстий винтообразных направляющих и спиралевидных канавок, пульсаторов, создающих закрутку потока газов, их волновое движение и пульсацию, полностью исключается срезывающее действие в местах поворотов потока газов, так как обладающие большой скоростью до 200...300 м/с при подаче горячих газов в фурмы доменных печей твердые частицы устремляются к периферии вихревой камеры и отводятся через отверстия в пылеприемник по внутренним винтообразным канавкам с ловушками. Абразивное воздействие твердых частиц, выходящих из доменных печей и поступающих в газоочистители, более значительно из-за большого их количества и температуры. Контакт твердых частиц с поверхностью вихревой камеры минимален и это снижает абразивный износ элементов установки. Внутренние винтообразные направляющие, винтообразные и спиралевидные канавки, пульсаторы повышают эффективность очистки газов и, кроме того, транспорт газов без твердых частиц имеет минимальные энергозатраты. Thus, due to the presence in the nozzle chamber of slotted openings of helical guides and spiral grooves, pulsators that create a swirl of the gas flow, their wave motion and pulsation, the shearing effect in the places where the gas flow turns is completely excluded, since they have a high speed of up to 200 ... 300 m / s, when hot gases are supplied to the tuyeres of blast furnaces, solid particles rush to the periphery of the vortex chamber and are discharged through openings into the dust collector along internal helical grooves with traps. The abrasive effect of solid particles coming out of blast furnaces and entering gas scrubbers is more significant because of their large number and temperature. The contact of solid particles with the surface of the vortex chamber is minimal and this reduces the abrasive wear of the installation elements. Internal helical guides, helical and spiral grooves, pulsators increase the efficiency of gas cleaning and, in addition, the transport of gases without solid particles has minimal energy consumption.

Предлагаемая конструкция вихревой трубы, имеющая суживающиеся насадки с внутренними спиралевидными канавками, пульсаторы из биметаллических пластин, винтообразные канавки с ловушками твердых частиц за счет использования эффекта закрутки потока газов и пульсации, усиливающих создание центробежных и вибрационных сил, значительно повышает эффективность очистки газов и устраняет абразивный износ элементов вихревой трубы и технологического оборудования. The proposed design of a vortex tube having tapering nozzles with internal spiral grooves, pulsators from bimetallic plates, screw-shaped grooves with traps of solid particles through the use of the effect of swirling gas flow and pulsation, enhancing the creation of centrifugal and vibrational forces, significantly increases the efficiency of gas cleaning and eliminates abrasive wear vortex tube elements and technological equipment.

Оригинальность предлагаемого технического решения заключается в комплексном использовании аэродинамических, центробежных и вибрационных сил, создаваемых за счет закрутки потока газов и пульсации для повышения эффективности очистки запыленных газов и устранения абразивного износа элементов, вихревой трубы и элементов технологического оборудования без привлечения энергии извне. The originality of the proposed technical solution lies in the integrated use of aerodynamic, centrifugal and vibrational forces created by twisting the gas flow and pulsation to increase the efficiency of cleaning dusty gases and eliminate abrasive wear of elements, vortex tubes and elements of technological equipment without attracting energy from outside.

Claims

A vortex tube containing a vortex chamber, a chilled gas outlet pipe, a throttle valve at the outlet of the heated gas and a gas inlet nozzle chamber, in the walls of which are made slotted openings, a dusty gas inlet pipe, a dust collector, screw guides are installed on the inner surface of the nozzle chamber, turned on 90 ^o , with a quantity of at least four, helical grooves are provided on the inner surface of the dust collector, inside of which dovetail traps are installed, turning into an annular a groove, characterized in that a hollow elastic ring is provided on the dusty gas inlet pipe, to the outer surface of which there are tapering nozzles with internal spiral grooves, and inside its cavity, pulsators from bimetallic plates freely mounted on an axis having a curved shape are installed, opposite to the tapering nozzles the opposite ends of which form an angle of 90 ^o .